Biologia

Organizzazione della cellula

nenti del citosol quando producono proteine solubili. In al-

ternativa, possono essere solidamente vincolati alle superfici

citosoliche delle membrane, dove formano proteine che sono

o adese a membrane o racchiuse in compartimenti delimita-

ti da membrane. Pertanto, il termine

citoplasma

include sia il

citosol che tutti gli organuli, eccetto il nucleo.

I numerosi organuli specializzati delle cellule eucariotiche

permettono di superare alcuni degli inconvenienti dovuti alle

grandi dimensioni; per questo motivo, le cellule eucariotiche

possono essere considerevolmente più grandi di quelle proca-

riotiche. Le cellule eucariotiche differiscono da quelle proca-

riotiche anche perché posseggono un’impalcatura di sostegno,

o citoscheletro, importante per il mantenimento della forma

della cellula e per il trasporto di materiali al suo interno.

Alcuni organuli si trovano solo in determinati tipi cellula-

ri. Ad esempio, i

cloroplasti,

strutture che catturano la luce so-

lare per convertirla in altre forme di energia, sono presenti so-

lamente nelle cellule che attuano la fotosintesi, ovvero in de-

terminate cellule di piante e alghe. La maggior parte delle cel-

lule di batteri, funghi e piante è circondata da una

parete cellu-

lare

esterna alla membrana plasmatica. Le cellule delle piante

contengono anche un grande

vacuolo

delimitato da membra-

na. In questo capitolo saranno discusse queste e altre differen-

ze tra i principali tipi di cellule.

Le proprietà particolari delle membrane

biologiche permettono alle cellule

eucariotiche di svolgere molte funzioni

diverse

Le membrane cellulari hanno proprietà particolari che permet-

tono agli organuli da esse delimitati di svolgere diverse funzioni.

Ad esempio, poiché le membrane non possono mai avere estre-

mità libere, gli organuli racchiudono sempre almeno uno spazio

interno, o compartimento. Tali compartimenti circoscritti da

membrane fanno sì che alcune attività cellulari siano localizzate

all’interno di regioni cellulari specifiche. I reagenti concentrati

in una piccola parte del volume cellulare vengono a contatto tra

loro più facilmente e la velocità di reazione può di conseguenza

aumentare notevolmente. Questi compartimenti servono anche

per tenere alcuni composti particolarmente reattivi separati dal-

le altre parti della cellula, che potrebbero essere da questi dan-

neggiate. La divisione in compartimenti permette, inoltre, che

possano avvenire contemporaneamente attività diverse.

Le membrane funzionano anche come superfici di lavo-

ro cellulare. Ad esempio, sono numerose le reazioni chimiche

cellulari svolte da enzimi legati alle membrane. Organizzando

gli enzimi che regolano le fasi successive di una serie di reazio-

ni in posizioni vicine sulla superficie di una membrana, alcu-

ne reazioni chimiche a catena possono avvenire con maggio-

re rapidità.

Le membrane permettono anche di immagazzinare ener-

gia. La membrana costituisce una barriera assimilabile a una

diga fluviale. Come sarà discusso nel Capitolo 5, tra i due lati

della membrana esiste sia una differenza di carica elettrica che

una differenza di concentrazione. Tali differenze costituisco-

no un

gradiente elettrochimico.

Gradienti di questo tipo imma-

gazzinano energia in forma di

energia potenziale

(vedi Capito-

lo 7). Quando le particelle di una sostanza passano attraver-

so la membrana dal lato ad alta concentrazione a quello a bas-

sa concentrazione, la cellula può trasformare parte della loro

Sistemi di membrane dividono le cellule

eucariotiche in compartimenti

Le cellule eucariotiche sono caratterizzate dalla presenza di or-

ganuli delimitati da membrana altamente organizzati, incluso

nucleo,

prominente, che contiene il DNA, il materiale ere-

ditario. Il termine

eucariote

significa “vero nucleo”. I primi bio-

logi credevano che le cellule fossero costituite da un gel omo-

geneo, detto

protoplasma

. Con l’introduzione del microscopio

elettronico e di altri moderni strumenti di ricerca, è stato possi-

bile migliorare la conoscenza dell’ambiente interno della cellula.

Ora sappiamo che la cellula è altamente organizzata e complessa

(

FIGG. >?@

>?!A

). La cellula eucariotica possiede una sua centra-

le di controllo, un sistema interno di trasporto, impianti energe-

tici, fabbriche per la produzione di materiali essenziali, impianti

di impacchettamento e persino un sistema di “autodistruzione”.

I biologi chiamano la porzione di protoplasma al di fuori

del nucleo

citoplasma

mentre quella all’interno del nucleo vie-

ne chiamata

nucleoplasma

. Molti organuli sono sospesi nel-

la componente fluida del citoplasma, normalmente chiamata

citosol

. Le proteine eucariotiche sono sintetizzate nel com-

partimento citoplasmatico dai ribosomi. Questi grandi com-

plessi macromolecolari possono funzionare come compo-

Figura >-

Struttura di una cellula procariotica

Questa MET colorata mostra una sottile sezione longitudinale di

Escherichia

coli

(un batterio). Notare la prominente area nucleare contenente il materiale

genetico (DNA).

E. coli

è un normale commensale dell’intestino umano, ma

in certe condizioni alcuni ceppi possono causare infezioni.

Fimbrie

Granulo

di riserva

Flagello

Ribosoma

DNA

Parete cellulare

Capsula

Membrana

plasmatica

Area

nucleare

0,5

Dr. Klaus Boller/Science Photo Library/Photo Researchers, Inc.