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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

un

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. >?@

e

>?!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

m

m

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