La cellula Tutti gli esseri viventi dai pluricellulari

La cellula

Tutti gli esseri viventi, dai pluricellulari agli unicellulari, dai più complessi fino ai microrganismi, sono formati da elementi estremamente piccoli, non visibili ad occhio nudo ma solo al microscopio: LE CELLULE. La cellula è l’unità costruttiva di base di tutti gli esseri viventi.

La cellula è la più piccola unità vivente in quanto possiede tutte le caratteristiche dei viventi: -Nasce -Cresce -Si nutre -Produce sostanze da espellere -Reagisce agli stimoli -Si riproduce -Muore Insomma, ha un ciclo vitale Oggi noi diamo per scontata la TEORIA CELLULARE, formulata nel 1858, secondo la quale: -Tutti gli organismi sono formati da cellule (da una o più cellule). -Ogni cellula deriva da altre cellule. -Le cellule compiono tutte le funzioni proprie degli esseri viventi e sono le unità base di tutti gli organismi.

Ma non è stato sempre così Nell’antichità si credeva infatti che la vita poteva nascere in modo "spontaneo" dagli elementi naturali inanimati, grazie a degli “influssi vitali”. Si spiegava in questo modo la “nascita” di alcuni animali, vermi e mosche, dalle sostanze in putrefazione, oppure di rane e anguille dalla melma. Questa teoria, detta teoria della generazione spontanea resistette fino alla prima metà del 1800 nonostante dei famosi esperimenti, ideati, uno, dal biologo Francesco Redi e l’altro dal medico Lazzaro Spallanzani entrambi italiani, avessero chiarito già le cose. La teoria della generazione spontanea venne del tutto abbandonata nel 1864 in seguito ad un esperimento condotto dal medico francese Louis Pasteur.

Esperimento di Redi Francesco Redi pose della carne avariata in una serie di recipienti, alcuni chiusi, altri aperti, e dimostrò che le larve nascevano solo dove le mosche avevano potuto depositare le uova. Geniale, vero?

Il microscopio L’impulso che portò alla scoperta della cellula venne dalla invenzione del microscopio. Qualcuno ritiene che sia stato inventato da Galileo Galilei intorno al 1624 mentre altri sostengono che sia stato inventato dall’olandese Zacharia Jannsen nel 1595. Galileo Galilei Zacharia Jannsen

Sicuramente è stato Robert Hooke ad osservare ed ad assegnare il termine cellula, osservando una sezione di sughero, a quelle piccole cavità che sembravano delle piccole stanze, dette “cellule” in latino.

Come è fatta una cellula Tutte le cellule hanno delle caratteristiche comuni: Membrana cellulare: svolge la funzione di protezione e regola lo scambio di sostanze con l’ambiente esterno; Citoplasma: sostanza liquida nella quale sono immersi gli organelli (mitocondri, lisosomi, ribosomi, ecc. ), strutture fondamentali per la funzionalità della cellula; Nucleo: è la centrale operativa della cellula, diviso dal citoplasma da un’altra membrana, la membrana cellulare. Contiene gli acidi nucleici (DNA e RNA). Le cellule vegetali si distinguono da quelle animali perchè in più hanno: La parete cellulare (rivestimento esterno che irrobustisce la cellula); Il vacuolo (ripieno di acqua e altre sostanze che sostiene la cellula); I cloroplasti (organelli, ripieni di clorofilla, nei quali avviene la fotosintesi clorofilliana.

Procarioti ed eucarioti a confronto Cellula procariote: • È la più piccola (~ 1 µm); • Non possiede il nucleo e Il DNA è sparso nel citoplasma; • Batteri ecc. ; • Solo organismi unicellulari. Cellula eucariote animale: • Dimensioni 10 -30 µm; possiede membrana cellulare, nucleo, citoplasma; • Il DNA si trova nel nucleo. Cellula eucariote vegetale: Oltre alle strutture presenti nella cellula animale possiede: • Parete cellulare; • Cloroplasti; • Un grande vacuolo.

Gli organelli, o corpuscoli cellulari, sono delle piccole strutture che si trovano all’interno della cellula, immersi nel citoplasma. Ogni organello ha una funzione ben precisa ed il corretto lavoro di ognuno di essi determina il buon funzionamento della cellula.

Membrana cellulare La membrana cellulare protegge la cellula e permette il passaggio di sostanze nutrienti in entrata e di sostanze di escrezione in uscita. Sulla membrana cellulare ci sono diverse molecole che hanno la funzione captare gli stimoli esterni: una sorta di “antenne”.

Mitocondri I mitocondri sono gli organelli che producono l’energia. Lo fanno con il processo della respirazione cellulare. In questo processo i mitocondri utilizzano l’ossigeno per “bruciare” le sostanze nutrienti e in questo modo producono l’energia necessaria alla cellula per svolgere tutte le sue attività. Negli animali l’ossigeno proviene dalla respirazione polmonare mentre le sostanze nutritive provengono da ciò che essi mangiano. Nelle piante l’ossigeno proviene dagli stomi delle foglie mentre le sostanze nutritive provengono dalla fotosintesi clorofilliana.

Ribosomi e reticolo endoplasmatico I ribosomi si trovano soprattutto sul reticolo endoplasmatico ruvido in prossimità del nucleo della cellula. La loro funzione è quella di sintetizzare (costruire) le proteine: grosse molecole complesse fondamentali per la materia vivente e che svolgono importantissime funzioni. Il reticolo endoplasmatico ha il compito di inglobare le proteine e di trasportarle nei luoghi della cellula dove sono necessarie.

Lisosomi, vacuoli, apparato di Golgi I lisosomi sono gli organelli deputati alla demolizione di rifiuti e sostanze estranee alla cellula. I vacuoli sono simili a grosse bolle con la funzione di immagazzinare sostanze varie (sostanze di riserva, acqua, sostanze di rifiuto da eliminare). L’apparato di Golgi, struttura appiattita simile a membrane, è assimilabile ad un nastro trasportatore, impacchetta le proteine, per esempio e le convoglia all’esterno della cellula o verso altri organelli, a seconda delle necessità.

Nucleo Nel nucleo sono contenute tutte le informazioni, sotto forma di codice genetico, necessarie per far svolgere tutte le funzioni cellulari. La sua funzione è quindi quella di dirigere la cellula. Lo fa attraverso gli acidi nucleici: DNA (acido desossiribonucleico) e RNA (acido ribonucleico). Il DNA è il materiale ereditario, contiene tutte le informazioni necessarie alla cellula per riprodursi uguale a se stessa e per la costruzione delle proteine. L’RNA ha il compito di dirigere la sintesi (costruzione) delle proteine, per questo passa dal nucleo al citoplasma dove collabora con i ribosomi.

Nucleo Nel nucleo osservato al microscopio si osserva una sostanza colorate (da varie sostanze chimiche) alla quale si da il nome di cromatina: questa sostanza è il DNA. Quando la cellula in procinto di dividersi il DNA assume un’altra forma, infatti si condensa e organizza in strutture facilmente visibili al microscopio: i cromosomi (a forma di bastoncello). Sui cromosomi si trovano i geni ossia frammenti di DNA che dirigono la fabbricazione delle proteine. Nuclei di alcune cellule Cromosomi umani Struttura della molecola di DNA

Cellula vegetale Abbiamo fin ora parlato della cellula animale, ma dobbiamo prendere in considerazione anche la cellula vegetale. La cellula vegetale si distingue da quella animale per tre elementi associati a funzioni importanti: • Parete cellulare; • Vacuoli; • Cloroplasti.

Parete cellulare e vacuoli La parete cellulare avvolge la cellula esternamente alla membrana cellulare, serve a dare sostegno i protezione alla cellula; è composta da cellulosa. I vacuoli, presenti anche nelle cellule animali, qui sono più grandi fino ad occupare a volte quasi l’intero lume cellulare, a loro funzione è quella di riserva di sostanze nutritive.

Cloroplasti I cloropasti sono sicuramente gli organelli più importanti nelle cellule vegetali. In essi avviene la cattura della luce solare poi utilizzata per realizzare la fotosintesi, processo attraverso il quale le piante producono glucosio, uno zucchero a partire da anidride carbonica e acqua. La produzione di glucosio è resa possibile da un pigmento verde, la clorofilla, che si trova nei cloroplasti.

Fotosintesi clorofilliana

Eucariote e Procariote Le cellule viste fin qui sono chiamate cellule eucariote (eterotrofe le animali e autotrofe le vegetali). Sono caratterizzate dalla presenza di un nucleo che contiene il DNA. Ci sono però anche delle cellule che non hanno membrana nucleare e sono caratterizzate dalla presenza di un solo cromosoma, spesso a forma circolare immerso nel citoplasma cellulare. Queste cellule si chiamano procarioti. Solo le cellule caratteristiche di molti organismi unicellulari (ad esempio i batteri).

Procariote Batteri fotografati al microscopio elettronico 20 nm (miliardesimo di metro = 1 nanometro)

Eucariote

La riproduzione Gli esseri viventi si riproducono in due modi: • Riproduzione asessuata; • Riproduzione sessuata (tipica di molti organismi eucarioti). Nella riproduzione asessuata un singolo individuo produce dei discendenti, tutti uguali, dal punto di vista genetico (cloni), tra loro e all’individuo che li ha generati. Nella riproduzione sessuata avviene l’incrocio fra due individui di sesso diverso, maschio e femmina, che producono delle cellule chiamate GAMETI. Negli individui di sesso maschile i gameti si chiamano spermatozoi (granuli pollinici nelle piante), mentre negli individui di sesso femminile i gameti si chiamano cellule uovo (ovuli nelle piante). La fusione dei gameti è detta fecondazione e dà origine ad un’unica cellula chiamata ZIGOTE. Quando si forma lo Zigote il patrimonio genetico del padre e della madre si combinano insieme.

La riproduzione cellulare Le cellule si riproducono in maniera asessuata È possibile descrivere la vita di una cellula in due fasi principali: • Interfase: stadio più variabile nel tempo, dove la cellula svolge le sue attività vitali, cresce di dimensione e raddoppia il suo patrimonio genetico (DNA); • Mitosi (riproduzione cellulare): la cellula si divide in due cellule identiche, contenenti nel nucleo lo stesso patrimonio genetico della cellula madre.

La Mitosi La mitosi, divisione cellulare tipica degli eucarioti, è suddivisa per comodità in quattro fasi, ognuna delle quali caratterizzata da un evento particolare: Profase (La cromatina presente nel nucleo si addensa in corpuscoli a forma di bastoncini chiamati cromosomi. Ciascun cromosoma e formato da due cromatidi uniti al centro dal centromero. Durante questa fase i centrioli si muovono verso i poli opposti della cellula e assemblano il fuso mitotico responsabile della successiva separazione dei cromatidi. Si dissolve la membrana nucleare. • Metafase (I cromosomi si spostano sull’equatore della cellula e si forma il fuso); • Anafase (I cromatidi vengono separati e spostati dai filamenti del fuso verso i poli della cellula • Telofase (I cromatidi perdono la loro forma e si trasformano di nuovo in cromatina, che viene racchiusa in una nuova membrana nucleare. Il fuso scompare e la cellula si strozza lungo l’equatore fino a quando non viene divisa in due cellule figlie.

Le cellule si differenziano Negli organismi pluricellulari le cellule non sono in grado di vivere autonomamente ma dipendono le une dalle altre. Le cellule quindi si specializzano per compiere determinate funzioni: movimento, protezione, trasporto, ecc. Funzioni diverse sono associate a forme diverse e ben precise, adattate al compito da svolgere. Il processo che porta le cellule ad acquisire funzioni specifiche è detto differenziamento.

Dalla cellula all’organismo • Tessuto: all’interno di un organismo pluricellulare è detto tessuto un insieme di cellule che svolge una funzione specifica. Esiste per esempio il tessuto muscolare, il tessuto nervoso, ecc. • Organo: ogni tessuto ha una sua funzione specifica e può partecipare insieme ad altri tessuto alla formazione di un organo (cuore, fegato …). • Sistemi e apparati: quando diverso organi concorrono la stessa funzione si parla di sistemi o apparati (apparato digerente …).

Dalla cellula all’organismo

La classificazione scientifica Le moderne modalità di classificazione dei viventi prendono il via a partire dal XVIII grazie all’intuizione di un naturalista svedese di nome Carlo Linneo (1707 -1778). Egli ideò il sistema di nomenclatura binomia, in cui ogni organismo veniva individuato attraverso due nomi in latino: • Il primo, scritto con l’iniziale maiuscola, indica il genere; • il secondo, scritto in minuscolo, indica la specie.

La classificazione scientifica La classificazione è oggi una specifica branca della biologia, chiamata sistematica. La sistematica utilizza sette raggruppamenti o categorie sistematiche, che ordinate in senso gerarchico dalla più piccola alla più grande sono: • • Specie: categoria fondamentale e primo gradino della classificazione dei viventi. La specie è un insieme di organismi che possono riprodursi tra loro generando una prole fertile. Genere: raggruppamento di specie simili tra loro; per esempio cane e lupo appartengono al genere Canis. Famiglia: raggruppamento di generi simili tra loro. Ordine: raggruppamento di famiglie simili tra loro. Classe: raggruppamento di ordini simili tra loro. Phylum o tipo: raggruppa diverse classi simili. Regno: è la categoria sistematica più ampia e comprende più phyla.

La classificazione scientifica Esempio di classificazione

La classificazione scientifica Il Dominio degli Eucarioti è composto da 4 Regni FINE