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Luigi Avallone » 1.Principi di fisiologia generale della cellula

Principi generali di fisiologia cellulare

L’obiettivo della Fisiologia cellulare è partire dallo studio morfologico della cellula per sviluppare conoscenze relative alla funzione dei suoi componenti: membrana plasmatica, nucleo, organelli intracellulari, nonché approfondire le tematiche riguardanti le forze che regolano il passaggio delle sostanze attraverso le membrane cellulari.

Il termine “cellula” deriva dal latino e significa “piccola camera”; il vocabolo deve la sua origine ad un parallelismo tra i piccoli fori che Robert Hooke osservò nel sughero e le cellette in cui vivevano i monaci. Lo scienziato, infatti, attraverso un microscopio di sua invenzione, individuò nel sughero delle cavità originate dalle pareti delle cellule vegetali andate successivamente incontro a morte; egli descrisse la sua scoperta nel 1665 nel saggio Micrographia, il primo testo in cui la parola cellula è indirizzata ad una unità biologica.

Principi generali di fisiologia cellulare

Successivamente furono introdotti i concetti di membrana cellulare e di citoplasma. Si deve, tuttavia, a T. Schwann e M.J. Schleiden nel 1838 l’enunciato della teoria cellulare: tutti gli organismi sono costituiti da cellule; esse svolgono le funzioni necessarie alla sopravvivenza dell’organismo di cui fanno parte e sono in possesso della cosiddetta “informazione genetica” che regola sia le funzioni fisiologiche sia la capacità di trasmettere le proprie informazioni ad altre cellule.

È del 1855 l’assunto di R. Virchow secondo cui omnis cellula ex cellula, ovvero una cellula deriva da una precedente cellula e darà origine essa stessa ad una nuova cellula.

Composizione della cellula

Nonostante le cellule abbiano molteplici forme e funzioni, sono tutte composte fondamentalmente da cinque elementi: la membrana citoplasmatica, il citoplasma, gli organuli, la membrana nucleare ed, infine, il nucleo.

Membrana citoplasmatica: sottile rivestimento che circonda e delimita la cellula; è un elemento fondamentale, perché grazie ad essa gli scambi con l’esterno sono regolati con estrema precisione. L’acqua, l’ossigeno, l’anidride carbonica e piccole molecole diffusibili sono in grado di attraversarla liberamente, diversamente ioni e molecole di dimensioni maggiori possono entrare o uscire dalla cellula a seconda dell’ordine che ricevono da molecole poste sulla superficie: i recettori di membrana.

La cellula. Struttura

Composizione della cellula

Citoplasma: si trova all’interno della membrana citoplasmatica ed è separato dal nucleo dalla membrana nucleare. È una sostanza gelatinosa che contiene in dispersione sali minerali, sostanze organiche ed in particolare gli organuli
Organuli: sono corpuscoli adibiti a varie funzioni:
- mitocondri – forma ellittica, sede della respirazione cellulare;
- ribosomi – forma di due emisfere, sede della sintesi proteica;
- lisosomi – forma sferica, funzione difensiva ad opera di enzimi litici;
- apparato di Golgi – forma a sacchetti schiacciati e impilati da cui si distaccano vescicole; sede del trasporto di sostanze necessarie alla sopravvivenza della cellula;

Organuli cellulari

reticolo endoplasmatico – si distingue in liscio e rugoso; rete di canali e vescichette comunicanti, sede del trasporto e deposito di sostanze;
vacuoli – forma di vescichette tondeggianti in cui si accumula il succo vacuolare; contiene sostanze nutritive di riserva e sostanze di rifiuto;
centrioli – forma cilindrica, coinvolti nella riproduzione cellulare.

Membrana nucleare: rivestimento che delimita il nucleo da una parte ed è in comunicazione con il citoplasma dall’altra; presenta numerose vie che consentono il transito di sostanze da e per il nucleo.

Nucleo: situato di solito al centro della cellula; è la sede che dirige tutte le funzioni cellulari in quanto contiene il DNA

Modello di membrana secondo Danielli e Davson

Modello di membrana secondo Singer e Nicolson

La membrana plasmatica

LA MEMBRANA PLASMATICA

La membrana plasmatica o plasmalemma forma un involucro continuo e sottile che circoscrive la superficie cellulare conferendo alla cellula forma e funzioni relative allo scambio di sostanze e informazioni con l’ambiente extracellulare. La sua struttura può essere esaminata al microscopio elettronico: lo spessore è di circa 7,5 nm; in sezione trasversale appaiono tre differenti sezioni, di cui due foglietti di 2 nm separati da un foglietto di 3,5 nm ovvero due regioni elettrondense periferiche separate da una zona intermedia traslucida di colore chiaro.

Pori di membrana

Distribuzione dell’acqua nell’organismo

L’acqua è un costituente fondamentale dell’organismo di tutti gli esseri viventi e rappresenta il mezzo nel quale si svolgono tutti i processi metabolici (Figura 4). Essa rappresenta all’incirca il 60-70% del peso corporeo di un adulto e la sua percentuale varia con l’età: risulta maggiore nel neonato (75% circa) e diminuisce nel soggetto anziano (50% circa). Per quanto concerne la distribuzione tissutale, il suo contenuto varia percentualmente. Infatti, è contenuta per circa il 90% nel tessuto nervoso e costituisce circa il 10% del tessuto adiposo.

Distribuzione dell'acqua nell'organismo degli esseri viventi

Volumi dei principali compartimenti idrici

Distribuzione dell’acqua nell’organismo

L’acqua contenuta nell’organismo è distribuita in due grandi compartimenti:
il compartimento intracellulare, rappresentato dall’acqua contenuta all’interno della cellula (40-50% circa del peso corporeo);
il compartimento extracellulare (20% circa del peso corporeo) suddiviso in ulteriori due compartimenti, quello plasmatico (5% circa) e quello interstiziale (15% circa).

Gli elettroliti

Gli elettroliti sono sostanze che disciolte in acqua o in altri solventi si dissociano in ioni dotati di carica elettrica positiva o negativa. In particolare, ricordiamo che esistono alcune componenti presenti in maniera rilevante nell’organismo (sodio, potassio, calcio, magnesio, cloro, ione bicarbonato) ed altre invece, sebbene fondamentali, presenti in quota minore (ferro, rame, manganese, cobalto, cromo, zinco, bromo e iodio). Un elettrolita viene anche definito conduttore ionico o conduttore di seconda specie, intendendo con questo termine una sostanza capace di condurre la corrente elettrica.

Gli elettroliti

Sebbene in chimica per conduzione si intende il passaggio di elettroni all’interno di una struttura cristallina, nella fisiologia cellulare gli elettroliti sono rappresentati da ioni in grado di diffondere attraverso strutture biologiche perché dotati di carica elettrica.

Questo avviene in quanto l’organismo è costituito da una elevata quota di acqua, che agisce quale substrato per il movimento degli ioni. Un concetto essenziale è, dunque, ritenere l’organismo composto da elettroliti che sono necessari per la regolazione degli scambi dell’acqua e per il mantenimento del pH.