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Proprietà fondamentali delle cellule

by Adriana Carelli
olio in acqua

Le sono entità viventi come lo sono gli animali e le piante. La vita è la proprietà fondamentale delle . Diversamente dai componenti di una cellula che degenerano se isolati, le possono essere rimosse da una pianta o da un animale e poste in coltura, dove cresceranno e si riprodurranno per lunghi periodi di tempo. Se maltrattate possono morire.

La prima cultura di cellule umane fu ottenuta da George e Martha Gey della John Hopkins University nel 1951. Le cellule furono isolate da un tumore maligno e denominate HeLa, dal nome della donatrice Henrietta Lacks.

Cellule HeLa

Immagine di cellule HeLa ottenute con il microscopio a contrasto di fase

Le cellule HeLa, che a tutt’oggi sono coltivate nei laboratori di tutto il mondo, sono discendenti del primitivo espianto. Le cellule che crescono in vitro sono uno strumento indispensabile per i biologi molecolari e cellulari.

Le cellule sono complesse ed organizzate

La complessità delle cellule viene intesa in termini di ordine e di composizione. Più complessa è una struttura, maggiore è il numero di parti che devono trovarsi nella loro giusta posizione.

Le attività cellulari sono estremamente precise. La replicazione del DNA, ad esempio, si verifica con meno di un errore ogni dieci milioni di nucleotidi incorporati; inoltre la maggior parte di questi errori viene rapidamente corretta mediante un elaborato meccanismo di riparazione che riconosce i difetti.

Qualsiasi tipo di cellula ha un aspetto complesso quando visualizzata mediante un potente microscopio elettronico ed i suoi organelli hanno la stessa forma e disposizione in tutti gli individui della stessa specie. Analogamente, ogni tipo di organulo ha una composizione macromolecolare complessa, ordinata secondo uno schema prevedibile.

L’evoluzione è progredita lentamente a livello cellulare, pertanto mentre un uomo e un gatto hanno aspetti anatomici molto diversi, le cellule che compongono i loro tessuti e gli organuli intracellulari sono molto simili. L’enzima che sintetizza L’ATP sono identici in organismi diversi quali l’uomo, la lumaca, il lievito e la sequoia.

Le cellule possiedono un programma genetico

Gli organismi sono costruiti seguendo l’informazione depositata in un insieme di geni che sono costituiti da DNA. I geni sono, più che archivi di informazione, progetti di costruzione di strutture cellulari, direttive per lo svolgimento di attività cellulari e un programma per replicarsi. La struttura molecolare dei geni permette variazioni nelle informazioni genetiche (mutazioni) che portano alle differenze tra individui.

Le cellule sono capaci di riprodursi

La riproduzione cellulare avviene per divisione, un processo il cui contenuto di una cellula madre si distribuisce in due cellule figlie. Prima della divisione il materiale genetico viene fedelmente duplicato e ogni cellula figlia riceve una quota uguale e completa di informazione genetica.

Le cellule acquisiscono energia

Ogni processo biologico necessita di un contributo di energia. Tutta l’energia utilizzata nei processi vitali sulla Terra, proviene, in forma di radiazioni elettromagnetiche, dal Sole. La fotosintesi trasforma l’energia luminosa in energia chimica, che viene immagazzinata in carboidrati ricchi di energia, come il saccarosio o l’amido. Per la maggioranza delle cellule animali, l’energia arriva preconfezionata, di solito sotto forma di glucosio. Nell’uomo, il glucosio è riservato dal fegato e poi messo nel sangue che, circolando attraverso il corpo, porta energia chimica a tutte le cellule.

Le cellule spendono moltissima energia semplicemente per demolire e ricostruire le molecole e gli organelli di cui sono costituite.

Le cellule svolgono moltissime reazioni chimiche

Le cellule funzionano come un impianto chimico in miniatura. Tutte le trasformazioni chimiche che avvengono nella cellula richiedono enzimi, cioè molecole che aumentano notevolmente la velocità con cui si svolge una reazione chimica. L’insieme delle reazioni chimiche dà luogo al metabolismo cellulare.

Le cellule svolgono moltissime attività meccaniche

Nella cellula avviene un’intensa attività, abbiamo materiali trasportati da un punto all’altro, strutture costruite  e altre smantellate. Tali attività avvengono grazie a delle proteine che fungono da motori. Queste proteine svolgono la funzione di macchine molecolari per svolgere le attività meccaniche.

Le cellule rispondono agli stimoli

La maggioranza delle cellule è rivestita di recettori che si legano a sostanze presenti nell’ambiente con elevata specificità. Le cellule possiedono recettori per gli ormoni, per i fattori di crescita, per i materiali extracellulari. Un recettore cellulare è la porta di accesso attraverso la quale uno stimolo esterno può suscitare una specifica risposta nelle cellule bersaglio.

Le cellule si auto-regolano

Le cellule vengono definite “robuste”, cioè forti o durevoli, poiché sono protette da fluttuazioni pericolose per la loro composizione e comportamento. Per mantenere uno stato complesso oltre a richiedere energia ci vuole anche una regolazione.

L’incapacità di una cellula di correggere un errore durante una duplicazione del DNA può produrre una mutazione dannosa o la perdita del controllo della sua crescita, che la trasforma in cellula tumorale che potrebbe portare alla morte l’intero organismo.

Ogni attività cellulare richiede un particolare insieme di macchinari e strumenti molecolari sofisticati, prodotti dai tempi lunghissimi della selezione naturale e dell’evoluzione biologica.

Le cellule si evolvono

Si pensa che le cellule derivino da alcuni tipi di forme di vita precellulari, a loro volta evolute da materiali organici non viventi presenti nei mari primordiali. L’ origine delle cellule comunque è circondata da mistero quasi totale, mentre l’evoluzione delle cellule può essere studiata esaminando gli organismi viventi dei nostri giorni.

La moderna sostiene infatti che tutti gli organismi viventi si sono evoluti da una singola cellula ancestrale comune che è vissuta tre miliardi di anni fa. L’evoluzione però non è solo un elemento del passato ma un processo continuo capace di modificare le proprietà delle cellule che saranno presenti negli organismi futuri.

 

Approfondimenti

La scoperta delle cellule

 

Immagine di copertina

Foto di A_Different_Perspective da Pixabay

Immagine cellule Hela:

Di Y tambe – Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=146823

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