Cellula (Biologia)

Descrizione generale

 

Unità morfologica fondamentale dei tessuti animali e vegetali. I requisiti della cellula sono facilmente osservabili negli organismi unicellulari, i quali, posti in adeguati terreni colturali o nel loro habitat naturale, sono in grado di riprodursi e di svolgere le attività vitali talora complesse che sono tipiche della specie. Il numero spesso straordinariamente grande delle cellule che compongono i tessuti degli organismi superiori (Metazoi, Metafiti) è il risultato di una catena di processi riproduttivi e di differenziazione che originano dalla divisione di un’unica cellula-uovo fecondata. L’osservazione microscopica delle cellule rileva un’estrema varietà di forme e di strutture, le quali appaiono, in genere, rispondenti alle specifiche funzioni cellulari. Così, per esempio, la presenza di dendriti e di prolungamenti assonici che si diramano dal soma delle cellule nervose è espressione della loro attitudine a trasmettere a distanza gli impulsi nervosi; la forma lenticolare biconcava dei globuli rossi consente un elevato rapporto superficie/volume; ciò fornisce a tali elementi la più ampia superficie di contatto con i gas respiratori. Molti tipi di cellule hanno forme geometriche regolari (per esempio cubiche, cilindriche, prismatiche), che si prestano particolarmente per la composizione di strutture organiche omogenee, come le pareti di rivestimento o i tessuti compatti. Il volume delle cellule è molto variabile; dimensioni eccezionali possono raggiungere la cellula-uovo o le cellule nervose, i cui prolungamenti hanno talora la lunghezza di 80-90 cm. Occorre rilevare che le dimensioni di ciascun tipo di cellula si mantengono grosso modo costanti nelle diverse specie animali, indipendentemente dalla mole di questi. § Lo studio della cellula e delle strutture che la compongono ha avuto uno sviluppo enorme. Il progresso delle conoscenze sull’argomento è dovuto a vari fattori, come lo sviluppo delle metodologie di osservazione diretta (per esempio la microscopia confocale) e l’uso di marcatori specifici per le varie componenti cellulari che sono stati sviluppati con l’applicazione delle tecniche di biologia molecolare alla biologia della cellula. In particolare gli anticorpi monoclonali (immunologia) che possono essere diretti contro proteine specifiche o parti di esse, vengono legati a sostanze fluorescenti, per la microscopia ottica, o a metalli pesanti, per la microscopia elettronica, e vengono usati per “colorare” in questa maniera la proteina riconosciuta. Queste metodologie ci permettono di studiare la cellula in grande dettaglio perché è possibile collegare la presenza di una particolare proteina a un determinato momento del ciclo cellulare e associare quindi la proteina con una funzione cellulare. La costanza delle grandezze cellulari è espressione della legge di Driesch, secondo la quale la mole somatica non dipende dalla grandezza delle cellule ma è determinata dal loro numero.

La struttura della cellula

I costituenti fondamentali della cellula animale e vegetale “Per gli schemi di cellula vegetale (a) e di cellula animale (b) vedi pg. 131 del 6° volume.” sono il nucleo e il citoplasma cellulare . “Per gli schemi della cellula vegetale e animale vedi il lemma del 5° volume.” Il nucleo è una formazione rotondeggiante o lobata che occupa in genere la parte centrale della cellula, delimitata esternamente da una sottile membrana (membrana nucleare). Il citoplasma è la massa gelatinosa che avvolge interamente il nucleo, delimitata a sua volta dalla membrana cellulare, sottile foglietto di costituzione lipidica e proteica che segna i confini della cellula. La maggior parte delle cellule possiede un solo nucleo; esistono tuttavia cellule binucleate e polinucleate, come per esempio le cellule muscolari, oltre a cellule prive di nucleo, quali gli eritrociti, che lo perdono nel corso della maturazione. Nelle cellule animali il citoplasma occupa omogeneamente lo spazio intracellulare. Al contrario, nelle cellule vegetali compaiono durante lo sviluppo numerose cavità citoplasmatiche dette vacuoli. Questi tendono a fondersi successivamente in un unico spazio che appare talora attraversato da briglie e che è destinato a contenere il succo cellulare. In tal modo, nelle cellule vegetali differenziate il citoplasma ha l’aspetto di un sottile strato addossato alla parete cellulare. Quest’ultima, a differenza della cellula animale, è formata da pectina, lignina e cellulosa, sostanze che determinano la sua caratteristica rigidità. Il nucleo, il citoplasma e le membrane delimitanti costituiscono nel loro insieme il protoplasma cellulare, matrice fisica nella quale si svolgono le attività vitali della cellula. Per comprendere la natura e il significato dei fenomeni cellulari occorre considerare il protoplasma non come una entità materiale statica, bensì come un mezzo di coordinazione attiva degli scambi chimici e chimico-fisici che avvengono tra le varie parti della cellula, un modulatore dell’equilibrio dinamico intracellulare di cui è fedele espressione l’ordinato svolgimento dei processi vitali. I principali costituenti chimici del protoplasma sono l’acqua (ca. 60%), le proteine, i carboidrati, i lipidi, i sali minerali. Nelle cellule è inoltre contenuta una grandissima varietà di composti organici che si formano nel corso del metabolismo, aventi pertanto significato di metaboliti finali e intermedi. Tutti questi composti sono disciolti o dispersi in una matrice di natura colloidale che sotto forma di finissimo reticolo costituisce l’impalcatura interna della cellula. Alla sua formazione concorrono l’acqua e una parte delle proteine intracellulari. Il nucleo è depositario del patrimonio genetico della cellula ed è deputato alla trasmissione dei caratteri ereditari nell’ambito della riproduzione cellulare. A livello del citoplasma si svolgono invece i fenomeni legati alla reattività della cellula a stimoli adeguati (irritabilità), si osservano i suoi movimenti e le modificazioni della forma, le attività contrattili, l’attitudine a trasmettere stimoli chimici o elettrici ad altri elementi cellulari dello stesso tipo o di tipo diverso, l’assorbimento di sostanze chimiche dai liquidi extracellulari e la loro assimilazione. Altri importanti processi citoplasmatici sono il “riconoscimento” e la distruzione dei composti tossici di origine esogena; l’allontanamento dei cataboliti, la sintesi di piccole molecole con funzioni specializzate (ormoni, vitamine, mediatori chimici, antacoidi), l’accoppiamento del metabolismo con la respirazione cellulare e con la produzione di energia. Gran parte delle attività sopra elencate si svolgono a livello di particolari formazioni corpuscolate differenziabili in base alla forma, alle dimensioni, alla composizione chimica e al significato funzionale. Tali corpuscoli od organelli sono separati dalla matrice colloidale indifferenziata da sottili membrane che ne assicurano l’integrità morfologica e l’indipendenza delle funzioni. Nel loro insieme essi costituiscono la frazione corpuscolata del citoplasma cellulare. Il lavoro della cellula è organicamente distribuito tra questi organelli, i quali, pur nella loro autonomia, possono reciprocamente influenzarsi e cooperare, grazie alla permeabilità selettiva delle membrane di separazione. È inoltre accertata la produzione di metaboliti speciali che, trasmettendosi da una struttura all’altra, fungono da autentici messaggeri chimici intracellulari. D’altra parte la natura vescicolare della frazione corpuscolata impedisce il rimescolamento dei costituenti cellulari, che sarebbe incompatibile con la vita della cellula. È noto per esempio che la rottura della membrana dei lisosomi, con la conseguente fuoruscita nel citoplasma degli enzimi proteolitici in essi contenuti, può danneggiare significativamente l’integrità della cellula e talora anche distruggerla, come avviene nei fenomeni di autolisi. Tipici costituenti corpuscolati sono oltre ai lisosomi i mitocondri, sede della respirazione e del metabolismo energetico, i ribosomi, il reticolo endoplasmatico, l’ergastoplasma, formazioni che intervengono nella sintesi proteica, l’apparato di Golgi, l’apparato della sfera. Tra le formazioni corpuscolate del citoplasma figurano anche i vacuoli e le inclusioni del paraplasma, quali i depositi di amido delle cellule vegetali, i granuli di glicogeno delle cellule animali, i plastidi, primi tra i quali i cloroplasti clorofilliani delle piante verdi, i feoplasti e i rodoplasti delle alghe, i cromoplasti, ecc. Un cenno meritano infine alcune tipiche strutture differenziate del citoplasma come per esempio le fibrille delle cellule muscolari e di quelle epiteliali (tonofibrille), le ciglia, i flagelli, ecc. Dall’esame delle strutture subcellulari è spesso possibile evidenziare strette correlazioni tra la morfologia della cellula e le sue proprietà funzionali. Infatti, all’origine della specializzazione funzionale della cellula è da porre il fatto che uno o più componenti protoplasmatici sono portati a un più elevato grado di attività. Ciò quasi sempre si riflette su un maggiore sviluppo della struttura interessata. Così, per esempio, le cellule di un epitelio ghiandolare che secerne proteine enzimatiche possiedono altamente sviluppate le strutture protido-sintetiche (ergastoplasma); le cellule muscolari sono invece ricche di fibrille contrattili e di materiale di riserva a elevato contenuto energetico (glicogeno, ATP, creatinfosfato). Analogamente, all’estremità dei prolungamenti assonici delle cellule nervose si possono evidenziare abbondanti formazioni granulari nelle quali si accumulano i mediatori chimici destinati a trasmettere alle cellule contigue gli impulsi nervosi. Tali granulazioni sono del tutto assenti nelle parti della cellula nervosa che non intervengono nella trasmissione degli stimoli. Alla conoscenza dell’intima struttura della cellula ha contribuito in misura determinante il miglioramento delle tecniche di indagine citologica: alle tradizionali apparecchiature della microscopia ottica si sono aggiunti il microscopio elettronico e successivamente il microscopio a scansione, capace di fornire immagini tridimensionali delle cellule. Altri moderni mezzi di indagine citologica sono la ultracentrifugazione frazionata, che permette la separazione dei singoli componenti cellulari, la diffrazione dei raggi X, la microanalisi a sonda elettronica, l’esame con speciali apparecchiature (cell-analyzers) capaci di differenziare in vivo i diversi tipi di cellule sulla base delle loro differenti proprietà fisiche e di rivelarne, di conseguenza, il comportamento nel naturale ambiente degli organi e dei tessuti.

La fisiologia della cellula

Come accennato in precedenza, una delle proprietà principali della cellula è l’attitudine a reagire agli stimoli chimici, meccanici, termici, elettrici con risposte che variano in rapporto al tipo di cellula e alla natura dello stimolo. “Per i movimenti delle cellule vedi gli schemi al lemma del 5° volume.” Si afferma talora che la cellula “percepisce” le situazioni ambientali che tendono ad alterare l’equilibrio omeostatico cellulare, reagendo a esse in maniera adeguata “Per i movimenti delle cellule vedi gli schemi a pg. 131 del 6° volume.” . Una tipica manifestazione reattiva che si osserva nelle cellule libere (per esempio le cellule del sangue) è costituita dai movimenti di avvicinamento e di allontanamento, rispetto alla sorgente dello stimolo. Tale fenomeno, rispettivamente positivo e negativo, è detto chemiotropismo se lo stimolo è di natura chimica, fototropismo quando è di natura luminosa. Tra i movimenti della cellula il più semplice è il movimento ameboide, così denominato perché è il mezzo di locomozione proprio delle amebe. Consiste nell’emissione di prolungamenti o pseudopodi in direzione del moto a cui fa seguito lo spostamento consensuale dell’intero citoplasma. Vanno anche ricordati i cosiddetti movimenti per organelli cellulari, attuati da cellule che possiedono ciglia vibratili, flagelli o membrane ondulanti. Per esempio, il movimento cigliare, tipico degli Infusori, avviene grazie alla flessione coordinata delle ciglia, all’interno delle quali il microscopio elettronico ha rilevato la presenza di strutture fibrillari contrattili. Organelli cigliari sono talora presenti in cellule fisse quali per esempio le cellule cigliate dell’epitelio respiratorio. In tal caso l’attività degli organelli non è diretta a favorire lo spostamento della cellula, bensì quello dei liquidi o dei materiali che poggiano sulla superficie cellulare. Movimenti flagellari di tipo rotatorio o a frusta si osservano nei Protozoi flagellati e negli spermatozoi. Questi ultimi possiedono una lunga coda le cui vivaci oscillazioni (20-40 al minuto) permettono loro di muoversi alla velocità di ca. 3 mm/min. Il citoplasma è d’altra parte sede di movimenti di tipo circolare dovuti a correnti citoplasmatiche che sono evidenziabili soprattutto nelle cellule vegetali. È opinione diffusa che la circolazione della massa citoplasmatica consenta scambi più efficienti tra l’interno e l’esterno delle cellule. Le cellule possono anche reagire agli stimoli modificando il loro livello metabolico; ciò a volte determina l’aumento o la diminuzione delle attività secernenti oppure modificazioni della sintesi proteica, della respirazione cellulare, ecc. Va inoltre ricordata, nell’ambito delle manifestazioni reattive, la variazione di permeabilità agli ioni che caratterizza i fenomeni bioelettrici a livello delle fibre nervose e del tessuto muscolare. Un’altra importante proprietà delle cellule è la capacità di autoregolazione del pH e della composizione chimica del protoplasma. Ciò avviene grazie alla permeabilità selettiva della membrana cellulare e alle peculiari caratteristiche del metabolismo cellulare. La membrana regola gli scambi tra l’interno e l’esterno della cellula non solo passivamente, in rapporto ai gradienti osmotici ed elettrochimici, ma anche in maniera attiva, attraverso un sistema di “pompe” le quali hanno lafunzione di espellere dalla cellula sostanze che vi si trovino in eccesso (per esempio pompa del sodio) e di introdurvi sostanze presenti in concentrazioni ridotte (per esempio pompe del potassio). Il funzionamento di tali pompe avviene con consumo di energia la quale è fornita dalla scissione dell’ATP. Un ruolo importante per l’equilibrio chimico endocellulare spetta inoltre a speciali meccanismi di natura metabolica. Occorre sottolineare a tale proposito che la cellula animale è un ordinario bersaglio di agenti chimici provenienti dall’esterno tra i quali farmaci, idrocarburi e altri composti aromatici che derivano dalla combustione delle sostanze organiche, insetticidi, metalli pesanti, additivi alimentari. È accertato che gran parte di queste sostanze possono provocare gravi lesioni delle cellule qualora vi si accumulino. Ciò in realtà non si verifica, in quanto nelle cellule esistono particolari sistemi enzimatici che agiscono specificamente sulle sostanze esogene trasformandole in composti atossici. Diverso destino hanno invece i materiali esogeni che vengono utilizzati dalla cellula per l’accrescimento e per la produzione di energia. Come è noto, nelle piante tali materiali sono esclusivamente di natura inorganica (acqua, anidride carbonica, sali minerali) e la loro trasformazione in composti organici avviene attraverso i processi della fotosintesi clorofillianaLa nutrizione della cellula animale, che non è in grado di operare ex novo la sintesi di materiali organici, inizia con la assimilazione di sostanze organiche di struttura piuttosto semplice (amminoacidi, acidi grassi, monosaccaridi), le quali vengono successivamente trasformate in materiale plastico e di riserva oppure utilizzate per la produzione di energia. È qui opportuno ricordare che la prevalenza dei processi metabolici di tipo assimilativo sulla fase catabolica favorisce l’accrescimento della massa protoplasmatica e quindi, per la legge di Driesch, l’aumento della riproduzione cellulare. Nei vegetali ciò vale in realtà soltanto per le cellule embrionali, in quanto le cellule somatiche crescono per distensione della parete cellulare senza che aumenti la produzione di materiale plasmatico. Tale fenomeno porta alla formazione dei vacuoli che in seguito si fondono in un unico vacuolo centrale. Una particolare forma di accrescimento della cellula vegetale è l’aumento di spessore della parete cellulare determinato dalla neoformazione di strati o membrane secondarie nelle quali si depositano materiali vari quali lignina, chitina e pectine. L’accrescimento delle cellule animali interessa soltanto il citoplasma senza fenomeni di membrana, cosicché gli stretti rapporti tra nutrizione della cellula e riproduzione costituiscono una regola costante. Sembra accertato che tanto negli animali come nelle piante l’accrescimento cellulare sia sottoposto al controllo di speciali sostanze chimiche (fattori di accrescimento o g. f., growth factors) le quali agirebbero in concentrazioni estremamente piccole. Recenti ricerche condotte in tale settore hanno dimostrato l’esistenza di un fattore di accrescimento nervoso (nerve growth factor) di natura polipeptidica, di un fattore di accrescimento renale e di numerosi fitormoni che in rapporto alla concentrazione possono agire da fattori di crescita oppure da fattori inibitori.

Le proteine della membrana

Le membrane cellulari hanno una funzione altamente specializzata, e nonostante siano tutte formate per la maggior parte da due strati lipidici, contengono, “immerse” al loro interno e affacciate a una o a entrambe le superfici, una serie di proteine che permettono a ciascuna membrana di svolgere la propria attività. La composizione dei lipidi (grassi) che costituiscono i due strati principali della membrana può variare: essa comprende, nella maggior parte glicolipidi e colesterolo. Tuttavia, i vari tipi di membrana o addirittura zone delimitate di essa, devono la loro individualità alle caratteristiche delle proteine contenute in quella regione. Le proteine di membrana si possono classificare in due grossi gruppi: al primo appartengono le proteine integrali, di cui fanno parte quasi tutte le proteine che attraversano la membrana; del secondo gruppo fanno parte le proteine periferiche. Le proteine integrali interagiscono direttamente con il doppio strato fosfolipidico e contengono una o più strutture ad alfa-elica formate da amminoacidi idrofobici: un esempio classico è la rodopsina batterica, che è stato il primo esempio di strutture di questo tipo risolta a livello cristallografico. Questi complessi proteici sono stabilizzati all’interno della membrana da interazioni tra le eliche e molti recettori presentano questo tipo di struttura. Le proteine periferiche sono legate alla membrana attraverso interazioni con altre proteine integrali e non direttamente alla membrana stessa. Le membrane biologiche sono molto asimmetriche e questo è principalmente dovuto al fatto che le proteine integrali sono legate in maniera asimmetrica e molecole dello stesso gruppo mantengono lo stesso orientamento; un enzima legato alla membrana, per esempio, esporrà su una delle superfici sempre la stessa faccia e quindi l’asimmetria è collegata ai vari aspetti delle funzioni della membrana. Molte proteine sono libere di muoversi in maniera laterale nel doppio strato, a eccezione di quelle che sono ancorate a strutture citoplasmatiche o a proteine della matrice extracellulare. Una eccezione a questo fenomeno è data dalla membrana degli eritrociti (globuli rossi), che non contiene proteine mobili ma una serie di proteine come la spectrina e l’actina che formano una rete connessa da interazioni specifiche con varie strutture e che mantengono la forma della cellula, dal momento che i globuli rossi non posseggono il citoscheletro, che costituisce “l’impalcatura” della cellula. Le cellule, quando sono organizzate in tessuti, sono connesse tra loro da vari tipi di giunzioni cellulari che nella membrana cellulare sono costituite da complessi proteici. Alcune proteine integrali formano giunzioni molto serrate che impediscono il passaggio di fluidi da una cellula all’altra o, come nel caso delle cellule epiteliali (per esempio quelle del pancreas o dell’epitelio intestinale), definiscono domini della membrana, specializzati in diverse funzioni e legati alle proteine specifiche di quella zona. Alcune proteine per esempio legano particolari ormoni, altre vengono inglobate nelle vescicole secretorie. Le giunzioni di adesione e i desmosomi legano le cellule adiacenti in maniera tale da dare una compattezza e una rigidità al tessuto stesso, in qualche caso legandosi alla matrice extracellulare, mentre le giunzioni gap permettono il passaggio di piccole molecole tra una cellula e l’altra. Il nucleo della cellula, che contiene i cromosomi in cui avvengono molti dei processi cellulari legati all’espressione dei geni, è circoscritto da una doppia membrana a doppio strato lipidico che contiene proteine diverse. Questa membrana controlla il traffico tra il nucleo e il citoplasma ed è interrotta da un numero elevatissimo di “pori nucleari”, strutture molto caratteristiche e che hanno una funzione attiva nel trasporto di molecole complesse come l’RNA messaggero. Il poro ha una struttura anulare che si affaccia su entrambi i lati del doppio strato della membrana e fanno parte del suo complesso molte proteine che in totale formano un agglomerato di 120 milioni di dalton, una dimensione veramente grande all’interno della cellula. Il passaggio di complessi ribonucleici è attivamente regolato come da un cancello e richiede il consumo di energia fornita dalla molecola di ATP. La membrana plasmatica è una barriera permeabile e selettiva tra il citoplasma e lo spazio extracellulare che permette il rapido afflusso di sostanze nutritive come il glucosio, gli amminoacidi e i lipidi, il mantenimento al suo interno dei prodotti metabolici necessari e l’uscita di sostanze di scarto o di materiale che deve essere immesso nello spazio extracellulare o in una cellula adiacente; questo meccanismo permette alla cellula di mantenere per quanto possibile un ambiente costante al suo interno. Il traffico di sostanze non è solo dovuto al fenomeno della diffusione, ma è strettamente regolato da enzimi e complessi proteici che agiscono da vere e proprie pompe sulla superficie cellulare. Esistono tre tipi di meccanismi di trasporto: quelli che usano l’energia dell’ATP per portare avanti un trasporto energeticamente sfavorevole e vengono definiti trasportatori attivi o pompe, la cui velocità è di circa (10/1000/s) ioni; i canali proteici, che trasportano acqua e ioni in un processo energicamente favorevole e rapidissimo con circa 108/s ioni; infine un terzo gruppo chiamato trasportatori che ha una velocità di trasporto intermedia, di circa 104 ioni/s. Sono stati identificati tre tipi di “trasportatori” che agiscono con lo stesso meccanismo di base: si legano alla sostanza da trasportare, come conseguenza del legame cambiano conformazione e la sostanza viene spinta all’interno. La differenza tra i vari tipi di questa classe è dovuta alla capacità di legare una o più molecole al loro interno. Inoltre un trasporto sfavorevole energicamente può essere accoppiato a un trasporto favorevole e in questa maniera una sostanza esce e l’altra entra o una sostanza che entra facilmente trascina con sé attraverso il cambio conformazionale un’altra molecola il cui ingresso è sfavorevole. La regolazione del pH all’interno della cellula è mantenuta utilizzando questo tipo di trasporto tra ioni. Nelle cellule di mammifero ci sono circa 20.000 diversi tipi di proteine e ciascuna di esse una volta sintetizzata deve raggiungere la particolare regione cellulare che le compete e così le circa trenta diverse membrane devono contenere un definito gruppo di proteine specifiche per portare avanti le loro funzioni, come per esempio nel caso di un recettore per un particolare ormone che deve essere esposto sulla superficie della cellula destinata a usare quell’ormone. Enzimi con funzioni nucleari come per esempio le DNA polimerasi o le RNA polimerasi, una volta assemblate nel reticolo endoplasmatico devono raggiungere il nucleo per espletare la loro funzione. La distribuzione delle proteine avviene a vari livelli; qualche proteina è direttamente sintetizzata nei mitocondri con un sistema simile a quello cellulare ma tutto all’interno di questi organelli, mentre la maggior parte delle proteine cellulari è codificata dal DNA nucleare e sintetizzata dai ribosomi nel citoplasma. Esistono vari segnali che assicurano il destino delle proteine o di interi organelli nel giusto compartimento cellulare. Le proteine che sono sintetizzate genericamente dai ribosomi citoplasmatici si dividono in due grandi gruppi, quelle sintetizzate dai ribosomi legati alla membrana nel cosiddetto reticolo endoplasmatico ruvido (ruvido perché le sue membrane sono piene di ribosomi) e quelle che vengono sintetizzate da ribosomi non attaccati alla membrana. Le proteine di quest’ultimo gruppo restano nel citosol o vengono trasportate nel nucleo, nei mitocondri o in altri compartimenti cellulari, mentre quelle sintetizzate nei ribosomi legati al reticolo ruvido entrano nel pathway secretorio. Alcune di esse attraversano la membrana del reticolo mentre vengono sintetizzate e si vengono a trovare nel lumen del reticolo. Alcune di queste vengono secrete dalla cellula, dopo la loro sintesi e inviate al Golgi attr
averso vescicole di trasporto e in seguito espulse dalla cellula attraverso la esocitosi. Durante questo fenomeno le vescicole secretorie, piene di proteine specifiche, si fondono con la membrana e vengono rilasciate all’esterno della cellula, mentre altre sono destinate a rimanere nel reticolo o sono trasportate ai lisosomi. La gerarchia assicura una specifica destinazione per ogni proteina prodotta. § Un gruppo importante di proteine sintetizzate nel reticolo ruvido è quello delle proteine integrali di membrana, che presentano un orientamento unico rispetto allo strato fosfolipidico della membrana e possiedono una sequenza di 25 amminoacidi, definita “topogenica”(dal greco tópos, luogo) che assicura una inserzione appropriata di questa proteina nel reticolo. Tuttavia solo alcune delle proteine integrali di membrana restano nella stessa membrana una volta sintetizzate: alcune, come per esempio i recettori, vanno incontro a vari cicli di endocitosi e modificazione prima di raggiungere la destinazione finale. § Il mitocondrio, l’organello responsabile della produzione di energia per la cellula, contiene un DNA che si replica in maniera autonoma dal DNA nucleare. Questa molecola codifica per molte proteine intramembranarie che prendono parte al trasporto di elettroni, durante la catena respiratoria responsabile della formazione dell’ATP. È interessante notare che esiste una differenza tra le specie sul tipo di geni del DNA mitocondriale: infatti in alcuni organismi gli stessi geni che sono in una specie mitocondriali, sono invece presenti nel DNA nucleare. Questa osservazione fa pensare che durante l’evoluzione vi sia stato uno scambio tra i due genomi. La maggior parte delle proteine mitocondriali è codificata da geni nucleari, sintetizzata nei ribosomi del citosol e successivamente importata nel mitocondrio. Queste proteine sono sintetizzate in unità lunghe che contengono regioni necessarie al loro trasporto all’interno dell’organello e che successivamente vengono eliminate; inoltre, dopo essere state sintetizzate, vengono mantenute in uno stato semidenaturato e il loro trasporto è causato da un meccanismo attivo che richiede energia; una parte della proteina si lega a uno specifico recettore sulla membrana esterna e quando la membrana interna viene a trovarsi molto vicina si forma un poro che permette il passaggio della proteina all’interno e, una volta a destinazione, la proteina importata assume la sua forma attiva. Il DNA mitocondriale è stato anche usato per studi di genetica evoluzionistica per due importanti motivi: il primo è che la sua frequenza di mutazione è diversa da quella del DNA nucleare e le mutazioni che avvengono nel suo genoma raramente portano alla morte dell’individuo perché nella cellula ci sono migliaia di mitocondri; il secondo motivo è che i mitocondri si ereditano dalla madre, quindi due fratelli hanno lo stesso DNA mitocondriale anche se sono figli di padri diversi. Questa caratteristica permette di tracciare alberi genealogici seguendo solo la discendenza materna e questo si è rivelato molto importante per stabilire la vicinanza genetica tra le varie popolazioni della Terra. Questo metodo introdotto da A. Wilson ha permesso di definire l’origine africana della specie umana. Studiando le sequenze di una regione del DNA mitocondriale non essenziale alla vita dell’organello e quindi in grado di conservare nel tempo le mutazioni, Wilson e collaboratori hanno paragonato questa regione nei genomi mitocondriali di diverse popolazioni che abitano il pianeta e hanno stabilito che tutte hanno in comune sequenze che sono caratteristiche delle popolazioni africane, mentre queste ultime sono simili solo a se stesse. Inoltre è stato possibile seguire le varie migrazioni dell’uomo e le separazioni in gruppi etnici e, studiando la frequenza delle mutazioni, è stato possibile proporre una data per la nascita delle prima donna africana, che può risalire, con un margine di errore importante, a circa 190.000 anni fa. § Il citoscheletro, costituito da una rete di fibre, riempie il citoplasma dando la forma alla cellula. Questa struttura, composta da tre sistemi fibrosi come i microtubuli, i microfilamenti e i filamenti intermediari, provvede anche all’impalcatura dove si attaccano i vari organelli cellulari ed è responsabile della motilità cellulare. Una delle proteine che costituiscono il citoscheletro è l’actina, che è una delle proteine più conservate nella cellula, la quale si lega in maniera specifica all’ATP per formare fibre e costituisce una fitta rete attaccandosi alle proteine integrali della membrana. La polimerizzazione dei filamenti di actina e il loro assemblaggio in reti e matasse costituisce uno dei meccanismi attraverso i quali la cellula genera le forze necessarie a spingere la membrana cellulare in avanti durante il movimento cellulare. Nelle cellule muscolari le fibre di actina sono connesse con la miosina, che è una molecola capace di grossi cambi conformazionali, usando il legame con l’ATP, e la conversione di ATP in ADP viene utilizzata per la contrazione muscolare. La rete di actina e miosina costituisce il reticolo sarcoplasmatico che, inoltre, contiene le pompe per il controllo del livello del calcio necessario alla contrazione muscolare. Le funzioni e l’organizzazione del citoscheletro variano con il tipo di cellula, ma le caratteristiche strutturali e i meccanismi legati al suo assemblaggio sono gli stessi.

Il ciclo della cellula

Le modificazioni più vistose a cui va incontro durante la propria vita una cellula sono di tipo morfologico e di costituzione chimica. Schematizzando, in tutte le cellule, vi è un periodo in cui esse si presentano con delle caratteristiche ben precise di proprietà morfologiche e fisiologiche adatte a svolgere determinati lavori (cellule muscolari, cellule nervose, cellule del sangue, ecc.) e dei momenti in cui queste cellule si dividono (con ritmi che sono proprietà caratteristiche e tipiche delle diverse popolazioni cellulari). Essenzialmente quindi la vita di una cellula è costituita da un periodo di interfase (a durata variabile in dipendenza del tipo cellulare) e da un periodo di divisione “M” (sia per mitosi sia per meiosi). Il periodo interfasico è però a sua volta suddiviso in tre periodi: un periodo detto “G₁” (dall’inglese gap, intervallo); un periodo “S” (da synthesis) ed infine un periodo “G₂”. Durante il periodo “G₁” non vi sono particolari ed evidenti cambiamenti cellulari oltre all’accrescimento dei materiali citoplasmatici, tra i quali i vari organelli. Secondo l’ipotesi maggiormente condivisa sembra molto probabile che durante questo periodo venga anche sintetizzata una sostanza “innesco” per l’avvio della sintesi del DNA. L’autoduplicazione del DNA avviene infatti nel periodo “S”. Al termine del periodo “S” vi è un periodo “G₂” che precede immediatamente il periodo “M”. Non si conoscono ancora di preciso quali siano le caratteristiche chimico-fisiche che caratterizzano questo periodo, che pur deve essere di estrema importanza visto che costituisce il preludio della fase di divisione (comparsa delle fibre del fuso). Il ciclo cellulare è marcato, sotto il profilo citochimico del DNA, da un contenuto diploide nella fase “G₁”, tetraploide al termine della fase “S” e nella fase “G₂” ed all’inizio della fase “M”. Le caratteristiche di durata nel tempo delle varie fasi del ciclo cellulare dei diversi tipi cellulari di un organismo sono tra i parametri di funzionalità di maggior interesse per i biologi. Infatti ogni tipo cellulare ha un ben determinato tempo di durata delle varie fasi (per esempio la fase “G₁” è molto variabile da tipo cellulare a tipo cellulare, la fase “G₂” ha una durata di circa tre ore per quasi tutte le cellule, la fase “S” di circa otto ore e la fase “M” di circa un’ora anche se per ogni tipo cellulare è possibile calcolare esattamente questi tempi) ed il ritrovare valori diversi può essere utile al biologo per stabilire l’instaurarsi di processi patologici. Questo complesso di eventi deve essere strettamente regolato perché ogni errore nel ciclo può portare o alla morte cellulare o a una crescita incontrollata: la cellula ha organizzato una forma di controllo attraverso eventi specifici denominati check points che impediscono il procedere durante il ciclo se le operazioni precedenti non sono state condotte bene a termine. Le proteine che lo regolano sono chiamate cicline e sono costituite in generale da due subunità che contengono la specificità con il substrato e una attività chinasica. Queste proteine vengono espresse specificamente in ciascuna fase del ciclo e dopo aver svolto la loro funzione vengono degradate rapidamente. Per entrare nella fase S le cicline attivano fattori specifici di trascrizione per enzimi necessari alla sintesi del DNA mentre un altro gruppo specifico organizza la formazione del fuso che sarà utilizzato per la segregazione dei cromosomi. L’ingresso in G₂ avviene dopo aver completato la replicazione del DNA e le cicline specifiche attivano un fattore responsabile dell’ingresso in mitosi chiamato CDC₂. I cromosomi vanno incontro durante il ciclo a due fenomeni opposti come la condensazione e la decondensazione e si pensa che la cromatina venga fosforilata in una prima fase e poi defosforilata; tuttavia ancora non sono state identificate tutte le componenti responsabili di questo importante fenomeno. Anche il fuso mitotico deve essere smontato dopo la mitosi e altre cicline specifiche sono responsabili della sua degradazione. Come abbiamo detto, è importante che questi processi cellulari vengano controllati con cura, e i vari check points operano per assicurare che una fase sia terminata prima di entrare nella successiva. Sono state identificate molte proteine responsabili di questi controlli e mutazioni che, sopprimendo la loro attività, bloccano la cellula in una determinata fase del ciclo. Se il DNA non è replicato correttamente la cellula non entra in mitosi e il ciclo si ferma fino a che il DNA non è riparato; questo sistema impedisce che lesioni al DNA vengano propagate nelle cellule figlie e inoltre che regioni di DNA che contengono rotture non vengano segregate in maniera diversa al momento della separazione dei cromosomi lungo il fuso mitotico. Nelle cellule di mammifero, i danni al DNA inducono la produzione e l’attivazione della proteina “p53”, chiamata anche soppressore di tumori, la quale attraverso una cascata di eventi è responsabile del blocco della fase S, impedendo la progressione di cellule che svilupperebbero molto facilmente fenomeni cancerosi, come si vede in cellule che hanno mutazioni che inattivano il gene p53.

La senescenza della cellula

Secondo una tradizionale classificazione, gli elementi cellulari in rapporto alla loro capacità riproduttiva e alla rapidità del loro ciclo vitale possono essere distinti in tre gruppi: labili, stabili, perenni. Elementi labili sono le cellule che si rinnovano velocemente e che hanno quindi rapida senescenza (per esempio le cellule epiteliali dell’epidermide, le cellule delle mucose, ecc.). Appartengono alla categoria delle cellule stabili le cellule epatiche e quelle renali, che ordinariamente non si riproducono, ma entrano in vivace attività cariocinetica in situazioni particolari (per esempio il fegato si rigenera rapidamente dopo asportazione parziale). Si dicono infine perenni gli elementi cellulari altamente differenziati (per esempio cellule nervose), che vanno incontro alla senescenza e alla morte senza potere mai riprodursi. Al di là di tale classificazione è opinione comune che l’invecchiamento non sia una condizione della cellula in se stessa quanto un fenomeno riguardante l’ambiente cellulare nel suo insieme e l’interazione tra cellula e cellula. È noto infatti che colture in vitro di cellule animali possono moltiplicarsi all’infinito qualora siano mantenute in terreni colturali adeguati e trapiantate periodicamente. D’altra parte nei Protozoi non è possibile evidenziare, in condizioni ordinarie, il fenomeno della morte cellulare. Il periodo vitale di questi organismi può essere più esattamente identificato nel periodo intercinetico che va dall’origine della cellula (divisione di una cellula-progenitrice) fino alla divisione della cellula stessa. La senescenza cellulare è stata oggetto di un gran numero di ricerche di laboratorio che hanno dato corpo a una nuova branca della medicina, la gerontologia sperimentale. Appare ormai evidente che la senescenza e la morte cellulare siano eventi fisiologici, soprattutto alla luce dell’analisi delle mutazioni somatiche. È stato infatti dimostrato che le cellule di ogni organismo subiscono nel tempo continue mutazioni irreversibili che si trasmettono per via ereditaria alle cellule figlie con la riproduzione. Con l’avanzare del tempo il numero delle mutazioni cellulari e quindi il numero complessivo delle cellule mutate aumenta progressivamente. Poiché i fenomeni mutazionali sono in genere dannosi per l’equilibrio cellulare, è probabile che i tessuti si arricchiscano sempre più di cellule in qualche modo difettose. Alterazioni del DNA costituenti il nucleolo, correlate con l’invecchiamento, sono state inizialmente evidenziate in individui affetti dalla sindrome di Werner, malattia dovuta ad una singola mutazione sul gene WRN che perde completamente la sua funzionalità. Tale patologia è caratterizzata dall’accorciamento della vita accompagnato dalla precoce comparsa dei caratteri tipici della vecchiaia; al livello cellulare si osserva l’accumulo di alterazioni cromosomiche, con un’alta frequenza di delezioni e riarrangiamenti del materiale ereditario In ciò risiederebbe la principale causa dell’invecchiamento, che si manifesta poi attraverso la riduzione delle resistenze tissutali e l’aumento progressivo della suscettibilità agli agenti che sono causa di malattia. A favore di tale ipotesi vi è l’osservazione che nei tessuti aumenta, in funzione dell’età, il numero di aberrazioni cromosomiche le quali possono essere considerate come espressione di fenomeni mutazionali. È inoltre significativo che l’irradiazione dei tessuti con raggi X, agenti notoriamente mutageni, acceleri sensibilmente la senescenza dell’organismo (“invecchiamento da raggi”). In tale circostanza nell’animale da laboratorio si osserva un significativo accorciamento della vita del soggetto irradiato pur senza che si manifestino danni cellulari direttamente attribuibili all’irradiazione. Indipendentemente dall ‘insorgenza e dall’accumulo di mutazioni nelle cellule somatiche, gli eventi collegati al numero di divisioni cellulari sono quelli relativi all’usura dei telomeri, le estremità dei cromosomi. Al progressivo accorciamento dei telomeri è stata attribuita la limitata possibilità di divisione delle cellule umane in coltura, strettamente correlata ad un ostacolo nelle capacità rigenerative dell’organismo e quindi all’insorgere dell’invecchiamento. È stato dimostrato che i telomeri rappresentano l’orologio cellulare, cioè segnano l’età di una cellula a partire dalle prime divisioni dopo la fecondazione fino all’individuo adulto. Era già stato osservato, infatti, che la massima capacità proliferativa si aveva in cellule prelevate da embrioni, mentre colture in vitro di cellule provenienti da tessuti adulti si dividevano un minor numero di volte: il numero di divisioni cellulari era inversamente proporzionale all’età del donatore. A partire da quest’osservazione è stato scoperto che durante il susseguirsi delle divisioni cellulari le sequenze situate alle estremità dei cromosomi vanno progressivamente perdute e i telomeri si accorciano: la lunghezza di queste regioni di DNA è un chiaro indicatore delle divisioni cellulari già avvenute e di quelle ancora possibili prima che la popolazione cellulare perda la possibilità di dividersi. Chiaramente la perdita dei telomeri non può avvenire nelle cellule germinali, dove il ruolo della telomerasi, l’enzima responsabile della corretta duplicazione dei telomeri, è essenziale: se ad ogni divisione dei gameti si avesse l’accorciamento dei telomeri, nel giro di poche generazioni i cromosomi perderebbero molte informazioni, con effetti chiaramente disastrosi per la discendenza. Il meccanismo di corretta duplicazione dei telomeri, però, funziona in maniera pienamente efficiente nelle cellule embrionali ed in quelle infantili, mentre in quelle somatiche dell’adulto causa la perdita progressiva dei telomeri, e pertanto ne determina l’invecchiamento. La prova inconfutabile del ruolo della telomerasi nel datare una cellula è stata data inserendo in cellule “anziane” il gene per una subunità attiva dell’enzima: il ripristino dei telomeri le ha rese di nuovo “giovani”, cioè in grado di generare una più grande popolazione cellulare. Bisogna però escludere l’applicazione di questa tecnica per impedire l’invecchiamento progressivo e finora ineluttabile di un individuo: l’usura dei telomeri funziona da meccanismo di controllo per impedire la crescita illimitata di una popolazione cellulare, costituendo quindi una barriera naturale all’insorgenza dei tumori; le cellule tumorali, infatti, sfuggono all’accorciamento dei telomeri. Da ciò appare chiaro che pensare di introdurre l’attività della telomerasi in cellule normali potrebbe avere come conseguenza quella di trasformarle in cellule maligne. L’accumulo di radicali liberi, cioè di molecole che normalmente sono solo degli intermediari in specifici processi chimici, può generare altre reazioni chimiche, quali ad esempio la formazione di molecole polimeriche inattive che interferiscono con l’attività cellulare. Molti dati sperimentali sono ormai a favore dell’ipotesi che alcune sostanze antiossidanti naturali, quali la vitamina E e la vitamina C, possono inattivare i radicali liberi e bilanciare gli effetti deleteri delle sostanze ossidanti. È stato anche dimostrato che la pelle è provvista di un naturale sistema antiossidante, rappresentato da componenti sia enzimatici che strutturali, che viene fortemente potenziato dall’assunzione alimentare di fragole, glutatione, melatonina e vitamina E. Molti dati clinici hanno dimostrato che l’assunzione alimentare controllata di queste sostanze ha un benefico effetto anche sul sistema immunitario, riduce il rischio di arteriosclerosi e di malattie cardiache. Partendo da alcuni studi condotti sulla necrosi muscolare e sulle miopatie genetiche, è stato dimostrato che il ferro stimola e potenzia la formazione di radicali liberi tossici ed altamente reattivi, e con essi danni ossidativi. Una limitazione nell’assunzione di ferro attraverso l’alimentazione può prevenire quindi i danni ossidativi che si accumulano, con il progredire dell’età, in tutti i compartimenti cellulari, nei tessuti e negli organi. Si spera di poter utilizzar
e al più presto queste conoscenze in campo applicativo sia per quelle patologie che determinano un invecchiamento precoce, sia in campo gerontologico, sia in campo cosmetologico. È stato poi dimostrato che gli stress ossidativi diminuiscono in funzione con una riduzione ragionevole dell’apporto calorico; contemporaneamente si evidenziano un aumento delle funzioni atte alla prevenzione ed alla riparazione di danni al DNA. Sembra inoltre che una riduzione delle calorie immesse nell’organismo con la dieta aumenti la fedeltà di duplicazione del DNA, tenga sotto controllo l’espressione di geni oncogeni ed aumenti l’efficienza del sistema immunitario. Tutti i fenomeni descritti, però, rappresentano un insieme di eventi casuali, che svolgono la loro azione in contrapposizione con la tendenza alla longevità tipica di tutti i sistemi cellulari. L’universalità del processo di invecchiamento, che si ritrova in tutte le specie viventi, suggerisce invece che esista anche un sistema geneticamente programmato, responsabile della durata della vita e del progressivo variare dell’aspetto verso il fenotipo anziano. Così come esistono geni che controllano l’accrescimento e lo sviluppo, è possibile ipotizzare la presenza di geni strettamente connessi con la capacità di difendere la cellula da vari danni, quali quelli ossidativi, che durante il corso della vita vengono resi silenti, e non possono più esplicare la loro funzione: tale inibizione potrebbe corrispondere ad un sistema di regolazione della durata complessiva della vita. Altri studi genetici hanno portato inoltre alla scoperta di alcuni geni coinvolti nei processi di invecchiamento, soprattutto nel nematode Caenorhabditis elegants, in Drosophila melanogaster, il moscerino della frutta e nel topo. Tra le altre ipotesi chiamate in causa per spiegare la senescenza delle cellule negli organismi pluricellulari si possono ricordare: l’accumulo intracellulare di scorie metaboliche che la cellula è sempre meno capace di eliminare con il progredire dell’età; quella autoimmunitaria, secondo la quale in seguito ad alterazioni nucleari si ha la sintesi di proteine anomale che il sistema immunocompetente non è in grado di riconoscere e che determinano pertanto risposte anticorpali. Nell’ambito di tale ipotesi un interessante rilievo è dato dal fatto che le alterazioni degenerative vasali, tipiche dell’arteriosclerosi senile, hanno alcuni aspetti in comune con le angiopatie di origine autoimmunitaria (per esempio periarterite nodosa). Per cercare una conferma all’ipotesi che esista un controllo genetico dell’invecchiamento nei mammiferi, ed in particolare nell’uomo, l’attenzione è stata focalizzata sull’apoptosi, il programma genetico di suicidio cellulare, che viene determinata da molti fattori, quali ormoni steroidei, danni al DNA, o risposte a stimoli di varia natura. Sebbene non sia stato ancora dimostrato con certezza, è possibile pensare che questo tipo di morte cellulare, controllata geneticamente, sia collegata con l’invecchiamento.

La patologia della cellula

La cellula può andare incontro a numerose alterazioni patologiche evidenziabili a livello sia morfologico sia biochimico-funzionale. La grande varietà di malattie cellulari dipende non tanto dal numero degli agenti patogeni, quanto dall’organizzazione estremamente complessa della cellula. Basti considerare che il metabolismo intracellulare richiede l’intervento di oltre 100.000 enzimi, ognuno dei quali può essere potenzialmente causa di una specifica deviazione patologica della via metabolica interessata. Pur essendo tradizionalmente impostata sui quadri morfologici, l’interpretazione della patologia cellulare si vale in misura sempre maggiore dei dati biochimici in quanto è accertato che le alterazioni morfologiche della cellula malata sono soltanto un’espressione secondaria e tardiva di danneggiamenti biochimici. Un altro fenomeno spesso chiamato in causa per spiegare alcuni aspetti della patologia cellulare riguarda i rapporti e le influenze reciproche tra cellule dello stesso tipo o di tipo diverso. Numerosi elementi avvalorano l’ipotesi che le cellule degli organismi pluricellulari scambino ordinariamente “informazioni” attraverso la loro membrana in forma di messaggi chimici. Tali messaggi, una volta raggiunta la cellula, vengono inviati al nucleo che “informa” a sua volta le strutture deputate alla sintesi delle proteine enzimatiche. Si ha in tal modo una modificazione del metabolismo cellulare che permette il costante adattamento della cellula alle condizioni dell’ambiente e all’attività delle cellule circostanti. La percezione degli eventi esterni, che costituisce il fulcro di questa “microsociologia cellulare”, risulterebbe alterata secondo Wallach nelle cellule neoplastiche, le quali, non “riconoscendo” più le cellule vicine, acquisterebbero carattere di invadenza. Sembra accertato che i messaggi chimici tra cellula e cellula si trasmettano lungo ponti intercitoplasmatici posti tra due elementi contigui. La natura dei messaggeri chimici intercellulari e intracellulari costituisce uno dei più interessanti temi di ricerca della biochimica e della fisiologia (vedi AMP-ciclico, ormone). Quando le lesioni cellulari prodotte da determinati agenti patogeni sono di entità elevata, esse possono provocare la morte della cellula prima della naturale conclusione del suo ciclo vitale. Tale fenomeno prende il nome di necrosi ed è la conseguenza di alterazioni profonde che possono interessare il nucleo, il citoplasma o la membrana cellulare. La necrosi porta alla cessazione di ogni attività vitale della cellula;tuttavia il concetto di morte cellulare non è definibile con precisione nei suoi limiti temporali poiché numerose attività enzimatiche si svolgono di norma anche quando la cellula mostra i segni morfologici della necrosi. Appare opportuno definire il concetto di morte cellulare come il momento in cui si raggiunge la irreversibilità di determinate alterazioni. La necrosi cellulare può essere provocata da: agenti fisici, quali radiazioni, elettricità, calore, freddo, traumi; agenti chimici, tra i quali farmaci, sostanze denaturanti le proteine, oppure veleni endogeni, come si osserva nell’uremia e nella porfiria; deficiente apporto di materiali nutritivi (proteine), energetici (carboidrati) o di ossigeno; agenti biologici quali batteri, virus, protozoi, veleni animali e vegetali. Non essendo possibile la descrizione dettagliata dei diversi tipi di alterazioni patologiche della cellula, a titolo esemplificativo si possono ricordare le variazioni di volume cellulare, espressioni di adattamento a esigenze anormali di tipo funzionale o nutrizionale (iper-ipotrofia, atrofia, iper-ipoplasia, aplasia), le anomalie della differenziazione quali la metaplasia, dove i tessuti neoformati hanno caratteristiche differenti da quelli di origine, o l’anaplasia, che si osserva allorché cellule già differenziate perdono la differenziazione acquistando carattere di elementi embrionali e con esso l’attitudine a riprodursi vivacemente. Accanto alle anomalie della riproduzione cellulare occorre inoltre ricordare il complesso di alterazioni di natura degenerativa che comprende il rigonfiamento torbido, la ialinosi, la degenerazione vacuolare, la steatosi, le tesaurismosi, la lipofanerosi, la glicogenosi, la degenerazione mucosa degli epiteli, ecc. Caratteristiche del tutto particolari hanno talora le alterazioni patologiche delle cellule nervose e delle cellule muscolari. Tipiche alterazioni del nucleo sono la picnosi, caratterizzata dalla disorganizzazione delle strutture nucleari e dalla concentrazione della cromatina in un’unica massa omogenea, la cariolisi, che consiste nella disgregazione del nucleo, con dispersione dei suoi frammenti nel citoplasma, la carioressi, determinata dalla rottura della membrana nucleare. Un capitolo di enorme importanza nella patologia cellulare riguarda infine i tumori.

La sintesi della cellula

Uno dei risultati più sorprendenti che la ricerca citologica ha conseguito è costituito certamente dalla sintesi della cellula, cioè dalla possibilità di costruire cellule del tutto nuove con frammenti prelevati da diversi organismi cellulari. Il merito di aver iniziato gli studi in questo settore definito da taluni “ingegneria cellulare” spetta a J. F. Danielli, il quale partì con l’intento di trasferire il nucleo da una cellula all’altra allo scopo di osservare nelle cellule discendenti di quelle “trapiantate” in quale misura il citoplasma influisca sulla trasmissione dei caratteri ereditari. Nel 1968 è stata ottenuta per la prima volta una cellula “sintetica”, costruita artificialmente in laboratorio dalla mano dell’uomo. Occorre sottolineare il fatto che la sintesi artificiale non è sintesi chimica delle cellule in quanto viene effettuata a partire da materiale elaborato da strutture viventi. L’aspetto più sorprendente della sintesi cellulare è senza dubbio costituito dalla possibilità di ottenere elementi a elevato livello di organizzazione partendo da frammenti cellulari a basso livello di organizzazione. Così in esperimenti condotti sulle amebe, utilizzando nuclei, frammenti citoplasmatici e membrane di cellule differenti, è possibile costruire individui che nel 70-80% dei casi risultano vitali, come appare dalla loro capacità di assumere cibo dall’ambiente esterno e di riprodursi ripetutamente. La costruzione artificiale della cellula ha aperto prospettive imprevedibili nel campo della biologia: la cellula, che finora è stata soltanto oggetto di analisi e di interpretazione dei fenomeni biologici, si è avviata a diventare un mezzo di sintesi. In questo senso va inquadrato il tentativo di introdurre nelle cellule geni sintetici allo scopo di ottenere organismi viventi con nuove proprietà funzionali predeterminate.

Altri tipi di cellule

Cellule adelomorfe e delomorfe, cellule dai contorni rispettivamente poco o molto distinti, che si trovano, con funzioni secernenti, nelle ghiandole della mucosa gastrica. Cellule alfa e beta, elementi cellulari delle isole del Langerhans nel pancreas che producono rispettivamente il glucagone e l’insulina. Cellule gustative, cellule epiteliali altamente differenziate che si trovano negli omonimi calicetti, come elementi dell’organo del gusto. Cellule mitrali, elementi cellulari di forma piramidale, costituenti uno degli strati del bulbo olfattorio. Cellule sensoriali, elementi nervosi terminali dei prolungamenti dei neuroni sensoriali periferici. § Cellule etmoidali e mastoidee, vedi celletta.

A. Worth Ham, Istologia, Firenze, 1952; K. R. Porter, M. A. Bonneville, Struttura submicroscopica delle cellule e dei tessuti, Padova, 1964; D. W. Fawcett, The Cell: Its Organelles and Inclusions, Filadelfia, 1966; J. F. Danielli, Sintesi artificiale delle cellule, in “Rassegna clinico-scientifica”, n. 17, pag. 37, 1971; A. Rabbi, G. Lenar, Biochimica metabolica cellulare e dei tessuti, Torino, 1986.

Fonte articolo

http://www.sapere.it/enciclopedia/cèllula+(biologia).html

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