Relazione tra struttura e funzione cellulare

"La forma si adatta alla funzione" è un ritornello comune nel mondo delle forme di ingegneria sia naturali che umane. Quando è in discussione la costruzione mirata di uno strumento quotidiano, questo è spesso ovvio: un bambino a cui viene data una pala, un bicchiere, un paio di calzini o un martello potrebbe probabilmente determinare con relativa facilità a cosa servano questi attrezzi, mentre nel caso, ad esempio, di una catena di bicicletta o di un collare per cani isolati, il puzzle è notevolmente più difficile da risolvere risolvere.

Le strutture naturali, formatesi nel corso di milioni di anni di evoluzione, rimangono al loro posto perché sono stati selezionati per i vantaggi di sopravvivenza che danno agli organismi che possederli. Questo è il caso delle celle, che sono le strutture naturali più semplici che hanno tutte le proprietà dell'entità dinamica nota come vita: riproduzione, metabolismo, mantenimento dell'equilibrio chimico e della solidità fisica.

Come nel mondo "macro", il modo in cui le parti di una cellula parlano delle loro funzioni, sia quelle che stanno da sole e quelli che sono integrati con il resto della cellula – è di per sé un affascinante argomento di biologia giusto.

La composizione e la funzione delle cellule variano notevolmente sia tra organismi che, nel caso di organismi multicellulari complessi, tra diversi tessuti e organi all'interno dello stesso organismo. Ma tutte le cellule hanno un certo numero di elementi in comune. Questi includono:

• Membrana cellulare: Questa struttura costituisce il rivestimento esterno della cellula ed è responsabile sia dell'integrità fisica della cellula sia del passaggio di determinate sostanze all'interno e all'esterno, negando il passaggio ad altre. In realtà consiste in a doppia membrana plasmatica.
• Citoplasma: Questo forma la sostanza interna delle cellule e consiste in una matrice acquosa che supporta altri contenuti interni delle cellule, come un'impalcatura. La parte liquida, non organello, è chiamata citosol, e la maggior parte delle reazioni chimiche nella cellula avvengono qui con l'aiuto di proteine ​​chiamate enzimi.
• Materiale genetico: Il materiale genetico, di cui quasi ogni cellula dell'organismo contiene una copia completa, contiene le informazioni necessarie per la sintesi proteica sotto forma di acido desossiribonucleico (DNA). Il DNA è ciò che viene trasmesso alle generazioni successive durante il processo riproduttivo.
• ribosomi: Queste proteine ​​sono responsabili della produzione di tutte le proteine ​​di cui l'organismo ha bisogno. Prendono direzione dall'acido ribonucleico messaggero (mRNA). Sui ribosomi, i singoli amminoacidi sono collegati tra loro per creare catene, formando proteine. L'mRNA è prodotto dal DNA in un processo chiamato trascrizione; la conversione delle istruzioni dell'mRNA in proteine ​​sui ribosomi, che consistono di due subunità, è nota come traduzione.

Gli esseri viventi possono essere suddivisi in due tipi: procarioti, che includono i domini Bacteria e Archaea, e eucarioti, che consistono nel dominio Eukaryota. La maggior parte dei procarioti sono organismi unicellulari, mentre quasi tutti gli eucarioti - piante, animali e funghi - sono multicellulari.

Le cellule procariotiche includono le quattro strutture già descritte, ma non molto altro, sebbene i batteri abbiano pareti cellulari. Molti di loro hanno anche una cella capsula; la funzione primaria di questi è la protezione. Alcuni procarioti hanno anche strutture a forma di frusta sulla loro superficie chiamate flagelli. Come si può intuire dal loro aspetto, questi sono usati principalmente per la locomozione.

Le cellule eucariotiche, al contrario, sono ricche di organelli, che sono entità legate alla membrana che servono la cellula in modi particolari. È importante sottolineare che gli eucarioti ospitano il loro DNA all'interno di a nucleo, mentre nei procarioti, che mancano di strutture interne legate alla membrana di alcun tipo, il DNA galleggia in un ammasso sciolto nel citoplasma chiamato regione nucleoideid.

La relazione tra le parti di una cellula e le loro funzioni è esemplificata con eleganza e chiarezza negli organelli degli eucarioti. A loro volta, tutti gli organelli sono dotati di una membrana plasmatica. Ogni membrana plasmatica nelle cellule, compresa la membrana cellulare esterna, denominata, nonché le membrane che racchiudono gli organelli, è costituita da un fosfolipidedoppio strato.

Questo doppio strato è costituito da due singoli "fogli" uno di fronte all'altro in modo speculare. L'interno presenta il idrofobico, o idrorepellenti, porzioni di ogni strato, che sono costituite da lipidi sotto forma di acidi grassi. Le porzioni esterne, al contrario, sono idrofilo, o alla ricerca di acqua, e sono costituiti dalle porzioni di fosfato delle molecole di fosfolipidi.

Così una "parete" di teste di fosfato idrofilo è rivolta verso l'interno dell'organello (o nel caso della membrana cellulare di per sé, citoplasma) mentre l'altro è rivolto verso il lato esterno, o citoplasmatico, (o nel caso della membrana cellulare, verso l'esterno ambiente).

La struttura della membrana è tale che piccole molecole come il glucosio e l'acqua possono spostarsi liberamente tra i molecole fosfolipidiche, mentre quelle più grandi non possono e devono essere pompate attivamente dentro o fuori (o il passaggio negato, periodo). Ancora una volta, la struttura si adatta alla funzione.

Sebbene di solito non venga definito un organello a causa della sua suprema importanza, il nucleo è in realtà l'incarnazione di uno. La sua membrana plasmatica è chiamata membrana nucleare. Il nucleo contiene DNA impacchettato in cromatina, che è materia ricca di proteine ​​divisa in cromosomi.

Quando i cromosomi si dividono, e il nucleo con essi, il processo si chiama mitosi. Perché ciò accada, il, fuso mitotico deve essere creato all'interno del nucleo, che è essenzialmente il cervello della cellula e consuma una frazione significativa del volume complessivo della maggior parte delle cellule.

Questi organelli di forma approssimativamente ovale sono le centrali elettriche degli eucarioti, perché sono il sito della respirazione aerobica ("con ossigeno"), la fonte di la maggior parte dell'energia che gli eucarioti ricavano dal carburante che mangiano (nel caso degli animali) o sintetizzano con l'aiuto della luce solare (nel caso dei impianti).

Si ritiene che i mitocondri abbiano avuto origine oltre 2 miliardi di anni fa, quando i batteri aerobici si sono depositati all'interno di cellule esistenti non aerobiche e hanno iniziato a collaborare con loro a livello metabolico. Le numerose pieghe nella loro membrana, dove effettivamente si verifica la respirazione aerobica, sono un altro esempio della confluenza di struttura e funzione nelle cellule.

Questa struttura membranosa è piuttosto come una "autostrada" in quanto dal nucleo (ed è infatti unita alla sua membrana), attraverso la cellula, fino ai confini del citoplasma. Trasporta e modifica i prodotti proteici prodotti dai ribosomi.

Alcuni reticoli endoplasmatici sono chiamati reticolo endoplasmatico rugoso perché è costellato di ribosomi, come si vede al microscopio; le forme prive di ribosomi sono chiamate corrispondentemente reticolo endoplasmatico liscio.

Il Apparato del Golgi è simile al reticolo endoplasmatico in quanto impacchetta ed elabora proteine ​​e altre cellule generategenera sostanze, ma è disposto in dischi rotondi impilati, proprio come un rotolo di monete o una pila di minuscole frittelle.

lisosomi sono i centri di smaltimento dei rifiuti della cellula e, di conseguenza, questi piccoli corpi globulari hanno enzimi che dissolvono e dispensano i prodotti di degradazione cellulare derivanti dal metabolismo quotidiano. I lisosomi sono in realtà un tipo di vacùolo, un nome per un'unità cava, legata alla membrana, nelle cellule il cui scopo è quello di fungere da contenitore per sostanze chimiche di qualche tipo.

Il citoscheletro è fatto di microtubuli, proteine ​​disposte come minuscoli germogli di bambù e che fungono da travi e travi di supporto strutturale. Questi si estendono attraverso l'intero citoplasma dal nucleo alla membrana cellulare.