La struttura della cellula

Il citoplasma

Il citoplasma è composto da una parte viscosa e molto fluida, il citosol, costituito di acqua (che rappresenta il 75-85% del peso totale della cellula), da sostanze inorganiche dissociate in forma ionica (soprattutto ioni K⁺, Na⁺, Ca⁺⁺ e Mg⁺⁺) e da diverse molecole organiche (tra cui proteine con funzione enzimatica o strutturale).

Nel citoplasma delle cellule eucarioti sono incluse numerose strutture citoplasmatiche di vario tipo, che svolgono funzioni ben precise (nei procarioti le attività cellulari sussistono, ma non sono svolte da strutture distinte). Talune di queste strutture (dette anche organuli) sono delimitate da una membrana strutturata come la membrana plasmatica, ma con modificazioni nel tipo e nel numero di fosfolipidi e proteine che permettono loro di svolgere particolari funzioni. Nella cellula eucariote animale le strutture citoplasmatiche comprendono:

reticolo endoplasmatico;
apparato di Golgi;
mitrocondri;
centrioli;
ribosomi;
lisosomi;
citoscheletro;
ciglia e flagelli.

Il reticolo endoplasmatico è una complessa rete di tubuli, sacchi e canali comunicanti, che si aprono a livello della membrana nucleare. Il reticolo endoplasmatico è di due tipi: il tipo ruvido è un proseguimento della membrana nucleare e porta sulla superficie esterna milioni di minuscoli granuli, detti ribosomi, legati alla sintesi delle proteine; il tipo liscio è privo di ribosomi ed è responsabile della sintesi dei lipidi. Lo spazio compreso tra le membrane ripiegate di entrambi i tipi di reticolo endoplasmatico è infine utilizzato per immagazzinare e trasferire molecole da un punto all'altro della cellula.

I ribosomi sono la sede della sintesi proteica, cioè l'assemblaggio degli amminoacidi per formare proteine. Sono costituiti da due subunità di dimensioni diseguali, formate da acido ribonucleico (RNA) e proteine. Possono essere associati al reticolo endoplasmatico ruvido (in questo caso sintetizzano proteine destinate a essere secrete fuori dalla cellula) oppure liberi nel citoplasma (sintetizzano proteine che la cellula trattiene al suo interno).

L'apparato di Golgi è costituito da tubuli appiattiti al centro e rigonfi alle estremità, impilati l'uno sull'altro e terminanti a fondo cieco, dove vengono modificati e accumulati materiali vari (ormoni, proteine, lipidi), che verranno trasportati in altre parti della cellula o espulsi. A questo scopo, dalle estremità delle sacche appiattite si staccano piccole vescicole che migrano verso la membrana plasmatica e si fondono con essa; il contenuto delle vescicole viene così riversato all'esterno.

I lisosomi sono vescicole che derivano dall'apparato di Golgi e contengono enzimi idrolitici (capaci di demolire proteine e lipidi). La cellula utilizza i lisosomi per riciclare parti usurate di organuli o per "digerire" un'intera cellula (per esempio, un batterio).

I mitocondri sono organuli tondeggianti od ovoidali, delimitati da una doppia membrana; quella interna è ripiegata su se stessa, in modo da formare dei setti (creste mitocondriali) che aumentano la superficie interna dell'organulo. Lo spazio racchiuso dalla membrana interna è la matrice, mentre quello compreso tra le due membrane è lo spazio intermembranico. Nei mitocondri avviene la respirazione cellulare , mediante la quale viene estratta energia dalle sostanze nutritive (zuccheri e grassi) in seguito alla loro ossidazione e alla conseguente demolizione fino a diossido di carbonio e acqua. L'energia ricavata da questo processo viene immagazzinata sotto forma di molecole di ATP; al momento opportuno l'idrolisi dell'ATP rende disponibile l'energia necessaria alla cellula per svolgere le sue attività. Per questo motivo hanno un maggior numero di mitocondri le cellule con un elevato metabolismo (per esempio, le cellule muscolari); ne sono privi invece i globuli rossi. Una peculiarità dei mitocondri è la capacità di autoreplicarsi, consentita dalla presenza di un DNA mitocondriale, ribosomi e tutte le molecole necessarie alla duplicazione dell'informazione genetica. I mitocondri infatti vivono solo alcuni giorni e devono perciò essere continuamente prodotti (ciò avviene mediante il distacco dal mitocondrio primitivo di vescicole con una doppia membrana contenenti il DNA mitocondriale).

Gli organuli sono avvolti e sostenuti da fibre di natura proteica che formano una rete, il citoscheletro. Il citoscheletro inoltre fornisce sostegno alle cellule prive di una parete rigida e hanno parte attiva nella divisione cellulare e nei movimenti degli organuli e dell'intera cellula. Il citoscheletro non è una struttura rigida e permanente, poiché le fibre che lo costituiscono vengono continuamente assemblate e smontate. Queste sono distinte in tre gruppi in base alle loro dimensioni: i microfilamenti (5-7 nm di diametro), i filamenti intermedi (8-10 nm di diametro) e i microtubuli, tubuli cavi del diametro di circa 25 nm, che costituiscono anche i centrioli, le ciglia e i flagelli.

I centrioli sono strutture cave di forma cilindrica, costituiti da 9 triplette fuse di microtubuli, che si trovano in tutte le cellule animali (due per cellula) e in poche cellule vegetali. I centrioli intervengono durante la divisione cellulare per ripartire correttamente i cromosomi nelle due cellule figlie.

Le ciglia e i flagelli sono appendici filiformi e mobili con identica struttura: 9 coppie di microtubuli saldati a formare un anello intorno a due microtubuli centrali. Si distinguono per la lunghezza e il numero in cui sono presenti sulla membrana plasmatica: le ciglia sono numerose e corte (10-25 µm), i flagelli sono pochi e lunghi (50-75 µm). I loro movimenti coordinati muovono la cellula nell'ambiente circostante o creano delle correnti nel liquido extracellulare che provocano un flusso costante delle particelle sospese.