Biologia
La cellula: struttura e funzioni spiegate in modo semplice
Che cos'è la cellula, com'è fatta e come funziona: membrana, citoplasma, nucleo e organuli, procarioti ed eucarioti, cellula animale e vegetale, con 5 esercizi svolti e 3 FAQ.
Consigliato per: 3ª media · 1ª superiore
La cellula è la più piccola parte di un organismo capace di vivere in modo autonomo: è l’unità strutturale e funzionale di tutti i viventi. In breve, ogni cellula è delimitata da una membrana plasmatica, contiene un citoplasma in cui avvengono le reazioni chimiche e conserva il proprio materiale genetico (DNA), che dirige tutte le attività.
Le tre parti che ogni cellula possiede
- Membrana plasmatica: il confine selettivo che lascia entrare le sostanze utili e trattiene o espelle le altre.
- Citoplasma: il fluido interno (citosol) con tutte le strutture immerse; è la “officina” dove avvengono le reazioni.
- Materiale genetico: il DNA, che contiene le istruzioni per costruire le proteine e per far riprodurre la cellula.
Procarioti ed eucarioti
Nelle cellule procariote, tipiche di batteri e archei, il DNA è libero nel citoplasma e non esistono organuli con membrana: sono piccole (1-10 micrometri) e semplici. Nelle cellule eucariote il DNA è chiuso nel nucleo e il citoplasma è suddiviso in compartimenti specializzati, gli organuli. Questa divisione del lavoro permette alle cellule eucariote di essere molto più grandi e complesse.
Gli organuli e le loro funzioni
- Nucleo: custodisce il DNA e coordina l’attività della cellula; al suo interno il nucleolo produce i ribosomi.
- Ribosomi: assemblano le proteine seguendo le istruzioni portate dall’RNA messaggero.
- Reticolo endoplasmatico: rugoso (con ribosomi) per le proteine da esportare, liscio per i lipidi.
- Apparato di Golgi: rifinisce, seleziona e impacchetta le molecole in vescicole.
- Mitocondri: sede della respirazione cellulare, ricavano energia sotto forma di ATP.
- Lisosomi: contengono enzimi digestivi che demoliscono sostanze e strutture usurate.
- Cloroplasti (solo vegetali): contengono clorofilla e svolgono la fotosintesi.
- Vacuoli: immagazzinano acqua e sostanze; nelle piante il vacuolo centrale dà rigidità.
Cellula animale e cellula vegetale a confronto
Entrambe sono eucariote e condividono nucleo, mitocondri, ribosomi, reticolo e Golgi. Solo la cellula vegetale ha però parete cellulare di cellulosa, cloroplasti e un grande vacuolo centrale; solo la cellula animale ha i centrioli e, di norma, lisosomi abbondanti. La forma lo rivela subito: la cellula vegetale è squadrata e regolare, quella animale è tondeggiante e più irregolare.
Negli esercizi che seguono metti alla prova questo schema: prima riconoscendo il tipo di cellula dalle strutture visibili, poi collegando ogni organulo al lavoro che svolge, fino al comportamento della cellula in ambienti a diversa concentrazione. Ogni soluzione è spiegata passo passo e verificata.
Esercizi svolti
1. Al microscopio osservi una cellula che presenta una parete rigida esterna, alcuni corpuscoli verdi e un grande vacuolo che occupa quasi tutto il centro. È una cellula animale o vegetale? Spiega perché. base
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- Elenco le strutture osservate: parete rigida, corpuscoli verdi, grande vacuolo centrale.
- I corpuscoli verdi contengono clorofilla: sono cloroplasti, presenti solo nelle cellule capaci di fotosintesi.
- La parete rigida di cellulosa e il grande vacuolo centrale sono anch'essi tipici delle cellule vegetali.
- Nessuna di queste tre strutture esiste nella cellula animale, che ha solo la membrana plasmatica e al massimo piccoli vacuoli.
Risultato: È una cellula vegetale: parete cellulare, cloroplasti e grande vacuolo centrale sono tre caratteri esclusivi delle cellule vegetali.
2. Fra queste strutture, quali si trovano SIA nei procarioti SIA negli eucarioti? Membrana plasmatica, nucleo con membrana nucleare, ribosomi, mitocondri, DNA. base
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- Ricordo la differenza chiave: i procarioti (per esempio i batteri) non hanno organuli rivestiti da membrana.
- Il nucleo con membrana nucleare è quindi solo eucariote: nei procarioti il DNA è libero nel citoplasma, in una regione detta nucleoide.
- Anche i mitocondri sono organuli con doppia membrana: solo eucarioti.
- Restano membrana plasmatica, ribosomi e DNA, che ogni cellula possiede perché servono a delimitarsi, a produrre proteine e a conservare le informazioni.
Risultato: Membrana plasmatica, ribosomi e DNA. Nucleo con membrana nucleare e mitocondri si trovano solo negli eucarioti.
3. Una cellula del pancreas produce grandi quantità di enzimi digestivi (che sono proteine) e li esporta all'esterno. Quali organuli ti aspetti di trovare molto sviluppati e in che ordine lavorano? intermedio
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- Gli enzimi sono proteine, e le proteine vengono assemblate dai ribosomi.
- I ribosomi destinati all'esportazione sono attaccati al reticolo endoplasmatico rugoso, dove la proteina appena fatta entra e viene ripiegata.
- Dal reticolo la proteina passa in vescicole all'apparato di Golgi, che la rifinisce, la seleziona e la impacchetta.
- Il Golgi emette vescicole di secrezione che raggiungono la membrana plasmatica e riversano il contenuto all'esterno (esocitosi).
Risultato: Ribosomi e reticolo endoplasmatico rugoso molto abbondanti e un apparato di Golgi sviluppato. Percorso: ribosomi → reticolo rugoso → Golgi → vescicole di secrezione → esterno.
4. Una cellula del muscolo cardiaco si contrae senza sosta e consuma moltissima energia. Quale organulo sarà presente in gran numero, quale processo vi avviene e quale molecola viene prodotta? intermedio
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- La contrazione muscolare richiede energia utilizzabile subito dalla cellula.
- L'organulo che ricava energia dalle sostanze nutritive è il mitocondrio.
- Dentro il mitocondrio avviene la respirazione cellulare: il glucosio viene demolito usando ossigeno e si liberano anidride carbonica e acqua.
- L'energia liberata viene immagazzinata nell'ATP, la molecola che la cellula spende per contrarsi.
Risultato: Moltissimi mitocondri, sede della respirazione cellulare, che produce ATP (con consumo di glucosio e ossigeno).
5. Immergi una cellula animale e una cellula vegetale prima in acqua distillata (ambiente ipotonico), poi in una soluzione molto salata (ambiente ipertonico). Descrivi (a) che cosa succede alla cellula animale in acqua distillata, (b) che cosa succede alla cellula vegetale in acqua distillata, (c) che cosa succede a entrambe nella soluzione salata. avanzato
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- Applico la regola dell'osmosi: l'acqua attraversa la membrana e si sposta verso la soluzione più concentrata di soluti.
- In acqua distillata l'ambiente esterno è meno concentrato dell'interno, quindi l'acqua entra nella cellula.
- (a) La cellula animale ha solo la membrana plasmatica, che è elastica ma fragile: si gonfia sempre di più fino a rompersi (citolisi).
- (b) La cellula vegetale si gonfia allo stesso modo, ma la parete cellulare rigida oppone resistenza e blocca l'espansione: la cellula diventa turgida e non scoppia.
- (c) Nella soluzione salata la concentrazione esterna è maggiore, quindi l'acqua esce: la cellula animale si raggrinzisce, mentre nella vegetale il citoplasma si stacca dalla parete (plasmolisi).
Risultato: (a) Si gonfia e scoppia (citolisi); (b) diventa turgida ma la parete la protegge; (c) perdono acqua: la cellula animale si raggrinzisce, la vegetale va incontro a plasmolisi.
Domande frequenti
Qual è la differenza tra cellula procariote ed eucariote?
La cellula procariote (batteri e archei) non ha il nucleo né organuli rivestiti da membrana: il DNA è libero nel citoplasma in una zona detta nucleoide, ed è quasi sempre una singola molecola circolare. La cellula eucariote (protisti, funghi, piante, animali) ha invece il DNA racchiuso nel nucleo e un citoplasma diviso in compartimenti specializzati come mitocondri, reticolo endoplasmatico e apparato di Golgi. Entrambe però hanno membrana plasmatica, citoplasma e ribosomi.
Perché la cellula vegetale ha parete e cloroplasti e quella animale no?
Perché hanno modi di vivere diversi. La pianta è autotrofa e si costruisce il nutrimento da sola grazie alla fotosintesi, che avviene nei cloroplasti; la cellula animale è eterotrofa e ricava le sostanze nutritive dal cibo. Inoltre la pianta non si muove e ha bisogno di sostegno e di protezione contro l'ingresso eccessivo di acqua: la parete di cellulosa svolge esattamente questa funzione, mentre la cellula animale, che deve cambiare forma e muoversi, avrebbe solo svantaggi da una parete rigida.
Che cos'è la membrana plasmatica e come decide che cosa entra nella cellula?
È il rivestimento sottile che separa la cellula dall'ambiente ed è formato da un doppio strato di fosfolipidi in cui sono immerse molte proteine (modello a mosaico fluido). È selettivamente permeabile: piccole molecole come ossigeno, anidride carbonica e acqua passano da sole per diffusione o osmosi, dalla zona più concentrata a quella meno concentrata, senza spesa di energia. Sostanze più grandi o che devono andare contro il gradiente attraversano proteine di trasporto e richiedono energia sotto forma di ATP (trasporto attivo).