Organismi di membrana della cellula

Organelli cellulari

Gli organelli (organelle) sono microstrutture indispensabili per tutte le cellule e svolgono determinate funzioni vitali. Si distingue tra organelli di membrana e organelli non di membrana. Gli organelli di membrana, separati dall'ialoplasma circostante da membrane, includono il reticolo endoplasmatico, l'apparato a maglia interna (complesso di Golgi), i lisosomi, i perossisomi e i mitocondri.

Organelli di membrana della cellula

Tutti gli organelli di membrana sono costituiti da membrane elementari, il cui principio di organizzazione è simile alla struttura dei citolemmi. I processi citofisiologici sono associati alla costante adesione, fusione e separazione delle membrane, mentre sono possibili l'adesione e l'unificazione solo di monostrati di membrana topologicamente identici. Pertanto, lo strato esterno della membrana di qualsiasi organello rivolto verso l'ialoplasma è identico allo strato interno del citolemma, e lo strato interno rivolto verso la cavità dell'organello è simile allo strato esterno del citolemma.

Il reticolo endoplasmatico (reticulum endoplasmaticum) è una struttura unica e continua formata da un sistema di cisterne, tubuli e sacche appiattite. Le micrografie elettroniche distinguono tra reticolo endoplasmatico granulare (ruvido, granulare) e non granulare (liscio, agranulare). Il lato esterno del reticolo granulare è ricoperto di ribosomi, mentre il lato non granulare ne è privo. Il reticolo endoplasmatico granulare sintetizza (sui ribosomi) e trasporta le proteine. Il reticolo non granulare sintetizza lipidi e carboidrati e partecipa al loro metabolismo [ad esempio, ormoni steroidei nella corteccia surrenale e nelle cellule di Leydig (sustenociti) dei testicoli; glicogeno nelle cellule epatiche]. Una delle funzioni più importanti del reticolo endoplasmatico è la sintesi di proteine di membrana e lipidi per tutti gli organelli cellulari.

L'apparato reticolare interno, o complesso del Golgi (apparato reticolare interno), è un insieme di sacche, vescicole, cisterne, tubi e piastre delimitate da una membrana biologica. Gli elementi del complesso del Golgi sono collegati tra loro da stretti canali. Le strutture del complesso del Golgi sono il luogo in cui i polisaccaridi, complessi proteine-carboidrati, vengono sintetizzati e accumulati e vengono escreti dalle cellule. In questo modo si formano i granuli secretori. Il complesso del Golgi è presente in tutte le cellule umane, ad eccezione degli eritrociti e delle scaglie cornee dell'epidermide. Nella maggior parte delle cellule, il complesso del Golgi è situato intorno o in prossimità del nucleo, nelle cellule esocrine - sopra il nucleo, nella parte apicale della cellula. La superficie interna convessa delle strutture del complesso del Golgi è rivolta verso il reticolo endoplasmatico, mentre la superficie esterna concava è rivolta verso il citoplasma.

Le membrane del complesso di Golgi sono formate dal reticolo endoplasmatico granulare e sono trasportate da vescicole di trasporto. Le vescicole secretorie gemmano costantemente dalla superficie esterna del complesso di Golgi e le membrane delle sue cisterne vengono costantemente rinnovate. Le vescicole secretorie forniscono materiale di membrana alla membrana cellulare e al glicocalice, garantendo il rinnovamento della membrana plasmatica.

I lisosomi (lisosomi) sono vescicole con un diametro di 0,2-0,5 μm, contenenti circa 50 tipi di diversi enzimi idrolitici (proteasi, lipasi, fosfolipasi, nucleasi, glicosidasi, fosfatasi). Gli enzimi lisosomiali sono sintetizzati sui ribosomi del reticolo endoplasmatico granulare, da dove vengono trasferiti tramite vescicole di trasporto all'apparato di Golgi. I lisosomi primari gemmano dalle vescicole dell'apparato di Golgi. Nei lisosomi viene mantenuto un ambiente acido, il cui pH oscilla tra 3,5 e 5,0. Le membrane dei lisosomi sono resistenti agli enzimi in esse contenuti e proteggono il citoplasma dalla loro azione. La violazione della permeabilità della membrana lisosomiale porta all'attivazione degli enzimi e a gravi danni alla cellula, fino alla sua morte.

Nei lisosomi secondari (maturi) (fagolisosomi), i biopolimeri vengono digeriti in monomeri. Questi ultimi vengono trasportati attraverso la membrana lisosomiale nell'ialoplasma cellulare. Le sostanze non digerite rimangono nel lisosoma, che si trasforma in un cosiddetto corpo residuo ad alta densità elettronica.

I perossisomi (perossisomi) sono vescicole con un diametro compreso tra 0,3 e 1,5 µm. Contengono enzimi ossidativi che distruggono il perossido di idrogeno. I perossisomi partecipano alla degradazione degli amminoacidi, al metabolismo dei lipidi, tra cui colesterolo e purine, e alla detossificazione di numerose sostanze tossiche. Si ritiene che le membrane dei perossisomi si formino per gemmazione dal reticolo endoplasmatico non granulare e che gli enzimi siano sintetizzati dai poliribosomi.

I mitocondri, che sono le "centrali energetiche della cellula", partecipano ai processi di respirazione cellulare e alla conversione dell'energia in forme disponibili per l'uso cellulare. Le loro funzioni principali sono l'ossidazione di sostanze organiche e la sintesi di adenosina trifosfato (ATP). I mitocondri sono strutture rotonde, allungate o a forma di bastoncello, lunghe 0,5-1,0 μm e larghe 0,2-1,0 μm. Il numero, le dimensioni e la posizione dei mitocondri dipendono dalla funzione della cellula e dal suo fabbisogno energetico. Ci sono molti mitocondri di grandi dimensioni nei cardiomiociti, le fibre muscolari del diaframma. Sono situati in gruppi tra le miofibrille, circondati da granuli di glicogeno ed elementi del reticolo endoplasmatico non granulare. I mitocondri sono organelli con doppia membrana (ciascuna di circa 7 nm di spessore). Tra la membrana mitocondriale esterna e quella interna è presente uno spazio intermembrana largo 10-20 nm. La membrana interna forma numerose pieghe, o creste. Solitamente, le creste sono orientate lungo l'asse longitudinale del mitocondrio e non raggiungono il lato opposto della membrana mitocondriale. Grazie alle creste, l'area della membrana interna aumenta notevolmente. Pertanto, la superficie delle creste di un mitocondrio di un epatocita è di circa 16 μm. All'interno del mitocondrio, tra le creste, è presente una matrice a grana fine in cui sono visibili granuli con un diametro di circa 15 nm (ribosomi mitocondriali) e sottili filamenti che rappresentano molecole di acido desossiribonucleico (DNA).

La sintesi di ATP nei mitocondri è preceduta da fasi iniziali che si verificano nell'ialoplasma. In esso (in assenza di ossigeno), gli zuccheri vengono ossidati a piruvato (acido piruvico). Contemporaneamente, viene sintetizzata una piccola quantità di ATP. La sintesi principale di ATP avviene sulle membrane delle creste nei mitocondri con la partecipazione dell'ossigeno (ossidazione aerobica) e degli enzimi presenti nella matrice. Durante questa ossidazione, si produce energia per le funzioni cellulari e vengono rilasciate anidride carbonica (CO₂ ₎ e acqua (H₂O ₎. Nei mitocondri, le molecole di informazione, trasporto e gli acidi nucleici ribosomiali (RNA) vengono sintetizzati a partire dalle proprie molecole di DNA.

La matrice mitocondriale contiene anche ribosomi di dimensioni fino a 15 nm. Tuttavia, gli acidi nucleici mitocondriali e i ribosomi differiscono dalle strutture simili di questa cellula. Pertanto, i mitocondri hanno un proprio sistema necessario per la sintesi proteica e l'autoriproduzione. L'aumento del numero di mitocondri in una cellula avviene attraverso la sua divisione in parti più piccole che crescono, aumentano di dimensioni e sono in grado di dividersi nuovamente.

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