Ecce Homo

l'uomo

La cellula

Non si può comprendere l’essere umano se prima non si capisce com’è fatta l’unità fondamentale strutturale e funzionale che lo compone: la cellula eucariotica.


Gli organismi pluricellulari, come l’uomo, sono formati da gruppi di cellule che si differenziano specializzandosi in una determinata funzione. Nello stesso organismo esiste quindi una notevole eterogeneità di tipi cellulari che si distinguono per morfologia e funzione, ciò nonostante tutte le cellule presentano alcune caratteristiche comuni: sulla superficie esterna una membrana plasmatica ne delimita i confini e separa il citoplasma dall’ambiente extracellulare, nel citoplasma risiede il nucleo che conserva al suo interno il materiale genetico. Tutte le cellule eucariotiche sono più grandi delle procariotiche e sono suddivise in compartimenti deputati ad assolvere una specifica funzione.
Negli animali pluricellulari le dimensioni in genere variano dai 10 ai 30μm. Nelle piante il diametro cellulare può arrivare fino a 100 μm. Le piccole dimensioni sono necessarie perchè garantiscono un’ottimale efficienza funzionale.
Non tutte le cellule hanno una forma sferica, ma la maggior parte tende ad approssimare ad una sfera.

Se calcoliamo l’area della superficie di una sfera mediante la formula 4πr2, ed il suo volume con la formula 4πr3/3, possiamo notare che all’aumentare del quadrato del raggio aumenta anche la sua superficie, mentre all’aumentare del cubo del raggio il volume aumenta molto di più. Pertanto, all’aumentare delle dimensioni di una cellula, il suo rapporto superficie-volume (3/r) diminuisce. Se la cellula diventa troppo grande, la membrana plasmatica non avrà una superficie sufficiente per supportare la velocità di diffusione richiesta.

Rapporto superficie volume

Facciamo un esempio semplificato per capire meglio questo concetto:

Paragoniamo 3 cellule di grandezza diversa al tempo x, ammettiamo che la prima abbia un raggio (r) di 2μm, la seconda di 3μm e la terza di 4μm, e calcoliamo per ciascuna la superficie (S) ed il volume (V) corrispondente:

  1. r = 2 μm ⇒ S= 4π22 = 50μm ; V= 4πr3 / 3 = 33 μm ⇒ S/V= 1,5
  2. r = 3 μm ⇒ S= 4π32 = 113μm ; V= 4πr3 / 3= 113μm ⇒ S/V= 1
  3. r = 4 μm ⇒ S= 4π42 = 201μm; V= 4πr3 / 3 =268 μm ⇒ S/V= 0,7

Possiamo notare che la prima cellula, quella più piccola, ha una superficie più ampia rispetto al volume, questo significa che potrà espellere agevolmente tutti i cataboliti e le sostanze che produce ed assorbire i nutrienti di cui necessita in un determinato tempo x.

Nella seconda cellula la superficie di assorbimento eguaglia il volume, questo significa che sarà ancora possibile espellere sostaze contenute al suo interno ed assorbire quelle provenienti dall’esterno al tempo x.

Nella cellula più grande, invece, troviamo una superficie di assorbimento ridotta rispetto al volume, per cui l’efficienza dei processi di diffusione attraverso la membrana sarà più bassa e la cellula potrà assorbire ed espellere meno sostanze in un determinato tempo x.

Questo ci fa capire anche perchè le cellule più grandi di quelle procariotiche con l’evoluzione si siano compartimentalizzate, ovvero abbiano ulteriormente suddiviso il loro interno in piccoli compartimenti dotati di membrana chiamati organelli.

Reference:

OpenStax, Biology. OpenStax CNX. 29 set 2015 http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.87.

The Improving Mathematics Education in Schools (TIMES) Project Cones, Pyramids and Spheres Measurement and Geometry : Module 12Years : 9-10 June 2011.