La teoria cellulare è uno dei principi fondamentali della biologia. La formulazione di questa teoria è stata attribuita agli scienziati tedeschi Matthias Schleiden, Theodor Schwann e Rudolph Virchow. La teoria cellulare afferma che tutti gli organismi biologici sono unicellulari o multicellulari. Le cellule sono l'unità di base della vita e tutte le cellule provengono da una vita preesistente. Nel 1839, Schwann e Schleiden articolarono formalmente questa teoria. È diventato il fondamento della biologia moderna.
La formulazione della teoria cellulare
Nel 1838, mentre Matthias Schleiden e Theodor Schwann stavano prendendo un caffè dopo cena, discussero dei loro studi sulle cellule. Hanno trovato alcune somiglianze tra le cellule vegetali che Schleiden ha studiato e le cellule animali che Schwann aveva osservato. Successivamente, il laboratorio dei due scienziati Schwann per monitorare da vicino i campioni. Nel 1839, Schwann pubblicò un libro sulle cellule vegetali e animali riassumendo le osservazioni dei suoi esperimenti in 3 principi. In primo luogo, le cellule sono l'unità di struttura, fisiologia e organizzazione negli organismi viventi. In secondo luogo, le cellule mantengono una duplice esistenza come unità distinta e elemento costitutivo nella costruzione degli organismi. Infine, le cellule si formano per formazione di cellule libere proprio come la formazione di cristalli. Rudolph Virchow in seguito determinò che il terzo principio era sbagliato con il suo potente detto di 'Omnis cellula e cellula' (Tutte le cellule derivano solo da cellule preesistenti).
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I principi moderni della teoria cellulare
Diversi studi ed esperimenti di altri scienziati hanno migliorato la teoria cellulare. I principi moderni della teoria cellulare affermano che tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule e la cellula è l'unità funzionale e strutturale di tutti gli organismi viventi. Inoltre, le cellule derivano da cellule preesistenti per divisione. Durante la divisione cellulare, le cellule trasmettono le informazioni ereditarie (DNA) ad altri.
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Eccezioni
Ci sono varie eccezioni all'interpretazione moderna della cellula. Alcuni scienziati considerano i virus come esseri viventi anche se non sono costituiti da cellule. Sebbene i virus abbiano diverse caratteristiche della vita, la definizione della teoria cellulare non li considera vivi. Inoltre, l'origine della prima cellula è sconosciuta. Non c'erano celle preesistenti prima della prima poiché la definizione della cella omette quell'aspetto. Anche i cloroplasti e i mitocondri hanno il loro materiale genetico unico e si riproducono indipendentemente.
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Alcuni dei punti di riferimento nello studio della biologia cellulare
1595: Jansen crea il primo microscopio composto
1626: Redi suggerisce che gli esseri viventi non nascano da generazioni spontanee.
1838: Schwann e Schleiden proposero la teoria cellulare.
1858: Rudolf Virchow spiegò che le cellule si sviluppano solo da cellule esistenti
1869: Miescher isolò il DNA
1883: la teoria cromosomica dell'ereditarietà
1939: Siemens produce il primo microscopio elettronico a trasmissione commerciale
1952: Gey e colleghi descrissero una linea cellulare umana continua.
1953: Watson, Crick e Wilkins proposero la struttura della doppia elica del DNA.
1965: Cambridge Instruments produce il primo microscopio elettronico a scansione commerciale
1981: produzione di moscerini della frutta e topi transgenici e determinazione della linea di cellule staminali embrionali di topo.
2000: Redazione della sequenza del DNA del genoma umano
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Le basi della cellula
Tutti gli esseri viventi sono costituiti e dipendono dalle cellule per funzionare. La cellula contiene organelli, che eseguono funzioni specifiche necessarie per le normali operazioni cellulari. Le cellule hanno anche DNA e RNA, che sono le informazioni genetiche necessarie per dirigere le attività cellulari. Tuttavia, non tutte le cellule sono uguali. Ad esempio, le cellule possono essere ampiamente classificate in due tipi: cellule eucariotiche e procariotiche. Le cellule eucariotiche hanno organelli legati alla membrana, incluso un nucleo. Le cellule eucariotiche includono cellule animali, vegetali e fungine. Gli eucarioti (organismi con cellule eucariotiche) possono essere uni o multicellulari. Le cellule procariotiche non hanno un nucleo o altri organelli legati alla membrana. I procarioti (organismi con cellule procariotiche) includono batteri e archei.
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Riproduzione cellulare
La riproduzione cellulare è il processo mediante il quale le cellule esistenti si dividono per formare nuove cellule. Quando una cellula si divide, crea una copia di tutti i suoi cromosomi e la invia alla cellula appena creata. Una cellula eucariotica cresce e si riproduce attraverso una complessa sequenza di eventi denominata ciclo cellulare. La cellula può dividersi attraverso i processi di meiosi o mitosi. Ad esempio, le cellule sessuali si riproducono attraverso la meiosi, mentre le cellule somatiche si replicano attraverso la mitosi. Una cellula procariota si riproduce principalmente attraverso la fissione binaria, che è un tipo di riproduzione asessuata. Alcuni organismi superiori si riproducono anche attraverso la riproduzione asessuata. Ad esempio, piante, funghi e alghe si riproducono asessualmente attraverso la formazione di spore, mentre gli animali si riproducono asessualmente tramite gemmazione, rigenerazione, partenogenesi e frammentazione.
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Processi cellulari: respirazione cellulare e fotosintesi
Le cellule svolgono molti processi cruciali che sono essenziali per la sopravvivenza di un organismo. Questi processi cellulari aiutano gli organismi ad acquisire l'energia immagazzinata nei nutrienti che consumano. La respirazione cellulare e la fotosintesi sono i processi vitali che la maggior parte degli organismi viventi esegue per ottenere energia utilizzabile dalla natura. La maggior parte degli animali soddisfa il proprio fabbisogno energetico tramite la respirazione cellulare, mentre piante, alghe e cianobatteri preparano il proprio cibo attraverso la fotosintesi. Il processo di fotosintesi aiuta a convertire l'energia luminosa del sole in energia chimica (glucosio). Successivamente, le cellule vegetali subiscono la respirazione cellulare, creando molecole di ATP. Il glucosio prodotto attraverso questo processo è la fonte di energia utilizzata sia dagli organismi fotosintetici che dagli organismi che li consumano poiché questi ultimi subiscono la respirazione cellulare per ottenere molecole di ATP.
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Processi cellulari: endocitosi ed esocitosi
Le cellule eseguono i processi di trasporto attivo di esocitosi ed endocitosi per secernere sostanze chimiche, espellere i rifiuti e rilasciare energia. Endocitosi: in questo processo, la cellula ingerisce molecole come molecole polari e proteine attraverso la sua membrana plasmatica idrofoba. Diverse cellule eucariotiche eseguono questo processo per digerire le sostanze alimentari circondandole. Esocitosi: in questo processo, la cellula espelle le molecole digerite e altre sostanze che sono troppo grandi per passare attraverso la sua struttura a membrana. La fusione della membrana plasmatica e della membrana vescicolare accompagnano questa espulsione. I meccanismi di base di questi due processi sono simili in quanto aiutano il trasporto di molecole tra le cellule.
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Processi cellulari: migrazione cellulare
La migrazione cellulare è essenziale per stabilire e mantenere la corretta organizzazione degli organismi viventi multicellulari. La formazione dei tessuti durante i processi di guarigione delle ferite, lo sviluppo embrionale e le risposte immunitarie richiedono un movimento orchestrato delle cellule in direzioni specifiche. Segnali esterni, che possono essere chimici o meccanici, inducono la migrazione cellulare. Alcuni processi, come la mitosi e la citochinesi, richiedono anche la migrazione cellulare.
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Processi cellulari: replicazione del DNA e sintesi proteica
Il materiale genetico deve essere replicato affinché ogni nuova cellula riceva il numero corretto di cromosomi. La replicazione del DNA è un processo mediante il quale il DNA fa una copia di se stesso durante il processo di divisione cellulare. Questo processo segue le fasi di inizio, allungamento e terminazione, che coinvolgono enzimi di replicazione e RNA. Questo processo è vitale per molti altri processi, tra cui la divisione cellulare e la sintesi cromosomica. È anche fondamentale per la crescita e la riparazione delle cellule.
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