La biologia cellulare è la disciplina accademica che studia l’unità di base degli esseri viventi, le cellule. Le cellule sono la più piccola unità funzionante in modo indipendente nella struttura di un organismo e di solito consistono in un nucleo circondato da citoplasma e racchiuso da una membrana. La biologia cellulare esamina, a livello microscopico e molecolare, le proprietà fisiologiche, la struttura, gli organelli (come i nuclei e i mitocondri), le interazioni, il ciclo vitale, la divisione e la morte di queste unità di base degli organismi. La ricerca sulla biologia cellulare si estende sia alla grande diversità degli organismi unicellulari, come i batteri, sia alle molte cellule specializzate negli organismi multicellulari, come gli animali e le piante.
Il campo della biologia cellulare si è tradizionalmente concentrato su questioni riguardanti il funzionamento e la collaborazione dei vari organelli, come questi processi cellulari sono regolati e come le varie cellule dell’organismo comunicano tra loro. Comprendere la composizione delle cellule e il loro funzionamento è fondamentale per tutte le scienze biologiche e mediche. Esaminare le somiglianze e le differenze tra i tipi di cellule è particolarmente importante per i campi della biologia cellulare e molecolare, perché i principi appresi dallo studio di un tipo di cellule possono essere generalizzati ad altri tipi di cellule. La ricerca in biologia cellulare è strettamente legata alla genetica, alla biochimica, alla biologia molecolare e alla biologia dello sviluppo.
Le strutture e le funzioni all’interno di una cellula sono spesso paragonate ad attività simili in una tipica città. I mitocondri sono le centrali energetiche della cellula, i cloroplasti sono le centrali energetiche solari, i cromosomi contengono i progetti originali della città, il reticolo endoplasmatico rappresenta il sistema stradale, l’apparato di Golgi è l’ufficio postale e il nucleo è il municipio. Le proteine, tuttavia, partecipano praticamente ad ogni funzione della città cellulare – in altre parole, sono i mattoni e il legname, i messaggeri, le fotocopiatrici, i riciclatori di rifiuti e altro ancora. Ogni cellula contiene tipicamente centinaia di tipi diversi di proteine che funzionano insieme per generare il comportamento della cellula. Una parte importante della biologia cellulare è lo studio dei meccanismi molecolari attraverso i quali le proteine vengono spostate in luoghi diversi all’interno delle cellule o secrete dalle cellule.
La maggior parte delle proteine sono sintetizzate dai ribosomi nel citoplasma. Questo processo è noto anche come biosintesi proteica o traduzione proteica. Alcune proteine, come quelle da incorporare nelle membrane (proteine di membrana) sono trasportate nel reticolo endoplasmatico (ER) durante la sintesi e ulteriormente elaborate nell’apparato di Golgi. Dal Golgi, le proteine di membrana possono passare alla membrana plasmatica o ad altri compartimenti subcellulari, oppure possono essere secrete dalla cellula. C’è un movimento regolare di proteine attraverso questi compartimenti. Le proteine residenti nell’ER e nel Golgi si associano con altre proteine ma rimangono nei loro rispettivi compartimenti. Altre proteine passano attraverso l’ER e il Golgi alla membrana plasmatica.
La maggior parte delle informazioni genetiche nella cellula risiede nel nucleo ed è contenuta nei cromosomi (anche i mitocondri portano un po’ del loro DNA). Lo studio delle fasi microscopicamente visibili della divisione cellulare durante la mitosi e la meiosi è generalmente considerato parte della biologia cellulare, mentre l’effettiva attività submicroscopica della replicazione del DNA e della sintesi proteica è considerata parte della biologia molecolare.
Sottodiscipline della biologia cellulare
Trasporto attivo e passivo
Sono il movimento delle molecole dentro e fuori le cellule.
Aderenza cellulare
Questo è il modo in cui cellule e tessuti si tengono insieme.
Divisione cellulare
Questo è lo studio di come le cellule si duplicano.
Segnalazione cellulare
È la regolazione del comportamento cellulare tramite segnali molecolari dall’esterno della cellula.
Metabolismo cellulare
Sono i processi coinvolti nella creazione e nel consumo di energia.
Discipline correlate
Biochimica
Questo è lo studio dei processi chimici e delle trasformazioni negli organismi viventi.
Biologia dello sviluppo
Questo è lo studio dei processi con cui gli organismi crescono e si sviluppano.
Genetica
Questa è la scienza dei geni, dell’ereditarietà e della variazione degli organismi.
Biologia molecolare
Questo è lo studio delle interazioni delle molecole tra i vari sistemi di una cellula, inclusa l’interrelazione di DNA, RNA e sintesi proteica e come queste interazioni sono regolate.
Biologia strutturale
Questo è lo studio dell’architettura e della forma delle macromolecole biologiche – proteine e acidi nucleici in particolare – e cosa causa la loro struttura.