Le diverse cellule del nostro corpo

Facciamo un viaggio nel corpo umano. Se ti rimpicciolissi fino a raggiungere le dimensioni di una cellula e ti trasportassero dentro il corpo, come potresti capire esattamente dove ti trovi? Be’, un modo potrebbe essere quello di cercare cellule di un tipo specifico. Nel corpo umano ci sono circa 200 tipi diversi di cellule. Vediamo due esempi: le cellule del cervello e le cellule del sangue.

Il cervello è il comandante principale del corpo. Riceve le informazioni dall’ambiente, le elabora e dice agli altri organi cosa fare. Per esempio, ordina ai muscoli di contrarsi, così possiamo muoverci. Per inviare questi ordini, le cellule del cervello devono trasmettere dei segnali elettrici o chimici alle cellule dei muscoli specifici. Questi segnali a volte devono percorrere distanze molto lunghe. Per eseguire questo compito, una cellula del cervello, detta anche cellula nervosa, sviluppa una struttura specifica. Questo tipo di cellula possiede delle lunghe ramificazioni che si estendono dal corpo cellulare e che possono raggiungere il metro di lunghezza. La struttura unica della cellula nervosa le permette di trasmettere i segnali dal cervello, nella nostra testa, fino ai muscoli, anche quelli più lontani del mignolo del piede, in tempi brevissimi.

Ora spostiamoci nei vasi sanguigni e vediamo un altro tipo di cellula: gli operosi globuli rossi. I globuli rossi trasportano l’ossigeno dai polmoni agli altri organi, in modo che questi ultimi possano fare il proprio lavoro. Queste cellule piccolissime riescono a fare molto velocemente, in meno di 20 secondi, il giro di tutto il corpo. Per fare velocemente il giro del corpo, una struttura come quella della cellula nervosa non andrebbe bene. Le lunghe cellule nervose potrebbero aggrovigliarsi o muoversi troppo lentamente nel flusso sanguigno. Le cellule del sangue sono molto più piccole e hanno una struttura a forma di disco, caratteristiche perfette per passare velocemente attraverso spazi ristretti.  La forma discoidale inoltre fornisce loro un’ampia superficie di scambio dalla quale può entrare un sacco di ossigeno nella cellula.

Da questo confronto si vede che le cellule possono avere strutture e funzioni diverse a seconda degli organi in cui si trovano. Come fa il nostro corpo a produrre una tale varietà di cellule? E come fanno le cellule a svolgere lavori tanto diversi? 

Proteine diverse

Qualsiasi sia il tipo di cellula a cui stai pensando, è fatta in parte di proteine. Le proteine sono delle grosse molecole che non solo formano importanti parti del corpo, ma svolgono anche funzioni importanti. Così come ci sono diversi tipi di cellule, ci sono anche vari tipi di proteine con funzioni differenti. Alcune vengono usate per costruire le strutture della cellula, altre svolgono compiti specifici. I globuli rossi trasportano un particolare tipo di proteina, che si chiama emoglobina, in grado di legare l’ossigeno e di rilasciarlo negli altri tessuti. Una cellula nervosa non possiede questa proteina perché non le serve legare l’ossigeno. La cellula nervosa, invece, usa altre proteine che l’aiutano a trasmettere i segnali alle altre cellule. Molte delle differenze esistenti tra le cellule derivano da questo concetto principale: cellule differenti producono proteine differenti.

La produzione delle proteine

Cellule di tipo diverso possono produrre le stesse proteine. Come è possibile? Quasi tutti i tipi di cellule hanno in comune alcune strutture fondamentali: il cuore di una cellula è il nucleo, che contiene il DNA. Il DNA è una molecola molto importante, forse la molecola più importante per la vita sulla Terra. Il DNA forma il codice genetico che contiene le istruzioni per creare tutte le cellule del corpo. 

Un gene è un piccolo segmento di DNA che viene usato da una cellula per produrre una specifica proteina. Le nostre cellule contengono tutte lo stesso DNA con circa 25.000 geni che codificano per 25.000 proteine diverse. Ma aspetta un attimo. Avrai notato che c’è un problema con questo concetto: le cellule non producono tutte le stesse proteine, perché cellule diverse svolgono compiti diversi. Se tutte le cellule contengono lo stesso DNA, come può una cellula del sangue produrre proteine diverse da una cellula nervosa? Le cellule non dovrebbero contenere tutte le stesse proteine e per questo funzionare nello stesso modo? 

Il silenziamento dei geni

Per superare questo problema, le cellule usano un meccanismo di controllo davvero intelligente per far sì che tra i geni presenti sul DNA vengano usati solo quelli necessari. Questi geni “necessari” possono variare da un tipo di cellula a un altro. Puoi paragonare lo sviluppo della cellula al cucinare un muffin al cioccolato piuttosto che uno ai mirtilli: alcuni ingredienti come le uova, la farina e il latte sono gli stessi in tutti i muffin, ma ogni tipo di muffin richiede altri ingredienti particolari come il cioccolato o i mirtilli, che forniscono il gusto specifico. Questo in pratica è ciò che accade nel nucleo: la ricetta sul DNA contiene una lista degli ingredienti per la creazione di tutti i possibili tipi di cellula. Quando una cellula cresce e si sviluppa decide quali ingredienti servono per creare lo specifico tipo di cellula e legge solamente le parti corrispondenti della ricetta.

Mentre i muffin sono fatti con latte, uova e farina, gli ingredienti per costruire una cellula sono le proteine. Alcune proteine sono le stesse nella maggior parte delle cellule: le cellule muscolari e quelle nervose devono costruire delle strutture comuni, come i mitocondri. Ma ci sono anche ingredienti unici in entrambi i tipi di cellule: una cellula muscolare ha bisogno di proteine speciali che le permettano di muoversi durante la contrazione. Queste proteine si chiamano miosina e actina. Perciò una cellula che stia diventando una cellula muscolare deve leggere nella ricetta i geni corrispondenti alla produzione della miosina e dell’actina. Una cellula che stia diventando una cellula nervosa non ha bisogno della miosina o dell’actina e quindi disattiverà questi geni. In compenso leggerà i geni per le proteine che rendono possibile la trasmissione dei segnali alle altre cellule.

Ulteriori immagini tramite Wikimedia Commons. Immagine di tessuto di ghiandola parotide tramite Wbensmith.