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Protoplasma

Che cos'è il protoplasma?

Il protoplasma è la sostanza gelatinosa presente all’interno delle cellule, delimitata dalla membrana plasmatica e composta di sostanze inorganiche e organiche che nel complesso costituiscono le basi strutturali e funzionali di ogni essere vivente.

Nelle cellule eucariotiche il protoplasma è suddiviso in citoplasma e nucleoplasma. Il citoplasma si trova al di fuori del nucleo e lo circonda e include i diversi organuli. Il nucleoplasma è il contenuto del nucleo e comprende il materiale genetico e il nucleolo. Talvolta il termine protoplasma viene usato come sinonimo di cellula.

protoplasma

Il protoplasma è la sostanza gelatinosa contenuta nelle cellule, distinto nelle cellule eucariotiche in citoplasma e nucleoplasma.

Significato e storia del termine protoplasma

Il termine protoplasma deriva dalle due parole greche “protos” e “plasma”, che significano rispettivamente “primo/a” e “cosa formata”.

Il termine protoplasma può essere tradotto come “la prima creazione” ed è stato usato per la prima volta da Purkinje nel 1840 per descrivere il materiale formativo negli embrioni animali.

Nel 1846 Mohl parlò di protoplasma in riferimento al contenuto delle cellule delle piante, mentre nel 1861 Schultze formulò la “teoria del protoplasma” notando la similarità tra le cellule animali e vegetali e ritenendo che la composizione del protoplasma fosse comune a tutti gli organismi viventi.

Nel 1869 Huxley definì il protoplasma “la base fisica della vita” indicandone la composizione come l’unità costitutiva fondamentale di ogni essere vivente, anche se in seguito si notò come essa differisse tra i vari tipi di cellule non solo di organismi diversi ma anche all’interno di uno stesso organismo.

Composizione chimica del protoplasma

Il protoplasma è costituito da sostanze inorganiche (acqua e sali minerali) e sostanze organiche (carboidrati, lipidi, aminoacidi e proteine, nucleotidi e acidi nucleici).

L’acqua è la sostanza chimica più abbondante, presente per circa il 70-80%. L’acqua presiede a molte funzioni cellulari: partecipa ai processi di trasporto e di scambio di materiale dentro e fuori la cellula, mantiene costante la temperatura, costituisce un ottimo solvente e rende possibili gran parte delle reazioni enzimatiche.

I sali minerali rappresentano l’1% della composizione chimica della cellula e si presentano dissociati nei rispettivi cationi e anioni. Tra i principali cationi si ricordano: K+, Na+, Ca2+, Mg2+. Tra i principali anioni: Cl-, HCO3-, H2PO4-, SO42-.

Altri elementi presenti in forma ionica ma richiesti in quantità minime e detti pertanto oligoelementi o microelementi sono ferro, rame, zinco, manganese, fluoro, iodio, cromo, selenio, cadmio, vanadio, silicio, molibdeno, cobalto. Alcuni di essi possono risultare tossici se presenti a concentrazioni superiori a quelle richieste.

Le percentuali delle sostanze organiche sono così ripartite: aminoacidi e proteine 15%, lipidi 2%, carboidrati 1%, nucleotidi e acidi nucleici 1%.

composizione chimica percentuale media del protoplasma

Grafico a torta che mostra la composizione chimica percentuale media del protoplasma di una cellula. Il costituente principale è l’acqua che insieme ai sali minerali forma la parte inorganica. La componente organica è rappresentata dalle biomolecole: carboidrati, aminoacidi e proteine, lipidi, nucleotidi e acidi nucleici.

Natura fisica del protoplasma

Il protoplasma è un sistema colloidale polifasico in cui prevale il contenuto in acqua dove alcune particelle riescono a dissolversi altre rimangono sospese.

Le particelle sospese hanno un diametro compreso tra 0,001 e 0,1 µm e sono di natura idrofilica (carboidrati, proteine e sali inorganici) e idrofobica (lipidi e altre molecole).

Nel protoplasma generalmente coesistono due fasi, una semisolida, detta gel, e una liquida, detta sol. Le proporzioni delle due fasi e la rispettiva collocazione all’interno della cellula possono variare in funzione di vari parametri fisici come temperatura e pH e dello stato metabolico e fisiologico della cellula.

Proprietà fisiche del protoplasma

Le proprietà fisiche del protoplasma sono quelle tipicamente attribuibili a un colloide, come l’effetto Tyndall, il moto Browniano delle particelle, la tensione superficiale che porta i lipidi e alcune proteine a formare la membrana plasmatica, mentre altre sostanze sia organiche che inorganiche tendono a rimanere all’interno del protoplasma.

Inoltre, la transizione gel-sol e viceversa è alla base del fenomeno definito ciclosi, vale a dire lo spostamento di parti di protoplasma e conseguentemente di organuli, vescicole e corpiccioli vari, come ribosomi e centrioli, da una parte all’altra della cellula.

Dalla ciclosi dipende anche il movimento ameboide realizzato da alcuni protozoi e negli animali da alcuni leucociti e altri tipi di cellule. La ciclosi è coadiuvata dagli elementi del citoscheletro.

Il protoplasma è anche dotato della capacità di adsorbimento, mediante cui vengono concentrate delle sostanze sulla superficie di un liquido. In questo modo, ad esempio, il protoplasma realizza la formazione dei legami peptidici. Altre proprietà riguardano il potere tampone del protoplasma e caratteristiche come la contrattilità, la rigidità, la viscosità e l’elasticità.

Proprietà biologiche del protoplasma

La composizione e le caratteristiche del protoplasma ne rendono possibile l’esistenza anche di proprietà biologiche, tipiche e distintive di ogni essere vivente:

  • Irritabilità: capacità di rispondere agli stimoli provenienti dall’ambiente esterno, come luce, calore, sostanze chimiche;
  • Conduttività: capacità di trasmettere un segnale da una parte all’altra della cellula;
  • Movimento: dovuto ai fenomeni di ciclosi o ad altri meccanismi cellulari, come lo scorrimento dei filamenti di actina e miosina nelle cellule muscolari;
  • Metabolismo: insieme delle reazioni enzimatiche che avvengono nelle cellule di un organismo e dei relativi flussi energetici. Distinto in catabolismo (rottura delle biomolecole in composti più semplici con liberazione di energia) e anabolismo (sintesi delle biomolecole a partire da composti più semplici con consumo di energia);
  • Nutrizione: capacità di introdurre, digerire e assimilare il cibo;
  • Crescita: aumento delle dimensioni della cellula;
  • Riproduzione: le cellule si dividono per crearne di nuove, in modo asessuale o sessuale;
  • Secrezione: rilascio nell’ambiente esterno di sostanze funzionali;
  • Escrezione: eliminazione dei prodotti di scarto, tossici per la cellula;
  • Respirazione: capacità di usare ossigeno o altre sostanze ossidanti per ossidare i composti organici e ricavare energia.

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