Cellula eucariota e procariota, Appunti di Biologia

Scarica Cellula eucariota e procariota e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! LA CELLULA Ogni essere vivente, animale o pianta, osservato al microscopio ottico risulta formato da piccole particelle poste le une vicino alle altre: le cellule. Nel 1665 il fisico inglese Robert Hooke (1653-1702) introdusse il termine “cellula”, esaminando al microscopio alcune sezioni di sughero. Il primo ad avanzare e sostenere l'ipotesi che tutti gli organismi viventi nascono da cellule e sono formati da cellule o vescicole è stato il tedesco Oken nel 1805 (1ª teoria cellulare). Nel 1838 fu la volta del botanico Schleinden ad affermare che tutti gli organismi vegetali sono costituiti da cellule. L' anno successivo (1839) lo zoologo Schwann affermò lo stesso per gli organismi animali, usando la prima volta l'espressione teoria cellulare con la nascita della citologia (disciplina che studia la morfologia delle cellule), stabilendo che:  la cellula è l'unità funzionale della materia vivente,  tutti gli organismi viventi sono formati da cellule;  le cellule derivano esclusivamente dalla divisione di altre cellule. Con l'apporto di tanti altri contributi dovuti a numerosi scienziati che hanno operato in tutta la seconda metà dell'Ottocento, si perfezionò e si diffuse la teoria cellulare, riconosciuta in maniera definitiva verso la fine dell'800: 1. tutte le parti degli organismi vegetali e animali sono costitute da cellule o da materiali da esse prodotti 2. le cellule non si formano ex novo, ma derivano da altre cellule (Rudolf Virchow 1821-1902: omnis cellula e cellula 3. gli organismi pluricellulari che hanno riproduzione sessuale derivano dall'uovo fecondato (zigote) che è una cellula 4. la cellula, unità fondamentale, strutturale e funzionale, possiede in sé tutti gli attributi e le capacità che caratterizzano i viventi e che li distinguono da ciò che non è vivente. Nel corso del tempo si sono evoluti due tipi di cellule differenti dal punto di vista strutturale: procariote ed eucariote. Sulla base dell'analisi di alcuni reperti fossili risulta che le prime cellule apparvero sul nostro pianeta circa 3 miliardi di anni fa. Queste cellule erano prive di nucleo. Le prime cellule quindi avevano un'organizzazione cellulare molto semplice, perché erano prive di un vero e proprio nucleo. Nei procarioti le molecole di DNA e RNA sono mescolate con altre sostanze presenti nel citoplasma. I primi procarioti probabilmente impiegavano come fonte di energia altre molecole organiche, perciò erano eterotrofi e anaerobi, perché l'atmosfera era priva di ossigeno. Nel processo evolutivo ad un certo punto subentra la capacità di sintetizzare altre macromolecole e i primi procarioti eterotrofi si trasformarono in organismi autotrofi, cioè capaci di produrre, attraverso la fotosintesi, gli zuccheri necessari per il nutrimento. Il processo fotosintetico determinò quindi la presenza di ossigeno nell'atmosfera e portò alla presenza di procarioti autotrofi aerobi. Gli organismi eucarioti sono comparsi circa 1 miliardo di anni fa. Secondo le ipotesi circa 1,6 miliardi di anni fa alcuni batteri anaerobici, che si nutrivano inglobando batteri interi, avrebbero dato origine alle cellule eucarioti. Ciò sarebbe avvenuto in seguito al verificarsi di due tipi di simbiosi metaboliche: 1. tra un batterio anaerobico ed eterotrofo e un batterio aerobico (che si evolve in mitocondrio): in questo caso si sarebbe formata la cellula animale; 2. tra un batterio contenente dei mitocondri e un cianobatterio (che si evolve in cloroplasto): in questo caso si sarebbe formata la cellula vegetale. È probabile che anche i flagelli e altri organuli cellulari siano stati acquisiti con questo tipo di simbiosi. La membrana nucleare, invece, si sarebbe formata in seguito a un ripiegamento all'interno della membrana cellulare a formare una cavità. DIFFERENZE TRA LE CELLULE EUCARIOTICHE E PROCARIOTICHE Le cellule procariote sono prive di un nucleo delimitato da una membrana e sono organismi unicellulari, cioè formati da una sola cellula. Il termine procariote significa pro-nucleo, prima del nucleo. Queste cellule hanno una struttura molto più semplice rispetto a quella degli eucarioti. I procarioti si dividono in Archeobacteria che vivono in condizioni estreme, nelle profondità abissali degli oceani, nelle vicinanze delle bocche idrotermali e vulcaniche, laghi salati, dove i fattori abiotici (pressione, temperatura, pH, salinità,...) hanno valori estremi rispetto a quelli di ambienti dove vivono la maggior parte degli organismi viventi. Ci sono tra gruppi principali di Archeobacteria in base alla sostanza impiegata per ricavare energia: 1. metanobatteri che convertono idrogeno e anidride carbonica in metano 2. sulfobatteri che estraggono energia dai composti dello zolfo 3. alobatteri che vivono in ambienti fortemente salini Molto verosimile che l'evoluzione biologica abbia avuto inizio a partire da organismi di questo tipo, per il semplice motivo che miliardi di anni fa le condizioni ambientali del pianeta in termini di temperature, pressione ecc.. dovevano essere simili a quelle riscontrabili negli habitat dove vivono gli archeobatteri. Gli Eubacteria comprendono moltissime specie di batteri conosciuti, da quelli fotosintetizzanti (alghe azzurre) a quelli patogeni. La cellula eucariota è strutturalmente più complessa e di maggiori dimensioni rispetto a quella procariota. Eucariote significa “vero nucleo”, infatti sono caratterizzate dalla presenza di un nucleo delimitato da un involucro membranoso. Inoltre, nelle cellule eucariote si osserva una compartimentazione (presenza di molteplici compartimenti intracellulari delimitati da membrana con funzioni diverse) del tutto assente nei procarioti. Gli organismi formati dalla cellula eucariote si dividono in organismi unicellulari (alcuni protisti) oppure organismi pluricellulari: piante, funghi e animali. Le differenze tra i due tipi di cellula sono strutturali e metaboliche e coinvolgono il nucleo, il citoplasma e l parete. In alcuni casi nella cellula eucariota si riscontra la presenza di strutture del tutto assenti o con caratteristiche diverse dalla cellula procariota.  Dimensioni cellulari: la cellula eucariota arriva fino a decine di micrometri (2-25 μm); quella procariote arriva fino a pochi micrometri (0,3-2μm). La spiegazione è data dal fatto che la cellula procariote ha una struttura più semplice e primitiva rispetto a quella eucariote e molti organelli che caratterizzano la cellula eucariote, non sono presenti in essa, per cui lo spazio richiesto è minore.  Organizzazione del genoma e nucleo: nella cellula eucariote il nucleo si presenta come una unità distinta dal citoplasma dal quale è separato da una vera e propria membrana (membrana nucleare) che presenta una struttura simile a quella della membrana cellulare, ma diversa per la presenza di proteine di membrana diverse. All’interno del nucleo si trova il DNA organizzato in coppie di cromosomi, ognuno dei quali è costituito da una molecola di DNA lineare a doppia elica. La quantità di DNA è maggiore rispetto a quello contenuto nella cellula procariote. Il DNA è avvolto agli istoni, proteine specifiche che svolgono un ruolo importante nel definire la struttura della cromatina influenzandone la trascrizione attraverso un meccanismo in grado di mantenerla più o meno aperta e quindi più o meno accessibile alla RNA polimerasi. Nella cellula procariote il nucleo non è separato dal citoplasma da una membrana. Il genoma è costituito da una singola molecola di DNA circolare di dimensioni minori a quelle dei cromosomi eucariotici. Questa molecola è libera nel citoplasma in una regione definita nucleoide, senza alcuna struttura che la separi dal resto della cellula. Essendo una molecola chiusa, durante la replicazione è necessaria la rottura di almeno una delle due catene della doppia elica. È presente solo una proteina assimilabile agli istoni eucariotici.  Riproduzione: la cellula eucariote si divide per mitosi: i diversi cromosi, una volta che si sono duplicati, vanno incontro a processi di condensazione e spiralizzazione al termine dei quali, l’involucro nucleare si dissolve e comincia a formare il fuso mitotico, una struttura costituita da