A seconda di dove ti trovi nella tua educazione nelle scienze della vita, potresti già sapere che le cellule sono i componenti strutturali e funzionali di base della vita. Potresti essere allo stesso modo consapevole che in organismi più complessi come te stesso e altri animali, le cellule sono altamente specializzate e contengono varietà di inclusioni fisiche che svolgono funzioni metaboliche specifiche e altre funzioni per mantenere le condizioni all'interno della cellula ospitali per vita.
Alcuni componenti delle cellule di organismi "avanzati" chiamati organelli hanno la capacità di agire come minuscole macchine e sono responsabili dell'estrazione di energia dai legami chimici nel glucosio, l'ultima fonte di nutrimento in tutte le cellule viventi. Ti sei mai chiesto quali organelli aiutano a fornire energia alle cellule o quale organello è più direttamente coinvolto nelle trasformazioni energetiche all'interno delle cellule? Se è così, incontra il mitocondri e il cloroplasto, le principali realizzazioni evolutive degli organismi eucarioti.
Cellule: procarioti contro eucarioti
Organismi nel dominio procariota, che include batteri e the Archea (anticamente chiamati "archeobatteri"), sono quasi interamente unicellulari e, con poche eccezioni, devono trarre tutta la loro energia da glicolisi, un processo che si verifica nel citoplasma cellulare. I numerosi organismi pluricellulari nel eucariota dominio, tuttavia, hanno cellule con inclusioni chiamate organelli che svolgono una serie di funzioni metaboliche dedicate e altre funzioni quotidiane.
Tutte le cellule hanno DNA (materiale genetico), a membrana cellulare, citoplasma (il "goo" che costituisce la maggior parte della sostanza della cellula) e ribosomi, che producono proteine. I procarioti in genere hanno poco più di questo, mentre le cellule eucariotiche (piani, animali e funghi) sono quelle che vantano organelli. Tra questi ci sono i cloroplasti e i mitocondri, che sono coinvolti nel soddisfare il fabbisogno energetico delle cellule madri.
Organelli di elaborazione dell'energia: mitocondri e cloroplasti
Se sai qualcosa di microbiologia e ti viene data una microfotografia di una cellula vegetale o di un animale cellula, non è davvero difficile fare un'ipotesi plausibile su quali organelli siano coinvolti nell'energia conversione. Sia i cloroplasti che i mitocondri sono strutture dall'aspetto occupato, con molta superficie totale della membrana a causa di una meticolosa piegatura e un aspetto "occupato" in generale. È evidente a colpo d'occhio, in altre parole, che questi organelli fanno molto di più che immagazzinare materiali cellulari grezzi.
Si ritiene che entrambi questi organelli condividano la stessa affascinante storia evolutiva, come dimostra il fatto che hanno il loro DNA, separato da quello nel nucleo cellulare. Si ritiene che i mitocondri e i cloroplasti fossero originariamente batteri indipendenti a sé stanti prima di essere inghiottiti, ma non distrutti, da procarioti più grandi (il teoria dell'endosimbionte). Quando questi batteri "mangiati" si sono rivelati servire funzioni metaboliche vitali per gli organismi più grandi e, al contrario, un intero dominio di organismi, eucariota, sono nato.
Struttura e funzione dei cloroplasti
Gli eucarioti partecipano tutti alla respirazione cellulare, che include la glicolisi e le tre fasi fondamentali della respirazione aerobica: la reazione ponte, il ciclo di Krebs e le reazioni di trasporto degli elettroni catena. Le piante, invece, non possono ottenere glucosio direttamente dall'ambiente per alimentare la glicolisi, poiché non possono "mangiare"; invece, producono glucosio, uno zucchero a sei atomi di carbonio, dal gas di anidride carbonica, un composto a due atomi di carbonio, in organelli chiamati cloroplasti.
I cloroplasti sono il luogo in cui viene immagazzinata la clorofilla del pigmento (che conferisce alle piante il loro aspetto verde), in minuscole sacche chiamate tilacoidi. Nel processo in due fasi di fotosintesi, le piante usano l'energia della luce per generare ATP e NADPH, che sono molecole che trasportano energia, e quindi sfruttano questa energia per costruire glucosio, che è quindi disponibile per il resto della cellula e immagazzina sotto forma di sostanze che gli animali possono eventualmente mangiare.
Struttura e funzione dei mitocondri
L'elaborazione dell'energia nelle piante alla fine è fondamentalmente la stessa che negli animali e nella maggior parte dei funghi: l'"obiettivo" finale è quello di scomporre il glucosio in molecole più piccole ed estrarre l'ATP nel processo. I mitocondri fanno questo fungendo da "centrali energetiche" delle cellule, poiché sono i siti della respirazione aerobica.
Nei mitocondri oblunghi, "a forma di calcio", il piruvato, il principale prodotto della glicolisi, si trasforma in acetil CoA, trasportato all'interno dell'organello per il ciclo di Krebs, e poi spostato alla membrana mitocondriale per il trasporto degli elettroni catena. In tutto, queste reazioni aggiungono da 34 a 36 ATP ai due ATP generati da una singola molecola di glucosio nella sola glicolisi.