Gli eucarioti sono organismi le cui cellule hanno ciascuna un nucleo e organelli con le proprie membrane. I procarioti sono organismi unicellulari più semplici senza nucleo e solo uno spazio interno. Questa differenza rappresenta un vantaggio strutturale che consente alle cellule eucariotiche di organizzarsi in organismi multicellulari. Gli organelli interni, compreso il nucleo, isolano i vari processi cellulari e li rendono più facili da controllare.
Senza un nucleo, le cellule procariotiche si moltiplicano attraverso un processo di fissione binaria difficile da controllare. Ciò significa che possono riprodursi rapidamente quando sono disponibili risorse e spazio, ma una crescita così rapida e incontrollata non è richiesta quando una cellula fa parte di un organismo più grande. Ogni cellula deve invece coordinare la propria crescita e divisione con tutte le altre cellule dell'organismo. Le cellule eucariotiche hanno la complessità strutturale per farlo, mentre le cellule procariotiche non hanno questa capacità.
Caratteristiche e caratteristiche delle cellule procariotiche al microscopio
I domini procarioti sono Bacteria e Archaea; ciascuno di questi domini è diviso in regni e categorie tassonomiche più piccole. Come organismi unicellulari senza nucleo o organelli, sono caratterizzati dalle seguenti caratteristiche importanti:
- Le singole cellule hanno una parete cellulare.
- Le singole cellule hanno una membrana cellulare.
- Le cellule contengono un filamento di DNA.
- Le cellule contengono ribosomi.
- Le cellule hanno un flagello.
Le singole cellule di batteri e archaea sono esposte all'ambiente e quindi hanno bisogno di a parete cellulare per proteggerli. Al microscopio, la parete cellulare è una struttura spessa e chiaramente visibile che circonda la cellula. All'interno della parete cellulare c'è una membrana cellulare che controlla quali sostanze possono entrare ed uscire dalla cellula.
All'interno della membrana cellulare c'è un singolo filamento di DNA strettamente avvolto. Il filo è circolare e quando la cellula inizia a dividersi, il filo si srotola e assume la sua forma circolare prima di essere copiato. Una volta che il filamento è stato duplicato, le due copie si spostano alle estremità opposte della cellula e la cellula si divide in due.
Galleggianti liberamente nel citoplasma cellulare sono i ribosomi che producono le proteine richieste dalla cellula. Ad un'estremità della cellula, una struttura a forma di frusta chiamata a flagello è attaccato per dare mobilità alla cellula. Le cellule procariotiche usano la loro semplice struttura come vantaggio evolutivo. Il loro DNA non è protetto e muta liberamente mentre il loro rapido tasso di riproduzione consente un rapido adattamento a nuove situazioni e cambiamenti nell'ambiente circostante.
La struttura delle cellule eucariotiche
Se si confrontano le strutture delle cellule procariotiche ed eucariotiche al microscopio, le cellule hanno un aspetto molto diverso. Come le cellule procariotiche, le cellule eucariotiche hanno una membrana e ribosomi, ma sono visibili le seguenti differenze:
- Le cellule non hanno parete cellulare.
- Le cellule hanno un nucleo.
- Il DNA è in diversi filamenti all'interno del nucleo.
- Ci sono mitocondri e lisosomi, ciascuno con la propria membrana esterna.
- Ulteriori organelli legati alla membrana sono i corpi di Golgi e il reticolo endoplasmatico.
- Le cellule hanno due centrioli.
È chiaro che le cellule che compongono gli eucarioti hanno una struttura diversa rispetto alle cellule procariotiche. Sebbene siano complessi e si riproducono in modo più complicato, non è ovvio perché esattamente questo dà agli eucarioti un vantaggio strutturale.
Come funzionano le cellule eucariotiche
Le cellule eucariotiche hanno le loro funzioni indipendenti, ma spesso funzionano come parte di un organismo più grande. Nelle piante e negli animali importano sostanze da altre cellule ed esportano prodotti di scarto e proteine, ormoni ed enzimi utili. Quando si impegnano in un'attività, ciò che esportano segnala ad altre cellule ciò che stanno facendo. Non hanno una parete cellulare perché non ne hanno bisogno per la protezione, e questo ostacolerebbe il scambi intercellulari.
Invece di eseguire la loro sintesi di sostanze cellulari e la loro conversione di energia nello spazio generale all'interno della membrana cellulare, hanno regioni specializzate all'interno di specifici organelli dove queste attività prendono posto. La conversione del glucosio nella molecola di accumulo di energia ATP avviene nel mitocondri. La decomposizione dei detriti cellulari e dei rifiuti avviene in lisosomi. corpi del Golgi e il reticolo endoplasmatico sintetizzare proteine, carboidrati e lipidi. Gli organelli legati alla membrana delle cellule eucariotiche sono specializzati nella produzione di sostanze cellulari specifiche.
Riproduzione delle cellule eucariotiche
Le cellule degli eucarioti hanno due modi di moltiplicarsi: riproduzione sessuata e asessuata. La riproduzione asessuata avviene quando sono necessarie più cellule dello stesso tipo, come nelle cellule della pelle degli animali. La riproduzione sessuale viene utilizzata quando viene creato un nuovo organismo complesso come una pianta o un animale. Nella riproduzione asessuata il numero delle cellule aumenta mentre nella riproduzione sessuata il numero degli organismi si moltiplica.
Entrambi i tipi di riproduzione sono complicate operazioni a più stadi. Per la riproduzione asessuata, il nucleo cellulare si divide in due parti identiche in un processo chiamato mitosi. Ogni nucleo ha copie complete del DNA cellulare e, quando la cellula si divide, ogni parte riceve una parte degli organelli.
Per la riproduzione sessuale, le cellule sono prodotte con caratteristiche sessuali diverse in un processo chiamato meiosi. Ad esempio, negli animali, i due tipi di cellule sono le cellule spermatiche e le cellule uovo. Due cellule con caratteristiche sessuali diverse e di solito di organismi diversi della stessa specie si riuniscono per formare un nuovo organismo. Negli animali lo spermatozoo feconda una cellula uovo e la combinazione cresce in un nuovo animale.
Il vantaggio strutturale degli eucarioti
Le differenze tra le cellule di eucarioti e procarioti danno agli eucarioti vantaggi in diverse aree. Quando elenchiamo le caratteristiche che si trovano negli eucarioti ma non nei procarioti, quali sono i vantaggi forniti da queste differenze? Le principali differenze strutturali risiedono nel nucleo, negli organelli e nella parete esterna della cellula. Queste differenze danno origine a vantaggi e capacità specifici per gli eucarioti che i procarioti non hanno. Di conseguenza, i procarioti rimangono semplici organismi unicellulari. Sebbene esistano anche eucarioti unicellulari, alcuni eucarioti hanno sfruttato questi vantaggi per evolversi in piante e animali superiori.
La presenza di a nucleo nelle cellule eucariotiche offre agli eucarioti due vantaggi. Il nucleo rappresenta un ulteriore involucro protettivo del DNA. Di conseguenza, il DNA eucariotico è meno suscettibile alle mutazioni. Il nucleo rende anche la riproduzione più facile da controllare. I complicati processi riproduttivi basati sul nucleo hanno molti punti che possono fungere da arresto per coordinare la crescita e la moltiplicazione cellulare con le altre cellule dell'organismo.
L'integrazione di organelli nelle cellule eucariotiche concentra le funzioni nei propri spazi interni. Ciò significa che processi come la produzione di energia e l'eliminazione dei rifiuti sono molto più efficienti nelle cellule eucariotiche che nei procarioti. Quando i mitocondri producono l'energia della cellula, le cellule possono avere più o meno mitocondri, a seconda del ruolo che svolgono nell'organismo. Senza organelli, l'intera cellula procariotica deve fare tutto e il livello di efficienza è inferiore.
L'assenza di una parete cellulare negli eucarioti complessi è il vantaggio che consente alle cellule eucariotiche di organizzarsi in strutture come organi, ossa, fusti vegetali e frutti. Queste cellule lavorano insieme e si differenziano a seconda delle cellule circostanti. Una parete cellulare impedirebbe interazioni così strette. Mentre le cellule procariotiche a volte si raggruppano in strutture semplici, non differenziano come fanno le cellule eucariotiche negli organismi complessi.
Il grande vantaggio strutturale degli eucarioti rispetto ai procarioti è la capacità di formare organismi multicellulari avanzati. Mentre gli eucarioti possono sopravvivere sia come organismi unicellulari che multicellulari, i procarioti non hanno la capacità di formare strutture o organismi complessi.