Nelle cellule procariotiche come i batteri, il materiale genetico dell'organismo o DNA (acido desossiribonucleico), "galleggia" nel citoplasma cellulare, separato dal mondo esterno solo dalla barriera esterna della cellula stessa. Nelle cellule degli eucarioti come te, il DNA è racchiuso in un nucleo legato alla membrana, che offre un secondo strato di protezione e una migliore focalizzazione della funzionalità.
Racchiudere il materiale genetico della cellula all'interno di una doppia membrana plasmatica protettiva è un esempio di compartimentazione. Quella cellule eucariotiche possono così facilmente invocare questo nella loro architettura cellulare è il principale adattamento strutturale che ha permesso agli eucarioti di superare di gran lunga i procarioti in termini di dimensioni e diversità complessiva.
procarioti vs. Cellule Eucariotiche
Tutte le cellule hanno quattro elementi di base: a membrana cellulare all'esterno, citoplasma riempiendo la maggior parte dell'interno, ribosomi per sintetizzare proteine e materiale genetico sotto forma di DNA. I procarioti di solito hanno poco più di questo, e tutti tranne alcuni sono costituiti da una sola di queste semplici cellule. Quel poco DNA che hanno si trova in un ammasso sciolto nel citoplasma.
Le cellule eucariotiche (cioè quelle di animali, piante, protisti e funghi) hanno tutte le suddette inclusioni e poi alcune. È importante sottolineare che contengono organelli legati alla membrana che svolgono funzioni vitali e ripetitive, come abbattere completamente le molecole di carboidrati.
Le cellule eucariotiche possono differire notevolmente l'una dall'altra sia all'interno che tra organismi e specie. Tutti gli eucarioti, per esempio, hanno mitocondri, ma con poche eccezioni, solo le cellule vegetali hanno cloroplasti.
Perché il DNA in un nucleo?
Se ti venisse chiesto di spiegare i vantaggi della compartimentazione nelle cellule eucariotiche, avresti un compito facile se fossi dotato di conoscenze di base sull'anatomia e la fisiologia cellulare in generale.
La "biologia della compartimentazione" è un progresso evolutivo che ha permesso alle cellule di diventare piccole macchine specializzate (e in alcuni casi organismi interi).
Le cellule eucariotiche hanno organelli legati alla membrana per svolgere la digestione, estrarre energia dal cibo e spostare proteine di nuova sintesi da un luogo all'altro. Mancando di tutti questi, le loro controparti procariotiche possono crescere solo fino a una certa dimensione e nella maggior parte dei casi non sono cresciute oltre ad essere una singola cellula complessiva.
Le enormi dimensioni del genoma eucariotico, riflesse nella sua enorme quantità di DNA, richiedono che sia confezionato molto strettamente solo per adattarsi a una cellula. Avendo così un nucleo rafforza notevolmente questo aspetto della costruzione delle cellule eucariotiche.
Organelli legati a membrana
Alcuni dei più importanti organelli legati alla membrana nelle cellule eucariotiche sono:
Mitocondri. Queste sono spesso chiamate le "centrali energetiche" delle cellule, perché è qui che avvengono le reazioni della respirazione aerobica. Queste reazioni sono responsabili della straordinaria quantità di "creazione" di energia negli eucarioti.
Cloroplasti. Trovato nelle cellule vegetali, cloroplasti utilizzare il potere della luce solare per produrre zuccheri dal gas di anidride carbonica nell'ambiente.
Lisosomi. Queste sono le "squadre di pulizia" delle celle (vedi sotto).
Reticolo endoplasmatico. Questa "autostrada" membranosa sposta le proteine appena prodotte dai ribosomi a corpi del Golgi e altrove.
corpi del Golgi. Queste "sacche" spostano le proteine nella cellula tra i reticolo endoplasmatico e la loro destinazione finale.
Lisosomi e digestione
I lisosomi trasportano enzimi digestivi in grado di abbattere i rifiuti cellulari, ma anche componenti cellulari sani. Quindi, quando questi enzimi vengono prodotti nei ribosomi, devono essere spostati nelle loro eventuali case nei lisosomi senza danneggiare nulla lungo il percorso.
Questi enzimi vengono trasportati nella cella quasi nello stesso modo in cui gli HAZMAT (materiali di scarto pericolosi) vengono trasportati lungo le autostrade e le ferrovie statunitensi: recanti etichette speciali e con grande cura. Una volta nell'ambiente ad alta acidità dei lisosomi, questi idrolasi acida gli enzimi funzionano in modo molto efficace.
Tre esempi di digestione intracellulare da parte dei lisosomi:
- Carboidrati, lipidi, acidi nucleici e proteine
- Organelli "morti" e loro componenti
- Batteri e altre sostanze assunte dall'esterno della cellula