CELLULA EUCARIOTICA: CARATTERISTICHE, TIPI, PARTI, METABOLISMO - BIOLOGIA - 2025

Le cellule eucariotiche sono componenti strutturali di un'ampia linea di organismi caratterizzati dall'avere cellule con un nucleo delimitato da una membrana e da un insieme di organelli.

Tra gli organelli più importanti degli eucarioti abbiamo i mitocondri, responsabili della respirazione cellulare e di altre vie legate alla generazione di energia, e i cloroplasti, presenti nelle piante e responsabili del processo fotosintetico.

Cellula eucariotica animale. Fonte: di Nikol valentina romero ruiz, da Wikimedia Commons

Inoltre, ci sono altre strutture limitate da membrane come l'apparato di Golgi, il reticolo endoplasmatico, vacuoli, lisosomi, perossisomi, tra gli altri, che sono unici per eucarioti.

Gli organismi che fanno parte degli eucarioti sono piuttosto eterogenei, sia per dimensioni che per morfologia. Il gruppo spazia da protozoi unicellulari e lieviti microscopici a piante e grandi animali che popolano le profondità marine.

Gli eucarioti differiscono dai procarioti principalmente per la presenza del nucleo e di altri organelli interni, oltre ad avere un'elevata organizzazione del materiale genetico. Si può dire che gli eucarioti sono molto più complessi in diversi aspetti, sia strutturali che funzionali.

Caratteristiche generali

Le caratteristiche più importanti che definiscono una cellula eucariotica sono: la presenza di un nucleo definito con il materiale genetico (DNA) al suo interno, gli organelli subcellulari che svolgono compiti specifici e il citoscheletro.

Pertanto, alcuni lignaggi hanno caratteristiche speciali. Ad esempio, le piante hanno cloroplasti, un grande vacuolo e uno spesso muro di cellulosa. Nei funghi, la parete della chitina è caratteristica. Infine, le cellule animali hanno centrioli.

Allo stesso modo, ci sono organismi unicellulari eucarioti all'interno di protisti e funghi.

Parti (organelli)

Una delle caratteristiche distintive degli eucarioti è la presenza di organelli o compartimenti subcellulari circondati da una membrana. Tra i più vistosi abbiamo:

Nucleo

Rappresentazione delle cellule umane eucariotiche. Puoi vedere il nucleo

Il nucleo è la struttura più evidente nelle cellule eucariotiche. È delimitato da una doppia membrana lipidica porosa che consente lo scambio di sostanze tra il citoplasma e l'interno nucleare.

È l'organello incaricato di coordinare tutti i processi cellulari, poiché contiene tutte le istruzioni necessarie nel DNA che consentono di svolgere un'immensa varietà di processi.

Il nucleo non è un organello perfettamente sferico e statico con DNA disperso casualmente al suo interno. È una struttura di squisita complessità con diversi componenti come: l'involucro nucleare, la cromatina e il nucleolo.

Ci sono anche altri corpi all'interno del nucleo come i corpi Cajal e i corpi PML (leucemia promielocitica).

Mitocondri

Mitocondri

I mitocondri sono organelli circondati da un sistema a doppia membrana e si trovano sia nelle piante che negli animali. Il numero di mitocondri per cellula varia in base alle sue esigenze: nelle cellule con elevato fabbisogno energetico il numero è relativamente più alto.

Le vie metaboliche che si svolgono nei mitocondri sono: il ciclo dell'acido citrico, il trasporto di elettroni e la fosforilazione ossidativa, la beta ossidazione degli acidi grassi e la scomposizione degli amminoacidi.

cloroplasti

cloroplasto

I cloroplasti sono organelli tipici di piante e alghe, che presentano complessi sistemi di membrana. Il costituente più importante è la clorofilla, un pigmento verde che partecipa direttamente alla fotosintesi.

Oltre alle reazioni associate alla fotosintesi, i cloroplasti possono generare ATP, sintetizzare amminoacidi, acidi grassi, tra gli altri. Studi recenti hanno dimostrato che questo comparto è correlato alla produzione di sostanze contro i patogeni.

Come i mitocondri, i cloroplasti hanno il loro materiale genetico, in una forma circolare. Dal punto di vista evolutivo, questo fatto è una prova che supporta la teoria del possibile processo endosimbiotico che ha dato origine a mitocondri e cloroplasti.

Reticolo endoplasmatico

Reticolo endoplasmatico

Il reticolo è un sistema di membrane che continua con il nucleo e che si estende per tutta la cellula sotto forma di un labirinto.

È diviso in un reticolo endoplasmatico liscio e un reticolo endoplasmatico ruvido, a seconda della presenza di ribosomi in esso. Il reticolo ruvido è principalmente responsabile della sintesi proteica, grazie ai ribosomi ancorati. Il liscio, da parte sua, è correlato alle vie metaboliche dei lipidi

Apparato di Golgi

Consiste in una serie di dischi appiattiti chiamati "cisterne golgiane". È correlato alla secrezione e alla modifica delle proteine. Inoltre partecipa alla sintesi di altre biomolecole, come lipidi e carboidrati.

Organismi eucariotici

Nel 1980, il ricercatore Carl Woese e collaboratori sono riusciti a stabilire le relazioni tra gli esseri viventi utilizzando tecniche molecolari. Attraverso una serie di esperimenti pionieristici, sono riusciti a stabilire tre domini (chiamati anche "super reami") lasciandosi alle spalle la visione tradizionale dei cinque regni.

Secondo i risultati di Woese, possiamo classificare le forme viventi della terra in tre gruppi cospicui: Archaea, Eubacteria ed Eukarya.

Nel dominio Eukarya ci sono gli organismi che conosciamo come eucarioti. Questo lignaggio è ampiamente diversificato e comprende un numero di organismi sia unicellulari che multicellulari.

Unicellulare

Gli eucarioti unicellulari sono organismi estremamente complessi, poiché devono possedere in una singola cellula tutte le funzioni tipiche di un eucarioto. I protozoi sono storicamente classificati come rizopodi, ciliati, flagellati e sporozoi.

Come esempi più evidenti abbiamo l'euglena: specie fotosintetica in grado di muoversi attraverso un flagello.

Sono presenti anche eucarioti ciliati, come i famosi paramecia appartenenti al genere Paramecium. Questi hanno una forma tipica a pantofola e si muovono grazie alla presenza di numerose ciglia.

In questo gruppo ci sono anche specie patogene di esseri umani e altri animali, come il genere Trypanosoma. Questo gruppo di parassiti è caratterizzato dall'avere un corpo allungato e un tipico flagello. Sono la causa della malattia di Chagas (Trypanosoma cruzi) e della malattia del sonno (Trypanosoma brucei).

Il genere Plasmodium è l'agente eziologico della malaria o della malaria negli esseri umani. Questa malattia può essere fatale.

Esistono anche funghi unicellulari, ma le caratteristiche più importanti di questo gruppo saranno descritte nelle sezioni successive.

Impianti

Tutta la grande complessità delle piante che osserviamo quotidianamente appartiene alla stirpe eucariotica, dalle erbe e le erbe agli alberi complessi e di grandi dimensioni.

Le cellule di questi individui sono caratterizzate dall'avere una parete cellulare composta da cellulosa, che conferisce rigidità alla struttura. Inoltre, hanno cloroplasti che contengono tutti gli elementi biochimici necessari affinché si verifichi il processo fotosintetico.

Le piante rappresentano un gruppo di organismi molto diversificato, con cicli di vita complessi che sarebbe impossibile racchiudere in poche caratteristiche.

Funghi

Il termine "fungo" viene utilizzato per designare diversi organismi come muffe, lieviti e individui in grado di produrre funghi.

A seconda della specie, possono riprodursi sessualmente o asessualmente. Sono caratterizzati principalmente dalla produzione di spore: piccole strutture latenti che possono svilupparsi quando le condizioni ambientali sono adatte.

Potresti pensare che siano simili alle piante, poiché entrambe sono caratterizzate da uno stile di vita sessile, cioè non si muovono. Tuttavia, i funghi mancano di cloroplasti e non hanno il meccanismo enzimatico necessario per eseguire la fotosintesi.

Il loro modo di nutrirsi è eterotrofo, come la maggior parte degli animali, quindi devono cercare una fonte di energia.

Animali

Gli animali rappresentano un gruppo composto da quasi un milione di specie correttamente catalogate e classificate, sebbene gli zoologi stimino che il valore reale potrebbe essere più vicino a 7 o 8 milioni. Sono un gruppo diversificato come quelli sopra menzionati.

Si caratterizzano per essere eterotrofi (cercano il proprio cibo) e hanno una notevole mobilità che permette loro di muoversi. Per questo compito hanno una serie di vari meccanismi di locomozione che consentono loro di muoversi su terra, acqua e aria.

Per quanto riguarda la loro morfologia, troviamo gruppi incredibilmente eterogenei. Anche se si potrebbe fare una divisione in invertebrati e vertebrati, dove la caratteristica che li contraddistingue è la presenza della colonna vertebrale e della notocorda.

Tra gli invertebrati abbiamo poriferi, cnidari, anellidi, nematodi, vermi piatti, artropodi, molluschi ed echinodermi. Mentre i vertebrati includono gruppi più noti come pesci, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi.

Tipi di cellule eucariotiche

Esiste una grande diversità di cellule eucariotiche. Anche se potresti pensare che i più complessi si trovano negli animali e nelle piante, questo non è corretto. La maggiore complessità si osserva negli organismi protisti, che devono avere tutti gli elementi necessari alla vita confinati all'interno di una singola cellula.

Il percorso evolutivo che ha portato alla comparsa di organismi multicellulari ha portato con sé la necessità di distribuire i compiti all'interno dell'individuo, che è nota come differenziazione cellulare. Ogni cellula è quindi responsabile di una serie di attività limitate e ha una morfologia che le consente di svolgerle.

Quando si verifica il processo di fusione o fecondazione dei gameti, lo zigote risultante subisce una serie di successive divisioni cellulari che porteranno alla formazione di oltre 250 tipi di cellule.

Negli animali, i percorsi di differenziazione seguiti dall'embrione sono diretti dai segnali che riceve dall'ambiente e dipendono in gran parte dalla sua posizione nell'organismo in via di sviluppo. Tra i tipi di cellule più importanti abbiamo:

neuroni

I neuroni o le cellule specializzate nella conduzione dell'impulso nervoso che fanno parte del sistema nervoso.

Cellule muscolari

Cellule muscolari scheletriche che possiedono proprietà contrattili e sono allineate in una rete di filamenti. Consentono i movimenti tipici degli animali come correre o camminare.

Cellule cartilaginee

Le cellule della cartilagine sono specializzate nel supporto. Per questo motivo sono circondati da una matrice che contiene collagene.

Cellule del sangue

I componenti cellulari del sangue sono globuli rossi e bianchi e piastrine. I primi sono a forma di disco, mancano di nucleo a maturità e hanno la funzione di trasportare l'emoglobina. I globuli bianchi partecipano alla risposta immunitaria e le piastrine al processo di coagulazione del sangue.

Metabolismo

Gli eucarioti presentano una serie di vie metaboliche come la glicolisi, le vie dei pentoso fosfati, la beta ossidazione degli acidi grassi, tra le altre, organizzate in specifici compartimenti cellulari. Ad esempio, l'ATP viene generato nei mitocondri.

Le cellule vegetali hanno un metabolismo caratteristico, poiché hanno il meccanismo enzimatico necessario per assorbire la luce solare e generare composti organici. Questo processo è fotosintesi e li trasforma in organismi autotrofi in grado di sintetizzare i componenti energetici richiesti dal loro metabolismo.

Le piante hanno un percorso specifico chiamato ciclo gliossilato che si verifica nel gliossisoma ed è responsabile della conversione dei lipidi in carboidrati.

Animali e funghi sono caratterizzati dall'essere eterotrofi. Questi lignaggi non sono in grado di produrre il proprio cibo, quindi devono cercarlo attivamente e degradarlo.

Differenze con i procarioti

La differenza cruciale tra un eucariota e un procariota è la presenza di un nucleo delimitato da una membrana e definito nel primo gruppo di organismi.

Possiamo giungere a questa conclusione esaminando l'etimologia di entrambi i termini: procariota deriva dalle radici pro che significa "prima" e karyon che è nucleo; mentre gli eucarioti si riferiscono alla presenza di un "vero nucleo" (eu significa "vero" e carione che significa nucleo)

Tuttavia, troviamo eucarioti unicellulari (cioè l'intero organismo è una singola cellula) come il noto Paramecium o lieviti. Allo stesso modo, troviamo organismi eucarioti multicellulari (costituiti da più di una cellula) come animali, compresi gli esseri umani.

Secondo la documentazione fossile, è stato possibile concludere che gli eucarioti si siano evoluti dai procarioti. Pertanto, è logico presumere che entrambi i gruppi abbiano caratteristiche simili come la presenza di una membrana cellulare, vie metaboliche comuni, tra gli altri. Di seguito verranno descritte le differenze più evidenti tra i due gruppi:

Fonte: da Nessun autore leggibile dalla macchina fornito. Presunto Mortadelo2005 (in base alle rivendicazioni di copyright). , tramite Wikimedia Commons

Taglia

Gli organismi eucarioti sono generalmente di dimensioni maggiori rispetto ai procarioti, poiché sono molto più complessi e con elementi più cellulari.

In media, il diametro di un procariota è compreso tra 1 e 3 µm, mentre una cellula eucariotica può essere compreso tra 10 e 100 µm. Sebbene ci siano notevoli eccezioni a questa regola.

Presenza di organelli

Negli organismi procarioti non ci sono strutture delimitate da una membrana cellulare. Questi sono estremamente semplici e mancano di questi corpi interni.

Normalmente, le uniche membrane che hanno i procarioti hanno il compito di delimitare l'organismo con l'ambiente esterno (si noti che questa membrana è presente anche negli eucarioti).

Nucleo

Come accennato in precedenza, la presenza di un nucleo è un elemento chiave per discriminare tra i due gruppi. Nei procarioti, il materiale genetico non è delimitato da alcun tipo di membrana biologica.

Al contrario, gli eucarioti sono cellule con una struttura interna complessa e, a seconda del tipo di cellula, presentano gli organelli specifici descritti in dettaglio nella sezione precedente. Queste cellule di solito hanno un singolo nucleo con due copie di ciascun gene, come nella maggior parte delle cellule umane.

Negli eucarioti, il DNA (acidi desossiribonucleici) è altamente organizzato a diversi livelli. Questa lunga molecola è associata a proteine, chiamate istoni, ed è compattata a un livello tale da poter entrare in un piccolo nucleo, che può essere osservato ad un certo punto nella divisione cellulare come cromosomi.

I procarioti non hanno livelli di organizzazione così sofisticati. Generalmente, il materiale genetico si presenta come una singola molecola circolare che può aderire alla biomembrana che circonda la cellula.

Tuttavia, la molecola di DNA non è distribuita in modo casuale. Sebbene non sia avvolto in una membrana, il materiale genetico si trova in una regione chiamata nucleoide.

Mitocondri e cloroplasti

Nel caso specifico dei mitocondri, si tratta di organelli cellulari dove si trovano le proteine ​​necessarie ai processi di respirazione cellulare. I procarioti, che devono contenere questi enzimi per le reazioni ossidative, sono ancorati nella membrana plasmatica.

Allo stesso modo, nel caso in cui l'organismo procariotico sia fotosintetico, il processo avviene nei cromatofori.

I ribosomi

I ribosomi sono le strutture responsabili della traduzione dell'RNA messaggero nelle proteine ​​codificate dalla molecola. Sono abbastanza abbondanti, ad esempio un comune batterio, come l'Escherichia coli, può possedere fino a 15.000 ribosomi.

Si possono distinguere due unità che compongono il ribosoma: una maggiore e una minore. La linea procariotica è caratterizzata dalla presentazione di ribosomi 70S, composti dalla subunità grande 50S e dalla subunità 30S piccola. Al contrario, negli eucarioti sono composti da una grande subunità 60S e da una piccola subunità 40S.

Nei procarioti, i ribosomi sono sparsi in tutto il citoplasma. Mentre negli eucarioti sono ancorati alle membrane, come nel reticolo endoplasmatico ruvido.

Citoplasma

Il citoplasma negli organismi procarioti ha un aspetto prevalentemente granulare, grazie alla presenza di ribosomi. Nei procarioti, la sintesi del DNA avviene nel citoplasma.

Presenza della parete cellulare

Sia gli organismi procarioti che quelli eucariotici sono delimitati dal loro ambiente esterno da una doppia membrana biologica lipidica. Tuttavia, la parete cellulare è una struttura che circonda la cellula ed è presente solo nel lignaggio procariotico, nelle piante e nei funghi.

Questa parete è rigida e la funzione generale più intuitiva è quella di proteggere la cellula dallo stress ambientale e da possibili cambiamenti osmotici. Tuttavia, a livello compositivo questo muro è totalmente diverso in questi tre gruppi.

La parete dei batteri è composta da un composto chiamato peptidoglicano, formato da due blocchi strutturali legati da legami di tipo β-1,4: N-acetil-glucosamina e acido N-acetilmuramico.

Nelle piante e nei funghi, entrambi eucarioti, varia anche la composizione del muro. Il primo gruppo è costituito da cellulosa, un polimero formato dalla ripetizione di unità di zucchero glucosio, mentre i funghi hanno pareti di chitina e altri elementi come glicoproteine ​​e glicani. Nota che non tutti i funghi hanno una parete cellulare.

DNA

Il materiale genetico tra eucarioti e procarioti varia non solo nel modo in cui viene compattato, ma anche nella sua struttura e quantità.

I procarioti sono caratterizzati dall'avere basse quantità di DNA, tra 600.000 paia di basi fino a 8 milioni. Cioè, possono codificare da 500 a poche migliaia di proteine.

Gli introni (sequenze di DNA che non codificano per proteine ​​e stanno distruggendo i geni) sono presenti negli eucarioti e non nei procarioti.

Il trasferimento genico orizzontale è un processo significativo nei procarioti, mentre negli eucarioti è praticamente assente.

Processi di divisione cellulare

In entrambi i gruppi, il volume cellulare aumenta fino a raggiungere una dimensione adeguata. Gli eucarioti effettuano la divisione mediante un complesso processo di mitosi, che si traduce in due cellule figlie di dimensioni simili.

La funzione della mitosi è quella di garantire un numero appropriato di cromosomi dopo ogni divisione cellulare.

Un'eccezione a questo processo è la divisione cellulare dei lieviti, in particolare del genere Saccharomyces, dove la divisione porta alla generazione di una cellula figlia più piccola, poiché è formata per mezzo di un "rigonfiamento".

Le cellule procariotiche non subiscono la divisione cellulare della mitosi, una conseguenza intrinseca della mancanza di un nucleo. In questi organismi la divisione avviene per divisione binaria. Pertanto, la cellula cresce e si divide in due parti uguali.

Ci sono alcuni elementi che partecipano alla divisione cellulare negli eucarioti, come i centromeri. Nel caso dei procarioti, non ci sono analoghi a questi e solo poche specie di batteri hanno i microtubuli. La riproduzione di tipo sessuale è comune negli eucarioti e rara nei procarioti.

citoscheletro

Gli eucarioti hanno un'organizzazione molto complessa a livello del citoscheletro. Questo sistema è costituito da tre tipi di filamenti classificati in base al loro diametro in microfilamenti, filamenti intermedi e microtubuli. Inoltre, ci sono proteine ​​con proprietà motorie associate a questo sistema.

Gli eucarioti hanno una serie di processi che consentono alla cellula di muoversi nel suo ambiente. Questi sono i flagelli, la cui forma ricorda una frusta e il movimento è diverso negli eucarioti e nei procarioti. Le ciglia sono più corte e generalmente presenti in gran numero.

Riferimenti

1. Birge, EA (2013). Genetica dei batteri e dei batteriofagi. Springer Science & Business Media.
2. Campbell, MK e Farrell, SO (2011). Biochimica.
3. Cooper, GM e Hausman, RE (2000). La cellula: approccio molecolare. Sinauer Associates.
4. Curtis, H. e Barnes, NS (1994). Invito alla biologia. Macmillan.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC e Garrison, C. (2001). Principi integrati di zoologia. McGraw - Hill.
6. Karp, G. (2009). Biologia cellulare e molecolare: concetti ed esperimenti. John Wiley & Sons.
7. Pontón, J. (2008). La parete cellulare dei funghi e il meccanismo d'azione dell'anidulafungina. Rev Iberoam Micol, 25, 78–82.
8. Vellai, T. e Vida, G. (1999). L'origine degli eucarioti: la differenza tra cellule procariotiche ed eucariotiche. Atti della Royal Society B: Biological Sciences, 266 (1428), 1571–1577.
9. Voet, D. e Voet, JG (2006). Biochimica. Ed. Medica panamericana
10. Weeks, B. (2012). Microbi e società di Alcamo. Jones & Bartlett Publishers.