ORGANELLI CELLULARI NELLE CELLULE ANIMALI E VEGETALI: CARATTERISTICHE, FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

Gli organelli cellulari sono le strutture che compongono le cellule - in quanto "piccoli corpi" - svolgono funzioni metaboliche, sintetiche, strutturali di produzione e di consumo energetico.

Queste strutture sono contenute nel citoplasma cellulare e, in generale, tutte le cellule eucariotiche sono composte da un insieme base di organelli intracellulari. Questi possono essere differenziati tra membranosi (hanno una membrana plasmatica) e non membranosi (mancano di una membrana plasmatica).

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Ogni organello ha un insieme unico di proteine ​​che si trovano generalmente sulla membrana o all'interno dell'organello.

Esistono organelli responsabili della distribuzione e del trasporto delle proteine ​​(lisosomi), altri svolgono funzioni metaboliche e bioenergetiche (cloroplasti, mitocondri e perossisomi), della struttura cellulare e del movimento (filamenti e microtubuli), e ci sono quelli che fanno parte della superficie cellula (membrana plasmatica e parete cellulare).

Le cellule procariotiche sono prive di organelli membranosi, mentre nelle cellule eucariotiche possiamo trovare entrambi i tipi di organelli. Queste strutture possono anche essere classificate in base alla loro funzione nella cellula.

Organelli: membranosi e non membranosi

Organelli membranosi

Questi organelli hanno una membrana plasmatica che consente di separare l'ambiente interno dal citoplasma cellulare. La membrana ha forme vescicolari e tubolari e può essere pieghettata come nel reticolo endoplasmatico liscio o piegata nell'organello come nei mitocondri.

Questa organizzazione della membrana plasmatica negli organelli consente di aumentare la loro area superficiale e anche di formare sotto-compartimenti intracellulari in cui vengono immagazzinate o secrete varie sostanze come le proteine.

Tra gli organelli di membrana troviamo i seguenti:

-Membrana cellulare, che delimita la cellula e altri organelli cellulari.

-Rugh reticolo endoplasmatico (RER), luogo in cui avviene la sintesi proteica e la modifica delle proteine ​​di nuova sintesi.

-Reticolo endoplasmatico liscio (REL), dove vengono sintetizzati lipidi e steroidi.

-Apparato Golgi, modifica e confeziona proteine ​​e lipidi per il trasporto.

-Endosomi, partecipano all'endocitosi e classificano e reindirizzano le proteine ​​alle loro destinazioni finali.

-Lisosomi, contengono enzimi digestivi e partecipano alla fagocitosi.

-Trasportare vescicole, tradurre materiale e partecipare a endocitosi ed esocitosi.

-Mitocondri e cloroplasti, producono ATP fornendo energia alla cellula.

-Perossisomi, coinvolti nella produzione e degradazione di H ₂ O ₂ e acidi grassi.

Organelli non membranosi

Questi organelli non hanno una membrana plasmatica che li delimiti, e in essi le proteine ​​esclusive generalmente si autoassemblano nei polimeri che fanno parte degli elementi strutturali del citoscheletro.

Tra gli organelli citoplasmatici non membranosi troviamo:

-Microtubuli, che costituiscono il citoscheletro insieme a microfilamenti di actina e filamenti intermedi.

-Filamenti, fanno parte del citoscheletro e sono classificati in microfilamenti e filamenti intermedi.

-Centrioli, strutture cilindriche da cui derivano i corpi basali delle ciglia.

-Ribosomi, sono coinvolti nella sintesi proteica e sono composti da RNA ribosomiale (rRNA).

Organelli nelle cellule animali

Cellula animale (Fonte: Animal_cell_structure_en.svg: lavoro derivato di LadyofHats (Mariana Ruiz): Mel 23 parla tramite Wikimedia Commons)

Gli animali svolgono quotidianamente attività di protezione, alimentazione, digestione, movimento, riproduzione e persino morte. Molte di queste attività vengono svolte anche all'interno delle cellule che compongono questi organismi e sono svolte dagli organelli cellulari che compongono la cellula.

In generale, tutte le cellule di un organismo hanno la stessa organizzazione e utilizzano meccanismi simili per svolgere tutte le loro attività. Tuttavia, alcune cellule possono specializzarsi così tanto in una o più funzioni da differire dalle altre avendo un numero o una dimensione maggiore di determinate strutture o regioni cellulari.

All'interno delle cellule possono essere differenziate due regioni o compartimenti principali: il nucleo, che è l'organello più prominente delle cellule eucariotiche, e il citoplasma che contiene gli altri organelli e alcune inclusioni nella matrice citoplasmatica (come soluti e molecole organiche).

Nucleo

Il nucleo è l'organello più grande della cellula e rappresenta la caratteristica più eccezionale delle cellule eucariotiche, essendo ciò che le differenzia dalle cellule procariotiche. È ben delimitato da due membrane nucleari o involucri che hanno pori. All'interno del nucleo c'è il DNA sotto forma di cromatina (condensata e lassista) e il nucleolo.

Le membrane nucleari consentono di isolare l'interno del nucleo del citoplasma cellulare, oltre a fungere da struttura e supporto di detto organello. Questa busta è composta da una membrana esterna e una interna. La funzione dell'involucro nucleare è quella di impedire il passaggio di molecole tra l'interno nucleare e il citoplasma.

I complessi dei pori nelle membrane nucleari consentono il passaggio selettivo di proteine ​​e RNA, mantenendo stabile la composizione interna del nucleo e svolgendo anche ruoli chiave nella regolazione dell'espressione genica.

Il genoma cellulare è contenuto in questi organelli, motivo per cui funge da magazzino per le informazioni genetiche della cellula. La trascrizione e l'elaborazione dell'RNA e la replicazione del DNA avvengono all'interno del nucleo e solo la traduzione avviene al di fuori di questo organello.

Membrana plasmatica

Membrana in plastica

La membrana plasmatica o cellulare è una struttura composta da due strati di lipidi anfipatici, con una parte idrofoba e una idrofila (doppio strato lipidico) e alcune proteine ​​(membrana integrale e periferica). Questa struttura è dinamica e partecipa a vari processi fisiologici e biochimici nelle cellule.

La membrana plasmatica è responsabile di mantenere l'interno della cellula isolato dall'ambiente circostante. Controlla il passaggio di tutte le sostanze e molecole che entrano ed escono dalla cellula attraverso vari meccanismi come la semplice diffusione (a favore di un gradiente di concentrazione) e il trasporto attivo, dove sono richieste proteine ​​di trasporto.

Reticolo endoplasmatico rugoso

Il reticolo endoplasmatico è costituito da una rete di tubuli e sacche (cisterne) circondati da una membrana che si estende dal nucleo (membrana nucleare esterna). È anche uno dei più grandi organelli nelle cellule.

Il reticolo endoplasmatico ruvido (RER) ha un gran numero di ribosomi sulla sua superficie esterna e contiene anche vescicole che si estendono all'apparato di Golgi. Fa parte del sistema di sintesi proteica della cellula. Le proteine ​​sintetizzate passano nei serbatoi RER dove vengono trasformate, accumulate e trasportate.

Le cellule secretorie e le cellule con una grande quantità di membrana plasmatica, come i neuroni, hanno un reticolo endoplasmatico ruvido ben sviluppato. I ribosomi che compongono il RER sono responsabili della sintesi delle proteine ​​secretorie e delle proteine ​​che costituiscono altre strutture cellulari come i lisosomi, l'apparato di Golgi e le membrane.

Reticolo endoplasmatico liscio

Il reticolo endoplasmatico liscio (REL) è coinvolto nella sintesi dei lipidi e manca di ribosomi associati alla membrana. È costituito da brevi tubuli tendenti ad avere una struttura tubolare. Può essere separato dalla RER o essere un'estensione di essa.

Le cellule associate alla sintesi lipidica e alla secrezione di steroidi hanno REL altamente sviluppati. Questo organello è anche coinvolto nei processi di disintossicazione e coniugazione di sostanze nocive, essendo altamente sviluppato nelle cellule del fegato.

Hanno enzimi che modificano composti idrofobici come pesticidi e cancerogeni, trasformandoli in prodotti idrosolubili facilmente degradabili.

Apparato di Golgi

Nell'apparato di Golgi vengono ricevute le proteine ​​sintetizzate e modificate nel reticolo endoplasmatico. In questo organello, queste proteine ​​possono subire altre modifiche per essere infine trasportate ai lisosomi, alle membrane plasmatiche o destinate alla secrezione. Le glicoproteine ​​e la sfingomielina sono sintetizzate nell'apparato di Golgi.

Questo organello è costituito da alcune specie di sacchi circondati da una membrana nota come cisterne e presentano vescicole associate. Le cellule che secernono proteine ​​per esocitosi e quelle che sintetizzano membrane e proteine ​​associate alla membrana hanno un apparato di Golgi altamente attivo.

La struttura e la funzione dell'apparato di Golgi presenta polarità. La porzione più vicina alla RER è denominata rete cis-Golgi (CGN) e ha forma convessa. Le proteine ​​del reticolo endoplasmatico entrano in questa regione per essere trasportate all'interno dell'organello.

Il mucchio di Golgi costituisce la regione centrale dell'organello ed è dove si svolgono le attività metaboliche di quella struttura. La regione di maturazione del complesso di Golgi è nota come rete trans-Golgi (TGN), ha una forma concava ed è il punto di organizzazione e distribuzione delle proteine ​​verso le loro destinazioni finali.

Lisosomi

Parte di una cellula, compreso il lisosoma

I lisosomi sono organelli che contengono enzimi in grado di degradare proteine, acidi nucleici, carboidrati e lipidi. Sono fondamentalmente il sistema digestivo delle cellule, polimeri biologici degradanti catturati dall'esterno della cellula e prodotti propri delle cellule (autofagia).

Sebbene possano avere forme e dimensioni diverse, a seconda del prodotto catturato per la digestione, questi organelli sono generalmente vacuoli sferici densi.

Le particelle catturate dall'endocitosi vengono trasportate agli endosomi, che successivamente maturano in lisosomi per aggregazione di idrolasi acide dall'apparato di Golgi. Queste idrolasi sono responsabili della degradazione di proteine, acidi nucleici, polisaccaridi e lipidi.

perossisomi

Rappresentazione grafica di un perossisoma.
Fonte: Rock 'n Roll

I perossisomi sono piccoli organelli (microcorpi) con una semplice membrana plasmatica, che contengono enzimi ossidativi (perossidasi). La reazione di ossidazione condotta da questi enzimi produce perossido di idrogeno (H ₂ O ₂ ).

In questi organelli, la catalasi è responsabile della regolazione e della digestione dell'H ₂ O ₂ controllando la sua concentrazione cellulare. Le cellule del fegato e dei reni contengono quantità significative di perossisomi, essendo questi i principali centri di disintossicazione del corpo.

Il numero di perossisomi contenuti in una cellula è regolato in risposta alla dieta, al consumo di determinati farmaci e in risposta a vari stimoli ormonali.

Mitocondri

Mitocondri. Tratto e modificato da: LadyofHats.

Le cellule che consumano e generano quantità significative di energia (come le cellule muscolari striate) hanno quantità abbondanti di mitocondri. Questi organelli svolgono un ruolo fondamentale nella produzione di energia metabolica nelle cellule.

Sono responsabili della produzione di energia sotto forma di ATP dalla degradazione dei carboidrati e degli acidi grassi, attraverso il processo di fosforilazione ossidativa. Possono anche essere descritti come generatori di corrente mobili in grado di muoversi nella cella, fornendo l'energia necessaria.

I mitocondri sono caratterizzati dal contenere il proprio DNA e possono codificare tRNA, rRNA e alcune proteine ​​mitocondriali. La maggior parte delle proteine ​​mitocondriali vengono tradotte sui ribosomi e trasportate ai mitocondri per azione di segnali specifici.

L'assemblaggio dei mitocondri coinvolge proteine ​​codificate dal proprio genoma, altre proteine ​​codificate nel genoma nucleare e proteine ​​importate dal citosol. Il numero di questi organelli aumenta per divisione durante l'interfase, sebbene queste divisioni non siano sincronizzate con il ciclo cellulare.

Ribosomi

I ribosomi sono piccoli organelli che partecipano alla sintesi proteica. Questi sono costituiti da due subunità sovrapposte l'una all'altra, contenenti proteine ​​e RNA. Svolgono un ruolo importante nella costruzione di catene polipeptidiche durante la traduzione.

I ribosomi possono essere trovati liberi nel citoplasma o associati al reticolo endoplasmatico. Partecipando attivamente alla sintesi proteica, sono legati dall'mRNA in catene fino a cinque ribosomi chiamati poliribosomi. Le cellule specializzate nella sintesi proteica hanno grandi quantità di questi organelli.

Organelli nelle cellule vegetali

Morfoanatomia di una cellula vegetale (Fonte: Ævar Arnfjörð Bjarmason / galleria tramite Wikimedia Commons)

La maggior parte degli organelli precedentemente descritti (nucleo, reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, ribosomi, membrana plasmatica e perossisomi) si trovano come parte delle cellule vegetali, dove sostanzialmente svolgono le stesse funzioni delle cellule animali.

I principali organelli nelle cellule vegetali che li differenziano da altri organismi sono i plastidi, i vacuoli e la parete cellulare. Questi organelli sono circondati da una membrana citoplasmatica.

Parete cellulare

La parete cellulare è una rete di glucoproteine ​​esistente praticamente in tutte le cellule vegetali. Svolge un ruolo importante nello scambio cellulare di sostanze e molecole e nella circolazione dell'acqua a diverse distanze.

Questa struttura è composta da cellulosa, emicellulosa, pectine, lignina, suberina, polimeri fenolici, ioni, acqua e varie proteine ​​strutturali ed enzimatiche. Questo organello ha origine nella citochinesi dall'inserimento della piastra cellulare, che è una partizione formata dalla fusione delle vescicole di Golgi al centro della figura mitotica.

I polisaccaridi complessi della parete cellulare sono sintetizzati nell'apparato di Golgi. La parete cellulare, nota anche come matrice extracellulare (ECM), non solo fornisce robustezza e forme definite alla cellula, ma partecipa anche a processi come la crescita cellulare, la differenziazione e la morfogenesi e le risposte agli stimoli ambientali.

Vacuoles

I vacuoli sono uno dei più grandi organelli presenti nelle cellule vegetali. Sono circondati da una semplice membrana e hanno la forma di sacchi, che immagazzinano acqua e sostanze di riserva come amidi e grassi o sostanze di scarto e sali. Sono composti da enzimi idrolitici.

Intervengono nei processi di esocitosi ed endocitosi. Le proteine ​​trasportate dall'apparato di Golgi entrano nei vacuoli, che assumono la funzione di lisosomi. Partecipano anche al mantenimento della pressione del turgore e dell'equilibrio osmotico.

Plastidi

I plastidi sono organelli circondati da una doppia membrana. Sono classificati in cloroplasti, amiloplasti, cromoplasti, oleinoplasti, proteinoplasti, proplasti ed etioplasti.

Questi organelli sono semiautonomi, poiché contengono il proprio genoma noto come nucleoide nella matrice degli organelli o nello stroma, nonché un meccanismo di replicazione, trascrizione e traduzione.

I plastidi svolgono varie funzioni nelle cellule vegetali, come la sintesi di sostanze e la conservazione di sostanze nutritive e pigmenti.

Tipi di plastidi

I cloroplasti sono considerati i plastidi più importanti. Sono tra i più grandi organelli nelle cellule e si trovano in varie regioni al suo interno. Sono presenti nelle foglie verdi e nei tessuti, contenenti clorofilla. Intervengono nella cattura dell'energia solare e nella fissazione del carbonio atmosferico nel processo di fotosintesi.

-Gli amiloplasti si trovano nei tessuti di riserva. Mancano di clorofilla e sono pieni di amido, fungono da riserva per questi e partecipano anche alla percezione gravitropica nel cappello radicale.

-I cromoplasti immagazzinano pigmenti chiamati caroteni, che sono associati alle colorazioni arancioni e gialle delle foglie, dei fiori e dei frutti autunnali.

- Gli oleinoplasti immagazzinano gli oli mentre i proteinoplasti immagazzinano le proteine.

-I proplastidi sono piccoli plastidi che si trovano nelle cellule meristematiche di radici e steli. La loro funzione non è molto chiara, sebbene si ritenga che siano precursori degli altri plastidi. La riformazione dei proplastidi è associata alla ri-differenziazione di alcuni plastidi maturi.

-Gli etioplasti si trovano nei cotiledoni di piante coltivate al buio. Quando esposti alla luce si differenziano rapidamente in cloroplasti.

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