Cellule eucariote

Differenze tra cellule eucariote e procariote

Come già detto, le principali differenze tra le cellule eucariotiche e quelle procariotiche sono che gli eucarioti hanno un nucleo. Al posto del nucleo, i procarioti hanno cromosomi sciolti che contengono informazioni sul DNA. I batteri e altre cellule possono contenere anche plasmidi, piccoli DNA circolari. È interessante notare che questi sono separati dal cromosoma principale e si replicano in modo indipendente. Quasi una mente propria! I plasmidi spesso forniscono un vantaggio genetico: è qui che si può verificare la resistenza agli antibiotici. Inoltre, le cellule possono scambiarsi questi plasmidi attraverso la coniugazione batterica.

Di seguito è riportata una tabella che illustra le differenze tra cellule eucariotiche e procariotiche.

Tabella 1. Sintesi delle differenze tra cellule procariotiche ed eucariotiche.

Cellule eucariote

Come già sai, le cellule eucariotiche sono "definite" dalla presenza di un nucleo. Una membrana nucleare circonda il nucleo. Il nucleo contiene le informazioni genetiche della cellula, che sono a loro volta contenute nei cromosomi; tuttavia, i mitocondri e i cloroplasti hanno un proprio DNA.

Dimensioni tipiche della cellula eucariotica

Le dimensioni delle cellule eucariotiche variano notevolmente. Le cellule eucariotiche sono generalmente più grandi di quelle procariotiche, con dimensioni che vanno da 10 a 100 µm, il che le rende fino a 1000 volte più grandi delle cellule procariotiche. Quando si parla di dimensioni delle cellule, ci si riferisce al diametro. Le cellule animali di solito raggiungono i 30 µm, mentre le cellule vegetali possono arrivare a 100 µm.

Il nucleo cellulare

Diamo un'occhiata più da vicino al nucleo: i nuclei cellulari conservano il DNA della cellula e ne controllano le attività. Il nucleo è racchiuso da una doppia membrana nucleare continua con il reticolo endoplasmatico. All'interno del nucleo, un nucleolo svolge un ruolo chiave nella trascrizione e nell'elaborazione dell'rRNA (RNA ribosomiale).

Il nucleo è l'elemento più evidente al microscopio perché è il più grande, circa 10-20 micrometri.

Adattamenti strutturali del nucleo

• L'involucro nucleare è la doppia membrana che circonda il nucleo. La parte esterna della membrana è direttamente collegata al reticolo endoplasmatico.
• I pori nucleari fungono da passaggio per le molecole più grandi, come l'RNA messaggero (mRNA). In un nucleo ci sono 3000 pori nucleari, ciascuno con un diametro approssimativo di 40-100 nm.
• I cromosomi sono composti da DNA legato a proteine chiamate istoni.
• Il nucleoplasma è simile al citoplasma di una cellula. È un liquido gelatinoso che circonda il nucleolo.
• All'interno del nucleo, il nucleolo è il luogo in cui viene prodotto l'RNA ribosomiale. Il nucleolo è anche il luogo in cui vengono assemblati i ribosomi. Le cellule possono avere più di un nucleo.

Figura 1.

Cellula animale e cellula vegetale

Di seguito è riportato il diagramma di due cellule eucariotiche: una è una pianta e l'altra è una cellula animale. Si noti la differenza tra le strutture di queste due cellule.

Esempio di differenze tra cellule vegetali e animali:

• Dimensioni: Le cellule animali tendono a essere più piccole di quelle vegetali.
• Forma: Grazie alla parete cellulare, le cellule vegetali tendono ad avere una forma cubica o rettangolare. Le cellule animali non hanno pareti cellulari e quindi si presentano con forme irregolari.
• Cilia: Le cilia, microtubuli che aiutano il movimento cellulare, sono presenti nelle cellule animali ma non in quelle vegetali.
• Plastidi: Le cellule vegetali hanno cloroplasti, essenziali per la fotosintesi.
• Lisosomi: Un organello legato alla membrana che contiene enzimi digestivi e che di solito è presente solo nelle cellule animali. I lisosomi demoliscono le parti della cellula in eccesso o vecchie/usurate. Il vacuolo delle cellule vegetali si occupa di questo.
• Vacuolo: La pianta contiene un grande vacuolo che occupa la maggior parte dello spazio della cellula. Ha molte funzioni, ma la principale è quella di mantenere la pressione idrostatica della cellula. Anche le cellule animali possono contenere vacuoli, ma sono molto più piccoli e servono principalmente a isolare i rifiuti dalla cellula.

Tabella 2. Sintesi delle principali differenze tra cellule animali e vegetali.

Figura 2.

Figura 3.

Forma e dimensioni della cellula

La cellula animale può essere rappresentata come rotonda. Tuttavia, sappiamo che la membrana che circonda le cellule animali è fluida e composta per lo più da fosfolipidi, il che significa che la forma della cellula animale è irregolare. La cellula vegetale ha una forma più ristretta, simile a un cubo/rettangolo, grazie alla presenza della parete cellulare.

Figura 4.

Gli organelli nelle cellule vegetali

Nei prossimi sottoparagrafi troverai una descrizione passo passo delle caratteristiche degli organelli contenuti nella clellula vegetale.

Cloroplasti

I cloroplasti costituiscono una struttura con differenze notevoli tra una cellula vegetale e una animale. Simili ai mitocondri, hanno un proprio DNA e ribosomi. Sia i mitocondri che i cloroplasti si trovano nelle cellule vegetali.

I cloroplasti sono i luoghi in cui avviene la fotosintesi. Il cloroplasto presenta le seguenti caratteristiche strutturali:

• Involucro del cloroplasto: Come l'involucro nucleare, i cloroplasti hanno una doppia membrana.
• Grani: pile di strutture simili a dischi che si trovano all'interno dei cloroplasti. Questi dischi sono chiamati thylakoidi. Qui si trova la clorofilla, il pigmento che conferisce alle piante il colore verde. È anche il pigmento fotosintetico delle cellule vegetali.
• Stroma: è il luogo in cui si svolge la seconda parte della fotosintesi. In questo spazio pieno di fluidi sono presenti molti enzimi. Questi sono necessari per sintetizzare gli zuccheri.

Vacuoli

Mentre alcune cellule animali possono avere più vacuoli di piccole dimensioni, il singolo vacuolo delle cellule vegetali è molto più grande e può occupare fino al 90% di una cellula vegetale.

Il vacuolo delle cellule animali può immagazzinare e digerire le sostanze.

Nelle piante, il vacuolo ha molteplici funzioni:

• Immagazzinamento dell'acqua: La capacità di una pianta di immagazzinare acqua è fondamentale per sopravvivere ai periodi di siccità e la rende suscettibile a forze come l'osmosi, che sottrae acqua alla cellula quando si trova in un ambiente salato e la fa entrare nella cellula quando si trova in acqua pura (acqua distillata).

• Regolazione del livello di pH: gli enzimi vegetali hanno un range di pH molto ampio, che va da 3,0 a 10,0. Questo intervallo è raggiunto dal vacuolo, che pompa protoni (H⁺ o H₃O⁺) nel citoplasma, abbassando il pH della cellula vegetale e rendendolo acido.
• Mantenimento del turgore: come già detto, le dimensioni del vacuolo sono controllate dall'osmosi. Quando la cellula vegetale ha raggiunto la sua massima capacità di immagazzinare acqua, è detta turgida.

Parete cellulare

Le cellule vegetali hanno pareti cellulari. La parete cellulare delle cellule vegetali delle piante è costituita da cellulosa. La parete cellulare è fondamentale per la resistenza alla trazione e la protezione dallo stress osmotico, cioè non permette alla cellula di scoppiare.

Inoltre, la parete cellulare è responsabile del movimento dell'acqua in tutta la pianta attraverso i plasmodesmi (pori rivestiti di membrana che collegano cellule adiacenti). L'acqua può muoversi attraverso le vie del simplasto e dell'apoplasto. Le vie simplastiche passano attraverso la parete cellulare, mentre quelle apoplastiche attraverso il citoplasma.

Tipologie di cellule eucariote specializzate

Come già detto, le cellule vegetali e quelle animali sono entrambe cellule eucariotiche. Sebbene a prima vista sembrino organismi molto diversi, presentano alcune somiglianze. La più profonda è la presenza di cellule specializzate che hanno caratteristiche simili. Per esempio, le cellule della pelle di un animale e le cellule epidermiche di una pianta sono, in entrambi i casi, lo strato più esterno che protegge le strutture sottostanti.

Tutte le cellule staminali può svilupparsi assumendo i tratti di qualsiasi cellula specializzata. Un embrione precoce contiene questi tipi di cellule, che si differenziano nelle diverse cellule del corpo. Quando l'embrione è completamente sviluppato, le cellule staminali si trovano ancora nel corpo umano in piccole quantità.

Le cellule staminali di una pianta si trovano nei meristemi della pianta, che si trovano nelle radici e nei germogli.

Di seguito, un confronto tra i diversi tipi di cellule animali e vegetali.

Esempi di cellule animali specializzate

• Cellule della pelle: Strato esterno di protezione.
• Cellule del sangue: Trasportano ossigeno e sono essenziali per il sistema immunitario.
• Cellule muscolari: Per la forza e il movimento.
• Cellule del tessuto adiposo (adipociti): Per l'immagazzinamento e la produzione di energia.
• Cellule nervose: Presenti in tutto il corpo per inviare e ricevere segnali da e verso il cervello.
• Cellule riproduttive: Gli spermatozoi e gli ovuli (cellule uovo) sono necessari per produrre la prole.

Spesso le cellule possono differenziarsi ulteriormente. Ad esempio, le cellule del sangue sopra menzionate possono differenziarsi in globuli bianchi di vario tipo e in globuli rossi.

Esempi di cellule vegetali specializzate

• Cellule del parenchima: Per la sintesi e l'immagazzinamento dei materiali.
• Cellule del collenchima: Assorbono gli urti e hanno anche una funzione di sostegno nelle piante giovani.
• Cellule sclerenchimatiche: Supporto strutturale.
• Cellule dello xilema: Cellule di supporto strutturale e di trasporto dell'acqua all'interno della pianta. Quando l'acqua nelle cellule del mesofillo evapora (foglie della pianta), viene sostituita dall'acqua trasportata dalle cellule dello xilema.
• Cellule del floema: Trasporto di sostanze nutritive.
• Cellule riproduttive: Per la produzione di prole (le piante hanno spesso cellule produttrici sia maschili che femminili che insieme producono semi).
• Cellula epidermica: Cellule strettamente impacchettate che costituiscono lo strato esterno di una pianta, simile alla nostra pelle che costituisce lo strato protettivo esterno del nostro corpo. Le cellule ciliate della radice sono un tipo di cellula epidermica nella regione della radice. Scambiano materiale con il mondo esterno e assorbono acqua e minerali.

Specializzazione e organizzazione della cellula

Gli eucarioti sono per lo più organismi multicellulari (con alcune eccezioni, tra cui fitoplancton, zooplancton, lievito e altri).

Il primo passo per capire come funzionano le strutture multicellulari è comprendere le singole cellule e i loro organelli. Poiché ogni organello svolge una funzione specifica, il tipo di cellula può essere determinato dal numero e dalle dimensioni degli organelli presenti al suo interno. Un esempio sono le cellule con molti mitocondri, che metabolizzano molta ATP per ottenere energia, come le cellule muscolari.

Gli organismi multicellulari hanno bisogno di cellule che svolgano compiti specifici. Le cellule sono fatte su misura per raggiungere questo obiettivo, avendo una struttura e un insieme di organelli specifici. Nonostante il fatto che tutte le cellule abbiano la stessa sequenza di DNA all'inizio, solo geni specifici sono espressi in cellule specifiche. Ad esempio, le cellule muscolari hanno un'espressione genica diversa da quella delle cellule della pelle.

Alcune cellule perdono la capacità di moltiplicarsi dopo la differenziazione. Altre, invece, mantengono tale capacità e sono in grado di rigenerare i tessuti in caso di lesione, ad esempio. Come nell'affermazione più generale "tutte le cellule provengono da un'altra cellula" che si applica agli organismi unicellulari, tutte le cellule di un organismo multicellulare provengono da un'altra cellula.

Le cellule possono essere raggruppate in tessuti che svolgono una funzione simile, come il tessuto muscolare. Gli organi sono costituiti da gruppi di tessuti. Ad esempio, il cuore è composto da vari tessuti, come il muscolo e il tessuto epiteliale. I sistemi di organi sono costituiti da organi che lavorano insieme, come il sistema cardiovascolare, che è composto dal cuore e dai vasi sanguigni.