Funzioni e dinamiche energetiche della cellula eucariotica

Struttura e funzione della cellula

La cellula eucariotica è compartimentalizzata in organelli che consentono lo svolgimento simultaneo di diverse funzioni. Questa compartimentalizzazione permette di ottimizzare gli spazi e separare i composti. Inoltre la cellula deve avere una certa omeostasi, ovvero deve avere una certa condizione interna da mantenere costante. Si adatta agli stimoli esterni tramite la sua plasticità.
I mitocondri sono le “centrali energetiche” della cellula poiché producono ATP.

Hanno forme a fagiolo di 1 um, con dimensioni simili a quelle dei batteri, infatti si dice che precedentemente erano dei batteri che per simbiosi si sono introdotti in una cellula. Il loro numero varia a seconda del fabbisogno energetico. La loro distribuzione non è casuale infatti si posizionano vicino alle zone di maggior consumo di ATP, come la coda dello spermatozoo. Usano i microtubuli per spostarsi.

Dinamismo mitocondriale

I mitocondri formano una rete dinamica detta Network Mitocondriale. Il dinamismo è rappresentato dalla fusione con la quale si uniscono due mitocondri, o la

fissione attraverso la quale si dividono.

Questi processi permettono di regolare i processi energetici poiché quando serve più ATP si uniscono per formare un mitocondrio più grande ed efficace. Strutturalmente hanno una membrana interna ed una esterna, separate da uno spazio intermembrana. La membrana interna forma delle creste. All’interno della membrana interna abbiamo la matrice mitocondriale, che ha consistenza gelatinosa e ricca di proteine. la membrana interna è fatta per la maggior parte da proteine, non ha colesterolo e ha cardiolipina, per cui isola il suo interno. Infatti contiene enzimi impiegati nella produzione di ATP.

Le 13 proteine che è in grado di prodursi autonomamente sono quelle specifiche della sua attività, mentre le restanti le importa dall’esterno. Le proteine utili alla sua replicazione le importa dall’esterno, per cui sarà controllato dal genoma nucleare.

Il suo genoma è rappresentato da varie molecole di DNA circolare priva di introni, che si duplica indipendentemente dalla meiosi cellulare.

le creste mitocondriali sono indispensabili per la produzione di ATP, per cui la loro struttura è garantita dalla proteina OPA1 che funge da molletta per tenere la cresta stretta.

Produzione e utilizzo dell'ATP

Le cellule possono usare solo energia chimica, cioè quella immagazzinata nei legami chimici, che viene liberata poco a poco tramite. In parte però si disperde in calore.

Le cellule assumono l’energia chimica tramite i nutrienti e la trasformano in ATP, che sarebbe una moneta energetica che può essere conservata e utilizzata quando serve. Quindi le cellule producono energia, ovvero svolgono reazioni con ΔG . Infatti, ciò significa che sono reazioni esoergoniche che avvengono spontaneamente. D’altra parte ci sono altri processi cellulari che consumano energia e sono endoergonici.

Trasferimento di energia nelle cellule

Per trasferire questa energia vengono impiegati gli elettroni, quindi spostare energia significa spostare elettroni. Lo spostamento di elettroni avviene tramite reazione di ossidazione. Ossidarsi significa perdere protoni H⁺. La perdita di protoni H⁺ sia per perdere quella carica positiva che resta quando si perde un elettrone.

La respirazione cellulare è l’intero processo di trasformazione del cibo in ATP.