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Citologia

Classificazione dei viventi

La filogenesi si basa sulle linee evolutive quindi sulle caratteristiche genetiche poiché la morfologia è spesso influenzata dall’ambiente di vita. Questo significa che si possono avere vegetali molto simili perché sviluppati nello stesso ambiente ma distanti dal punto di vista genetico.

La filogenesi suddivide i viventi in:

• Domini:
  • Bacteria (procarioti, “carion” dal Greco “nucleo” pro-carion quindi privi di nucleo, le cellule dei procarioti sono prive di compartimenti)
  • Archea (procarioti)
  • Eukaria (eucarioti, “eu” dal Greco “bello” eu-carion quindi nucleo presente e visibile, le cellule degli eucarioti sono dotate di compartimenti)
• Regni:
  • Eubatteri
  • Archeobatteri
  • Protisti
  • Piante
  • Funghi
  • Animali

Tutti i viventi derivano da un genitore comune, e la classificazione può essere vista come una scala temporale che li suddivise in base al tempo di evoluzione. Il regno vegetale comprende le piante, quindi organismi eucarioti e pluricellulari che si sviluppano da un embrione protetto in tessuti di origine materna derivati dalla gamia tra maschio e femmina (seme).

L’evoluzione di questi organismi ha preso inizio dalla cosiddetta alga ancestrale da cui sono evolute le briofite, piante prive di strutture adibite al trasporto vascolare (non tracheofite). Il successivo livello di evoluzione ha portato alla comparsa del sistema vascolare quindi delle tracheofite (felci). L’evoluzione ha poi portato alla comparsa del seme con le spermatofite a loro volta divise in conifere (prime vere piante sulla scala evolutiva) e piante a fiore.

Modalità trofica

In funzione della modalità trofica gli organismi possono essere classificati in:

• Autotrofi: partono da sostanze inorganiche e producono sostanze organiche fonte del loro nutrimento. Essi sono divisi a loro volta in
  • Fotoautotrofi: utilizzano l'energia luminosa per compiere il passaggio inorganico-organico attraverso la fotosintesi
  • Chemioautotrofi: utilizzano composti inorganici ossidati
• Eterotrofi: svolgono il loro metabolismo solo se hanno sostanze organiche disponibili

Organismi procarioti

Gli organismi procarioti sono organismi unicellulari, inizialmente anaerobi ed eterotrofi. Hanno la membrana cellulare che li circonda dall’esterno, contengono macromolecole per digestione e trasmissione del materiale genetico ma sono privi di compartimenti interni (organuli). In questa categoria sono inclusi i cianobatteri, procarioti fotosintetici ubiquitari. Sono dotati di clorofilla A ed utilizzano l’acqua come accettore di elettroni (chemioautotrofi). Si uniscono in colonie ma le cellule restano singole. Sono organismi specializzati come eterocisti o stromatoliti (rocce biogeniche).

Organismi eucarioti

Gli organismi eucarioti presentano cellula compartimentata in organuli cellulari, ognuno adibito ad una precisa funzione metabolica. I compartimenti principali sono:

• Nucleo, sede del genoma in cui avviene la replicazione del DNA (divisione cellulare) e la sintesi dell’RNA (produzione di proteine)
• Citoplasma, contenente gli organuli in cui RNA viene letto e tradotto per la produzione delle proteine

Negli organismi eucarioti sono inclusi sia animali che vegetali le cui cellule sono complessi di membrane esterne ed interne.

Cellula animale

• Strutture che permettono il movimento
• Lisosomi

Cellula vegetale

• Plastidi fotosintetici
• Vacuolo molto grande
• Parete cellulare che conferisce rigidità

La cellula eucariotica

L’evoluzione della cellula eucariotica viene spiegata attraverso la teoria endosimbiotica:

• Perdita della parete cellulare
• Invaginazione plasmodesma: nelle invaginazioni si infilano altre cellule, le membrane si chiudono e si creano i primi organelli
• Prima compartimentazione: i ribosomi si associano alle membrane (pro-reticolo rugoso)
• Pronucleo: la membrana circonda il DNA e si richiude su se stessa
• Invaginazioni esterne originano il flagello come organo di propulsione
• Formazione del citoscheletro
• Prolisosomi derivano da vacuoli alimentari
• Perossisomi: cellula ha fagocitato procarioti detossificanti, mitocondri erano procarioti energetici, cloroplasti cianobatteri fotosintetici quindi una volta create le membrane si formano delle invaginazioni che costituiscono un luogo protetto: la cellula. Questa a mano a mano che fagocita altre cellule ne scopre l’utilità per il suo metabolismo quindi non le distrugge ma le mantiene al suo interno dando origine all’unità fondamentale di ogni organismo vivente.

Questa teoria ad oggi non è scientificamente dimostrata, ma è avvalorata dal fatto che tutti gli organelli siano circondati da più membrane (la loro quando erano semplici procarioti e quella della cellula che li ha fagocitati) e dal fatto che molti di questi si riproducono per scissione binaria esattamente come i batteri.

Componenti della cellula

I compartimenti più importanti della cellula sono citosol e nucleo, unitamente ad altri che hanno funzione metabolica.

Citosol

Il citosol è una soluzione sede di reazioni contenente proteine ed ormoni. All’interno di questa soluzione vi è una corrente citoplasmatica che rimescola il contenuto al fine di favorire il contatto tra i substrati delle reazioni. Citosol + organelli cellulari = citoplasma cellulare. Il citoplasma è delimitato dalla membrana cellulare che fornisce protezione alla cellula.

Membrane cellulari

La membrana cellulare può essere suddivisa in membrana esterna (plasmatica) ed interna (endomembrana) ed è composta da:

• Lipidi: conferiscono la struttura di base, sono fosfolipidi e colesterolo, componenti principalmente non solubili in acqua (non hanno compartimenti polari) la loro disposizione influenza la forma e la curvatura della membrana. I fosfolipidi hanno struttura anfipatica, parete idrofila e coda idrofoba, la loro orientazione in base all’affinità con l’acqua permette la formazione delle membrane. Il legame tra le code è debole quindi conferisce fluidità alla struttura (mosaico fluido) i singoli componenti sono in grado di muoversi nonostante la membrana in sé sia rigida. I movimenti possono essere: rotazione (fosfolipidi espongono una parte diversa), diffusione laterale (scambio di liquidi veloce), diffusione trasversale o flip-flop (enzima flipase conferisce fluidità alle membrane) e ripiegamento delle code idrofobe.
• Proteine: adibite alla funzione di trasporto e comunicazione, sono molecole molto grandi fatte di catene polipeptidiche. In base alla posizione rispetto alla membrana possono essere:
  • Intrinseche
  • Estrinseche
  • Acquaporine: le proteine si dispongono in modo tale da formare un canale protetto attraverso cui l’acqua può passare, in mezzo alle code dei fosfolipidi. Le proteine possono dunque permettere l’entrata o l’uscita fungendo da “cancelletti”.
• Carboidrati: operano il riconoscimento tra cellule esterne per la riproduzione, sono legati ai lipidi e alle proteine. Possono essere monosaccaridi, disaccaridi, polisaccaridi.

Oltre a delimitare le cellule e mantenere differenziato l’ambiente intra ed extra cellulare, la membrana ha la funzione di trasferimento di informazioni grazie ai recettori collocati su di essa, generazione di gradienti ionici e potenziale elettrico trans-membrana per gli scambi. La membrana cellulare è caratterizzata da permeabilità selettiva, quindi molecole grandi come proteine e polisaccaridi non passano attraverso di essa, molecole neutre sono facilitate e solventi passano molto facilmente.

Movimenti attraverso le membrane

• Diffusione semplice: molecole passano attraverso i canali proteici per gradiente di concentrazione quindi non viene utilizzata energia
• Diffusione facilitata: le molecole sono mosse dalla differenza di concentrazione ma viene facilitata dalla presenza delle proteine