Biologia Animale - Appunti

L'evoluzione della cellula

La cellula è l'unità funzionale fondamentale degli organismi viventi: si tratta di un compartimento membranoso contenente soluzioni acquose di sostanze chimiche concentrate, capace di duplicarsi dividendosi in due. Durante tale processo si possono verificare degli errori, che portano alla nascita di cellule imperfette e noti come mutazioni, deleteri nell'immediato (sindromi, malformazioni) ma spesso positivi a lungo termine (evoluzione). Sulla base della quantità di cellule che li costituiscono gli organismi si dividono in unicellulari e pluricellulari: i primi sono caratterizzati da un'unica cellula capace di svolgere tutte le funzioni necessarie alla sopravvivenza dell'organismo, i secondi sono formati da una colonia di cellule diverse per forma, dimensioni e funzioni, ciascuna con specifica importanza.

Organismi pluricellulari e unicellulari

Uno dei primi passi evolutivi è sicuramente stato l'associazione in organismi pluricellulari a partire dai più semplici unicellulari: ne sono una testimonianza alcune alghe verdi acquatiche, che vivono in colonie, capaci di sincronizzare il battito dei propri flagelli per spostarsi nella stessa direzione, o colonie (Volvox) dove è possibile riscontrare una certa suddivisione del lavoro fra le cellule, comunicanti grazie a ponti citoplasmatici detti plasmodesmi. Negli animali le cellule sono invece connesse da una matrice extracellulare, mentre nelle spugne si costituisce una lamina epiteliale.

Per le notevoli somiglianze presenti fra cellule di organismi diversi si ritiene che tutti i tipi cellulari discendano per evoluzione da un unico antenato comune. L'evoluzione comporta la variazione casuale dell'informazione genetica e la selezione a vantaggio di quell'informazione, che aiuta chi la possiede ad adattarsi all'ambiente e sopravvivere.

Composizione chimica e genetica delle cellule

Tutti i viventi, seppure esternamente tanto diversi, possiedono gli stessi meccanismi chimici di base. In tutti i geni sono scritti in un preciso linguaggio chimico e conservati all'interno di molecole di DNA, catene polimeriche costituite dall'alternanza di 4 tipi di nucleotidi. Queste informazioni vengono poi lette e trascritte nell'RNA messaggero, chimicamente simile al DNA, durante un processo detto appunto di trascrizione. Grazie a queste informazioni vengono sintetizzate le proteine, polimeri formati da amminoacidi, nell'ambito di un processo noto come traduzione. Esistono 20 tipi di amminoacidi, legati in sequenze diverse a seconda del messaggio da codificare.

Il genoma è la raccolta delle informazioni genetiche dell'organismo, indicanti a ciascuna cellula organizzazione e funzioni; nello stesso coesistono vari tipi cellulari, derivanti dalla stessa cellula uovo ma espressione ciascuno di geni, e quindi proteine, diversi.

Distinzione tra cellule procariotiche ed eucariotiche

Una distinzione fondamentale delle cellule le vede divise in:

• Procariotiche: cellule prive di nucleo, costitutrici dei cosiddetti organismi procariotici quali batteri (comuni abitatori del suolo e portatori di malattie) e archeabatteri (batteri ritrovabili in habitat estremi). Hanno forma sferica, bastoncellare o elicoidale, una robusta parete cellulare a protezione della membrana e un unico comparto contenente citoplasma e DNA. Non possiedono organizzazione interna e si riproducono rapidamente per duplicazione. Gran parte dei procarioti sono unicellulari e riescono a vivere sfruttando materia inorganica.
• Eucariotiche: cellule dotate di nucleo, aventi struttura più complessa a causa del corredo di organelli che si accompagna a quello principale e ritrovabili in organismi unicellulari (protozoi) e, soprattutto, pluricellulari. Sinteticamente presentano:
  • Nucleo: cospicuo organello dotato di due membrane concentriche costituenti l'involucro nucleare e ulteriormente protetto, internamente, dalla lamina nucleare. Contiene le molecole di DNA, visibili come cromosomi distinti durante la profase.
  • Mitocondri: voluminosi organelli a salsiccia o lombricati, presenti nel citoplasma di quasi tutte le cellule eucariotiche. Presentano doppia membrana, DNA proprio e capacità di riprodursi per divisione. Si occupano di ossidare le molecole derivate da zuccheri e grassi ingeriti e usare l'energia estratta per produrre ATP, combustibile chimico cellulare; nel farlo liberano CO₂ in un processo noto come respirazione cellulare. Senza mitocondri tutti gli organismi sarebbero anaerobi.
  • Cloroplasti: grandi organelli vegetali verdi, protetti anch'essi da doppia membrana e dotati di DNA proprio, i quali derivano il proprio colore dalla clorofilla, pigmento conservato nelle vesciche membranose che li costituiscono. I vegetali producono energia intrappolando la luce solare in molecole di clorofilla e usandola per fabbricare zuccheri, liberando O₂ nel farlo in un processo noto come fotosintesi. Per mitocondri e cloroplasti si ritiene valida la teoria endosimbiotica, secondo la quale si tratterebbe di batteri primordiali anaerobi, incapaci di vivere in un ambiente ricco d'ossigeno come quello terrestre e per questo penetrati all'interno dei primitivi eucarioti, dai quali sarebbero poi diventati dipendenti.
  • Membrane interne: nel citoplasma sono presenti numerosi organelli membranosi minori:
    • Reticolo endoplasmatico (RE): labirinto irregolare sede di fabbricazione dei componenti membranosi e delle sostanze destinate all'espulsione. Si distingue in REL (liscio) interno e RER (rugoso) citosolico, il cui appellativo deriva dalla presenza dei ribosomi che ne modificano l'aspetto.
    • Apparato di Golgi: sacche appiattite e sovrapposte che ricevono, modificano e indirizzano i prodotti del RE alle corrette destinazioni.
    • Lisosomi: organelli irregolari sedi della digestione intracellulare.
    • Perossisomi: bollicine specifiche deputate alla demolizione del perossido di idrogeno.
  • Ulteriori vescicole, come gli endosomi (giovani lisosomi), gemmano all'interno della cellula e si occupano del trasporto intracellulare, capaci di azioni endocitarie, esocitarie e fagocitarie.
  • Citosol: parte indivisa del citoplasma, ampio negli eucarioti e unico comparto dei procarioti, che si presenta come un gel acquoso. Vi si svolgono le fasi iniziali della demolizione delle sostanze nutritive e della produzione delle proteine.
  • Citoscheletro: insieme dinamico di filamenti proteici ancorati alla membrana o disposti a raggiera a partire dalla zona centrale, distinguibili in filamenti intermedi, microtubuli e filamenti di actina, ciascuno con funzioni specifiche e complessivamente costitutori di una sorta di apparato scheletrico-muscolare della cellula. Hanno funzioni strutturali, meccaniche e organizzative.
  • Citoplasma: insieme vivo e dinamico di tutti i componenti cellulari interni.

Si ritiene che 3,5 – 4 miliardi di anni fa il processo evolutivo fosse basato su sistemi autoreplicanti di RNA, mentre oggi la funzione cataliz...