Cellule ed organelli, virus

Cellule ed organelli

Biologia animale

Origine delle prime cellule

È ora stabilito con certezza che una cellula deriva da un’altra cellula. Tornando però molto indietro con i secoli, vi fu in primo luogo una formazione di composti organici semplici (aminoacidi e basi azotate), succeduta da una polimerizzazione abiotica di monomeri. Questa sintesi abiotica ha portato alla formazione di proteine e acidi nucleici. C’è dunque una fase chimica che precede la vita, in cui si sono formate le macromolecole; più nel dettaglio, sembra che sia l’RNA la prima macromolecola capace di organizzarsi e combinarsi in un sistema circoscritto per la sintesi delle prime proteine.

Proprietà e strategia della cellula

Gli organismi viventi vengono classificati in base alle loro caratteristiche, ma provengono tutti dal medesimo antenato comune:

• Bacteria ('prima del nucleo’): Procarioti
• Archea ‘autentico’
• Eukarya (provvisti di nucleo sia unicellulari che pluricellulari)

Perché le cellule sono così piccole?

• Superficie/volume: A parità di volume, la superficie occupata da cellule molto piccole, rispetto ad un'unica cellula, è molto più grande. Maggiore è il rapporto superficie/volume, maggiore è la superficie disponibile per lo scambio tra la cellula e l’ambiente esterno (le vie di scambio sono così molto più sgombre e facilmente percorribili). In questo le cellule batteriche sono facilitate per le minori dimensioni rispetto ad una cellula eucariotica;
• Velocità di diffusione delle molecole: Le dimensioni cellulari sono limitate anche dalla velocità con cui le molecole possono spostarsi all’interno della cellula per raggiungere il luogo dove svolgono specifiche attività. Il volume interno della cellula, escluso il nucleo, è chiamato citoplasma ed è occupato dagli organelli, dalle fibre del citoscheletro e dal citosol semifluido in cui sono sospesi. Molte molecole si muovono in questo ambiente acquoso per diffusione; il movimento molecolare può pertanto essere limitato dalla velocità di diffusione per molecole di varie dimensioni. Poiché la velocità di diffusione diminuisce all’aumentare delle dimensioni della molecola, questa limitazione è particolarmente significativa per le macromolecole, quali proteine e acidi nucleici. Alcune cellule degli organismi superiori superano l’ostacolo grazie a correnti citoplasmatiche, ovvero un processo che comporta il movimento attivo e il mescolamento di componenti citoplasmatiche anziché la diffusione. Altre cellule spostano specifiche molecole al loro interno tramite vescicole che vengono trasportate lungo le fibre proteiche del citoplasma.
• Necessità di un’adeguata concentrazione di reagenti e catalizzatori: Perché una specifica reazione chimica possa avvenire, gli appropriati reagenti devono collidere con un particolare enzima e legarsi ad esso. La frequenza di queste collisioni casuali aumenta notevolmente in presenza di più alte concentrazioni di reagenti ed enzimi. Per mantenere la concentrazione necessaria di una specifica molecola, il numero di molecole deve aumentare all’aumentare del volume cellulare. Una soluzione efficace al problema è la compartimentalizzazione delle attività all’interno di specifiche regioni cellulari cosicché gli enzimi e i composti necessari per una particolare reazione sono localizzati all’interno di quella regione piuttosto che in tutta la cellula.

Perché allora si sono sviluppate cellule più grandi come quelle eucariotiche (100 volte più grandi di quelle procariotiche)?

La cellula eucariotica ha ovviato a questo problema per mezzo della compartimentalizzazione del lavoro biochimico, che è così evoluto e complesso. Il minor rapporto superficie/volume è compensato dalla presenza di organelli subcellulari.

Strutture cellulari comuni a eucarioti e procarioti

1. Membrana plasmatica: doppio strato fosfolipidico con proteine di membrana innestate nella compagine (membrana selettivamente permeabile);
2. Informazione genetica:
   • Negli eucarioti (DNA lineare): organizzata in una particolare struttura, chiamata cromatina (avvolgimento del doppio filamento attorno a proteine istoniche con un’architettura ben precisa), che è racchiusa nel nucleo da una doppia membrana nucleare, dotata di ampi varchi chiamati pori nucleari, adibiti alla comunicazione con il resto della cellula. Nel nucleo vi è anche il nucleolo, che sintetizza l’RNA ribosomale. L’informazione genetica viene trasmessa per mezzo di mitosi (cellule somatiche) o meiosi (cellule germinali).
   • Nei procarioti (DNA circolare): organizzata in un nucleoide, non racchiuso da una membrana nucleare.