Risultati di Apprendimento
- Identificare i principali organelli presenti solo nelle cellule vegetali, tra cui cloroplasti e centrale vacuoli
- Identificare i principali organelli presenti solo nelle cellule animali, tra cui cntrosome e lisosomi
A questo punto, dovrebbe essere chiaro che le cellule eucariotiche hanno una struttura più complessa rispetto a cellule procariote. Organelli consentono varie funzioni a verificarsi nella cellula allo stesso tempo., Nonostante le loro somiglianze fondamentali, ci sono alcune notevoli differenze tra le cellule animali e vegetali (vedi Figura 1).
Le cellule animali hanno centrosomi (o una coppia di centrioli) e lisosomi, mentre le cellule vegetali no. Le cellule vegetali hanno una parete cellulare, cloroplasti, plasmodesmata e plastidi utilizzati per lo stoccaggio e un grande vacuolo centrale, mentre le cellule animali non lo fanno.
Domanda pratica
Figura 1. a) Una cellula animale tipica e b) una cellula vegetale tipica.,
Quali strutture ha una cellula vegetale che una cellula animale non ha? Quali strutture ha una cellula animale che una cellula vegetale non ha?
Cellule vegetali
La parete cellulare
Nella Figura 1b, il diagramma di una cellula vegetale, si vede una struttura esterna alla membrana plasmatica chiamata parete cellulare., La parete cellulare è un rivestimento rigido che protegge la cellula, fornisce supporto strutturale e dà forma alla cellula. Le cellule fungine e alcune cellule protiste hanno anche pareti cellulari.
Mentre il componente principale delle pareti cellulari procariotiche è il peptidoglicano, la principale molecola organica nella parete cellulare della pianta è la cellulosa (Figura 2), un polisaccaride costituito da catene lunghe e diritte di unità di glucosio. Quando le informazioni nutrizionali si riferiscono alla fibra alimentare, si riferisce al contenuto di cellulosa del cibo.
Figura 2., La cellulosa è una lunga catena di molecole di β-glucosio collegate da un legame 1-4. Le linee tratteggiate a ciascuna estremità della figura indicano una serie di molte più unità di glucosio. La dimensione della pagina rende impossibile ritrarre un’intera molecola di cellulosa.
Cloroplasti
Figura 3. Questo diagramma semplificato di un cloroplasto mostra la membrana esterna, la membrana interna, i tilacoidi, il grana e lo stroma.
Come i mitocondri, anche i cloroplasti hanno il proprio DNA e ribosomi., I cloroplasti funzionano nella fotosintesi e possono essere trovati in cellule eucariotiche fotoautotrofiche come piante e alghe. Nella fotosintesi, l’anidride carbonica, l’acqua e l’energia luminosa vengono utilizzate per produrre glucosio e ossigeno. Questa è la principale differenza tra piante e animali: le piante (autotrofi) sono in grado di produrre il proprio cibo, come il glucosio, mentre gli animali (eterotrofi) devono fare affidamento su altri organismi per i loro composti organici o fonte di cibo.,
Come i mitocondri, i cloroplasti hanno membrane esterne e interne, ma all’interno dello spazio racchiuso dalla membrana interna di un cloroplasto c’è un insieme di sacche di membrana interconnesse e impilate, riempite di fluido chiamate tilacoidi (Figura 3). Ogni pila di thylakoids è chiamata granum (plurale = grana). Il fluido racchiuso dalla membrana interna e che circonda il grana è chiamato stroma.
I cloroplasti contengono un pigmento verde chiamato clorofilla, che cattura l’energia della luce solare per la fotosintesi. Come le cellule vegetali, i protisti fotosintetici hanno anche cloroplasti., Alcuni batteri eseguono anche la fotosintesi, ma non hanno cloroplasti. I loro pigmenti fotosintetici si trovano nella membrana tilacoide all’interno della cellula stessa.
Endosimbiosi
Abbiamo detto che sia i mitocondri che i cloroplasti contengono DNA e ribosomi. Vi siete chiesti perché? Forti prove indicano l’endosimbiosi come spiegazione.
La simbiosi è una relazione in cui organismi di due specie separate vivono in stretta associazione e tipicamente presentano adattamenti specifici l’uno all’altro., L’endosimbiosi (end – = all’interno) è una relazione in cui un organismo vive all’interno dell’altro. Le relazioni endosimbiotiche abbondano in natura. I microbi che producono vitamina K vivono all’interno dell’intestino umano. Questa relazione è utile per noi perché non siamo in grado di sintetizzare la vitamina K. È anche utile per i microbi perché sono protetti da altri organismi e hanno un habitat stabile e cibo abbondante vivendo all’interno dell’intestino crasso.
Gli scienziati hanno da tempo notato che batteri, mitocondri e cloroplasti sono di dimensioni simili., Sappiamo anche che mitocondri e cloroplasti hanno DNA e ribosomi, proprio come fanno i batteri. Gli scienziati ritengono che le cellule ospiti e i batteri formassero una relazione endosimbiotica reciprocamente vantaggiosa quando le cellule ospiti ingerivano batteri aerobici e cianobatteri ma non li distruggevano. Attraverso l’evoluzione, questi batteri ingeriti sono diventati più specializzati nelle loro funzioni, con i batteri aerobici che diventano mitocondri e i batteri fotosintetici che diventano cloroplasti.,
Provalo
Il vacuolo centrale
In precedenza, abbiamo menzionato i vacuoli come componenti essenziali delle cellule vegetali. Se osservate la Figura 1b, vedrete che le cellule vegetali hanno ciascuna un grande vacuolo centrale che occupa la maggior parte della cellula. Il vacuolo centrale svolge un ruolo chiave nella regolazione della concentrazione di acqua della cellula nelle mutevoli condizioni ambientali. Nelle cellule vegetali, il liquido all’interno del vacuolo centrale fornisce la pressione del turgore, che è la pressione verso l’esterno causata dal fluido all’interno della cellula., Hai mai notato che se dimentichi di innaffiare una pianta per alcuni giorni, appassisce? Questo perché quando la concentrazione di acqua nel terreno diventa inferiore alla concentrazione di acqua nella pianta, l’acqua esce dai vacuoli centrali e dal citoplasma e nel terreno. Quando il vacuolo centrale si restringe, lascia la parete cellulare non supportata. Questa perdita di supporto alle pareti cellulari di una pianta provoca l’aspetto appassito. Quando il vacuolo centrale è riempito con acqua, fornisce un mezzo a bassa energia per la cellula vegetale di espandersi (al contrario di spendere energia per aumentare effettivamente di dimensioni)., Inoltre, questo fluido può scoraggiare l’erbivoro poiché il sapore amaro dei rifiuti che contiene scoraggia il consumo da parte di insetti e animali. Il vacuolo centrale funziona anche per immagazzinare le proteine nello sviluppo delle cellule del seme.
Cellule animali
Lisosomi
Figura 4. Un macrofago ha fagocitato un batterio potenzialmente patogeno in una vescicola, che poi si fonde con un lisosoma all’interno della cellula in modo che l’agente patogeno possa essere distrutto. Altri organelli sono presenti nella cellula, ma per semplicità non vengono mostrati.,
Nelle cellule animali, i lisosomi sono lo “smaltimento dei rifiuti” della cellula.”Gli enzimi digestivi all’interno dei lisosomi aiutano la disgregazione di proteine, polisaccaridi, lipidi, acidi nucleici e persino organelli usurati. Negli eucarioti unicellulari, i lisosomi sono importanti per la digestione del cibo che ingeriscono e il riciclaggio degli organelli. Questi enzimi sono attivi ad un pH molto più basso (più acido) rispetto a quelli situati nel citoplasma., Molte reazioni che avvengono nel citoplasma non potrebbero verificarsi a un pH basso, quindi è evidente il vantaggio di compartimentare la cellula eucariotica in organelli.
I lisosomi usano anche i loro enzimi idrolitici per distruggere gli organismi che causano malattie che potrebbero entrare nella cellula. Un buon esempio di ciò si verifica in un gruppo di globuli bianchi chiamati macrofagi, che fanno parte del sistema immunitario del tuo corpo. In un processo noto come fagocitosi, una sezione della membrana plasmatica del macrofago invagina (si piega) e inghiotte un agente patogeno., La sezione invaginata, con l’agente patogeno all’interno, si stacca dalla membrana plasmatica e diventa una vescicola. La vescicola si fonde con un lisosoma. Gli enzimi idrolitici del lisosoma distruggono quindi il patogeno (Figura 4).
Matrice extracellulare di cellule animali
Figura 5. La matrice extracellulare è costituita da una rete di sostanze secrete dalle cellule.
La maggior parte delle cellule animali rilascia materiali nello spazio extracellulare. I componenti primari di questi materiali sono le glicoproteine e il collagene proteico., Collettivamente, questi materiali sono chiamati matrice extracellulare (Figura 5). Non solo la matrice extracellulare tiene insieme le cellule per formare un tessuto, ma consente anche alle cellule all’interno del tessuto di comunicare tra loro.
La coagulazione del sangue fornisce un esempio del ruolo della matrice extracellulare nella comunicazione cellulare. Quando le cellule che rivestono un vaso sanguigno sono danneggiate, mostrano un recettore proteico chiamato fattore tissutale., Quando il fattore tissutale si lega con un altro fattore nella matrice extracellulare, provoca l’adesione delle piastrine alla parete del vaso sanguigno danneggiato, stimola le cellule muscolari lisce adiacenti nel vaso sanguigno a contrarsi (restringendo così il vaso sanguigno) e avvia una serie di passaggi che stimolano le piastrine a produrre fattori di coagulazione.
Giunzioni intercellulari
Le cellule possono anche comunicare tra loro per contatto diretto, denominate giunzioni intercellulari. Ci sono alcune differenze nei modi in cui le cellule vegetali e animali fanno questo., Plasmodesmata (singolare = plasmodesma) sono giunzioni tra cellule vegetali, mentre i contatti delle cellule animali includono giunzioni strette e gap e desmosomi.
In generale, lunghi tratti delle membrane plasmatiche delle cellule vegetali vicine non possono toccarsi perché sono separate dalle pareti cellulari che circondano ciascuna cellula. I plasmodesmata sono numerosi canali che passano tra le pareti cellulari delle cellule vegetali adiacenti, collegando il loro citoplasma e consentendo il trasporto di molecole di segnale e nutrienti da cellula a cellula (Figura 6a).,
Una giunzione stretta è una tenuta stagna tra due cellule animali adiacenti (Figura 6b). Le proteine tengono le cellule strettamente l’una contro l’altra. Questa stretta adesione impedisce ai materiali di fuoriuscire tra le cellule. Giunzioni strette si trovano tipicamente nel tessuto epiteliale che riveste gli organi interni e le cavità e compone la maggior parte della pelle. Ad esempio, le giunzioni strette delle cellule epiteliali che rivestono la vescica urinaria impediscono alle urine di fuoriuscire nello spazio extracellulare.,
Si trovano anche solo nelle cellule animali i desmosomi, che agiscono come saldature a punti tra cellule epiteliali adiacenti (Figura 6c). Tengono insieme le cellule in una formazione simile a un foglio in organi e tessuti che si allungano, come la pelle, il cuore e i muscoli.
Le giunzioni gap nelle cellule animali sono come i plasmodesmati nelle cellule vegetali in quanto sono canali tra cellule adiacenti che consentono il trasporto di ioni, nutrienti e altre sostanze che consentono alle cellule di comunicare (Figura 6d). Strutturalmente, tuttavia, le giunzioni gap e i plasmodesmati differiscono.,
Figura 6. Esistono quattro tipi di connessioni tra le celle. (a) Un plasmodesma è un canale tra le pareti cellulari di due cellule vegetali adiacenti. (b) Giunzioni strette uniscono cellule animali adiacenti. (c) I desmosomi uniscono due cellule animali insieme. (d) Le giunzioni di gap fungono da canali tra le cellule animali. (credito b, c, d: modifica del lavoro di Mariana Ruiz Villareal)
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