2.2: Mitocondri e cloroplasti

Per sfuggire alla concorrenza, le cellule che erano procarioti è diventato più grande. Per facilitare la comunicazione tra tutte le parti di questa cellula più grande, hanno sviluppato la mobilità del citoplasma usando la proteina actina. A sua volta, questa mobilità ha portato all’acquisizione della fagocitosi, che è quando una grande cellula cambia forma e può inghiottire (“mangiare”) altre cellule. In questo modo, le cellule che erano prede diventavano predatori. Questi predatori catturano la preda dalla fagocitosi e digeriscono i batteri nei lisosomi, che utilizzano enzimi che distruggono i componenti citoplasmatici delle cellule batteriche.

La minaccia di predatori risultato nelle cellule è diventato ancora più grande, e queste cellule avranno bisogno di una migliore fornitura di ATP. Alcune prede che non sono state digerite e si sono rivelate utili nel fornire ATP. Naturalmente, le cellule predatrici dovrebbero anche inventare un trasporto adeguato attraverso la doppia membrana risultante! A causa della selezione naturale, quelle prede, che erano batteri viola, divennero i mitocondri della cellula. Questa è la simbiogenesi, o la formazione di due organismi separati in un singolo organismo (Figura \(\PageIndex{2}\)).

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Figura \(\PageIndex{1}\) Panoramica schematica della cella eucariotica (plant_1).
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Figura \(\PageIndex{2}\) Origine simbiogenetica della cellula eucariotica (riga superiore) e della cellula algale (riga inferiore).

Un altro risultato di una cellula più grande (le cellule eucatiotiche sono in genere 10-100 volte più grandi dei procarioti) è che la dimensione del DNA aumenterà e, per mantenerla, la cellula formerà un nucleo. Le nuove cellule predatrici avevano anche bisogno di impedire agli organismi alieni di trasferire i loro geni che ritarderanno l’evoluzione.

L’altra ragione è che il nucleo protegge il DNA racchiudendolo; nel caso in cui il virus del DNA entri nella cellula e cerchi di prendere in giro il DNA cellulare, la cellula eucariotica distrugge immediatamente qualsiasi DNA trovato nel citoplasma. Un motivo in più per fare il nucleo è la pressione degli antibiotici: il nucleo migliora l’isolamento da queste sostanze chimiche nocive. La formazione del nucleo e la simbiogenesi hanno portato le cellule a diventare eucariotiche.

Per essere chiamato eucariote, è più importante avere fagocitosi e mitocondri quindi nucleo perché (1) il nucleo non è sempre esiste, potrebbe scomparire durante la divisione della cellula e (2) alcuni procarioti (planctobatteri) hanno anche compartimenti di membrana contenenti DNA.

Nella fase successiva, alcuni eucarioti catturarono anche i cianobatteri (o un altro eucariote fotosintetico), che divennero cloroplasti. Questi protisti fotosintetici sono chiamati alghe.

In tutto, le cellule eucariotiche sono “cellule di secondo livello” perché sono cellule composte da più cellule. Le cellule di tutti gli eucarioti hanno due genomi, il nucleare di solito ha origine biparentale mentre il genoma mitocondiale normalmente ha origine solo dalla madre. Le cellule vegetali, a loro volta, hanno tre genomi e il genoma del cloroplasto viene solitamente ereditato anche per via materna.

I cloroplasti sintetizzano i composti organici mentre i mitocondri producono la maggior parte dell’ATP citoplasmatico. Entrambi gli organelli sono ricoperti da due membrane e contengono DNA circolare e ribosomi simili a quelli batterici. I cloroplasti hanno tilacoidi, o tasche interne della membrana e vescicole. I tilacoidi del cloroplasto potrebbero essere lunghi (lamelle) o corti e impilati (granelli). A loro volta, i mitocondri potrebbero essere ramificati e interconnessi.

I cloroplasti sono normalmente verdi a causa della clorofilla che converte l’energia luminosa in energia chimica. Alcuni cloroplasti perdono clorofilla e diventano trasparenti, “bianchi”, sono chiamati leucoplasti. Altri cloroplasti potrebbero essere rossi e / o arancioni (cromoplasti), perché sono ricchi di caroteni e xantofili. Questi pigmenti facilitano la fotosintesi e sono direttamente responsabili dei colori autunnali delle foglie. Poiché l’amido è un modo più compatto di immagazzinare energia rispetto al glucosio, i cloroplasti immagazzinano i carboidrati come grani di amido. Gli amiloplasti trasparenti contengono grandi granuli di amido. I tessuti di stoccaggio di tuberi di patata, radici di carota, radici di patata dolce e semi di erba sono esempi di tessuti ricchi di amiloplasti.

Avere cloroplasti e pareti cellulari non sono direttamente collegati, ma quasi tutti gli organismi con cloroplasti hanno anche pareti cellulari. Probabilmente, questo perché le pareti cellulari non facilitano la motilità cellulare, e per quei protisti che hanno già pareti cellulari, ottenere cloroplasto sarà il modo migliore per uscire dalla competizione con gli esseri organotrofi.

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