Organelli cellulari in cellule animali e vegetali (caratteristiche e funzioni)

Gli organelli cellulari sono le strutture interne che costituiscono le cellule - nella forma di "piccoli organi" - che svolgono funzioni strutturali, metaboliche, sintetiche, di produzione e di consumo energetico.

Queste strutture sono contenute nel citoplasma cellulare e, in generale, tutte le cellule eucariotiche sono composte da un insieme di base di organelli intracellulari. Questi possono essere differenziati tra membranosa (membrana plasmatica presente) e nonmembranosa (mancanza di membrana plasmatica).

Ogni organello ha una serie di proteine ​​esclusive che si trovano solitamente nella membrana o all'interno dell'organo.

Ci sono organelli responsabili della distribuzione e trasporto delle proteine ​​(lisosomi), altri svolgono funzioni metaboliche e bioenergetiche (cloroplasti, mitocondri e perossisomi), struttura e movimento cellulare (filamenti e microtubuli), e sono quelli che fanno parte della superficie cellulare (membrana plasmatica e parete cellulare).

Le cellule procariote sono prive di organelli membranosi, mentre nelle cellule eucariotiche possiamo trovare entrambi i tipi di organelli. Queste strutture possono anche essere classificate in base alla funzione che svolgono nella cella.

Organelli: membranosi e non membranosi

Organelli membranosi

Questi organelli hanno una membrana plasmatica che consente di separare l'ambiente interno del citoplasma cellulare. La membrana presenta forme vescicolari e tubulari e può essere pieghettata come nel reticolo endoplasmatico liscio o ripiegata nell'organello come nei mitocondri.

Questa organizzazione della membrana plasmatica negli organelli consente di aumentare la sua area superficiale e anche di formare sottocomparti intracellulari dove vengono immagazzinate o secrete varie sostanze come le proteine.

Tra gli organelli con membrana troviamo il seguente:

- Membrana cellulare, che delimita la cellula e altri organuli cellulari.

- Reticolato del reticolo endoplasmatico (RER), dove avviene la sintesi proteica e la modificazione delle proteine ​​di nuova sintesi.

Smoothing endoplasmic reticulum (REL), dove vengono sintetizzati lipidi e steroidi.

- Apparato del Golgi, modifica e prepara proteine ​​e lipidi per il trasporto.

-Endosomi, partecipano all'endocitosi e classificano e reindirizzano le proteine ​​verso le loro destinazioni finali.

-Lisosomi, contengono enzimi digestivi e partecipano alla fagocitosi.

- Le molecole di trasporto trasportano materiale e partecipano all'endocitosi e all'esocitosi.

-Mitocondria e cloroplasti, producono ATP fornendo energia alla cellula.

-Perossisomi, sono coinvolti nella produzione e degradazione di H 2 O 2 e acidi grassi.

Organelli non membranosi

Questi organelli non hanno una membrana plasmatica che li delimita, e in essi le proteine ​​esclusive sono generalmente autoassemblate nei polimeri che fanno parte degli elementi strutturali del citoscheletro.

Tra gli organelli citoplasmatici non membranosi troviamo:

-Microtubuli, che costituiscono il citoscheletro in combinazione con microfilamenti di actina e filamenti intermedi.

-Filamenti, fanno parte del citoscheletro e sono classificati in microfilamenti e filamenti intermedi.

-Centriolo, strutture cilindriche da cui derivano i corpi basali delle ciglia.

-Ribosomi, coinvolti nella sintesi proteica e composti da RNA ribosomiale (RNAr).

Organelli in cellule animali

Gli animali svolgono quotidianamente attività di protezione, alimentazione, digestione, movimento, riproduzione e persino morte. Molte di queste attività sono svolte anche all'interno delle cellule che compongono questi organismi, e sono suonate dagli organelli cellulari che compongono la cellula.

In generale, tutte le cellule di un organismo hanno la stessa organizzazione e usano meccanismi simili per svolgere tutte le loro attività. Tuttavia, alcune celle potrebbero essere specializzate in una o più funzioni che differiscono dalle altre in quanto hanno un numero o una dimensione maggiore di determinate strutture o regioni di celle.

Due regioni o compartimenti principali possono essere differenziati all'interno delle cellule: il nucleo, che è l'organello più prominente delle cellule eucariotiche, e il citoplasma che contiene gli altri organelli e alcune inclusioni nella matrice citoplasmatica (come i soluti e le molecole organiche).

nucleo

Il nucleo è il più grande organello nella cellula e rappresenta la caratteristica più importante delle cellule eucariotiche, essendo ciò che le differenzia dalle cellule procariotiche. È ben delimitato da due membrane o involucri nucleari che hanno pori. All'interno del nucleo vi è il DNA sotto forma di cromatina (condensata e lassa) e il nucleolo.

Le membrane nucleari consentono di isolare l'interno del nucleo del citoplasma cellulare, oltre a fungere da struttura e supporto di detti organelli. Questa busta è composta da una membrana esterna e una interna. La funzione dell'involucro nucleare è impedire il passaggio di molecole tra l'interno nucleare e il citoplasma.

I complessi di pori nelle membrane nucleari consentono il passaggio selettivo di proteine ​​e RNA, mantenendo stabile la composizione interna del nucleo e svolgendo anche ruoli chiave nella regolazione dell'espressione genica.

In questi organelli è contenuto il genoma cellulare, motivo per cui serve come deposito delle informazioni genetiche della cellula. La trascrizione e l'elaborazione dell'RNA e la replicazione del DNA si verificano all'interno del nucleo e solo la traduzione avviene al di fuori di questo organello.

Membrana al plasma

La membrana plasmatica o cellulare è una struttura composta da due strati di lipidi anfipatici, con una parte idrofobica e una parte idrofila (doppio strato lipidico) e alcune proteine ​​(membrana e integrali periferici). Questa struttura è dinamica e partecipa a vari processi fisiologici e biochimici delle cellule.

La membrana plasmatica è responsabile di mantenere l'interno cellulare del terreno circostante isolato. Controlla il passaggio di tutte le sostanze e molecole che entrano e escono dalla cellula attraverso vari meccanismi come la semplice diffusione (a favore di un gradiente di concentrazione) e il trasporto attivo, dove sono richieste proteine ​​di trasporto.

Reticolo endoplasmatico ruvido

Il reticolo endoplasmatico è composto da una rete di tubuli e sac (cisterne) che sono circondati da una membrana che si estende dal nucleo (membrana nucleare esterna). È anche uno dei più grandi organelli di cellule.

Il reticolo endoplasmatico ruvido (RER) ha un gran numero di ribosomi sulla sua superficie esterna e contiene anche vescicole che si estendono all'apparato di Golgi. Costituisce il sistema di sintesi proteica della cellula. Le proteine ​​sintetizzate passano alle cisterne RER dove vengono trasformate, accumulate e trasportate.

Le cellule secretorie e quelle con una grande quantità di membrana plasmatica, come i neuroni, hanno un reticolo endoplasmatico ruvido ben sviluppato. I ribosomi che costituiscono il RER sono responsabili della sintesi delle proteine ​​e delle proteine ​​di secrezione che costituiscono altre strutture cellulari come i lisosomi, l'apparato del Golgi e le membrane.

Reticolo endoplasmatico liscio

Il reticolo endoplasmatico liscio (REL) è coinvolto nella sintesi dei lipidi e manca di ribosomi associati alla membrana. Consiste in tubuli corti che tendono ad avere una struttura tubolare. Può essere separato dal RER o essere un'estensione di esso.

Le cellule associate alla sintesi lipidica e alla secrezione di steroidi hanno un REL molto sviluppato. Questo organello interviene anche nei processi di disintossicazione e coniugazione di sostanze nocive, essendo altamente sviluppato nelle cellule del fegato.

Hanno enzimi che modificano composti idrofobici come pesticidi e sostanze cancerogene, convertendoli in prodotti idrosolubili facilmente degradabili.

Apparato del Golgi

Nell'apparato di Golgi vengono ricevute proteine ​​sintetizzate e modificate nel reticolo endoplasmatico. In questo organello, queste proteine ​​possono subire altre modifiche per essere infine trasportate ai lisosomi, alle membrane plasmatiche o destinate alla secrezione. Le glicoproteine ​​e la sfingomielina sono sintetizzate nell'apparato di Golgi.

Questo organello è composto da alcune specie di sacche circondate da membrane conosciute come cisterne e associati a vescicole. Le cellule che secernono proteine ​​per esocitosi e quelle che sintetizzano le membrane e le proteine ​​associate alle membrane hanno dispositivi Golgi molto attivi.

La struttura e la funzione dell'apparato di Golgi hanno polarità. La porzione più vicina al RER si chiama rete cis-Golgi (CGN) e ha una forma convessa. Le proteine ​​del reticolo endoplasmatico entrano in questa regione per essere trasportate all'interno dell'organo.

Lo stack di Golgi costituisce la regione mediana dell'organello ed è il luogo in cui si svolgono le attività metaboliche di quella struttura. La regione di maturazione del complesso di Golgi è conosciuta come la rete trans-Golgi (TGN), ha una forma concava ed è il punto di organizzazione e distribuzione delle proteine ​​verso le loro destinazioni finali.

lisosomi

I lisosomi sono organelli che contengono enzimi in grado di degradare proteine, acidi nucleici, carboidrati e lipidi. Sono fondamentalmente il sistema digestivo delle cellule, degradando i polimeri biologici catturati dall'esterno cellulare e dai prodotti delle cellule (autofagia).

Sebbene possano avere diverse forme e dimensioni, a seconda del prodotto catturato per la digestione, questi organuli sono generalmente vacuoli sferici densi.

Le particelle catturate dall'endocitosi vengono trasportate agli endosomi che successivamente maturano ai lisosomi mediante l'aggregazione di idrolasi acide dall'apparato di Golgi. Queste idrolasi sono responsabili della degradazione di proteine, acidi nucleici, polisaccaridi e lipidi.

perossisomi

I perossisomi sono piccoli organelli (microorganismi) con una semplice membrana plasmatica, che contengono enzimi ossidativi (perossidasi). La reazione di ossidazione effettuata da questi enzimi produce perossido di idrogeno (H 2 O 2 ).

In questi organelli, la catalasi è responsabile della regolazione e della digestione di H 2 O 2, controllando la sua concentrazione cellulare. Il fegato e le cellule renali hanno importanti quantità di perossisomi, essendo questi i principali centri di disintossicazione dell'organismo.

Il numero di perossisomi contenuti in una cellula è regolato in risposta alla dieta, al consumo di alcuni farmaci e in risposta a vari stimoli ormonali.

mitocondri

Le cellule che consumano e generano quantità significative di energia (come le cellule muscolari striate) hanno abbondanti quantità di mitocondri. Questi organelli svolgono un ruolo fondamentale nella produzione di energia metabolica nelle cellule.

Sono responsabili della produzione di energia sotto forma di ATP dal degrado di carboidrati e acidi grassi, attraverso il processo di fosforilazione ossidativa. Possono anche essere descritti come generatori di energia mobili in grado di muoversi nella cella, fornendo l'energia necessaria.

I mitocondri sono caratterizzati dal loro stesso DNA e possono codificare RNAt, rRNA e alcune proteine ​​mitocondriali. La maggior parte delle proteine ​​mitocondriali sono tradotte in ribosomi e trasportate ai mitocondri dall'azione di specifici segnali.

L'assemblea dei mitocondri coinvolge proteine ​​codificate dal proprio genoma, altre proteine ​​codificate nel genoma nucleare e proteine ​​importate dal citosol. Il numero di questi organelli aumenta per divisione durante l'interfaccia, sebbene queste divisioni non siano sincronizzate con il ciclo cellulare.

ribosomi

I ribosomi sono piccoli organelli che partecipano alla sintesi proteica. Questi sono composti da due subunità sovrapposte l'una sull'altra, che contengono proteine ​​e RNA. Svolgono un ruolo importante nella costruzione delle catene polipeptidiche durante la traduzione.

I ribosomi possono essere trovati liberi nel citoplasma o associati al reticolo endoplasmatico. Partecipando attivamente alla sintesi proteica, sono collegati da mRNA in catene di fino a cinque ribosomi chiamati poliribosomi. Le cellule specializzate nella sintesi proteica possiedono grandi quantità di questi organelli.

Organelles in cellule vegetali

La maggior parte degli organelli descritti in precedenza (nucleo, reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, ribosomi, membrana plasmatica e perossisomi) fanno parte delle cellule vegetali, dove svolgono sostanzialmente le stesse funzioni delle cellule animali.

Gli organelli principali nelle cellule vegetali, che li differenziano dagli altri organismi sono plastidi, vacuoli e la parete cellulare. Questi organelli sono circondati da una membrana citoplasmatica.

Parete cellulare

La parete cellulare è una rete glucoproteica presente praticamente in tutte le cellule vegetali. Svolge un ruolo importante nello scambio cellulare di sostanze e molecole e nella circolazione dell'acqua a diverse distanze.

Questa struttura è composta da cellulosa, emicellulose, pectine, lignina, suberina, polimeri fenolici, ioni, acqua e varie proteine ​​strutturali ed enzimatiche. Questo organello ha origine nella citochinesi mediante l'inserimento della piastra cellulare, che è una partizione formata dalla fusione delle vescicole di Golgi nel centro della figura mitotica.

I complessi polisaccaridi della parete cellulare sono sintetizzati nell'apparato di Golgi. La parete cellulare, nota anche come matrice extracellulare (ECM), non solo fornisce durezza e forme definite alla cellula, ma partecipa anche a processi come la crescita cellulare, la differenziazione e la morfogenesi e le risposte agli stimoli ambientali.

vacuoli

Vacuoli sono uno dei più grandi organelli presenti nelle cellule vegetali. Sono circondati da una membrana semplice e sono modellati come sacchi, immagazzinando acqua e sostanze di riserva come amidi e grassi o sostanze e sali di scarto. Sono composti da enzimi idrolitici.

Interviene nei processi di esocitosi ed endocitosi. Le proteine ​​trasportate dall'apparato di Golgi entrano nei vacuoli, che assumono la funzione di lisosomi. Partecipano anche al mantenimento della pressione del turgore e all'equilibrio osmotico.

plastidi

I plastidi sono organelli circondati da una doppia membrana. Sono classificati in cloroplasti, amiloplasti, cromoplasti, oleinoplasti, proteinoplasti, proplástidos ed etioplastos.

Questi organelli sono semi-autonomi, in quanto contengono un genoma del loro noto come nucleoide nella matrice dell'organo o dello stroma, nonché un meccanismo di replicazione, trascrizione e traduzione.

I plastidi svolgono varie funzioni nelle cellule vegetali, come la sintesi di sostanze e lo stoccaggio di sostanze nutritive e pigmenti.

Tipi di plastidi

I cloroplasti sono considerati i plastidi più importanti. Sono tra i più grandi organelli di cellule e si trovano in diverse regioni al suo interno. Sono presenti in foglie e tessuti verdi, contenenti clorofilla. Coinvolto nella cattura dell'energia solare e nella fissazione del carbonio atmosferico nel processo di fotosintesi.

-I amiloplasti si trovano nei tessuti di riserva. Mancano di clorofilla e sono pieni di amido, che serve da deposito per questi e anche nel tappo radice partecipano alla percezione gravitropica.

- I cromoplasti contengono pigmenti chiamati caroteni, che sono associati alle colorazioni arancio e giallo delle foglie, dei fiori e dei frutti autunnali.

- Oleinoplastos immagazzina oli mentre i proteinoplasti immagazzinano proteine.

-I proplastidios sono piccoli plastidi trovati nelle cellule meristematiche delle radici e dei gambi. La sua funzione non è molto chiara, anche se si ritiene che siano i precursori degli altri plastidi. La riforma del proplastidia è associata alla ri-differenziazione di alcuni plastidi maturi.

-Gli etioplasti sono in cotiledoni di piante cresciute al buio. Se esposti alla luce, si differenziano rapidamente in cloroplasti.