Fisiologia cellulare

Mitocondri, cloroplasti e la teoria dell'endosimbiosi

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Il termine endosimbiosi deriva dal greco: ἔνδον = dentro; συν = insieme; βιος = vita, letteralmente “vita-insieme-dentro”. Già solo nel termine sono presenti tutti gli elementi che descrivono le caratteristiche principali di questo particolare tipo di relazione che si può instaurare tra organismi. Si tratta infatti della convivenza tra due specie di cui una vive all’interno dell’altra senza arrecare danno. Lo scopo di questa particolare interazione ovviamente è, per entrambe le specie coinvolte, quello di ottenere vantaggi in termini di sopravvivenza.

Le cellule eucariotiche per come le conosciamo presentano una complessità strutturale dovuta alla presenza di numerosi organelli che svolgono le più differenti funzioni per il mantenimento della vita.
Le prime cellule eucariotiche, quelle primordiali, dovevano apparire relativamente semplici e prive di molte di queste strutture. In pratica somigliavano a dei procarioti.

Secondo la teoria dell’endosimbiosi, le attuali cellule eucariotiche (piene zeppe di organelli come per esempio mitocondri o cloroplasti) si sono formate grazie all’unione di cellule più semplici, i batteri simbionti, in grado di svolgere da soli alcune funzioni peculiari, come estrarre energia dai composti organici attraverso meccanismi di respirazione aerobica

Questa funzione non era propria di quelle cellule eucariotiche “primitive”. Esse la acquisirono, probabilmente più di 1,2 miliardi di anni fa, dopo aver inglobato i suddetti batteri aerobi. Ovviamente non tutti i batteri resistettero alla digestione messa in atto dalle cellule che li avevano inglobati, ma quelli che sopravvissero godettero dei vantaggi di vivere in un ambiente protetto e ricco di nutrienti (l’interno della cellula). 

Queste condizioni fecero sì che col tempo gli stessi batteri divennero completamente dipendenti dalla cellula che li aveva inglobati; analogamente quest’ultima otteneva in cambio una fornitura extra di energia (attraverso i processi di produzione di ATP propri della respirazione). Un grosso vantaggio evolutivo per entrambi. Analogamente, l'introduzione di un batterio fototrofo ossigenico (capace cioè di convertire l’energia solare in energia chimica producendo ossigeno gassoso) ha conferito proprietà fotosintetiche a una primitiva cellula eucariotica. 

Negli anni ‘80 la biologa americana Lynn Margulis propose questa teoria, che spiega l’origine di organelli come i mitocondri e i cloroplasti all’interno della cellula eucariotica. Tale teoria è ritenuta attendibile anche grazie a importanti conferme sperimentali riguardanti i due organelli, come ad esempio:

  • la presenza del materiale genetico proprio al loro interno, in forme circolari di DNA (tipiche dei procarioti);
  • la presenza sulle membrane dei ribosomi di tipo procariotico con sequenze di RNA specifiche di alcuni batteri; 
  • il DNA è in grado di auto replicarsi ed essi si dividono indipendentemente dalla cellula; 
  • entrambi sono circondati da due membrane, la più interna delle quali mostra una composizione simile a quella di una membrana cellulare procariotica;
  • entrambi gli organelli subiscono inibizione delle loro funzioni se trattati con gli stessi antibiotici che inibiscono (in vivo) la funzionalità dei batteri.

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