La cellula algale
Le cellule algali sono eucariotiche e contengono tre tipi di organelli a doppia membrana: il nucleo, il cloroplasto e il mitocondrio. Nella maggior parte delle cellule algali c’è un solo nucleo, anche se alcune cellule sono multinucleate. Inoltre, alcune alghe sono sifonacee, cioè i molti nuclei non sono separati dalle pareti cellulari. Il nucleo contiene la maggior parte del materiale genetico, o acido desossiribonucleico (DNA), della cellula. Nella maggior parte delle alghe, le molecole di DNA esistono come filamenti lineari che si condensano in cromosomi evidenti solo al momento della divisione nucleare (mitosi). Tuttavia, ci sono due classi tassonomicamente controverse di alghe, Dinophyceae e Euglenophyceae, in cui il DNA nucleare è sempre condensato in cromosomi. In tutte le alghe, le due membrane che circondano il nucleo sono chiamate involucro nucleare. L’involucro nucleare ha tipicamente pori nucleari specializzati che regolano il movimento delle molecole dentro e fuori il nucleo.
I cloroplasti sono i siti della fotosintesi, il complesso insieme di reazioni biochimiche che usano l’energia della luce per convertire l’anidride carbonica e l’acqua in zuccheri. Ogni cloroplasto contiene sacche appiattite e membranose, chiamate tilakoidi, che contengono i pigmenti fotosintetici per la raccolta della luce, le clorofille, i carotenoidi e le ficobiliproteine (vedi sotto Fotosintesi).
I mitocondri sono i siti in cui le molecole di cibo vengono scomposte e l’anidride carbonica, l’acqua e l’energia dei legami chimici vengono rilasciati, un processo chiamato respirazione cellulare (vedi sotto Respirazione cellulare). La fotosintesi e la respirazione sono processi approssimativamente opposti: la prima costruisce le molecole di zucchero e la seconda le scompone. La membrana interna del mitocondrio è molto ripiegata, e questo fornisce la superficie necessaria per la respirazione. I ripiegamenti, chiamati cristae, hanno tre morfologie: (1) appiattita o a foglio, (2) a dito o tubolare, e (3) a paletta. I mitocondri delle piante terrestri e degli animali, in confronto, hanno generalmente cristae appiattite.
Cloroplasti e mitocondri hanno anche il loro DNA. Tuttavia, questo DNA non è come il DNA nucleare in quanto è circolare (o, più correttamente, in cicli infiniti) piuttosto che lineare e quindi assomiglia al DNA dei procarioti. La somiglianza del DNA cloroplastico e mitocondriale al DNA procariotico ha portato molti scienziati ad accettare l’ipotesi dell’endosimbiosi, che afferma che questi organelli si sono sviluppati come risultato di una lunga e riuscita associazione simbiotica di cellule procariote all’interno di cellule ospiti eucariote.
Le cellule algali hanno anche diversi organelli legati a una sola membrana, tra cui il reticolo endoplasmatico, l’apparato di Golgi, i lisosomi, i perossisomi, i vacuoli contrattili o non contrattili e, in alcuni, gli organelli espulsivi. Il reticolo endoplasmatico è un complesso sistema membranoso che forma compartimenti intracellulari, agisce come un sistema di trasporto all’interno della cellula e serve come sito per sintetizzare grassi, oli e proteine. L’apparato di Golgi, una serie di sacche membranose appiattite e disposte in pila, svolge quattro funzioni distinte: ordina molte molecole sintetizzate altrove nella cellula; produce carboidrati, come la cellulosa o gli zuccheri, e a volte attacca gli zuccheri ad altre molecole; confeziona le molecole in piccole vescicole; e contrassegna le vescicole in modo che siano indirizzate alla giusta destinazione. Il lisosoma è un vacuolo specializzato che contiene enzimi digestivi che scompongono vecchi organelli, cellule o componenti cellulari durante certe fasi di sviluppo, e materiale particolato che viene ingerito nelle specie che possono ingerire cibo. I perossisomi sono specializzati nell’abbattere metabolicamente alcune molecole organiche e composti pericolosi, come il perossido di idrogeno, che possono essere prodotti durante alcune reazioni biochimiche. I vacuoli sono sacche membranose che immagazzinano molte sostanze diverse, a seconda dell’organismo e del suo stato metabolico. I vacuoli contrattili sono organelli specializzati che regolano il contenuto d’acqua delle cellule e quindi non sono coinvolti nello stoccaggio a lungo termine delle sostanze. Quando troppa acqua entra nelle cellule, i vacuoli contrattili servono ad espellerla. Alcune alghe hanno speciali organelli espulsivi che apparentemente agiscono come strutture protettive. Le Dinophyceae hanno tricocisti simili ad arpioni sotto la superficie cellulare che possono esplodere da una cellula disturbata o irritata. I tricocisti possono servire per attaccare una preda alle cellule delle alghe prima che la preda venga consumata. Gli ejectosomi sono strutture analoghe agli organelli espulsivi e si trovano nella classe delle Cryptophyceae. Diverse classi di alghe nella divisione Chromophyta hanno organelli mucosi che secernono bava. Gonyostomum semen, un membro d’acqua dolce della classe Raphidophyceae, ha numerose mucocisti, che, quando tali cellule sono raccolte in una rete da plancton, si scaricano e rendono la rete e il suo contenuto in qualche modo gommoso.
Gli organelli non legati alle membrane delle alghe includono i ribosomi, i pirenoidi, i microtubuli e i microfilamenti. I ribosomi sono i siti della sintesi proteica, dove l’informazione genetica sotto forma di acido ribonucleico messaggero (mRNA) viene tradotta in proteine. I ribosomi interpretano accuratamente il codice genetico del DNA in modo che ogni proteina sia fatta esattamente secondo le specifiche genetiche. Il pirenoide, una struttura densa all’interno o accanto ai cloroplasti di alcune alghe, consiste in gran parte di ribulosio bifosfato carbossilasi, uno degli enzimi necessari nella fotosintesi per la fissazione del carbonio e quindi la formazione dello zucchero. L’amido, una forma di stoccaggio del glucosio, si trova spesso intorno ai pirenoidi. I microtubuli, strutture tubolari formate da proteine di tubulina, sono presenti nella maggior parte delle cellule. In molte alghe, i microtubuli appaiono e scompaiono a seconda delle necessità. I microtubuli forniscono una struttura rigida, o citoscheletro, nella cellula che aiuta a determinare e mantenere la forma della cellula, specialmente nelle specie senza pareti cellulari. I microtubuli forniscono anche una sorta di sistema “ferroviario” lungo il quale vengono trasportate le vescicole. L’apparato del fuso, che separa i cromosomi durante la divisione nucleare, è costituito da microtubuli. Infine, alcuni tipi di microtubuli formano anche la struttura di base, o assonema, di un flagello, e sono un componente importante del sistema di radici che ancorano un flagello all’interno della cellula. I microfilamenti si formano dalla polimerizzazione di proteine come l’actina, che possono contrarsi e rilassarsi e quindi funzionano come minuscoli muscoli all’interno delle cellule.
