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I biologi dividono tutta la vita sulla Terra in tre settori: batteri, archaea ed eucari. I batteri e gli archei sono entrambi costituiti da singole cellule che non hanno un nucleo e nessun organello interno legato alla membrana. Gli eucari sono tutti gli organismi le cui cellule contengono un nucleo e altri organelli interni legati alla membrana. Gli eucarioti sono anche noti per avere un organello specializzato chiamato mitocondri. I mitocondri sono una caratteristica così comune della maggior parte degli eucarioti che molte persone trascurano quei pochi eucarioti che mancano di mitocondri.
Cosa sono gli eucarioti?
Una singola cellula eucariotica è costituita da un citoplasma acquoso simile al gel in cui una membrana nucleare globulare contiene il DNA e scomparti legati alla membrana separano altre aree di lavoro della cellula. Quasi tutti gli eucarioti contengono un organello chiamato mitocondrio. I mitocondri contengono il loro DNA e usano i loro macchinari per la sintesi proteica - completamente indipendenti dai macchinari del resto della cellula. L'opinione accettata è che un batterio ha invaso un arcaico molte centinaia di milioni di anni fa. La relazione si è evoluta in simbiotica. I batteri sono ora noti come mitocondri e la combinazione si è evoluta nella maggior parte degli organismi eucariotici noti.
La funzione dei mitocondri
I mitocondri sono i principali siti generatori di energia nella maggior parte delle cellule eucariotiche. Sono fondamentali per un processo chiamato respirazione cellulare aerobica. La respirazione cellulare è un processo in cui le cellule dividono le molecole organiche e immagazzinano l'energia che estraggono in molecole chiamate adenosina trifosfato o ATP. Questo può essere fatto senza ossigeno, nel qual caso si chiama respirazione anaerobica. Ma se è presente ossigeno, la maggior parte delle cellule eucariotiche e alcune cellule procariotiche possono generare molte più molecole di ATP usando il processo di respirazione cellulare aerobica. Negli eucarioti, questo processo si svolge all'interno dei mitocondri. Nei procarioti aerobici, questo processo si svolge sulla membrana cellulare.
Energia dal glucosio
Molte cellule eucariotiche ottengono la maggior parte della loro energia dal glucosio. Il primo passo è dividere il glucosio in due parti uguali. Questo passaggio si chiama glicolisi. La glicolisi si verifica nel citoplasma e genera un po 'di energia per la cellula. Il prossimo passo nella produzione di energia dipende dal tipo specifico di cellula e dall'ambiente istantaneo all'interno della cellula. Se i livelli di ossigeno sono bassi, le cellule eucariotiche possono ricadere sulla respirazione cellulare anaerobica, in particolare un processo chiamato fermentazione, che utilizza i prodotti della glicolisi per produrre un po 'più di energia e lascia un composto chiamato acido lattico. Le cellule muscolari umane lo fanno quando la domanda di energia dai muscoli supera la velocità con cui viene assorbito l'ossigeno. Quando sono presenti livelli sufficienti di ossigeno, l'uomo e altri organismi eucariotici sfruttano la maggiore quantità di energia che possono ottenere dall'uso dei prodotti di glicolisi per completare la respirazione aerobica nei mitocondri.
Eucarioti amocondriati
Gli eucarioti che usano l'ossigeno per ottimizzare la produzione di energia non potrebbero sopravvivere se i loro mitocondri venissero portati via. Ma ci sono eucarioti che non hanno mitocondri, chiamati eucarioti amocondriati. Dal momento che non hanno mitocondri per completare la respirazione aerobica, tutti gli eucarioti amitocondriati sono anaerobici. Il parassita intestinale Giardia lamblia, ad esempio, è anaerobico e non ha mitocondri. Alcuni altri amitocondriati sono Glugea plecoglossi, Trichomonas tenax, Cryptosporidium parvum ed Entamoeba histolytica. C'è qualche domanda sull'origine di questi organismi: hanno perso i mitocondri che avevano una volta o sono discendenti dei primi eucarioti prima della fusione con i mitocondri? Sono state proposte diverse relazioni filogenetiche tra amitocondriati e altri eucarioti, ma al momento non esiste un'unica spiegazione accettata.