LA CELLULA PROCARIOTICA, Appunti di Biologia

Scarica LA CELLULA PROCARIOTICA e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! CELLULA La cellula è l’unità fondamentale degli organismi viventi. Tutti gli organismi viventi sono formati da cellule: da quelli più semplici a quelli più complessi. Vi sono organismi unicellulari e organismi pluricellulari. Negli organismi unicellulari vi è una sola cellula che svolge tutte le funzioni per l’organismo, mentre negli organismi pluricellulari vi sono più cellule che hanno gli stessi geni, ma usano specifici geni in base alla funzione che andranno a svolgere. Detto ciò, in natura esistono due tipi di cellule: procariotiche ed eucariotiche. CELLULA PROCARIOTICA La cellula procariotica è tipica degli organismi appartenenti al regno delle Monere. È una cellula di dimensioni molto piccole (circa mille volte più piccola di una cellula eucariotica). Tipicamente, i batteri e archeobatteri sono gli organismi dotati di cellule procariotiche. La cellula procariotica ha una struttura molto più semplice della cellula eucariote, infatti la principale caratteristica della cellula procariotica è quella di non possedere un nucleo, che invece ritroviamo nella cellula eucariotica. Benché la cellula procariotica sia priva di un nucleo circondato da membrana, essa possiede un’area nucleare, anche detta nucleoide, che contiene il DNA. Alcuni batteri hanno anche dei piccoli anelli di DNA, i plasmidi, con funzioni specifiche, come resistere agli antibiotici, che possono essere trasferiti da un batterio all'altro. Tra questi ricordiamo il plasmide F per la coniugazione batterica (processo con il quale una cellula batterica trasferisce porzioni di DNA ad un'altra tramite un contatto cellula-cellula). Il denso citoplasma dei procarioti contiene ribosomi (più piccoli di quelli eucariotici) e granuli di riserva contenenti glicogeno, lipidi o composti fosforilati. Gli enzimi necessari per le attività metaboliche possono essere localizzati nel citoplasma. La maggior parte delle cellule procariotiche ha una parete cellulare che circonda la membrana plasmatica. La membrana può introflettersi a formare i mesosomi, invaginazioni della membrana, dove si trovano gli enzimi per la fotosintesi (nei Procarioti fotosintetici) e per la respirazione e sono connessi alla divisione cellulare. La parete cellulare fornisce una struttura rigida che sostiene la cellula, ne mantiene la forma e conferisce la particolare forma al batterio: cocco, spirillo, vibrione, bacillo. Nei Batteri Gram-positivi (Gram+), nome che deriva dalla colorazione di Gram (esame di laboratorio), la parete cellulare è formata da un solo strato molto spesso, prevalentemente di peptidoglicani (mureine) e si tinge di blu-violetto con colorazione di Gram. Nei Batteri Gram-negativi (Gram-) la parete, rosa alla colorazione di Gram, è costituita da uno strato sottile di peptidoglicani e una grande percentuale di proteine e lipidi, quindi, è più sottile ma più complessa; inoltre, è circondata da una membrana esterna poco selettiva di composizione liposaccaridica. Inoltre, le cellule batteriche hanno un’elevata concentrazione di soluti e la parete impedisce che esplodano in condizioni ipotoniche (pressione osmotica inferiore rispetto a quella di una soluzione dalla quale è separata da una membrana semipermeabile). Quando si producono sperimentalmente forme prive di pareti, queste vanno tenute in soluzioni isotoniche (una soluzione si dice quindi isotonica se ha una pressione osmotica uguale rispetto a quella di una soluzione dalla quale è separata da una membrana semipermeabile) per evitare che scoppino. Tuttavia, le pareti cellulari sono di poco aiuto quando il batterio si trova in un ambiente ipertonico. In alcuni casi è presente anche una capsula gelatinosa polipeptidica o polisaccaridica, o anche strato mucoso, che protegge la cellula dalle sostanze nocive. Può fornire un ulteriore protezione contro la facogitosi (è la capacità posseduta da diverse cellule di ingerire materiali estranei e di distruggerli) da parte di altri microrganismi. Nei batteri patogeni (agenti biologici responsabili dell'insorgenza della condizione di malattia nell'organismo ospite), la capsula può proteggerle dalla fagocitosi da parte dei globuli bianchi (leucociti) dell’ospite. Per esempio, la capacità dello Streptococcus pneumoniae di causare la polmonite batterica dipende dalla presenza della capsula. Un ceppo di S. pneumoniae privo di capsula non provoca la malattia. Nei procarioti i segnali per l’inizio della divisione cellulare dipendono da fattori esterni, come le condizioni ambientali o la concentrazione di sostanze nutritive.  La duplicazione del DNA inizia nel punto di origine della duplicazione (detto ori) al centro della cellula e termina nel punto detto ter.  Il DNA dei cromosomi figli si separa sotto il controllo della regione comprendente il sito ori. La cellula inizia a dividersi.  Il DNA cromosomico si duplica quando la cellula cresce.  La citodieresi è completa; si sono formate due nuove cellule. TRASMISSIONE DELL’INFORMAZIONE GENETICA Pur riproducendosi per via asessuata, i procarioti dispongono di svariati modi per ricombinare i loro geni: La trasformazione è la ricombinazione che avviene quando un batterio acquisisce DNA libero dall’ambiente. Questo fenomeno si manifesta in natura in alcune specie di batteri, quando le cellule muoiono e il loro DNA fuoriesce. Una volta che il DNA trasformante si viene a trovare nella cellula ospite, il cromosoma di quest'ultima può incorporare nuovi geni con un processo molto simile alla ricombinazione eucariotica. Il primo esempio sperimentale di trasformazione risale a più di 75 anni fa, quando Frederick Griffith eseguì vari esperimenti. Oggi siamo in grado di spiegare i risultati ottenuti da Griffith: dalle cellule morte degli pneumococchi patogeni era fuoriuscito del DNA, che poi era stato assunto come DNA libero dagli pneumococchi vivi non virulenti e li aveva resi virulenti. La trasduzione è invece un meccanismo di trasferimento del DNA da un batterio a un altro per opera di un virus. Quando i fagi (virus che infettano esclusivamente i batteri e sfruttano il loro apparato biosintetico) per effettuare la replicazione virale vanno incontro a un ciclo litico impacchettano il proprio DNA nel capside. In genere i capsidi si formano prima che al loro interno si inserisca il DNA, perciò talvolta in un capside vuoto si può introdurre un frammento di DNA batterico; quando il nuovo virione infetta un’altra cellula batterica, il frammento di DNA estraneo sarà iniettato al suo interno e potrà ricombinarsi con il cromosoma ospite, portando alla sostituzione di alcuni geni dell’ospite con geni batterici provenienti dalla cellula che in precedenza aveva ospitato il virus. Questo tipo di passaggio viene chiamato trasduzione generalizzata, perché può trasferire in modo casuale un frammento qualunque di DNA da un batterio a un altro. Esiste anche un meccanismo di trasduzione specializzata, che coinvolge i profagi (genoma di un batteriofago lisogeno integrato nel cromosoma di un batterio ospite in forma latente): quando il profago si stacca dal cromosoma che lo ospita, porta con sé un frammento contiguo del DNA batterico in cui era inserito. In questo caso il frammento trasportato non è casuale, perché in genere il profago si inserisce in corrispondenza di un locus specifico. ADATTAMENTI NUTRIZIONALI E METABOLICI Una distinzione tra i procarioti può essere fatta in base al fabbisogno nutritivo degli organismi. Gli organismi autotrofi sono in grado di vivere in ambienti in cui sono presenti semplici composti inorganici; essi riescono a sintetizzare le molecole biologiche di cui hanno bisogno utilizzando come fonte di carbonio il biossido di carbonio e come fonte di azoto l'ammoniaca o altri composti inorganici azotati. Per essi, quindi, la presenza o meno di altri organismi, come pure di molecole organiche di origine esogena, non è necessaria. Gli organismi eterotrofi hanno invece bisogno, dal punto di vista nutrizionale, di composti organici. Inoltre, essi da tali molecole ricavano, dopo la digestione e la successiva demolizione di tali composti, anche l'energia necessaria alla loro sopravvivenza. Si può quindi affermare che gli organismi eterotrofi dipendono dagli organismi autotrofi. Una seconda distinzione è possibile se si prende in considerazione il fabbisogno energetico degli organismi. Alcuni vengono detti fototrofi se utilizzano l'energia fornita dalla luce del Sole; chemiotrofi se utilizzano l'energia chimica contenuta nei legami delle molecole. Combinando insieme i concetti si possono individuare così quattro categorie:  organismi fotoautotrofi, utilizzano sostanze inorganiche come base per la sintesi di molecole organiche e la luce come fonte di energia (ad esempio le piante, le alghe e alcuni batteri);  organismi chemioautotrofi, utilizzano sostanze inorganiche sia come base per la sintesi di molecole organiche sia come fonte di energia (ad esempio nitrobatteri, ferrobatteri, nitrosobatteri);  organismi fotoeterotrofi, utilizzano sostanze organiche come base per la sintesi di altre molecole organiche e la luce come fonte di energia (ad esempio alcuni batteri);  organismi chemioeterotrofi, utilizzano sostanze organiche e inorganiche sia come materiali di sintesi sia per ricavare energia (ad esempio animali, protozoi, funghi e batteri).