Cella procariotica ed eucariotica - parte generale

L'unità fondamentale della materia vivente

L'unità fondamentale della materia vivente è la cellula, la quale possiede tutte le proprietà fondamentali. Il termine cellula fu proposto da Robert Hooke, un fisico inglese che osservò una fettina sottile di sughero. Ciò che osservò erano delle file di celle, ben delimitate, simili a quelle di un alveare, che gli ricordavano le piccole celle di un convento o di una prigione: “cellette”, da cui la denominazione cellula.

Teoria cellulare

Tutti gli organismi viventi sono dunque costituiti da cellule, le quali rappresentano le unità funzionali degli organismi stessi. Le cellule si originano per divisone di cellule preesistenti. Gli organismi si dividono in:

• Procarioti (dal greco pro = “precedente” e karion = “nucleo”)
• Eucarioti (dal greco eu = “autentico” e karion = “nucleo”)

La cellula procariotica

Nella cellula procariotica vi è l'assenza del nucleo, tant'è che il DNA cromosomico si trova libero nel citoplasma e forma una struttura chiamata nucleoide. Nella cellula eucariotica invece è presente il nucleo e il DNA si trova quindi raccolto in questo nucleo che lo separa dal citoplasma. Nel caso della cellula procariotica i processi cellulari si svolgono nel medesimo ambiente, ovvero il citosol. Nelle cellule eucariotiche invece i processi avvengono in dei compartimenti ben precisi.

Classificazione dei procarioti

I procarioti vengono classificati in due gruppi principali:

• Archea: sono i procarioti più antichi (batteri primitivi).
• Bacteria: si tratta di organismi unicellulari procarioti. Il gruppo comprende la maggior parte degli organismi a singola cellula, privi di nucleo.

Funzioni dei batteri

I batteri rappresentano le forme di organismi procarioti che si incontrano più comunemente. Svolgono funzioni positive e negative per l'uomo.

Funzioni positive

• Si rivelano molto utili da un punto di vista biotecnologico.
• I batteri del tratto intestinale umano costituiscono la flora batterica intestinale (microbiota).

Funzioni negative

• Alcuni batteri patogeni uccidono e riducono la flora batterica intestinale, come il Streptococcus pneumoniae, un noto batterio, è il principale responsabile dell’insorgenza di polmoniti.

Forme dei batteri

I batteri possono avere diverse forme:

• Sferica - cocchi
• Allungata - bacilli
• Spiralizzata - spirilli e spirochete (es. Treponema pallidum, Clostridium tetani)

Sporulazione

Alcuni batteri sono anche in grado di formare spore. In condizioni ambientali avverse, alcuni batteri formano spore. I processi che portano alla formazione di spore consistono essenzialmente nella perdita di acqua e nella comparsa di una spessa membrana impermeabile. Inoltre gli scambi con l’ambiente si riducono e il metabolismo si riduce. In queste condizioni le spore possono sopravvivere a lungo.

Cellula procariotica: struttura

Si tratta di una cellula priva di nucleo e non compartimentalizzata.

Membrana plasmatica

• Delimita un unico compartimento intracellulare (citoplasma).
• È semipermeabile: controlla il trasporto di liquidi, ioni e molecole.
• È di natura lipoproteica: la componente lipidica è rappresentata da lipidi complessi (priva di colesterolo, che invece troviamo nella membrana degli eucarioti).
• La componente proteica corrisponde invece a recettori, trasportatori e sistemi multi-enzimatici.

Tutti gli enzimi della catena respiratoria qui si trovano sulla membrana plasmatica a differenza della cellula eucariotica dove sono situati nei mitocondri. La cellula procariotica contiene anche i mesosomi, strutture importanti per la divisione cellulare.

Citoplasma

• Ricco di H₂O, ioni e macromolecole.
• Contiene numerosi ribosomi.
• DNA genomico: molecola circolare di DNA, organizzato nel nucleoide.
• Plasmidi: DNA circolare extragenomico di piccole dimensioni. In questi plasmidi possono essere localizzati alcuni geni, come quelli che forniscono la resistenza al batterio verso alcuni antibiotici.

All’esterno della membrana plasmatica i batteri presentano una parete cellulare, diversa da quella delle cellule vegetali. Inoltre alcuni batteri sono dotati di un involucro esterno che prende il nome di capsula. Molti batteri possono essere dotati anche di flagelli, strutture responsabili del movimento della cellula, costituite da un polimero di flagellina. Alcuni batteri presentano altre estroflessioni secondarie che prendono il nome di pili.

Cellula procariotica: il materiale genetico

Il DNA è organizzato in un singolo cromosoma circolare, localizzato nell’area definita nucleoide, una zona della cellula non delimitata da membrana. Esso interagisce con la membrana plasmatica a livello del mesosoma. In aggiunta al DNA principale, i batteri possono contenere piccole molecole di DNA circolare, dette plasmidi, che codificano per enzimi catabolici, per la resistenza ad antibiotici, ecc.

Nei batteri, ma in generale nelle cellule procariotiche ed eucariotiche, le dimensioni della molecola del DNA superano quelle della cellula. Dunque la molecola del DNA è associata ad una introflessione della membrana plasmatica, ossia il mesosoma, dove sono concentrate le ATP sintetasi (pompe utili alla sintesi di ATP).

Diversi studi in E. Coli hanno dimostrato che il DNA batterico interagisce con proteine basiche, simili agli istoni eucariotici, che prendono il nome di proteine HL (Histon Like: HL1 e HL2). L’interazione DNA - proteine risulta utile a ridimensionare, stabilizzare e compattare il DNA, che in questo modo formerà delle superavvolte. Ecco quindi che il DNA così compattato si ritrova nel nucleoide.

Cellula procariotica: strutture specializzate

La maggior parte delle cellule procariotiche possiede una parete cellulare esterna alla membrana, con funzione di sostegno e protezione. Questa parete è costituita da peptidoglicano, ossia da una matrice formata da amminozuccheri legati trasversalmente da corte unità polipeptidiche. In base alla composizione della parete cellulare i batteri possono essere classificati in:

• Gram positivi: sono quei batteri dotati di una parete molto spessa poiché è costituita da molti strati di peptidoglicano.
• Gram negativi: la parete qui è invece costituita da due membrane fosfolipidiche che racchiudono un sottile strato di peptidoglicano.

Gram è in realtà il nome di un medico danese che mise a punto una tecnica di colorazione, usando alcuni coloranti, come il violetto di genziana, per distinguere e classificare i batteri Gram positivi dai Gram negativi.

• In particolar modo i batteri Gram positivi se esposti al colorante e poi decolorati in alcol non si decolorano; dunque essi trattengono il colorante che li conferisce un colore (blu/violetto).
• Nei batteri Gram negativi invece il colorante penetra nella membrana colorando lo strato più esterno, il quale poi si decolora in alcol.

Cellula procariotica: riproduzione

Se la cellula progenitrice è esattamente uguale a quella che l'ha generata ecco che essa dovrà possedere lo stesso genoma. Infatti la cellula madre prima di dividersi provvede alla duplicazione del proprio materiale genetico. La cellula quindi comincia ad allungarsi e successivamente, a livello dei mesosomi, la membrana si sdoppia andando a formare un setto divisorio che poi originerà due cellule distinte. In questo modo se la cellula figlia a sua volta si divide ecco che si ottiene un corredo di cellule diploide.

La cellula eucariotica

La cellula eucariotica, a differenza di quella procariotica caratterizzata da un unico compartimento cellulare entro cui si svolgono tutte le attività metaboliche, comprende distinti compartimenti ed è quindi una cellula compartimentata. Inoltre, la cellula eucariotica è dimensionalmente più grande di quella procariotica.

Vi sono due compartimenti principali:

• Nucleo, circoscritto da doppia membrana.
• Citoplasma, delimitato esternamente dalla membrana plasmatica.

Nel citoplasma vi è un sistema di membrane che circoscrive alcuni compartimenti con strutture e funzioni diverse.