Caratteristiche e differenze tra procarioti, eucarioti e virus

CARATTERISTICHE E DIFFERENZE TRA PROCARIOTI, EUCARIOTI E VIRUS

Tutti gli organismi sono costituiti da unità elementari: le cellule. Esse in base alla loro organizzazione interna possono essere distinte in due grandi categorie: le cellule procariote (dal greco: πρώτο, prima; καριον, nucleo) e le cellule eucariote (dal greco: ευ, bene; καριον, nucleo). Esse hanno in comune la capacità di nascere, crescere, riprodursi, trasformare l'energia, reagire agli stimoli ambientali, adattarsi, evolversi e così via. Proprio per questo è opportuno mettere in risalto maggiormente le differenze tra le due cellule e compararle. La cellula procariotica fu la prima a comparire sulla Terra circa tre miliardi e mezzo di anni fa, a differenza della cellula eucariotica che comparve in un secondo momento, come simbiosi tra batterio aerobio e anaerobio. Le cellule procariotiche sono possedute.

I procarioti sono organismi unicellulari che includono i batteri (eubatteri) e gli archei (archebatteri). I batteri possono essere fotosintetici, chemiosintetici o eterotrofi, mentre gli archei vivono in condizioni estreme come ambienti caldi o freddi estremi (ad esempio, Pyrolobus fumarii può sopravvivere a 113°C) e ambienti estremamente acidi. Le cellule eucariotiche sono presenti nei protisti, nei funghi, nelle piante e negli animali. I procarioti sono unicellulari, anche se a volte possono aggregarsi o formare gruppi di centinaia di individui. Gli eucarioti, ad eccezione delle amebe e dei protozoi unicellulari, sono pluricellulari. Le dimensioni delle cellule procariotiche variano da 10 a 1 μm, anche se esistono batteri come i Mycoplasmi che hanno un diametro di 0,2-0,3 μm, rendendoli i batteri più piccoli. I batteri possono avere forme diverse, come cocchi (sferici), bacilli (bastoncelli), spirilli, vibrioni e spirochete. Le cellule eucariotiche sono leggermente più grandi.

con dimensioni che oscillano tra 10-100 µm. Date le loro dimensioni sono visibili sia al microscopio ottico ma in maniera migliore al microscopio elettronico a scansione, in cui è possibile osservare non solo la forma ma anche i vari componenti della cellula. Il citoplasma di entrambe le cellule è racchiuso da una membrana plasmatica (8-10 nm per i procarioti, 4-5 nm per gli eucarioti) che permette la separazione fisica tra interno ed esterno della cellula, regolando anche i sistemi di trasporto. Tuttavia le cellule procariotiche possiedono in aggiunta una parete cellulare che protegge la cellula e ne mantiene la forma, prevenendo anche un eccessivo ingresso di acqua. È composta di peptidoglicano, molecola complessa formata da polisaccaridi (NAG e NAM) legati con legami 1,4-β glicosidico e legami peptidici e sulla sua superficie sono ubicati alcuni importanti enzimi come quello della respirazione e della fosforilazione. Altri batteri presentano un ulteriore

strato protettivo gelatinoso, la capsula, composta dapolisaccaridi. Oltretutto la membrana plasmatica dei procarioti svolgefunzioni che negli eucarioti sono appannaggio di organuli: prima che lacellula si divida, il materiale genetico procariotico, ovvero un’unica molecoladi DNA circolare, si duplica; le due molecole che si formano si ancorano apunti diversi della membrana; in questo processo è coinvolto il mesosoma,un’invaginazione a forma di spirale della membrana. Essa è unacaratteristica assente nella membrana plasmatica delle cellule eucariotiche,formata da un doppio strato fosfolipidico e da glicoproteine, ricoperta dauna parete cellulare solo per le cellule vegetali e alcuni protozoi e funghi,dunque la consistenza cellulare è data da un supporto interno di naturaproteica: il citoscheletro. Esso è composto da microfilamenti, filamentiintermedi e microtubuli (assenti nei procarioti) che permettono ilmantenimento della forma, vari movimenti

intra ed extracellulari e la regolazione dell'accrescimento cellulare e del differenziamento. Nella cellula procariotica non sono presenti organuli delimitati da membrana, e quindi il DNA così come gli enzimi o i ribosomi sono liberi nel citoplasma e le reazioni metaboliche non sono compartimentalizzate; alcuni batteri sono anaerobi obbligati, altri facoltativi. Nella cellula eucariotica invece sono presenti moltipiù organuli con diverse funzioni: il reticolo endoplasmatico rugoso, chiamato così perché possiede dei ribosomi attaccati alla membrana, che si occupa della sintesi di membrane e proteine, processo noto come glicosilazione, e il reticolo endoplasmatico liscio, che prevede alla sintesi dei lipidi e alla detossificazione; l'apparato del Golgi (scoperto da Camillo Golgi nel 1896) formato da sacchi membranosi appiattiti e impilati che prevedono alla modificazione e all'imballaggio di macromolecole trasportate tramite vescicole; i lisosomi,

vescicole che contengono enzimi idrolitici, le idrolasi acide, necessari per la digestione intracellulare e la degradazione di organuli invecchiati; i perossisomi, che contengono enzimi ossidativi (la catalasi) per eliminare il perossido di ossigeno (H₂O₂); il mitocondrio, formato da membrana interna ed esterna, con funzioni estremamente importanti (alcune svolte dal mesosoma nei procarioti), quali il metabolismo energetico aerobico, l'apoptosi e la regolazione del ciclo cellulare ecc. Tuttavia la grande differenza che sussiste tra procarioti ed eucarioti riguarda il nucleo. Se infatti per le cellule procariotiche l'acido nucleico, il DNA assieme all'RNA, non è racchiuso all'interno di un nucleo ma si trova libero nel citoplasma, in una zona definita nucleoide, nelle cellule eucariotiche esso è contenuto dentro il nucleo, immerso in un fluido simile al citoplasma, chiamato nucleoplasma, avvolto da membrane, la carioteca, in cui sono presenti dei pori, detti.

pori nucleari, che permettono la comunicazione tra l'interno e l'esterno della cellula. È dunque la sede dell'informazione genetica, della duplicazione del DNA, della sintesi di mRNA, rRNA, tRNA nel nucleolo (assente nei procarioti). È evidente dunque che processi fondamentali quali trascrizione e traduzione avvengono in maniera differente tra le due cellule e in comparti diversi: nelle cellule procariotiche trascrizione e traduzione avvengono contemporaneamente nel citoplasma, nelle cellule eucariotiche avvengono in zone diverse, la trascrizione nel nucleo, la traduzione nel citoplasma; ed inoltre cambia una componente fondamentale implicata in questi processi: i ribosomi (siti per la sintesi proteica) procariotici sono più piccoli di quelli eucariotici (70 S contro 80 S). Sia procarioti che eucarioti necessitano di sistemi per compattare il loro DNA perché altrimenti assumerebbe dimensioni notevolmente superiori alla stessa cellula;

L'unicocromosoma batterico, che costituisce quindi un genoma aploide, non spiralizzato avrebbe una dimensione di 1,4 mm per una cellula come Escherichia coli di grandezza 2 μm, ma è addensato grazie a proteine simili agli istoni degli eucarioti: l'H-NS, l'HU ecc. Invece i 46 cromosomi eucariotici, che costituiscono un genoma diploide, sono spiralizzati prima in eucromatina (dove per cromatina si intende un insieme di fibrille nucleoistoniche) e poi in eterocromatina a formare nucleosomi. Vi è inoltre una differenza tra genoma procariotico, e quindi batterico, ed eucariotico: il primo possiede un numero di geni compreso tra 4.000-5.000 (con le dovute eccezioni, es. Mycoplasma 500-600 geni; Archea 1.700-2.900 geni; E. coli 4x10⁶ coppie di basi azotate), il secondo circa 22.000 geni per un numero elevatissimo di basi azotate (circa 6 miliardi). Questo perché il genoma dei procarioti non è interrotto da introni e circa l'85% codifica per proteine.

I geni batterici sono continui o riuniti in operoni, mentre i geni eucariotici sono discontinui. Il DNA batterico inoltre è detto policistronico perché contiene i geni per la sintesi di tutte le proteine, a differenza del DNA eucariotico detto monocistronico.

I batteri hanno inoltre la possibilità di muoversi e utilizzano per la locomozione i flagelli, strutture costituite da flagellina. Essi si comportano come eliche perché formati da un corpo basale, un uncino e un filamento.

Altre strutture filamentose sono i pili, più corti dei flagelli, che svolgono un ruolo fondamentale nel processo di coniugazione, attraverso il quale avviene lo scambio di materiale genetico tra le due cellule. Analoghe strutture possono essere presenti in alcuni eucarioti unicellulari, i protozoi, dove servono alla cellula per attaccarsi ai substrati.

Una struttura particolare presente unicamente nelle cellule procariotiche è il plasmide: DNA batterico extracromosomico, capace di...

spostarsi tra le cellule batteriche determinando variabilità genetica, ma anche sono spesso causa della resistenza agli antibiotici. I batteri si moltiplicano principalmente per scissione binaria: processo di divisione che prevede la duplicazione del materiale genetico in egual modo e la sua successiva ripartizione alle due cellule figlie che risulteranno identiche alla cellula madre; i mesosomi hanno un ruolo fondamentale. Tale tipo di riproduzione si definisce asessuata. Le cellule eucariotiche si dividono o per mitosi o per meiosi. La mitosi interviene nei processi di accrescimento e di rinnovamento cellulare di tutti gli organismi, indipendentemente dal tipo di riproduzione; la meiosi è invece un evento che riguarda solo i gameti, cioè le cellule coinvolte nella riproduzione sessuata. Sebbene i procarioti condividano tutte queste caratteristiche, ci sono aspetti che avvicinano gli Archea più agli organismi eucarioti piuttosto che ai procarioti: le proteine.

Le informazioni contenute nel testo riguardano principalmente le differenze tra organismi procariotici ed eucariotici. Le cellule eucariotiche sono simili a quelle degli eucarioti, ma hanno un promotore con una struttura diversa, un inizio della traduzione con una metionina come negli eucarioti e una RNA polimerasi simile a quella eucariotica. Gli Archea, a differenza degli Eubatteri, non hanno peptidoglicani nella loro parete cellulare e alcune specie presentano geni discontinui come gli eucarioti.

I virus, invece, sono organismi completamente diversi. Non sono considerati esseri viventi, ma aggregati molecolari composti da acidi nucleici (DNA ed RNA) e proteine. I virus sono parassiti endocellulari obbligati, poiché utilizzano i sistemi metabolici e bioenergetici di altri esseri viventi per riprodursi. Non hanno una propria attività metabolica e non possono riprodursi autonomamente nell'ambiente esterno. Un aspetto peculiare dei virus è la loro capacità di infettare tutti i regni dei viventi.

dai batteri (batteriofagi)