Cellula, nucleo e membrana

LA CELLULA PROCARIOTE

Essa ha minori dimensioni (tra 1 e 10 micrometri). Le cellule di bacteria

di solito non contengono membrane interne; infatti, la maggior parte

dell’attività cellulari si svolgono nel citoplasma o a livello della

membrana plasmatica. Esiste un gruppo di batteri fotosintetici, chiamati

cianobatteri, che presenta molte membrane interne sulle quali

avvengono le reazioni fotosintetiche. Altri batteri hanno strutture

delimitate da membrane che ricordano gli organelli della cellula

eucariote. Ogni cellula batterica possiede una membrana cellulare che

separa la cellula dall’ambiente circostante, fornendole protezione ma

anche una struttura fluida e permeabilità selettiva (le molecole

idrofobiche possono attraversare la membrana per diffusione). La

membrana cellulare, detta anche plasmatica, è ricoperta da una parete

cellulare, costituita da peptidoglicani uniti da ponti trasversi di natura

pepdica. Ha la funzione di mantenere la rigidità e la forma della cellula, ma non quella di

difenderla da enti esterni. La parete cellulare non è compatta, fa passare l’acqua, ed è

facilmente scomponibile. A racchiudere la parete cellulare vi è la capsula, costituita da

polisaccaridi, che impedisce la disidratazione della cellula batterica e la protegge. Nella

cellula batterica vi è una distribuzione omogenea della massa, all’interno della quale si

trovano gli organelli. I procarioti, tutti unicellulari, hanno un’organizzazione cellulare più

semplice in virtù dell’assenza di organuli cellulari, oltre ai ribosomi e il DNA. Immerso nel

citoplasma da cui non è separato. Tale semplicità fa suppore che la cellula procariotica sia

stata la prima forma di vita a comparire sulla Terra, secondo date ricerche circa 3 miliardi di

anni fa.

Come si è arrivati alla forma eucariotica? Ce lo spiega la teoria endosimbiotica, secondo la

quale si verifica ad un certo punto una simbiosi tra un batterio aerobio che viene inglobato in

un batterio anaerobio, più grande. Accade infatti, che il batterio aerobio trova, all’interno

della cellula anaerobia una grande quantità di sostanze chimiche derivate da processi

fermentativi, utilizzate per ossidazione grazie alla capacità del batterio aerobio di sfruttare

l’ossigeno molecolare. Quindi come se l’ospite anaerobio “imparasse” ad usare l’ossigeno.

Entrambi traggono reciprochi vantaggi tali da risultare in un nuovo tipo di cellula, ovviamente

migliore e vincente i termini evolutivi.

Il materiale genetico è di tipo circolare ed è distribuito all’interno della cellula. Nel citoplasma

possono essere presenti delle piccole porzioni di DNA dette “plasmidi”. Anche gli organuli

per la sintesi proteica circolano liberamente nel citosol: c’è una sostanziale assenza di

organizzazione all’interno della cellula (assenza di sistemi di endomembrane); anche

l’organizzazione tra cellule batteriche non porta mai a strutture complesse e

compartimentate. Nelle cellule procariote avviene la divisione cellulare, processo grazie alla

quale si moltiplica dividendosi in due: la scissione binaria. Essa consiste nella duplicazione

del filamento di DNA e successiva divisione della cellula in due nuovi individui identici.

I procarioti sono in grado di sopravvivere con o senza ossigeno. Mentre noi esseri umani

siamo legati all’ambiente aerobico, quindi abbiamo sviluppato un sistema metabolico tale da

massimizzare la produzione di energia attraverso l’ossigeno, reazioni di fosforilazione

ossidativa. Essa è la sintesi di ATP che si verifica in seguito al trasferimento di elettroni,

sottratti durante le ossidazioni, all’ossigeno. Tutte le vie metaboliche della degradazione

ossidativa dei carboidrati, degli acidi nucleici e degli amminoacidi convertono in una tappa

finale, in cui l’energia prodotta dalle ossidazioni viene utilizzata per la sintesi di ATP. Mentre

la fosforilazione ossidativa nelle cellule procariote ha luogo sulla membrana citoplasmatica,

nelle cellule eucariote, invece, nei mitocondri.

STRUTTURA DELLA CELLULA DI GRAM- POSITIVE e GRAM-NEGATIVE: innanzitutto

cos’è la colorazione di GRAM?

La colorazione di Gram è un esame di laboratorio che dà origine alla classificazione dei

batteri in Gram-

positivi e Gram-negativi (anche indicati come Gram+ e Gram−). Fu messa a punto nel 1884

dal medico danese Hans Joachim Christian Gram, e mette in evidenza alcune proprietà

fondamentali della parete cellulare dei microrganismi. Con tale metodo è possibile

esaminare sia batteri in coltura sia frammenti di tessuti. In base alla diversa colorazione

assunta, che dipende dalla loro permeabilità al colorante principale, essi sono identificabili in

due grandi classi:

- batteri gram-positivi: hanno una parete cellulare spessa composta principalmente da

peptidoglicani. Non hanno una membrana esterna al di sopra della parete cellulare, motivo

per cui risulta vulnerabile, rendendo i batteri di questo gruppo spesso più sensibili agli

antibiotici che mirano a danneggiare la parete cellulare. Possiedono una colorazione piena.

Si colorano di una tonalità caratteristica tra il viola porpora e il rosso.

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- batteri gram-negativi: Posseggono una parete cellulare sottile esterna composta

principalmente da peptidoglicano, che è ancorato ad una membrana esterna lipidica. Questa

struttura conferisce loro una colorazione rosa-rossa quando sottoposti alla colorazione di

Gram. È privo di colorazione, in particolare quando essi vengono trattati con etanolo (che

dissolve la componente lipidica più esterna della parete), rilasciano completamente il

colorante e risultano alla fine incolori. la diversa permeabilità è dovuta a ragioni morfologiche

intrinseche alla struttura della parete cellulare del batterio.

Gram positivi Gram negativi

LA CELLULA EUCARIOTE

Essa è molto più grande (10-30 micrometri), organizzata ed evoluta rispetto alla cellula

procariote. L’eucariote si mantiene costante in tutti gli individui (possiamo comparare un

elefante ad un uomo che avranno entrambi la stessa dimensione delle proprie cellule

eucariote) variano solo le quantità, distribuzione e organizzazione. Tuttavia, la maggior parte

delle cellule eucariote sono sufficientemente simili. Hanno principalmente 4 caratteristiche in

comune:

1. membrana plasmatica esterna che definisce i confini della cellula e trattiene il suo

contenuto

2. il sistema di endomembrane sintetizza proteine per molteplici destinazioni cellulari

3. un nucleo che ospita il DNA che dirige le attività cellulari

4. gli organelli delimitati da membrane in cui sono localizzate diverse funzioni cellulari

5. un citosol semifluido in cui si intrecciano le fibre del citoscheletro.

Plus: Le cellule delle piante e dei funghi hanno una parete cellulare (che possiedono invece

le cellule procarioti). Mentre, generalmente, le cellule animali non la possiedono, ma sono

circondate da una matrice extracellulare (MEC), costituita da proteine garantendo supporto

alla cellula.

Gli eucarioti si distinguono dai procarioti anche per numerose caratteristiche a livello

molecolare. Ad esempio:

Diverse proprietà delle sequenze genomiche regolatrici;

Geni organizzati in introni ed esoni con conseguente processamento (splicing) del trascritto

primario

(alcuni archei possiedono introni ma la loro eliminazione avviene in modo diverso rispetto

agli eucarioti);

Trascrizione e traduzione di un trascritto sono eventi separati nello spazio e nel tempo;

I trascritti eucariotici non sono quasi mai policistronici, ossia portano una sola ORF;

Percentuale di DNA non codificante molto più elevata;

DNA associato a istoni (anche gli archei hanno gli istoni);

Diversa percentuale di G-C nel genoma;

Presenza di colesterolo nella membrana cellulare, tranne che nei funghi, nelle piante e in

alcuni protisti.

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1. Lamembranaplasmatica

La membrana plasmatica (o cellulare) delimita la cellula in tutti gli organismi viventi, la

separa dall’ambiente esterno (in quanto essa si tratta di un sistema aperto) che nello

spessore di 5 nm, ne regola gli scambi di elementi e sostanze chimiche. L’organizzazione

della membrana viene definita come modello a mosaico fluido. A mosaico per la presenza di

numerose proteine all’interno della membrana e fluido perché lipidi e proteine possono

muoversi facilmente all’interno. Alle proteine spetta lo svolgimento della gran parte delle

funzioni di membrana. Nelle cellule eucariote delimita anche gli organelli interni di questa. È

costituita da lipidi per il 50%, di cui la maggior parte fosfolipidi, e proteine di membrana. È

organizzata in due strati, chiamato difatti strato fosfolipidico (o “bilayer fosfolipidico”), perché

i fosfolipidi si dispongono con le teste idrofile volte verso l’ambiente esterno e il citoplasma.

Mentre le code idrofobe sono vicine tra loro nell’interno del bilayer, minimizzando di

conseguenza il contatto con l’acqua. Nella componente lipidica si vanno a collocare, con

importanti funzioni fisiologiche proteine e una piccola percentuale di glucidi, in forma di

glicoproteine e glicolipidi, con la presenza anche di molecole di colesterolo che la

stabilizzano. Questa conformazione rende ragione alle funzioni principali delle membrane, in

particolare quelle del trasporto di sostanze dall’esterno all’interno della cellula e viceversa.

La membrana plasmatica è una struttura flessibile e dinamica che presenta aperture e siti

attivi. Esse hanno specifiche funzioni

associate, e uno dei metodi per caratterizzare una specifica membrana è quello di

descrivere i particolari enzimi, le proteine di trasporto, i recettori per i segnali extra-cellulari,

regola il flusso dell’acqua, media le interazioni cellula-cellula, omeostasi ('attitudine propria

degli organismi viventi a conservare le proprie caratteristiche al variare delle condizioni

esterne dell'ambiente tramite meccanismi di autoregolazione) e controllo della carica dei

materiali che entrano ed escono per mantenere l’interno carico negativamente.

2. Il sistema dinamico di endomembrane

Il sistema endomembranoso è un insieme di membrane presenti nel citoplasma delle cellule

eucariote. Esso comprende la membrana cellulare e tutta una serie di organuli che

includono l'involucro nucleare, il reticolo endoplasmatico, l'apparato del Golgi, i lisosomi, le

vescicole e i vacuoli. Tutte queste

strutture interagiscono fra loro e svolgono principalmente la funzione di

produrre lipidi, enzimi e proteine destinati a essere secreti o a comporre la

membrana cellulare. Non fanno parte del sistema endomembranoso né

i mitocondri né i plastidi. Sintetizza le proteine destinate ai vari organelli, alle membrane

cellulari e alla secrezione. Queste