Cellula procariotica, eucariotica e virus

Cellula procariotica

I procarioti sono gli organismi più semplici. Sono di ridotte dimensioni e possono avere forme diverse. Essi rappresentano un unico compartimento in cui si trova il nucleoide, una zona del citoplasma dove si colloca il DNA sotto forma di un singolo cromosoma circolare. Oltre al nucleoide, troviamo all'interno anche i ribosomi 70s, unici organuli presenti. La cellula è avvolta da una membrana e, a volte, anche da una parete cellulare che la difende dall'ambiente esterno ed è formata da peptidoglicano, una molecola complessa formata da una matrice di zuccheri legati ad unità polipeptidiche.

I batteri possono essere classificati in due modi, in base alla natura della loro parete cellulare: i batteri che assorbono una colorazione violetta, sono detti Gram-positivi. Essi hanno una parete spessa costituita da un monostrato di peptidoglicani; i Gram-negativi, invece, non assorbono colore e hanno una parete cellulare in cui uno strato di peptidoglicano è compreso tra due membrane fosfolipidiche. Alcuni batteri presentano un ulteriore strato protettivo, la capsula.

La cellula procariotica può essere fornita anche di flagelli, strutture utili al movimento composti di flagellina, o pili, piccole strutture filamentose utili all'adesione con altri batteri per scambiare plasmidi (struttura circolare di DNA che sta fuori il nucleoide). I batteri si riproducono per scissione binaria: il DNA viene duplicato all'interno della cellula che, man mano, si fa più grande fino a dividersi in altre due cellule identiche al genitore.

I procarioti sono stati classificati in due gruppi principali: i Bacteria e gli Archaea. Quest'ultimi differiscono nella forma e nel metabolismo dagli altri esseri viventi: vivono in ambienti estremi, privi di ossigeno, ad alte temperature; i Bacteria invece sono i più numerosi. Ritroviamo in questo gruppo i cianobatteri, le alghe blu-verdi ecc… Nonostante ciò, gli archei sono più simili alle cellule eucariotiche che non i Bacteria.

Virus

I virus possono essere definiti parassiti endocellulari obbligati. Essi sono infatti incapaci di replicazione autonoma, pertanto necessitano dell'interazione con una cellula che funga da ospite. Le loro dimensioni variano da 10 nm a 300 nm. Sono costituiti da un solo tipo di acido nucleico (DNA o RNA) a singolo o a doppio filamento, che rappresenta il loro materiale genetico, e che è racchiuso da un involucro proteico, costituito da poche proteine. Questo involucro è definito capside.

Alcuni virus presentano inoltre un'ulteriore copertura, l'envelope, costituito da un doppio strato fosfolipidico acquisito dalla cellula ospite al momento del rilascio e da glicoproteine necessarie al virus per interagire con la cellula ospite: esse si legano in maniera specifica a siti recettoriali presenti sulla superficie di una cellula.

Tutti i virus presentano una struttura simile: sono caratterizzati da una testa in cui è racchiuso l'acido nucleico, e da una coda, attraverso cui viene trasferito il materiale genetico. Una volta legatosi alla cellula, i virus perdono la loro specifica struttura in seguito alla perdita del capside e iniziano a controllare l'attività biosintetica della cellula ospite.

Alcuni virus svolgono il ciclo lisogenico: si legano alla cellula, il loro genoma si integra nel DNA della cellula ospite e ogni volta che quest'ultima si riproduce, replica anche il genoma virale. Altri virus invece, compiono il ciclo litico: si legano alla cellula, si riproducono all'interno di essa e ne provocano la lisi per poterne uscire.

Infine, distinguiamo due tipi di virus: virus eucariotici, trovano recettori sulla membrana di una cellula ospite e riescono a penetrare dentro; retrovirus (HIV), a RNA, si duplicano grazie all'enzima trascrittasi inversa. Quest'ultimo, dall'unico filamento di RNA presente, riesce a creare un materiale genetico intermedio con una doppia elica RNA/DNA che diventerà infine, una doppia elica di DNA. I virus a RNA sono: rosolia, morbillo, influenza, HIV; i virus a DNA sono epatite B, Herpes ecc…

Cellula eucariotica

Le cellule eucariotiche sono più complesse e strutturate delle cellule procariotiche. Una caratteristica importante è la compartimentalizzazione, dovuta alla presenza di strutture delimitate da membrane che costituiscono veri e propri scompartimenti in cui vengono svolti diversi processi chimici. Nel citoplasma ritroviamo quindi numerosi organuli, quali il RE, l'apparato del Golgi, i mitocondri, i ribosomi, i lisosomi, i perossisomi.

La membrana plasmatica, essendo in molte cellule sprovvista di parete cellulare, ha bisogno di un supporto interno, il citoscheletro. Essa delimita la cellula, separando il contenuto intracellulare da quello extracellulare. È costituita da un doppio strato fosfolipidico, contenente numerose proteine, una piccola percentuale di glucidi e numerose molecole di colesterolo. La membrana plasmatica regola inoltre il trasporto di sostanze, trasferisce informazioni tra l'ambiente esterno e quello interno e permette l'interazione fisica con altre cellule o strutture extracellulari circostanti.

Nel 1890 Overton scoprì che la membrana aveva una natura lipidica poiché penetravano attraverso essa solo sostanze apolari. Nel 1925 Gorter e Grendel riuscirono a scoprire che la membrana era composta da un doppio strato. Davson e Danielli poi ipotizzarono il modello a sandwich, ovvero un doppio strato fosfolipidico posto tra uno strato di proteine sia inferiore che superiore. Nel 1972 Singer e Nicolson arrivarono alla conclusione di un modello a mosaico fluido secondo cui vi è un doppio strato “fluido” di fosfolipidi in cui si trovano immerse le proteine.

I componenti principali sono i lipidi, molecole anfipatiche che conferiscono stabilità, fluidità e asimmetria. Essi si dividono in fosfolipidi, sfingolipidi e steroidi (colesterolo). La membrana è mantenuta fluida poiché non vi sono legami covalenti ma solo interazioni idrofobiche. I lipidi inoltre sono in movimento: possono anche passare da uno strato all'altro grazie al flip-flop. Il colesterolo inoltre, ad alte temperature rende la membrana meno fluida, a basse temperature ne impedisce il congelamento. Ha inoltre una piccola porzione polare (idrofila) rappresentata da un gruppo ossidrile (OH) ad un'estremità della molecola che si posiziona nei pressi delle teste polari dei fosfolipidi.

Esistono inoltre dei domini lipidici chiamati Raft, utili punti di endocitosi o esocitosi, con aiuto della proteina coveolina. Un altro componente delle membrane sono le proteine. Esse svolgono diverse funzioni: trasporto, connettori (rafforzano la membrana legandosi tra loro), recettori (trasferiscono informazioni), enzimi. Possono essere integrali (attraversano tutta la membrana) o periferiche (su superficie interna o esterna).

Alcune proteine sono legate ai lipidi con un legame covalente e danno specificità alla membrana. Altre proteine possono essere collegate a delle proteine. Sullo strato solamente esterno, troviamo inoltre glicoproteine e glicolipidi che conferiscono asimmetria alla membrana e che sono importanti recettori. Quest'ultima è dovuta anche alla parte variabile dei fosfolipidi che sporge dagli strati. L'asimmetria è molto importante per alcuni processi come l'esocitosi o l'endocitosi.

La membrana della cellula procariotica invece contiene molte più proteine rispetto ai lipidi e svolge moltissime funzioni poiché la cellula è sprovvista di organuli specifici. Riproduzione per mitosi. La membrana rappresenta quindi una barriera selettivamente permeabile tra il citoplasma e l'ambiente extracellulare. Infatti alcune molecole idrofobiche (O₂, CO₂ ecc.) e polari (H₂O, glicerolo ecc…) le attraversano con facilità, altre, più grandi, hanno bisogno di particolari tipi di trasporto.

Ne esistono 3, grazie alla quale la cellula mantiene costante il pH, introduce i nutrienti ed elimina le sostanze tossiche. Essi si dividono in passivi, ovvero che non necessitano di alcun apporto energetico, e attivi, che invece vanno contro gradiente di concentrazione e richiedono ATP.

• Diffusione semplice: è un tipo di trasporto passivo. Viene prodotta dal movimento casuale delle molecole dal compartimento a più alta concentrazione verso quella a concentrazione più bassa, e prosegue fino a quando non sia stata raggiunta una eguale concentrazione della molecola sui due lati della membrana. La diffusione semplice è influenzata dalle dimensioni e dalla lipofilia della molecola.
• Osmosi: è un tipo particolare di diffusione che si verifica quando due soluzioni acquose, contenenti quantità diverse di soluto, sono separate da una membrana semipermeabile che permette il passaggio del solvente ma non quello del soluto. L'acqua comincia a passare dalla soluzione più diluita verso quella più concentrata, fino a che ambedue non raggiungono la stessa concentrazione. La diffusione non è quindi influenzata dal tipo di sostanza disciolta, ma dalla sua concentrazione.

Se una cellula si trova a contatto con una soluzione salina più concentrata del suo citosol (soluzione ipertonica)...