Cellule procariotiche ed eucariotiche

LE CELLULE

Le cellule procariotiche ed eucariotiche costituiscono i nostri punti di riferimento.

Per quanto riguarda le cellule procariotiche sono quelle più approfondite nelle

materie attinenti alla microbiologia, perché sono cellule batteriche. Comunque

molte differenze le si possono riscontrare dal punto di vista fisiologico, parliamo di

aspetti piuttosto generici, ad esempio di strategie di fisiologia collegata a come gli

organismi si riescano a procurare l’energia: l’ATP (adenosintrifosfato) ovvero la

cosiddetta “batteria energetica” degli organismi. Le fonti di energia sono di primaria

importanza per tutte le cellule. Quindi la produzione dell’energia avviene, nel caso

degli organismi, attraverso due strategie

 CHEMIOTROFIA

 FOTOTROFIA

La prima è quella che di fatto contraddistingue gli organismi come noi umani,

animali… cioè la necessità di utilizzare le sostanze organiche e nella quantità che la

mole dello stesso organismo richiede, organismi questi definiti

CHEMIORGANOTROFI. Le sostanze organiche una volta ingerite vengono demolite e

riutilizzate. L’energia è quindi ottenuta per ossidazione dei composti e viene

conservata all’interno della cellula sotto forma di ATP.

Nel mondo microbico, e in particolar modo nei procarioti (nei batteri), si possono

trovare quegli organismi che sono detti CHEMIOLITOTROFI –l’etimologia della parola

significa “mangiatore di roccia”- cioè quegli organismi che al contrario nostro sono

in grado di utilizzare sostanze inorganiche (H, H solforato, ioni ammonio…) per

ricavare energia; chiaramente se ne ricava molta di meno rispetto a quanto se ne

possa ricavare, invece, dal glucosio. Inoltre molti dei composti inorganici ossidati

sono i prodotti di scarto del metabolismo chemiorganotrofo.

Arriviamo dunque a parlare dell’altro gruppo composto dai cosiddetti FOTOTROFI

che fanno la fotosintesi, le piante in primis ma senza dimenticarsi delle alghe

procariotiche che appartengono al mondo batterico.

I microrganismi sono in grado di vivere in qualsiasi tipo di ambiente, anche quelli

impensabili o estremi (ESTREMOFILI), possono perciò vivere in condizioni di vita

ostile: sorgenti calde, all’interno dei ghiacci che ricoprono i laghi, nei ghiacciai, nei

mari artici, negli specchi d’acqua ad alta concentrazione salina e in suoli e acque con

valori di pH inferiori a 0 o alti fino a 12 (BASOFILI o ACIDOFILI o ALCALOFILI).

Dal punto di vista evolutivo esistono delle variazioni abbastanza evidenti, ci sono

due gruppi più grandi degli altri, tra questi i Proteobactiria, in cui sono compresi una

serie di microrganismi anche patogeni. L’altro gruppo molto consistente fa

riferimento ai batteri Gram-positivi che include alcuni generi tra i quali abbiamo il

Bacillus e il Clostridium caratterizzati, da un punto di vista morfologico, dalla

possibilità di differenziare le spore (l’endospora batterica). In un gruppo di minore

evoluzione si trovano i batteri verdi non solfurei e piano piano andando verso la

base si ritrovano organismi che hanno degli elementi di affinità con l’altro phylum

che è quello degli Archea. Gli organismi riconducibili al gruppo intermedio sono i

Deinococcus molto importante perché a questo afferiscono dei gruppi piuttosto

problematici come ad esempio il Nicobacterium caratterizzati da una struttura molto

rigida nonché consistente e resistente ad alti livelli di radiazione. È un parassita

intracellulare obbligato, vive nell’uomo.

Gli Archea fanno parte del dominio ritenuto più arcaico (anche se molto vicino agli

eucarioti) che presenta il maggior numero di organismi estremofili, molti di questi

sono anaerobici stretti, difficilmente coltivabili.

Il dominio degli Eucarioti evidenzia come all’estremità abbiamo forme più

antecedenti gli animali: alghe verdi, piante, alghe rosse, funghi e ciliati (protozoi); su

un gradino evolutivo leggermente inferiore abbiamo le alghe brune, le muffe

mucillaginose (funghi acquatici), flagellati.

Ad ogni modo il distinguo netto tra la cellula procariotica e quella eucariotica risiede

in ciò che c’è oltre al nucleo, come i mitocondri e altri vari organelli. Ebbene ci sono

degli organismi evolutivamente vicini ai batteri che pur avendo una struttura

cellulare tipica degli eucarioti mancano di mitocondri. Da qui si può parlare di un

concetto affine, l’endosimbiosi: l’evoluzione delle cellule eucariotiche.

C’è tutta una letteratura che parla dei passaggi dalle cellule procariotiche alle cellule

eucariotiche secondo cui i batteri sarebbero stati in qualche modo gli elementi

fagocitati dalla cellula eucariotica in quanto potevano fornirle delle funzioni che

diversamente non avrebbero avuto; da ciò si può dedurre che la cellula eucariotica

abbia fagocitato dei batteri in grado di “respirare”, quindi di utilizzare l’ossigeno per

un metabolismo respirativo e che questa cellula batterica poi non sia altro che il

mitocondrio, cioè il luogo dove di fatto avviene la respirazione. Allo stesso modo la

teoria della endosimbiosi si spinge a dire che i cloroplasti non siano stati altro che

dei batteri fotosintetizzanti ( batteri rossi o batteri verdi) che essendo stati inglobati

nella cellula eucariote le hanno conferito questo carattere e cosi poi di fatto siano

entrati in qualche modo in una forma di simbiosi talmente stretta da trasformare gli

stessi batteri in organelli.

La composizione chimica di una cellula presenta maggiormente l’acqua tra i

componenti (oltre il 90%), però se togliamo l’acqua cellulare troviamo una gran

quantità di macromolecole pressoché organiche (con il 96%), spartite in diverse

frazioni tra cui le proteine che hanno sia un ruolo strutturante che fisiologico; ad

esempio gli enzimi catalizzano le reazioni biologiche e senza di esse la cellula non

potrebbe svolgere nessun altro ruolo. Poi si possono trovare i polisaccaridi, i lipidi, il

DNA, l’RNA… tra le micromolecole ci sono gli ioni e i monomeri.

A questo punto bisogna introdurre i legami chimici di cui distinguiamo tre tipologie:

covalente che è il più difficile da rompere, da’ una struttura e può essere singooi,

doppio, ad anelli ecc; un legame meno rigido è quello idrogeno che si basa sulla

polarità, tra cariche positive e negative, grazie a questi legami si possono creare

macromolecole anche consistenti come le proteine o strutture polipeptidiche o

interazioni che costituiscono il DNA. Le proteine le ritroviamo a livello della

membrana e della parete cellulare che sono anche caratterizzate dalla presenza di

elementi proteici ed è come se costituissero una sorta di discontinuità rispetto a

quello che è la struttura stratificata. I polissaccaridi vanno a inserirsi nella struttura

di rivestimento della parete cellulare e poi li si distinguono endocellularmente a

costituire una sorta di grani di riserva. Anche i lipidi e gli zuccheri assolvono ad un

ruolo simile.

Come si uniscono i monomeri? Attraverso i legami covalenti che vedono la

formazione di ponti, a seconda del tipo di carbonio che viene coinvolto: ad esempio

tra due zuccheri verrà definito glicosidico.

Altre strutture principali per la vita cellulare sono i lipidi che sono costituiti

essenzialmente da catene idrocarburiche (quindi carbonio e idrogeno), catene lineari

che costituiscono gli acidi grassi; questi ultimi sono catene di diversa lunghezza che

possono essere sature (che non presenta doppi legami) oppure insature,

monoinsature se c’è un doppio legame…

Gli idrocarburi (catene di idrogeno e carbonio) hanno alle estremità un gruppo

carbossilico, questo è il COOH, che conferisce acidità alla struttura. Ebbene questi

acidi grassi si possono unire a formare la molecola del grasso vera e propria che è un

lipide detto appunto trigliceride dove in realtà abbiamo un alcool (il glicerolo) che si

unisce attraverso legami covalenti -detti estere- ai gruppi acidi e quindi al gruppo

carbossilico a formare appunto il trigliceride. Quando si sente parlare di olii vegetali

si fa riferimento essenzialmente a questa struttura, grassi insaturi, quindi meno solidi

al contrario dei grassi saturi. La parte interessante dei lipidi è questa proprietà

anfipatica e cioè il fatto che questi acidi grassi abbiano una base idrofobica mentre

l’altra estremità è idrofilica.

È importante considerare che mentre nel mondo vegetale o animale noi siamo

abituati a trovare il classico lipide trigliceride, nell’ambito dei microrganismi

ritroviamo dei lipidi complessi, strutture che sono un pochino più variegate; c’è il

glicerolo che per esempio si lega solo a due acidi grassi lasciando modo di legare

insieme anche altre strutture che possono essere dei fosfati oppure strutture

glicosidiche.

Nel mondo microbico, ma non solo, possiamo trovare molti lipidi complessi che

hanno questa prerogativa cioè di poter associare gli acidi grassi anche a gruppi

diversi.

Per quanto riguarda gli acidi nucleici abbiamo le strutture cosiddette pirimidiniche e

puriniche: le prime comprendono citosina, timina e uracile basi azotate che si

possono trovare sia nell’RNA che nel DNA (in particolare la citosina e la timina nel

DNA) mentre citosina e uracile nel RNA; per le seconde ci sono strutture che

troviamo in entrambi gli acidi nucleici. Quando queste strutture si associano al

ribosio -come nel caso della adenina- noi otteniamo un nucleoside, quindi base

azotata più uno zucchero… se a questo si associa anche il gruppo fosfato otteniamo

un nucleotide. Quindi quando si legge “acidi nucleici”, “nucleotidi”, si viene

ricondotti alla base azotata, allo zucchero (il ribosio o deossiribosio) e il gruppo

fosfato. Chiaramente si parla sempre di legami covalenti.

Un nucleotide molto particolare è quello che abbiamo citato prima, l’ATP,

l’adenosintrifosfato, questa struttura è appunto costituita da adenina più ribosio -

che formano l’adenosina- a questa poi si lega il gruppo fosfato a formare un

nucleotide. Il nucleotide è quello che noi in questo caso specifico consideriamo

l’adenosinmonofosfato, tuttavia ha la particolarità di poter legare altri gruppi fosfato

a formare dunque l’adenosindifosfato o trifosfato.