Lic. Classico “D.A. Azuni” Sassari I Procarioti Lic. Classico “D.A. Azuni” Sassari Prof. Paolo Abis

La cellula : espressione minima della vita Tutti gli esseri viventi sono costituiti da una o più cellule: è la cellula la più piccola porzione organizzata di materia che possiede le caratteristiche della vita. CELLULA si riproduce scambia materia ed energia con l’ambiente si autoregola si può evolvere

La cellula procariota membrana cellulare regione nucleare La cellula procariota è organizzata per garantire la sopravvivenza di organismi molto semplici, con minime richieste energetiche, e non risulta specializzata nel compiere funzioni particolari. Tutto il volume cellulare è occupato da un liquido di consistenza gelatinosa (il citoplasma), in cui sono immersi tuti i costituenti chimici della cellula, e dei piccoli organuli (ribosomi), deputati alla sintesi delle proteine. Il materiale genetico (DNA) si trova fluttuante nel citoplama, in una regione priva di una membrana che la delimiti (non esiste un nucleo vero e proprio). Esiste invece una struttura rigida di protezione e di contenimento, la parete cellulare, che la separa dall’ambiente esterno. parete cellulare ribosomi citoplasma regione nucleare membrana cellulare

Reticolo endoplasmatico La cellula eucariota membrana nucleare La cellula eucariota è un tipo di cellula molto più voluminosa e complessa della cellula procariota. Al suo interno lo spazio è organizzato in settori cui compete una certa funzione in modo da assicurarne la sopravvivenza e la riproduzione. Le diverse regioni all’interno della cellula sono delimitate da membrane interne. In particolare , una membrana (membrana nucleare) delimita il nucleo, in cui si trova il materiale genetico (DNA) che presiede al controllo di tutte le attività della cellula stessa. La cellula eucariota possiede inoltre numerosi organuli, in alcuni dei quali hanno luogo i processi metabolici fondamentali : nei ribosomi, ad es.,avviene la sintesi delle proteine; i mitocondri sono la sede della respirazione cellulare citoplasma membrana cellulare nucleo mitocondri Reticolo endoplasmatico con ribosomi

ESISTONO DUE TIPI FONDAMENTALI DI ORGANIZZAZIONE CELLULARE CELLULA PROCARIOTE CELLULA EUCARIOTE 0.2 – 2 m --  Dimensioni Involucro nucleare Parete cellulare Organelli cellulari delimitati da membrana Vacuoli Ribosomi Mesosomi Citoscheletro Mitosi con cromosomi e fuso Riproduzione sessuata Flagelli con assonema 5 – 50 m  /- --

LE CELLULE PROCARIOTI SONO MOLTO PIU’ PICCOLE DELLE CELLULE EUCARIOTI

Zoom sulla punta di uno spillo X 50

X 1250

X 6000

X 30 000

SOLO CON L’AVVENTO DELLA MICROSCOPIA ELETTRONICA, NEGLI ANNI ’50 DEL SECOLO SCORSO, E’ STATO POSSIBILE INDAGARE LA STRUTTURA DELLA CELLULA PROCARIOTE

STRUTTURA DELLA CELLULA PROCARIOTE

NEI PROCARIOTI IL DNA E’ A DIRETTO CONTATTO CON IL CITOPLASMA ED IL CITOPLASMA E’ PRIVO DI ORGANELLI DELIMITATI DA MEMBRANA

Il citoplasma : è racchiuso dalla membrana cellulare e contiene i diversi organuli della cellula immersi in una fase acquosa, di consistenza variabile, detta sostanza fondamentale o citosol. Questa è composta all’80% da acqua e per il resto da macromolecole proteiche in vari stati di aggregazione, acidi nucleici, ioni, polisaccaridi di riserva, ribosomi e granuli; immersi in questa sostanza vi sono anche dei plasmidi e il nucleoide. Alcune proteine formano un citoscheletro importante per la divisione cellulare, in quanto forma un anello Z che scompare quando si forma il setto divisorio. Il citoplasma è, inoltre, la sede di importanti funzioni metaboliche cellulari quali la sintesi proteica e la glicolisi anaerobica.

I Ribosomi I ribosomi sono strutture tondeggianti diffuse in tutto il citoplasma, ma in particolare dove gli enzimi sono più abbondanti. Sono formati da due unità che si associano durante la sintesi proteica. Entrambe le unità sono costituite da RNA, quella più piccola solo di un tipo, quella più grande di due tipi. La loro funzione è intervenire nella costruzione delle proteine.

I Plasmidi I plasmidi sono piccole molecole di DNA circolare a doppio filamento, presenti in natura nei batteri, di origine citoplasmatica e capace di autoreplicarsi. Questi elementi non sono essenziali per la vita del batterio, ma in particolari condizioni, gli possono conferire vantaggi selettivi (resistenza agli antibiotici, luminescenza……). Le dimensioni sono variabili da 2-3 geni fino a plasmidi che superano il cromosoma principale. Si possono trasmettere alla altre cellule tramite coniugazione. I plasmidi sono mezzi utilissimi nelle tecniche del DNA ricombinante perché permettono di amplificare un segmento di DNA anche un milione di volte tramite un processo chiamato clonazione del DNA.

Il nucleoide contiene il materiale genetico e può avere posizione centrale (nei Gram +) o periferica (nei Gram -). Contiene un solo cromosoma formato da DNA associato a poliammide, che riducono l’acidità, a enzimi e a proteine, che regolano l’RNA messaggero.

La membrana cellulare si trova tra la parete e il citoplasma, ed è molto simile a quella delle cellule eucariotiche. È costituita da un doppio strato di molecole lipidiche, che rappresenta la struttura portante, tra le quali sono inserite delle molecole proteiche, responsabili delle diverse funzioni della membrana: enzimi catalizzatori, recettori di stimoli proteine di trasporto di sostanze attraverso la membrana. Morfologia 1.2 La sua funzione non è solo quella di selezionare la direzione e l’entità degli scambi con l’esterno, ma è legata anche alla divisione cellulare e, nei batteri che producono ATP tramite la respirazione, è sede degli enzimi del processo di respirazione cellulare

La parete cellulare circonda esternamente la cellula ed ha la funzione di proteggerla dalle variazioni osmotiche, di filtrare le macromolecole e di cooperare nella riproduzione. Troviamo al suo interno anche le porine che regolano l’ingresso delle sostanze nella cellula, complessi molecolari di trasporto che pompano verso l’esterno eventuali sostanza nocive e anche molti componenti immunogeni che inducono nell’ospite la reazione immunitaria per eliminare i batteri.

La capsula è uno strato di materiale di scarto che circonda la parete. I batteri che ne sono dotati risultano i più virulenti, in quanto si difendono con maggior efficacia. Questa capsula può servire anche per difendersi da improvvisi cambiamenti di temperatura (a troppo freddo o a troppo caldo) permettendo così al batterio di entrare in una fase di stasi finché le condizioni climatiche non tornano ottimali per lo svolgimento delle funzioni vitali e la riproduzione. Batteri con capsula

I PROCARIOTI POSSONO ESSERE CLASSIFICATI SULLA BASE DELLA MORFOLOGIA COCCHI BACILLI SPIRILLI

LE CELLULE BATTERICHE POSSONO ASSOCIARSI A FORMARE CATENELLE O AGGLOMERATI DI ALTRO TIPO

I BATTERI SONO CLASSIFICATI SULLA BASE DELLA RISPOSTA ALLA COLORAZIONE DI GRAM

DIVERSI BATTERI UTILIZZANO FLAGELLI PER MUOVERSI

ALCUNI BATTERI HANNO CAPACITA’ FOTOSINTETICHE L’apparato fotosintetico è situato in membrane interne che derivano da invaginazioni multiple del plasmalemma.

Batteri fotosintetici Batteri Fotosintetici I batteri fotosintetici utilizzano l’energia luminosa per produrre energia chimica utile per i processi vitali. Batteri Fotosintetici

I BATTERI POSSONO ESSERE CLASSIFICATI SULLA BASE DEL LORO METABOLISMO

Batteri chemiosintetici I batteri chemiosintetici utilizzano i composti inorganici per soddisfare il loro fabbisogno eneregetrico e sintetizzare i propri costituenti, cellulari la differenza dalla fotosintesi è che la chemiosintesi può avvenire anche in assenza di luce. batteri spirilliformi, attivi nella biochimica dello zolfo.

Batteri eterotrofi I batteri eterotrofi, come gli animali, sono organismi che possono solamente metabolizzare composti già sintetizzati da altri organismi. La maggior parte dei batteri appartiene a questo gruppo. Si può compiere un successivo raggruppamento dividendo in questo gruppo i batteri saprofiti da quelli parassiti. I batteri saprofiti ottengono il cibo dalla materia vegetale e animale in via di decomposizione. I batteri parassiti invece utilizzano il metabolismo di altri animali per poi procurarsi il cibo (batteri interni) senza però arrecare sempre dei danni evidenti.

QUALE TIPO DI METABOLISMO POSSEDEVANO I PRIMI PROCARIOTI? SECONDO I SOSTENITORI DELLA TEORIA DEL “BRODO PRIMORDIALE” LE PRIME CELLULE DOVEVANO ESSERE ETEROTROFE E CAPACI DI NUTRIRSI A SPESE DELL’ABBONDANTE MATERIA ORGANICA IN SOLUZIONE.

MOLTI DEI PROCESSI METABOLICI DEI BATTERI SONO FONDAMENTALI PER LA VITA SULLA TERRA Es.: ciclo dell’azoto

BATTERI AZOTO-FISSATORI VIVONO IN SIMBIOSI ALL’INTERNO DEI NODULI RADICALI DELLE LEGUMINOSE

ALTRI PROCESSI METABOLICI BATTERICI IMPORTANTI PER L’UOMO Trasformazione dello zucchero ad alcool (fermentazione alcoolica: vino, birra, liquori) Trasformazione dell’alcool ad acido (fermentazione acida: aceto, yoghurt) Decomposizione di molecole organiche (E. coli nell’intestino e utilizzata nel trattamento delle acque di scarico) Produzione di sostanze utili all’organismo (vitamine: batteri endosimbionti intestinali) Digestione della cellulosa (batteri endosimbionti intestinali) Fotosintesi (cianobatteri)

GLI ARCHAEA SONO ANAEROBI OBBLIGATI E VIVONO IN HABITAT ESTREMI Le archaea sono, come i bacteria, unicellulari mancanti di nucleo e assieme ai bacteria sono state in passato classificate come prokaryota o monere. Originariamente sono state classificate esaminando gli ambienti più estremi di vita, ma succesivamente sono state trovate in tutti gli habitat. Termofili estremi: sono obbligati a temperature superiori a 55°C, a pH molto bassi (0.9, 2.0). Metanogeni: producono metano per riduzione di CO2. Alofili: vivono in ambienti estremamente salati.

Caratteristiche delle Archaea Pur mantenendo le caratteristiche dei procarioti (assenza di un nucleo distinto e di organuli citoplasmatici rivestiti da membrane, presenza di un unico filamento di DNA, strutture di rivestimento più complesse rispetto alla cellula eucariote), date le condizioni estreme in cui possono svilupparsi, gli Archeobatteri presentano una composizione biochimica unica delle loro strutture di rivestimento, che conferisce loro una notevole impermeabilità e che li differenzia sia dai batteri che dagli eucarioti. Methanopyrus

Analisi filogenetica Nel 1977, Carl Woese e George Fox dell'università dell'Illinois ha condotto un'analisi filogenetica comparativa, basata sulle sequenze del DNA e dell'RNA della piccola subunità ribosomiale (subunità 16S), che ha permesso la distinzione dei procarioti in due diversi regni: Eubacteria e Archeabacteria, modificati poi nel 1990 in Bacteria e Archea.