LA CELLULA PROCARIOTICA Caratteristiche strutturali e funzionali della cellula procariotica

Principali caratteri dei microrganismi Caratteri colturali. Caratteri morfologici. Caratteri metabolici. Caratteri di composizione chimica. Caratteri antigenici. Caratteri genetici.

Rappresentazione schematica di una cellula batterica tipica

Funzioni delle strutture dei procarioti

Funzioni delle strutture degli eucarioti

Differenze tra cellula procariotica ed eucariotica

Nucleoide (morfologia) È costituito da un’unica molecola di DNA a struttura bicatenaria con peso molecolare di circa 2109 e forma circolare. Distesa in tutta la sua lunghezza la molecola raggiunge la dimensione di 1mm. Mancano i nucleoli. Manca la membrana nucleare.

Nucleoide (composizione chimica e funzione) È rappresentato da una doppia doppia elica di catene polinucleotidiche. Governa la trasmissione dei caratteri da una cellula alle generazioni successive. Presiede alla sintesi dei fattori che regolano il metabolismo cellulare.

Nucleoide (generalità) Tutti i batteri posseggono una regione, relativamente trasparente, in cui è addensato il materiale cromosomale, denominato “nucleoide” (cromosoma batterico o corpo cromatico).

Nucleoide (generalità) Il nucleoide è la principale struttura in cui è localizzata l’informazione genetica delle cellule procariotiche ed è rappresentata da un singolo cromosoma, che non è circondato da membrana nucleare, come avviene negli organismi eucarioti.

Nucleoide (generalità) Il cromosoma è composto da una singola e lunga molecola di DNA, priva di rivestimenti proteici, laquale, quando distesa in tutta la sua lunghezza, raggiunge circa 1mm, cioè circa mille volte la lunghezza del batterio. Il cromosoma batterico può contenere da 3 a 6103 geni.

Nucleoide (generalità) Il DNA è probabilmente organizzato in anse ad alta superelicità (vi sarebbero circa 50 anse per cromosoma). Ogni ansa sarebbe stabilizzata da una molecola di RNA.

Nucleoide (generalità) Un taglio nell’RNA rilassa l’ansa ma non modifica la superelicità. Un taglio a singola elica nel DNA rilassa la superelica e lascia intera l’ansa.

Plasmidi I batteri possono veicolare nel loro citoplasma piccole porzioni di materiale genetico extracromosomiale, circolare, denominate plasmidi. I plasmidi possono replicarsi autonomamente e permanere nella cellula batterica per numerose generazioni.

Plasmidi I plasmidi sono di solito costituiti da porzioni di DNA a doppia elica, che posseggono le proprietà di un piccolo cromosoma (possibilità di replicarsi). Sono da 1/20 a 1/100 della dimensione di un cromosoma. Contengono da 50 a 100 geni.

Plasmidi Le informazioni che veicolano non sono essenziali per la sopravvivenza della cellula.

Plasmidi Alcuni plasmidi possono integrarsi nel cromosoma (in tal caso prendono il nome di episomi e, in queste condizioni, non si replicano più in modo autonomo, ma in sincronia con il cromosoma stesso). Un episoma può separarsi dal cromosoma e tornare a replicarsi autonomamente sotto forma di plasmide.

Citoplasma (morfologia) Mancano i mitocondri, i cloroplasti, l’ergastoplasma ed un sistema vacuolare. Sono presenti ribosomi e granuli di varia natura, costituiti da sostanze di riserva.

Citoplasma (composizione chimica e funzione) Contiene granuli di lipidi (polimeri dell’acido beta-idrossi-butirrico), granuli di polisaccaridi, granuli di zolfo (solfobatteri) e granuli di ferro (ferrobatteri). È sede di processi biosintetici interessanti, in modo particolare delle proteine.

Citoplasma (generalità) Il materiale contenuto all’interno della membrana citoplasmatica può essere suddiviso in: area citoplasmatica (di aspetto granulare e ricca di RNA), area cromatica o nucleare (ricca di DNA) e porzione liquida con sostanze nutritive in soluzione.

Citoplasma (generalità) Le particelle di RNA e proteine formano corpuscoli ammassati in tutta l’area citoplasmatica e sono chiamate ribosomi, i quali contengono enzimi che intervengono nella biosintesi delle proteine.

Inclusioni citoplasmatiche: ribosomi I ribosomi sono particelle citoplasmatiche che intervengono nella sintesi proteica. Sono composti dal 60% in RNA e dal 40% in proteine. Presentano una costante di sedimentazione di 70S.

Inclusioni citoplasmatiche: ribosomi Sono costituiti da due subunità: leggera o 30S e pesante o 50S. Alcuni antibiotici agiscono a livello ribosomale come inibitori della sintesi proteica.

Inclusioni citoplasmatiche: vacuoli gassosi Sono delle formazioni tubolari vuote, costituite da vescicole proteiche. Sono presenti in molti procarioti acquatici. Garantiscono il galleggiamento della cellula microbica, permettendole di disporsi nei livelli d’acqua dove la luce, il tenore d’ossigeno ed i nutrienti consentono condizioni il loro sviluppo.

Inclusioni citoplasmatiche: granuli I granuli di glicogeno sono rivestiti da membrana e svolgono una funzione di riserva. I granuli di polifosfato vengono, anche chiamati granuli metacromatici, di volutina o corpi di Babés-Ernest, svolgono la funzione di riserva di fosfato.

Inclusioni citoplasmatiche: granuli I granuli di poli-beta-idrossibutirrato (PHB) sono strutture di deposito di componenti di natura lipidica e sono stati riscontrati nelle cellule in fase di sporulazione. I granuli di zolfo svolgono la funzione di riserva di zolfo inorganico, riserva energetica per la cellula batterica.

Inclusioni citoplasmatiche: magnetosomi Sono formati da membrane di natura proteica ripiene di un composto ferroso. Sono presenti nei microaerofili o negli anaerobi obbligati.

Inclusioni citoplasmatiche: vescicole di clurobium (clorosomi) Sono presenti nei batteri verdi fotosintetici, i quali contengono le batterioclorofille C, D, E (captano l’energia luminosa).

Inclusioni citoplasmatiche: carbossisomi Sono strutture che contengono delle particelle proteiche fornite di attività enzimatica (ribulosio 1,5-difosfato carbossilasi). Vengono utilizzati per fissare l’anidride carbonica o, semplicemente, come sito di deposito per l’enzima carbossilasi.

Membrana citoplasmatica (morfologia) Presenta cromatofori e forma mesosomi.

Membrana citoplasmatica (composizione chimica) I lipidi e le proteine sono nella proporzione di 1:5 e costituiscono il 10-26% del peso secco batterico. La struttura è costituita da un doppio strato di fosfolipidi, da catene di acidi grassi, orientate in modo perpendicolare al piano della membrana, e da due strati esterni di proteine globulari.

Membrana citoplasmatica

Membrana citoplasmatica (funzione) È responsabile del mantenimento della stabilità osmotica della cellula. È sede di processi metabolici inerenti il trasporto di elettroni, la fosforilazione ossidativa, la respirazione e la costruzione della parete cellulare. (Segue…)

Membrana citoplasmatica (funzione) (…) Attraverso il mesosoma svolge una funzione di guida nella divisione cellulare, nella sintesi dei lipidi e nel trasporto degli esoenzimi. Nei batteri fotosintetici svolge, attraverso i cromatofori, la funzione clorofilliana.

Membrana citoplasmatica (generalità) Viene anche chiamata membrana protoplasmatica o plasmatica, membrana cellulare, membrana unitaria. È una membrana semipermeabile e selettiva che regola il passaggio delle sostanze nutritive e dei prodotti di rifiuto. È la sede di parecchi enzimi.

Membrana citoplasmatica (generalità) Danni a questa membrana da agenti chimici o fisici può provocare la morte della cellula. È la principale barriera osmotica cellulare. È costituita da un doppio strato di fosfolipidi. È un importante centro di attività metabolica.

Mesosomi Intervengono nella cellula batterica in vari processi riproduttivi e metabolici. Partecipano alla formazione di setti durante il processo di divisione della cellula.

Mesosomi Sono associati in maniera complicata al materiale nucleare batterico ed alla sua replicazione. Sono associati a processi enzimatici.

Struttura del mesosoma in Bacillus fastidiosus

Struttura del mesosoma in Bacillus subtilis