Caratteristiche delle cellule PROCARIOTE: strutturali e funzionali

Il procarioti sono l'insieme degli organismi che comprendono i batteri o eubatteri e archi oarche. Insieme sono organismi ubiquitari (sono ovunque). Possono essere trovati in tutti i tipi di ambienti che vanno dall'ambiente acido dello stomaco alle sorgenti termali sottomarine. La sua struttura è molto semplice e le sue dimensioni sono contenute. Sebbene archea e batteri presentino importanti differenze tra loro, hanno una serie di caratteristiche comuni tipiche di tutti gli organismi procarioti.

In questa lezione di un INSEGNANTE spieghiamo cos'è il caratteristiche delle cellule procariotiche a livello strutturale e a livello funzionale.

Gli organismi procarioti sono organismi unicellulari con una struttura semplice, di seguito vedremo quali sono le principali caratteristiche strutturali del cellule procariotiche.

• Piccole cellule, tra 1 e 15 μm nel caso degli archaea e tra 1 e 30 μm nel caso dei batteri.
• Cellule non compartimentate, cioè non c'è divisione interna in compartimenti limitati da membrane. L'unica membrana nelle cellule procariotiche è la membrana plasmatica.

Ciò significa che alcune delle caratteristiche delle cellule procariotiche sono:

1. Non hanno nucleo: Come suggerisce il nome, le cellule procariotiche mancano di un nucleo. Il suo materiale genetico è immerso nel citoplasma cellulare.
2. Non hanno organelli membranosi, il che significa che tutte le funzioni biologiche della cellula si svolgono nel singolo spazio del citoplasma. Tuttavia, la membrana plasmatica di questi organismi presenta pieghe che penetrano nel citoplasma e che contengono enzimi che regolano alcuni processi metabolici come la sintesi di ATP o la fotosintesi nei batteri fotosintetico. Queste invaginazioni della membrana cellulare sono chiamate mesosomi.

A livello della membrana plasmatica, ci sono differenze tra archaea e batteri, hanno una diversa composizione lipidica. Gli archaea hanno legami simili all'etere nei lipidi che compongono la membrana plasmatica, piuttosto che legami simili all'estere come quelli che si trovano nei batteri e nelle cellule eucariotiche. Nel caso di alcuni archea, la membrana plasmatica è costituita da un singolo strato lipidico.

Struttura cromosomica semplice

Nelle cellule procariotiche, tutte le informazioni necessarie alla vita sono contenute in una singola molecola di DNA nudo, a doppia elica e circolare, chiusa da un legame covalente, che si chiama cromosoma batterico. Oltre alle informazioni genetiche contenute in detti cromosomi, molti procarioti possiedono materiale genetico extracromosomico, anche in molecole di DNA a doppia elica e circolare che contiene informazioni genetiche non essenziali per la crescita dell'organismo in condizioni normale.

Queste strutture di DNA extracromosomico sono chiamate plasmidi. I plasmidi sono piccole molecole che contengono solo pochi geni, hanno la capacità di replicarsi indipendentemente dal cromosoma batterico e può essere trasmesso tra diversi organismi procarioti. I plasmidi svolgono un ruolo importante nell'acquisizione della resistenza agli antibiotici da parte dei batteri. Ogni cellula procariotica di solito produce molte copie di un plasmide mentre produce una singola copia del suo cromosoma.

• Organismi unicellulari: I procarioti sono sempre organismi unicellulari, ciò è dovuto alla semplicità strutturale della cellula procariotica che impedisce la comparsa di organismi pluricellulari. Il suo livello di strutturazione non consente la comparsa di meccanismi di coordinamento e la comparsa di cellule specializzate in determinate funzioni; come nel caso della cellula eucariotica.
• Presenza parete cellulare: Tutti gli organismi procarioti hanno un rivestimento esterno che protegge la membrana plasmatica: la parete cellulare. È una struttura rigida che modella il microrganismo. Esistono differenze nella composizione e nella struttura della parete cellulare di batteri e archea. Nel caso degli archei, la parete cellulare non contiene peptidoglicani come nei batteri, ma piuttosto molecole di composizione simile chiamate pseudopeptidoglicani. Inoltre, la parete cellulare degli archea può contenere anche glicoproteine ​​o proteine. Esiste un genere di archea che non ha una parete cellulare: Termoplasma
• Presenza di capsule in molti casi: Sebbene non sia una struttura presente in tutti gli organismi procarioti, la capsula è presente nella maggior parte di essi. È costituito da uno strato esterno alla parete cellulare di consistenza gelatinosa, formato da proteine, glicoproteine ​​e acqua; e che permette ai procarioti di aderire al substrato e formare colonie attraverso l'aggregazione di più individui.
• Assenza di citoscheletro: Le cellule procariotiche non hanno un citoscheletro (una struttura citoplasmatica costituita da microtubuli) e la struttura responsabile della formazione di questi organismi è la loro parete cellulare.
• Presenza di ribosomi: Gli unici organelli presenti nei procarioti sono i ribosomi. I ribosomi sono organelli non membranosi composti da due subunità costituite da RNA e proteine. Sono organelli responsabili della sintesi delle proteine ​​dalle informazioni contenute nelle molecole di RNA messaggero. L'RNA ribosomiale di archaea e batteri ha una composizione totalmente diversa ed è uno dei i criteri filogenetici che consentono di differenziare questi due organismi in domini separati procarioti.

Continuiamo a conoscere le caratteristiche delle cellule procariotiche per concentrarci sulla loro funzione. Il organismi procarioti hanno una serie di caratteristiche funzionali che spiega la sua facilità di colonizzare tutti i tipi di ambienti e adattarsi rapidamente ai cambiamenti. Le principali caratteristiche funzionali dei procarioti sono le seguenti:

Diversità metabolica

L'estrema adattabilità dei procarioti è determinata dall'estrema flessibilità del loro genoma (insieme di geni che contiene l'informazione genetica di un organismo). Gli organismi procarioti hanno la capacità di duplicare, eliminare o alterare i propri geni. Cioè, presentano un tasso di mutazione molto alta.

Oltre a questa elevata capacità di mutazione, i procarioti hanno la capacità di scambiare materiale genetico con altri microrganismi presenti nel loro ambiente, in un processo chiamato trasferimento genico orizzontale.

Il trasferimento genico orizzontale è un meccanismo particolarmente importante nel caso degli archei. Il trasferimento genico orizzontale consente ai procarioti di acquisire adattamenti all'ambiente presente in altri microrganismi, il che consente loro di colonizzare rapidamente nuovi ambienti. Questo meccanismo di trasferimento genico orizzontale costituisce un potente forza dominante nell'evoluzione dei procarioti e spiegherebbe, ad esempio, la rapida comparsa di resistenza agli antibiotici nei batteri e soprattutto negli archei.

Riproduzione sessuale e parasessuale

Riproduzione asessuata: I procarioti si riproducono per riproduzione asessuata.

• Bipartizione o riproduzione per fissione cellulare: è il tipo più semplice di riproduzione, in cui un individuo (cellula) si divide per dare origine a due cellule o individui. La successiva divisione per bipartizione dà luogo alla creazione di colonie di organismi clonali (con informazioni genetiche identiche).
• Sporulazione: questo tipo di riproduzione asessuata implica la formazione di endospore (forme di resistenza) in risposta a condizioni ambientali sfavorevoli. Si verifica solo in alcuni batteri ma non negli archei.

Riproduzione parasessuale: Ricombinazione genetica nei procarioti. La riproduzione parasessuale è quella in cui due organismi si scambiano informazioni genetiche o acquisiscono nuove informazioni genetiche da un altro individuo. Questi meccanismi forniscono diversità genetica agli organismi procarioti, poiché grazie ad essi la ricombinazione del informazioni genetiche e consente, insieme all'alto tasso di mutazione, la comparsa di nuove varianti delle specie di organismi procarioti.

Esistono vari meccanismi di ricombinazione genetica nei procarioti.

• Trasformazione: è il processo mediante il quale un organismo procariotico è in grado di incorporare DNA esogeno, proveniente da altri organismi procarioti e che è libero nell'ambiente.
• Trasduzione: È il passaggio di materiale genetico da un individuo all'altro attraverso un batteriofago (virus che infetta i batteri).
• Congiunzione: Consiste nello scambio unidirezionale di materiale genetico da un individuo donatore a un individuo ricevente, attraverso il contatto diretto tra di loro. I plasmidi sono gli elementi più frequentemente trasmessi da questo meccanismo.

Rapida crescita

La maggior parte degli organismi procarioti si riproduce molto rapidamente, quindi il tempo che è trascorso tempo di generazione (tempo dalla nascita di una generazione alla nascita della successiva) è molto corto. Per un batterio il tempo medio di generazione è di 20 minuti. L'elevata crescita rende possibile la rapida colonizzazione di nuovi ambienti.