LA CELLULA
PROCARIOTICA
Caratteristiche strutturali e funzionali
della cellula procariotica
Principali caratteri dei
microrganismi
1.
2.
3.
4.
5.
6.
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 1026% 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