Struttura e funzione delle cellule procariotiche
La grande maggioranza delle cellule sulla Terra sono procariotiche, quindi noi siamo in minoranza. Ti senti in minoranza?
Se i procarioti non fossero così brutti, sarebbero piuttosto carini:
Ci sono due tipi principali di procarioti:
- Batteri (singolare “batterio”)
- Archaea (singolare “archaeon”)
Come avrai letto in precedenza in questa unità, i biologi stimano che ogni essere umano abbia nel suo corpo un numero di cellule batteriche, o procariotiche, quasi 20 volte superiore a quello delle cellule umane, o eucariotiche. Se questa statistica vi sconvolge, state certi che la maggior parte di questi batteri sta cercando di aiutarvi, non di farvi del male.
Numericamente, ci sono 20 volte più cellule procariotiche sulla Terra che cellule eucariotiche. Questa è solo una stima minima, tuttavia, perché ci sono trilioni e trilioni di cellule batteriche che non sono associate a organismi eucarioti.
Inoltre, anche tutti gli archei sono procarioti. Come nel caso dei batteri, non si sa quante cellule arcaiche ci siano sulla Terra, ma il numero è sicuramente astronomico. In tutto, le cellule eucariotiche costituiscono solo una frazione molto piccola del numero totale di cellule sulla Terra. Quindi… chi gestisce questo posto?
Ci sono quattro strutture principali condivise da tutte le cellule procariotiche, batteriche o arcaiche:
- La membrana plasmatica
- Citoplasma
- Ribosomi
- Materiale genetico (DNA e RNA)
Alcune cellule procariotiche hanno anche altre strutture come la parete cellulare, pili (singolare “pillus”) e flagelli (singolare “flagellum”). Ognuna di queste strutture e componenti cellulari gioca un ruolo critico nella crescita, sopravvivenza e riproduzione delle cellule procariotiche.
Membrana plasmatica procariotica
Le cellule procariotiche possono avere più membrane plasmatiche. I procarioti conosciuti come “batteri gram-negativi”, per esempio, hanno spesso due membrane plasmatiche con uno spazio tra di esse noto come periplasma. Come in tutte le cellule, la membrana plasmatica nelle cellule procariotiche è responsabile del controllo di ciò che entra ed esce dalla cellula.
Una serie di proteine bloccate nella membrana (poveri ragazzi) aiuta anche le cellule procariotiche a comunicare con l’ambiente circostante. Tra le altre cose, questa comunicazione può includere l’invio e la ricezione di segnali chimici da altri batteri e l’interazione con le cellule di organismi eucarioti durante il processo di infezione. L’infezione, a proposito, è il tipo di cosa che non vuoi che i procarioti ti facciano.
Tieni presente che la membrana plasmatica è universale per tutte le cellule, procariotiche ed eucariotiche. Poiché questo componente cellulare è così importante e così comune, è affrontato in grande dettaglio nella propria sottosezione Approfondimento.
Citoplasma procariotico
Il citoplasma nelle cellule procariotiche è una sostanza simile al gel, ma fluida, in cui tutti gli altri componenti cellulari sono sospesi. Pensate alla gelatina per le cellule. È molto simile al citoplasma eucariotico, tranne che non contiene organelli.
Di recente, i biologi hanno scoperto che le cellule procariotiche hanno un complesso e funzionale citoscheletro simile a quello delle cellule eucariotiche2. Il citoscheletro aiuta una cellula procariotica a dividersi e a mantenere la sua forma rotonda e paffuta. Come nelle cellule eucariotiche, il citoscheletro è la struttura lungo la quale si muovono le particelle della cellula, comprese le proteine, i ribosomi e i piccoli anelli di DNA chiamati plasmidi. È il “sistema autostradale” della cellula sospeso nella gelatina.
Ribosomi procarioti
I ribosomi procarioti sono più piccoli e hanno una forma e una composizione leggermente diversa da quelli delle cellule eucariote. I ribosomi batterici, per esempio, hanno circa la metà della quantità di RNA ribosomiale (rRNA) e un terzo di proteine ribosomiali in meno (53 contro ~83) rispetto ai ribosomi eucarioti3. Nonostante queste differenze, la funzione del ribosoma procariotico è praticamente identica alla versione eucariotica. Proprio come nelle cellule eucariotiche, i ribosomi procarioti costruiscono proteine traducendo i messaggi inviati dal DNA.
Materiale genetico procariotico
Tutte le cellule procariotiche contengono grandi quantità di materiale genetico sotto forma di DNA e RNA. Poiché le cellule procariotiche, per definizione, non hanno un nucleo, un singolo grande filamento circolare di DNA contenente la maggior parte dei geni necessari per la crescita, la sopravvivenza e la riproduzione delle cellule si trova nel citoplasma.
Questo DNA cromosomico tende ad apparire come un groviglio di fili al centro della cellula:
Immagine al microscopio elettronico a trasmissione (Fonte)
Di solito, il DNA è diffuso in tutta la cellula, dove è facilmente accessibile per essere trascritto in RNA messaggero (mRNA) che viene immediatamente tradotto dai ribosomi in proteine. A volte, quando i biologi preparano le cellule procariotiche per la visualizzazione al microscopio, il DNA si condensa in una parte della cellula per produrre un’area scura chiamata nucleoide.
Come nelle cellule eucariotiche, il cromosoma procariotico è intimamente associato a speciali proteine coinvolte nel mantenimento della struttura cromosomica e nella regolazione dell’espressione genica.
Oltre a un unico grande pezzo di DNA cromosomico, molte cellule procariotiche contengono anche piccoli pezzi di DNA chiamati plasmidi. Questi anelli circolari di DNA si replicano indipendentemente dal cromosoma e possono essere trasferiti da una cellula procariotica all’altra attraverso i pili, che sono piccole proiezioni della membrana cellulare che possono formare canali fisici con i pili delle cellule adiacenti.
Il trasferimento di plasmidi tra una cellula e l’altra è spesso definito “sesso batterico”. Suona sporco.
I geni per la resistenza agli antibiotici, o la graduale inefficacia degli antibiotici nelle popolazioni, sono spesso trasportati su plasmidi. Se questi plasmidi vengono trasferiti da cellule resistenti a cellule non resistenti, l’infezione batterica nelle popolazioni può diventare molto più difficile da controllare. Per esempio, è stato recentemente appreso che il superbug MRSA, o Staphylococcus aureus multiresistente, ha ricevuto alcuni dei suoi geni di resistenza ai farmaci su plasmidi4.
Le cellule procariotiche sono spesso considerate “più semplici” o “meno complesse” delle cellule eucariotiche. In un certo senso, questo è vero. Le cellule procariotiche di solito hanno meno strutture visibili, e le strutture che hanno sono più piccole di quelle che si vedono nelle cellule eucariotiche.
Non fatevi ingannare. Solo perché le cellule procariotiche sembrano “semplici” non significa che siano in qualche modo inferiori o più basse delle cellule e degli organismi eucarioti. I biologi stanno imparando che i batteri sono in grado di comunicare e collaborare tra loro a un livello di complessità che rivaleggia con qualsiasi sistema di comunicazione mai sviluppato dall’uomo5. Prendete questo, Facebook e Twitter! I procarioti ve l’hanno fatta vedere.
Inoltre, alcune cellule arcaiche sono in grado di prosperare in ambienti così ostili che nessuna cellula eucariotica potrebbe sopravvivere per più di pochi secondi6. Provate voi a vivere in una sorgente calda, in un lago salato, in un vulcano o anche nel sottosuolo profondo.Le cellule procariotiche sono anche in grado di fare cose che le cellule eucariotiche possono solo sognare, in parte a causa della loro maggiore semplicità. Essere più grandi e complesse non è sempre meglio.
Queste cellule e organismi sono adattati alle loro condizioni locali come qualsiasi eucariote e, in questo senso, sono “evoluti” come qualsiasi altro organismo vivente sulla terra.
Snack del cervello
Un tipo di comunicazione batterica, nota anche come quorum sensing, è quella in cui piccoli segnali chimici sono usati per contare quanti batteri ci sono. Per saperne di più clicca qui.
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