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Cellula procariotica:struttura e funzionalità
Prof. Raffaele Piccolomini Ordinario di Microbiologia e Microbiologia Clinica Laboratorio di Microbiologia ClinicaDipartimento di Scienze Biomediche Università degli Studi “G. D’Annunzio, - Chieti”
Cellula procariotica vs cellula eucariotica
Cellula = unità basale della vita
Organizzazione della struttura cellulare:^
Eucarioti: ^ Animali ^ Piante ^ Funghi ^ Protozoi ^ Alghe ^ Procarioti: Eubacteria Archibacteria (no parete cellulare, caratteri simili agli Eucarya)
Cellula procariotica
I batteri (
Bacteria) sono: ^ Procarioti ^ Unicellulari ^ Piccole dimensioni (microscopici) ^ Generalmente più piccoli delle cellule eucariotiche ^ Assenza di compartimentazioni intracellulari ^ Assai complessi (funzionalmente), a dispetto delle loro dimensioni ^ Materiale genetico organizzato in un unico cromosoma
Cellula procariotica vs cellula eucaristica - Dimensioni ^
Procarioti generalmente più piccoli (e quindi strutturalmente più semplici) degli Eucarioti:^ Cellula procariotica: 1 < d < 10 μ m ^ Cellula eucariotica: 10 < d < 100 μ m ^ Dimensioni cellula = 1/k x superficie/volume cellulare^ Cellula sferica: d= 2 μ m, sup/vol = 3: “^ “^ d= 20 μ m, sup/vol = 0.3: ^ In presenza di un elevato ratio sup/vol, i nutrienti possono facilmente e rapidamente raggiungere ogni parte della cellula (es.Procarioti) ^ La cellula eucariotica richiede, al contrario, una varietà di organelli interni specializzati per assicurare il metabolismo, la sintesi dienergia e gli scambi con l’ambiente esterno
Cellula procariotica -
Morfologia
La maggior parte dei batteri si presenta sotto forma di:^
Cocchi (d = 0.5- μ m) ^ Sferici od ovoidali aventi uno o differenti organizzazioni basate sui piani di divisione cellulare: ^ Divisione in un piano: ^ Diplococchi (paia di cocchi) ^ Streptococchi (catenella di cocchi) ^ Divisione su due piani : ^ Tetradi (4 cocchi disposti a quadrato) ^ Divisione su tre piani: ^ Sarcina (8 cocchi disposti a cubo) ^ Divisione su piani casuali: ^ Stafilococchi (ammassi irregolari)
Cellula procariotica -
Morfologia
Bacilli (0.5-
m x 1-
m):
^ Allungati, con estremità arrotondate ^ Si dividono in un piano producendo: ^ Bacillo (singolo) ^ Streptobacillo (catena di bacilli) ^ Cocco-bacillo (ovalare, simile ad un cocco)
Cellula procariotica vs cellula eucaristica - Corpo nucleare
Eucarioti:^
Membrana nucleare dotata di pori che la collegano al reticoloendoplasmico ^ Il corpo nucleare è chiamato nucleo ^ una o più paia di cromosomi lineari (DNA + istoni) ^ Nucleolo
Procarioti
^ No membrana nucleare ^ Il corpo nucleare è chiamato nucleoide ^ Generalmente contiene uno (o più) cromosomi circolari(tranne
Borrelia spp.) (DNA + proteine histone-like)
^ No nucleolo
Cellula procariotica - Nucleoide
^
Composizione:
^ cromosoma batterico (cromonema) ^ Singolo, bicatenario, doppia elica, circolare, superavvolto ^ Lungo ≈ 1000 μ m, contiene ≈ 3500 geni ^ DNA-topoisomerasi (es. DNA-girasi) necessari per la sua replicazione ^ elementi genetici extracromosomici ^ Plasmidi ^ Piccole dimensioni, DNA non cromosomico, doppia elica, elicoidale, circolare ^ Elementi trasponibili ^ Piccole sequenze DNA ^ Traslocano da una regione all’altra del genoma batterico, all’interno della stessa cellula
Cellula procariotica - Nucleoide
Funzioni:^
Cromosoma batterico^ DNA determina quali proteine ed enzimi è in grado di sintetizzare l’elemento cellulare e, quindi, quali reazioni chimiche è in grado disvolgere Plasmidi, trasposoni Veicolano sequenze geniche non presenti sul cromosoma, codificanti per differenti prodotti (batteriocine, adesine, siderofori, pili, determinanti antibiotico-R, etc
Cellula procariotica vs cellula eucariotica - Strutture citoplasmatiche
Eucarioti:^
Ribosomi 80S
(60S + 40S)
^ Organuli associati alla membrana interna (mitocondri, app.Golgi, reticolo endoplasmatico, vacuoli, lisosomi) ^ Cloroplasti (fotosintesi) ^ Citoscheletro
Procarioti
^ Ribosomi 70S(50S + 30S) ^ No organuli associati a membrana ^ Granuli (inclusioni) con funzione di riserva nutrizionale: ^ Glicogeno (poli-betaidrossibutirrato) ^ Polifosfati (granuli metacromatici o di volutina)
Cellula procariotica - Ribosomi
Generalmente, una cellula batterica può contenere fino a 15.000 ribosomi
Composizione:^
Densità 70S (50S + 30S) ^ 30S = 21 proteine + RNA16S ^ 50S= 34 proteine+RNA 5S e 23S ^ RNA-ribosomiale ^ Proteine
Funzione:^
Sede della sintesi proteica ^ Traduzione di m-RNA
Cellula procariotica - Membrana citoplasmatica
^
Composizione:
^ Tipica membrana biologica: ^ Natura fosfolipoproteica (40% lipidi, 60% proteine) ^ Doppio strato fosfolipidico attraversato da proteine ^ Il doppio strato fosfolipidico è disposto in modo daorientare le terminazioni polari verso la fase citoplasmaticaed extracellulare; quelle non polari verso il centro dellamembrana ^ No steroli (ad eccezione dei Micoplasmi). Presenza dimolecole steroli-simili (opanoidi) ad azione stabilizzante lafrazione,lipidica
Cellula procariotica -Membrana citoplasmatica
^
Funzioni:
^ Regolazione selettiva degli scambi da- e per l’ambiente extracellulare: ^ Trasporto passivo: ^ Diffusione semplice ^ Osmosi ^ Trasporto attivo: ^ mediato da carrier proteici ^ traslocazione di gruppo ^ Produzione di energia (ATP) ^ Sintesi di peptidoglicano ^ Sintesi di fosfolipidi ^ Contiene le basi flagellari ^ Eliminazione dei rifiuti metabolici ^ Formazione di endospore
Cellula procariotica vs cellula eucariotica - Parete cellulare
Eucarioti:^
Piante, alghe e funghi ^ parete cellulare (cellulosa, chitina) ^ Animali, protozoi ^ No parete cellulare
Procarioti
Eubacteria
^ parete cellulare composta da peptidoglicano
Archibacteria
^ Proteina, carboidrato complesso (simili a peptidoglicano)
Cellula procariotica - Parete cellulare
I batteri, o Eubacteria, presentano una parete cellulare contenente un complesso polimerico caratteristico chiamato peptidoglicano (mureina)
Gram positivebacteria Gram negativebacteria
Parete cellulare - Peptidoglicano
Glycan Backbone
Peptides
G
G
M
G
G
M
Escherichia coli
Peptidoglycan
Gram-Negative Peptidoglycan (Direct Interbridge)
Parete cellulare – peptidoglicano Struttura polimerica
