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La cellula procariotica

Caratteristiche e struttura

La cellula procariotica differisce dalla cellula eucariotica principalmente per la mancanza del nucleo. I due termini indicano infatti la presenza o meno di un involucro in grado di contenere il materiale genetico. Nei procarioti il DNA è libero nel citoplasma, mentre negli eucarioti è racchiuso da una membrana nucleare (o carioteca) che lo separa dal citoplasma.

Le cellule procariotiche sono una forma più primitiva di cellule, e organismi unicellulari come i batteri sono costituiti da questo tipo di cellula. Le dimensioni dei batteri si aggirano prevalentemente tra 1 e 3 μm, di forma sferica (cocchi) allungata (bacilli) oppure a spirale (spirochete o spirilli). Talvolta queste cellule sono dotate di flagelli, cioè appendici esterne costituite da un polimero, la flagellina, che ne facilitano il movimento nei liquidi come dei timoni o remi.

I batteri si trovano ovunque, colonizzano il terreno, il mare, fiumi, vivono come ospiti (o talvolta parassiti) di organismi superiori come anche l'uomo.

La cellula procariotica è racchiusa da un involucro detto membrana plasmatica, che a sua volta è rivestita esternamente da un involucro protettivo robusto, la parete cellulare. La parete conferisce ai batteri la forma e la resistenza alle pressioni e sollecitazioni esterne. E' costituita da un polimero detto peptidoglicano (o strato mureinico), costituito dalla ripetizione di due monomeri (N-acetil-glucosamina e acido N-acetil-muramico). Le catene costituite da questi monomeri si legano tra loro grazie a ponti di amminoacidi, formando in questo modo un involucro che, come una reticella, avvolge il batterio. La composizione chimica della parete e dei ponti che legano tra loro le fibre del peptidoglicano varia e permette di distinguere due classi di batteri, Gram positivi e Gram negativi (Gram + e Gram -). Tale distinzione, sviluppata dal danese Hans Christian Gram nel secolo scorso, si basa su una differente capacità della parete batterica di legare un colorante basico viola (violetto di genziana o cristalvioletto). Trattando una colonia di batteri Gram + con questo colorante per 3-4 minuti, e effettuando un successivo lavaggio (prima con liquido di Lugol (una soluzione iodata), che forma con il colorante basico un composto liposolubile, e poi con etanolo), i batteri Gram + rimangono colorati in viola, perchè il colorante si lega alla parete che non viene intaccata dai successivi lavaggi. I Gram - invece (come Escherichia Coli) quando son lavati con etanolo perdono il colorante legato. Essi hanno infatti una parete molto più sottile, racchiusa all'esterno a sua volta da un'altro strato membranoso costituito da fosfolipidi e macromolecole organiche, come lipopolisaccaridi e proteine (per es. le porine, canali proteici che attraversano questa membrana esterna). Quindi il colorante che raggiunge la parete è molto inferiore nei Gram -, che quando vengono lavati con Lugol ed etanolo perdono la membrana esterna in cui era principalmente trattenuto il colorante.

Il materiale genetico nei procarioti è costituito da un'unica molecola circolare di DNA, sparsa nel citoplasma e compattata su sè stessa. Il DNA infatti nei batteri può raggiungere anche 1 mm di lunghezza, quindi deve essere avvolto e compattato per stare rinchiuso in uno spazio mille volte più ristretto. Il DNA si trova connesso alla membrana cellulare in alcune introflessioni della stessa, dette mesosomi. Il mesosoma fornisce l'ATP necessario per l'apertura della doppia elica all'inizio della duplicazione del DNA.

A volte oltre il DNA troviamo anche dei piccoli DNA circolari, detti plasmidi. I plasmidi possono conferire alla cellula ulteriori caratteristiche (come la resistenza a antibiotici) e si replicano in maniera autonoma. Probabilmente sono il residuo preistorico di inglobamento di cellule più piccole da parte dei batteri. I plasmidi possono essere modificati artificialmente per la trasformazione batterica.

Altre volte ancora possiamo trovare delle vescicole, o vacuoli, nella cellula: possono contenere sostanze gassose, o essere deputati al processo fotosintetico, o contenere depositi lipidici o di polisaccaridi per alcuni processi sintetici.

Il metabolismo nelle cellule procariotiche varia da organismo ad organismo. Generalmente avviene la glicolisi, cioè la degradazione del glucosio in condizioni anaerobiche per ottenere energia sottoforma di ATP. Altri organismi sono in grado di effettuare anche la fotosintesi (es. i cianobatteri).

I batteri si duplicano per scissione; questa avviene dopo la duplicazione del materiale genetico, e successiva divisione del citoplasma in due, con scissione della cellula madre in due cellule figlie esattamente identiche e con lo stesso corredo comosomico. Generalmente il tempo di duplicazione, in condizioni di ambiente (temperatura, sostanze nutritizie) ottimali per la replicazione, è di circa 20 minuti.