Cellula procariotica: struttura e funzionalità Prof. Raffaele Piccolomini Ordinario di Microbiologia e Microbiologia Clinica Laboratorio di Microbiologia Clinica Dipartimento 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
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Cellula procariotica: struttura e funzionalità · Cellula procariotica - Membrana citoplasmatica Composizione: Tipica membrana biologica: Natura fosfolipoproteica (40% lipidi, 60%
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Cellula procariotica: struttura e funzionalità
Prof. Raffaele Piccolomini Ordinario di Microbiologia e Microbiologia Clinica
Laboratorio di Microbiologia Clinica Dipartimento 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 µm Cellula eucariotica: 10 < d < 100 µm
“ “ d= 20 µm, sup/vol = 0.3:1 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 di
energia e gli scambi con l’ambiente esterno
Cellula procariotica - Morfologia La maggior parte dei batteri si presenta sotto forma di:
Cocchi (d = 0.5-1 µm) 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 (0.5-1 µm x 1-4 µm):
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 reticolo endoplasmico
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 µm, 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 eucariotica (mouse L-cell)
Cellula procariotica (Bacillus megaterium)
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 di
svolgere 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
Natura fosfolipoproteica (40% lipidi, 60% proteine) Doppio strato fosfolipidico attraversato da proteine
Il doppio strato fosfolipidico è disposto in modo da orientare le terminazioni polari verso la fase citoplasmatica ed extracellulare; quelle non polari verso il centro della membrana
No steroli (ad eccezione dei Micoplasmi). Presenza di molecole steroli-simili (opanoidi) ad azione stabilizzante la frazione,lipidica
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
la natura semipermeabile previene l’ingresso di sostanze tox
Involucri esterni Gram-positivi
Acidi teicoici (ac. teicuronici) Esclusivi dei Gram+ Glicerolo+fosfato+ribitolo Ac. lipoteicoici (funzione di ancoraggio) Str. pyogenes, associata a proteina M con
Taxis (tassi) Movimento in risposta ad uno stimolo Chemiotassi (chimico) Fototassi (luminoso) Osmotassi (pressione osmotica) Erotassi (ossigeno) Termotassi (termico)
Strutture extra-parietali Pili (fimbriae) Composizione: Presenti solo nei Gram-negativi Sottili tubi proteici originati dalla membrana citoplasmatica Rivestimento proteico (pilina)
Tipologia: Pili di adesione Pili coniugativi (pili F) Funzioni:
Pili di adesione Colonizzazione superfici inerti Elusione risposta immune (modificazione struttura pili)
Pili coniugativi (pili F) Ricombinazione genica (coniugazione)