Procarioti

Procarioti

Il termine procariote deriva dal

greco antico “karyon”(nucleo) e

dal suffisso “pro”(prima).

I procarioti sono organismi

unicellulari molto semplici e privi

di nucleo.

Sono formati da cellule procariote

i batteri e le alghe azzurre che

costituiscono il regno biologico

delle monere.

I procarioti rappresentano i primi

organismi cellulari comparsi sulla Terra e

mostrano il minor livello di complessità tra

tutte le cellule dei viventi.

Le prime evidenze fossili della presenza dei

procarioti risalgono a 3,7 miliardi di anni fa,

appena 1 miliardo di anni dopo la

formazione del pianeta Terra, e si ipotizza

che siano originati a partire da protocellule,

ovvero una primitiva aggregazione

spontanea di diverse biomolecole presenti

nell’embrione.

Struttura della cellula

procariote

I procarioti costituiscono quasi il

50% della biomassa totale dei

viventi e hanno colonizzato ogni

angolo del pianeta Terra, in alcuni

casi adattandosi a sopravvivere in

condizioni estreme, come ad

esempio bocche vulcaniche dei

fondali oceanici, geyser, le saline e

ambienti fortemente acidi o basici.

Sono inoltre quasi sempre associati

ad organismi superiori come gli

animali e l’uomo sotto forma della

flora batterica (spesso benefica e

necessaria per l’organismo

ospitante) e possono essere talvolta

causa di patologie.

Archaea

Gli archei o archibatteri o archeobatteri sono

una suddivisione sistematica fondamentale, al

più basso livello, della vita cellulare. Più

precisamente e semplicemente, sono i procarioti

più antichi.

I procarioti si dividono in due regni

Bacteria Il regno Bacteria, dei batteri o eubatteri,

comprende microrganismi unicellulari, procarioti,

in precedenza chiamati anche schizomiceti, di

dimensioni solitamente dell'ordine di pochi

micrometri.Secondo la tassonomia proposta da

Robert Whittaker nel 1969, assieme alle

cosiddette "alghe azzurre" o "cianoficee", oggi

più correttamente chiamate cianobatteri, i batteri

costituivano il regno delle monere.

ArchaeaLa filogenesi e la relazione evolutiva tra

archaea, batteri ed eucarioti rimane poco

chiara. A parte le differenze nella struttura

delle cellule, nelle funzioni molti fattori di tipo

genetico accomunano archaea ed eucarioti.

L'ipotesi principale è l'endosimbiosi, cioè che

l'antenato degli eucarioti si sia discostato

anticipatamente da archaea, e che gli

eucarioti originino attraverso la fusione di un

archaea e un eubacterio, divenendone il

nucleo e il citoplasma: questa spiegazione è

l'unica plausibile e considerata un fatto

verificato dalla comunità scientifica.

Possono considerarsi regno o dominio a seconda degli schemi

classificativi, ma mostrano strutture biochimiche tali da

considerarsi un ramo basilare, presto distaccatosi dalle altre

forme dei viventi.

Per una parte gli Archei mantengono le caratteristiche dei

procarioti, ossia :

-assenza di un nucleo distinto e di organuli citoplasmatici

rivestiti da membrane;

-presenza di un unico filamento di DNA;

-strutture più complesse rispetto alla cellula eucariote

Date le condizioni in cui si possono

sviluppare essi:

-Presentano una composizione biochimica

unica delle loro strutture di rivestimento

che conferisce loro una notevole

impermeabilità e li differenzia dai batteri e

dagli eucarioti

-Sono principalmente organismi in grado di

vivere in condizioni estreme

Tipi di ARCHAEA

Euryarchaeota :

sono i meglio conosciuti ed

includono i metano-produttori

e gli alofili (organismi che

vivono in presenza di grandi

quantità di sale)

Crenarchaeota :

comprendono i

microrganismi termofili

(amanti del caldo)

Korarchaeota :

di loro si conosce solo

il DNA, ma nessun

microrganismo è stato

isolato finora.

Sebbene siano presenti in ambienti più ospitali,

come il plancton, gli Archaea sono gli abitatori degli

ambienti più estremi ed inospitali della Terra.

I termofili possono svilupparsi a temperature ben

superiori ai 100°C

Gli psicrofili a quelli inferiori a -10°C

Gli acidofili e gli alcalini crescono rispettivamente in

ambienti estremamente acidi o alcalini

Gli alofili prediligono ambienti ad elevatissima

salinità

La maggioranza degli archaea che vivono in condizioni di

stress ambientale moderato hanno membrane cellulari

formate da Glicerol di eteri, mentre quelli che sono

esposti alle più estreme presentano di preferenza glicerol-

tetra-eteri.

Bacteria

Il regno Bacteria, dei batteri o

eubatteri, comprende

microrganismi unicellulari,

procarioti, in precedenza

chiamati anche schizomiceti, di

dimensioni solitamente

dell'ordine di pochi micrometri.

Fra loro si distinguono per forma in:

Bacilli:

a forma di bastoncino;

Cocchi:

sferici;

Vibrioni:

a virgola;Spirilli:

a spirale

Spirochete:

con più curve

Un'altra importante suddivisione è quella che li

raggruppa secondo l'optimum di temperatura alla quale

possono crescere.

Per questa suddivisione si hanno, tre sottoclassi:

Batteri criofili o psicrofili

in grado di crescere e di moltiplicarsi a

temperature comprese tra 0 e 20 °C.

Batteri mesofili

la cui temperatura ottimale di crescita

si aggira attorno ai 25-45 °C.

Batteri termofili

vivono e si moltiplicano a

temperature relativamente elevate,

ovvero oltre i 45 °C e fino ai 122 °C.

Una classificazione è basata sulla loro relazione rispetto

a un organismo:

-Batteri commensali (simbionti), batteri che sono

normalmente presenti sulla superficie di un determinato

tessuto, senza causare malattia e/o possono svolgere

funzioni che possono essere utili all'organo stesso.

-Batteri patogeni, batteri la cui presenza indica patologia

e infezione

-Patogeni facoltativi, non causano sempre malattia,

dipende dall'individuo e dalla loro concentrazione

-Patogeni obbligati, causano in modo indipendente un

processo morboso

SalmonellaLa Salmonella è un batterio, appartenente alla

famiglia delle Enterobacteriaceae, che

rappresenta, insieme a Campylobacter, la

principale causa di malattia per l’uomo

trasmessa da alimenti contaminati (carne, uova e

latte consumati crudi o non pastorizzati) e da

acque non potabili. Il principale serbatoio

dell’infezione è l’apparato gastrointestinale di

vari animali e dell’uomo.

La gravità dei sintomi varia dai semplici disturbi

del tratto gastrointestinale (febbre, dolore

addominale, nausea, vomito e diarrea) fino a

forme cliniche più gravi (ad esempio, batteriemie

o infezioni a carico di polmoni e meningi) che si

verificano soprattutto in soggetti fragili (anziani,

bambini e soggetti con deficit a carico del

sistema immunitario).

Come si riproducono i procarioti?

La divisione cellulare nei procarioti è piuttosto

semplice.

I procarioti si dividono per scissione binaria,

un processo mediante il quale la cellula si

scinde in due parti, distribuendo i materiali e il

macchinario molecolare più o meno

equamente alle due cellule figlie.

Una nuova cellula figlia comincia una vita

indipendente subito dopo la divisione cellulare

e la velocità di crescita della cellula

individuale dipende dalle condizioni di

alimentazione e dalla temperatura.

In un terreno nutritivo con glucosio come

fonte di carbonio ed energia, una cellula a

37°C raddoppia di dimensioni e si divide circa

ogni 40 minuti

La duplicazione del DNA può essere divisa in 3 fasi:

Duplicazione del DNA Segregazione del DNA Citodieresi

Duplicazione del DNA

I batteri possiedono una solo molecola

di DNA legata a proteine che

costituisce un cromosoma circolare.

Per trovare posto dentro la cellula, la

molecola di DNA deve compattarsi

altrimenti sarebbe troppo lunga.

Nel cromosoma procariotico sono

presenti 2 zone che all’interno della

riproduzione svolgono una funzione :

ori che costituisce il punto in cui inizia

la duplicazione e ter, ovvero il punto in

cui termina.

Segregazione del DNADurante la duplicazione, le due molecole di DNA in formazione si spostano verso le estremità della cellula.Fondamentali per la segregazione sono delle proteine che si legano al DNA, questo è un processo attivo, dato che le proteine idrolizzano ATP per avere energia.

CitodieresiE’ la separazione delle cellule figlie.Il primo evento nella citodieresi è un restringimento della membrana plasmatica che forma un anello.Questo anello è formato con delle fibre composte da una proteina.Mentre l’anello si stringe, sulla parete cellulare si deposita nuovo materiale, così da dividere completamente le due cellule.

Evoluzione della cellula procariotica in eucariotica

Il passaggio dai procarioti agli eucarioti avvenne probabilmente grazie a tre diversi tipi di batteri che misero in comune le loro abilità iniziando a vivere in simbiosi. I principali tipi di batteri che vivevano sulla Terra prima della comparsa della cellula eucariotica erano i batteri aerobi, quelli anaerobi e i cianobatteri.

I batteri aerobi erano capaci di determinare l'ossidazione delle sostanze nutritive con

un elevato rendimento energetico, utilizzando l'ossigeno (O2).

I batteri anaerobi potevano operare la fermentazione di sostanze organiche con una

resa energetica molto più bassa

I cianobatteri potevano invece sfruttare la luce del sole per promuovere il

metabolismo cellulare e costruire da soli sostanze organiche complesse e ricche di

energia a partire da anidride carbonica (CO2) e acqua (H20).

L'ipotesi più accreditata propone che la prima cellula eucariotica si sia formata quando numerosi piccoli batteri a respirazione aerobia comparsi da poco sulla Terra penetrarono in un batterio anaerobio più grande instaurando un rapporto di simbiosi.Entrambi i microrganismi avrebbero ricavato vantaggi da questa associazione: i batteri aerobi si sarebbero trovati in un ambiente protetto e ricco di sostanze nutritive, i batteri anaerobi avrebbero acquisito la capacità di utilizzare l'ossigeno divenendo metabolicamente più attivi. Dato il continuo aumento di ossigeno nell'atmosfera, la selezione naturale avrebbe favorito tale simbiosi portando alla formazione di una cellula eucariotica primordiale simile a un ameba. In questa cellula i batteri aerobi ospiti, ereditati al momento della divisione cellulare divennero i primi mitocondri.

Un secondo gruppo di simbionti, batteri a forma di

flagelli simili alle moderne spirochete, si attaccarono

alla sua superficie dotandola della capacità di spostarsi

volontariamente nell'ambiente e dando vita a un

"ameboflagellato" ancestrale, diretto antenato dei

Funghi e degli Animali.

Alcune di queste primitive cellule eucariotiche

acquisirono un altro simbionte capace di effettuare la

fotosintesi, un cianobatterio. Quando tali simbionti

cominciarono a essere ereditati al momento della

divisione cellulare, alla stessa stregua dei mitocondri,

divennero degli organuli cellulari i cloroplasti. Furono

queste cellule equipaggiate di cloroplasti a dare origine

al Regno delle Piante.