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Procarioti

Che cosa sono i procarioti?

I procarioti sono gli organismi viventi caratterizzati dall'assenza di nucleo cellulare.

Il termine deriva dal greco antico "karyon" (= nucleo) e dal suffisso "pro" (= prima).

I procarioti rappresentano i primi organismi cellulari comparsi sulla Terra e mostrano il minore 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'ambiente.

In classificazione il gruppo dei procarioti è considerato un Dominio degli esseri viventi, seppur eterogeneo e controverso, tra i quali si possono distinguere due Regni: i Batteri (o Eubatteri) e gli Archea (o Archeobatteri).

Cellula procariote

I procarioti sono organismi unicellulari di dimensioni relativamente piccole, dell'ordine di pochi µm (1µm = 1 micrometro = 10-6 m), con una forma che può essere sferica (cocchi), a bastoncello (bacilli), a spirale allungata (spirochete), o filamentosa (vibrioni).

bacilli

Cellule batteriche (bacilli) al microscopio elettronico a scansione

In quasi tutti i procarioti la membrana cellulare è contornata da una parete cellulare, di spessore e composizione variabile e rilevabile con coloranti chimici (Gram positivi / Gram negativi), che protegge la cellula dalla rottura e dalla perdita di sostanze per osmosi.

La parete cellulare può essere a sua volta rivestita da uno strato contenente polisaccaridi e proteine, denominata capsula, dalla quale possono sporgere dei pili proteici.

La capsula facilita l'adesione della cellula al substrato ed è coinvolta nella formazione di spore (forme di resistenza a condizioni ambientali avverse). E' inoltre coinvolta nei meccanismi di virulenza verso altri organismi (infezioni batteriche).

Non essendoci membrane e compartimenti interni, nei procarioti la membrana plasmatica svolge gran parte delle funzioni cellulari e associati ad essa vi si trovano i sistemi di trasporto delle sostanze e assorbimento dei nutrienti (si veda: trasporto di membrana), così come i complessi respiratori e quelli fotosintetici (se presenti).

Molti tipi di procarioti sono in grado di muoversi grazie a dei flagelli.

Tali flagelli, strutturalmente più semplici rispetto ai flagelli degli eucarioti, permettono ai procarioti di muoversi ruotando vorticosamente in modo simile ad un'elica.

Inoltre, grazie a recettori presenti sulla superficie della cellula, i procarioti possono muoversi per chemiotassi, cioè in direzione di un gradiente di concentrazione maggiore (in genere di sostanze nutritive), o allontanarsi da sostanze tossiche.

cellula procariota

Rappresentazione schematica di una cellula procariote

Il genoma dei procarioti è costituito da un unico filamento circolare, non racchiuso da una membrana nucleare ma solamente raggrumato all'interno della cellula. La zona in cui è presente il genoma prende il nome di nucleoide.

Oltre al genoma, sono spesso presenti dei plasmidi che sono brevi segmenti circolari di DNA contenenti geni non essenziali per la cellula, ma che possono conferire caratteristiche aggiuntive.

I plasmidi possono essere trasferiti da una cellula all'altra (trasformazione batterica), contribuendo alla variabilità genetica dei procarioti. I processi di duplicazione del DNA, di trascrizione dell'RNA messaggero e della sintesi proteica avvengono nel citoplasma.

La riproduzione dei procarioti avviene per scissione binaria (mitosi), ovvero la cellula duplica il suo materiale genetico e si divide in due cellule identiche.

Il ciclo vitale dei procarioti può avvenire molto velocemente e pur essendo organismi unicellulari si trovano solitamente sotto forma di colonie composte da numerosi individui derivanti da divisioni successive.

Fin tanto che le condizioni ambientali sono ottimali la crescita della colonia segue un andamento esponenziale, successivamente la crescita della colonia si arresta e si assiste ad una progressiva decrescita dovuta alla carenza di sostanze nutritive ed un accumulo di sostanze di scarto.

L'apparato di replicazione del genoma dei procarioti è meno efficiente di quello degli eucarioti e durante la sintesi del nuovo filamento di DNA vi è una maggiore probabilità di errori (mutazioni geniche).

Quello che a prima vista potrebbe sembrare uno svantaggio può avere in realtà conseguenze favorevoli, perchè le mutazioni sono fonte di variabilità genetica e quindi di maggiore adattabilità all'ambiente nel corso delle generazioni.

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 le bocche vulcaniche dei fondali oceanici, i geyser, le saline, e ambienti fortemente acidi o basici. Sono inoltre quasi sempre presenti 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 talvolta essere causa di patologie.

Le cellule dei procarioti presentano diversi tipi di metabolismo e sono in grado di ricavare energia tramite la fotosintesi clorofilliana, la respirazione cellulare (aerobica e anaerobica) e la fermentazione di composti organici.

Sono inoltre in grado di sintetizzare gran parte dei componenti di cui hanno bisogno a partire da semplici composti come acqua, anidride carbonica e fonti inorganiche di azoto, fosforo, e zolfo.

Data la loro duttilità gli organismi procarioti si prestano a numerose applicazioni in campo biomedico e nel campo della produzione industriale.

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