Gli scienziati ritengono che le cellule procariotiche siano state alcune delle prime forme di vita sulla Terra. Queste cellule sono ancora abbondanti oggi e possono essere suddivise in batteri e archei.
Un classico esempio di cellula procariotica è Escherichia coli (E. coli).
Le cellule procariotiche sono fondamentali per padroneggiare la biologia cellulare delle scuole superiori. Continua a leggere per conoscere i vari componenti cellulari dei procarioti.
Cosa sono i procarioti?
I procarioti tendono ad essere semplici organismi unicellulari senza legami di membrana organelli o un nucleo. eucarioti avere queste strutture.
Miliardi di anni fa, i procarioti potrebbero essersi evoluti da molecole organiche legate alla membrana chiamate protobionti. Potrebbero essere state le prime forme di vita sul pianeta.
Puoi dividere i procarioti in due domini: batteri e Archea.
(Nota che quando scrivi dei domini, i nomi dovrebbero essere in maiuscolo. Tuttavia, puoi lasciarli in minuscolo quando scrivi dei due gruppi in generale.)
Entrambi i gruppi sono costituiti da piccoli organismi unicellulari, ma ci sono differenze tra loro. I batteri hanno peptidoglicani nella loro pareti cellulari e gli archaea no. Inoltre, i batteri hanno acidi grassi nei loro lipidi di membrana plasmatica mentre gli archaea hanno fitanile gruppi.
Alcuni esempi di batteri comuni includono e. coli e Staphylococcus aureus (meglio noto come stafilococco). Gli alofili che vivono nel sale sono un esempio di archaea.
Batteri: le basi
I batteri sono uno dei due domini che compongono le cellule procariotiche. Sono diverse forme di vita e si riproducono per fissione binaria.
Ci sono tre fondamentali forme delle cellule batteriche: cocci, bacilli e spirilla. I cocchi sono batteri ovali o sferici, i bacilli sono a forma di bastoncino e le spirille sono spirali.
I batteri svolgono un ruolo importante nelle malattie e nella salute umana. Alcuni di questi microbi, come Staphylococcus aureus, può causare infezioni nelle persone. Tuttavia, altri batteri sono utili, come Lactobacillus acidophilus, che aiuta il corpo a scomporre il lattosio presente nei latticini.
Archaea: le basi
Inizialmente classificati come batteri antichi e chiamati "archeobatteri", gli archaea ora hanno il loro dominio. Molte specie di archaea sono estremofili e vivono in condizioni estreme, come sorgenti calde bollenti o acqua acida, che i batteri non possono tollerare.
Alcuni esempi includono ipertermofili che esistono a temperature superiori a 176 gradi Fahrenheit (80 gradi Celsius) e alofili che possono vivere in soluzioni saline che vanno dal 10 al 30 percento. Le pareti cellulari degli archei offrono protezione e consentono loro di vivere in ambienti estremi.
Gli archaea hanno molte forme e dimensioni diverse che vanno dalle aste alle spirali. Alcuni aspetti del comportamento degli archei, come la riproduzione, sono simili ai batteri. Tuttavia, altri comportamenti, come l'espressione genica, assomigliano agli eucarioti.
Come si riproducono i procarioti?
I procarioti possono riprodursi in diversi modi. I tipi fondamentali di riproduzione includono germogliamento, fissione binaria e frammentazione. Sebbene alcuni batteri abbiano la formazione di spore, non è considerata riproduzione perché non ci sono prole formate attraverso questo processo.
Gemmazione accade quando una cellula fa un bocciolo che sembra una bolla. Il germoglio continua a crescere mentre è attaccato alla cellula madre. Alla fine, il germoglio si stacca dalla cellula madre.
fissione binaria accade quando una cellula si divide in due cellule figlie identiche. frammentazione accade quando una cellula si rompe in piccoli pezzi o frammenti e ogni pezzo diventa una nuova cellula.
Che cos'è la fissione binaria?
La fissione binaria è un tipo comune di riproduzione nelle cellule procariotiche. Il processo prevede la divisione della cella madre in due celle identiche. Il primo passo nella fissione binaria è copiare il DNA. Quindi, il nuovo DNA si sposta all'estremità opposta della cellula.
Successivamente, la cellula inizia a crescere ed espandersi. Alla fine, a settale l'anello si forma nel mezzo e pizzica la cellula in due pezzi. Il risultato sono due celle identiche.
Quando confronti la fissione binaria con la divisione cellulare nelle cellule eucariotiche, potresti notare alcune piccole somiglianze. Ad esempio, entrambi mitosi e la fissione binaria creano cellule figlie identiche. Entrambi i processi coinvolgono anche la duplicazione del DNA.
Struttura delle cellule procariotiche
La struttura cellulare dei procarioti può variare, ma la maggior parte degli organismi ha diversi componenti di base. I procarioti hanno un membrana cellulare o membrana plasmatica che funge da copertura protettiva. Hanno anche un rigido parete cellulare per un maggiore supporto e protezione.
Le cellule procariotiche hanno ribosomi, che sono molecole che producono proteine. Il loro materiale genetico è nel nucleoide, che è la regione in cui vive il DNA. Ulteriori anelli di DNA chiamati plasmidi galleggiare intorno al citoplasma. È importante notare che i procarioti non hanno una membrana nucleare.
Oltre a queste strutture interne, alcune cellule procariotiche hanno un pilus o flagello per aiutarli a muoversi. Un pilus è una caratteristica esterna simile a un pelo, mentre un flagello è una caratteristica esterna simile a una frusta. Alcuni procarioti come i batteri hanno una capsula all'esterno delle pareti cellulari. Anche l'immagazzinamento dei nutrienti può variare, ma molti procarioti utilizzano granuli di accumulo nel loro citoplasma.
Informazioni genetiche nei procarioti
L'informazione genetica nei procarioti esiste all'interno del nucleoide. A differenza degli eucarioti, i procarioti non hanno un nucleo legato alla membrana. Invece, le molecole circolari di DNA vivono in una regione del citoplasma. Ad esempio, il cromosoma batterico circolare è un grande anello invece dei singoli cromosomi.
La sintesi del DNA nei batteri inizia con l'inizio della replicazione in una specifica sequenza nucleotidica. Quindi, si verifica l'allungamento per aggiungere nuovi nucleotidi. Successivamente, la terminazione avviene dopo la formazione del nuovo cromosoma.
Espressione genica nei procarioti
Nei procarioti, l'espressione genica avviene in modo diverso. Sia i batteri che gli archei possono avere la trascrizione e la traduzione avvenire contemporaneamente.
Ciò significa che le cellule possono produrre aminoacidi, che sono gli elementi costitutivi delle proteine, in qualsiasi momento.
La parete cellulare procariotica
La parete cellulare nei procarioti ha diversi scopi. Protegge la cellula e offre supporto. Inoltre, aiuta la cellula a mantenere la sua forma e ne impedisce lo scoppio. Situata all'esterno della membrana plasmatica, la struttura complessiva della parete cellulare è più complicata di quella che si trova nelle piante.
Nei batteri, la parete cellulare è costituita da peptidoglicano o murein, che è costituito da catene di polisaccaridi. Tuttavia, le pareti cellulari differiscono tra batteri gram-positivi e gram-negativi.
I batteri Gram-positivi hanno una parete cellulare spessa, mentre i batteri Gram-negativi ne hanno una sottile. Poiché le loro pareti sono sottili, i batteri gram-negativi hanno uno strato extra di lipopolisaccaridi.
Gli antibiotici e altri farmaci possono colpire le pareti cellulari dei batteri senza danneggiare gli esseri umani perché le persone non hanno questo tipo di pareti nelle loro cellule. Tuttavia, alcuni batteri sviluppano resistenza agli antibiotici e i farmaci smettono di essere efficaci.
La resistenza agli antibiotici si verifica quando i batteri si evolvono e quelli con mutazioni che consentono loro di sopravvivere ai farmaci sono in grado di moltiplicarsi.
Stoccaggio dei nutrienti nei procarioti
La conservazione dei nutrienti è importante per i procarioti perché alcuni di loro esistono in ambienti che rendono difficile avere scorte di cibo consistenti. I procarioti hanno sviluppato strutture specifiche per la conservazione dei nutrienti.
vacuoli fungono da bolle di stoccaggio per cibo o sostanze nutritive. Anche i batteri possono avere inclusioni, che sono strutture per mantenere riserve di glicogeno o amidi. Microscomparti nei procarioti hanno gusci proteici e possono contenere enzimi o proteine. Esistono tipi specializzati di microcompartimenti come such magnetosomi e carbossisomi.
Che cos'è la resistenza agli antibiotici?
C'è una crescente preoccupazione per la resistenza agli antibiotici in tutto il mondo. La resistenza agli antibiotici si verifica quando i batteri sono in grado di evolversi e non rispondono più ai farmaci che in precedenza li hanno distrutti. Ciò significa che le persone che assumono un antibiotico non saranno in grado di uccidere i batteri all'interno del loro corpo.
Selezione naturale promuove la resistenza nei batteri. Ad esempio, alcuni batteri hanno mutazioni casuali che consentono loro di resistere agli antibiotici. Quando prendi un farmaco, non funzionerà su questi batteri resistenti. Successivamente, questi batteri possono crescere e moltiplicarsi.
Possono anche conferire la loro resistenza ad altri batteri condividendo i geni, creando superbatteri difficili da trattare. Resistente alla meticillina Staphylococcus aureus (MRSA) è un esempio di superbatterio resistente agli antibiotici.
replicazione del DNA si verifica più rapidamente nei procarioti rispetto agli eucarioti, quindi i batteri possono riprodursi a un ritmo molto più veloce rispetto agli umani. La mancanza di punti di controllo durante la replicazione nei batteri rispetto agli eucarioti consente anche mutazioni più casuali. Tutti questi fattori contribuiscono alla resistenza agli antibiotici.
Probiotici e batteri amici
Sebbene i batteri causino spesso malattie umane, le persone hanno anche relazioni simbiotiche con alcuni microbi. I batteri benefici sono importanti per la salute della pelle, del cavo orale e dell'apparato digerente.
Per esempio, Bifidobatteri vivono nel tuo intestino e ti aiutano a scomporre il cibo. Sono parti cruciali di un sistema intestinale sano.
I prebiotici sono alimenti che aiutano la microflora nell'intestino. Alcuni esempi comuni includono aglio, cipolla, porri, banane, tarassaco e asparagi. I prebiotici forniscono la fibra e i nutrienti di cui i batteri intestinali benefici hanno bisogno per crescere.
D'altra parte, i probiotici sono batteri vivi che possono aiutare la digestione. Puoi anche trovare organismi probiotici in alimenti come yogurt o kimchi.
Trasferimento genico nei procarioti
Esistono tre tipi principali di trasferimento genico nei procarioti: trasduzione, coniugazione e trasformazione. La trasduzione è il trasferimento genico orizzontale che avviene quando un virus aiuta a spostare il DNA da un batterio all'altro.
Coniugazione comporta la fusione temporanea di microbi per trasferire il DNA. Questo processo di solito comporta un pilus. La trasformazione si verifica quando un procariota assorbe pezzi di DNA dal suo ambiente.
Il trasferimento genico è importante per la malattia perché consente ai microbi di condividere il DNA e diventare resistenti ai farmaci. Ad esempio, i batteri resistenti a un antibiotico possono condividere i geni con altri batteri. Potresti incontrare il trasferimento di geni tra microbi nelle tue lezioni di scienze, in particolare nei laboratori universitari, perché è significativo per la ricerca scientifica.
Metabolismo dei procarioti
Il metabolismo nei procarioti varia più di quello che troverai negli eucarioti. Consente ai procarioti come gli estremofili di vivere in ambienti estremi. Alcuni organismi usano la fotosintesi, ma altri possono ricavare energia dal carburante inorganico.
Puoi classificare i procarioti in autotrofi e eterotrofi. Gli autotrofi ottengono carbonio dall'anidride carbonica e producono il proprio cibo organico da materiali inorganici, ma gli eterotrofi ottengono carbonio da altri esseri viventi e non possono produrre il proprio cibo organico.
I principali tipi di autotrofi sono fototrofi, litotrofi e organotrofi. I fototrofi usano la fotosintesi per ottenere energia e produrre carburante. Tuttavia, non tutti producono ossigeno come fanno le cellule vegetali durante il processo.
Cianobatteri sono un esempio di fototrofi. I litotrofi usano molecole inorganiche come cibo e di solito si affidano alle rocce come fonte. Tuttavia, i litotrofi non possono ottenere carbonio dalle rocce, quindi hanno bisogno di aria o altra materia che contenga questo elemento. Gli organotrofi usano i composti organici per ottenere i nutrienti.
Procarioti vs. eucarioti
I procarioti e gli eucarioti non sono la stessa cosa perché i tipi di cellule che hanno differiscono notevolmente. I procarioti non hanno gli organelli e il nucleo legati alla membrana che trovi negli eucarioti; il loro DNA galleggia all'interno del citoplasma.
Inoltre, i procarioti hanno una superficie più piccola rispetto agli eucarioti. Inoltre, i procarioti sono unicellulari nonostante alcuni organismi siano in grado di aggregarsi per formare colonie.
Le cellule procariotiche sono meno organizzate delle cellule eucariotiche. Ci sono anche differenze nei livelli di regolazione, come la crescita cellulare, nei procarioti. Puoi vederlo nei tassi di mutazione dei batteri perché meno regolamenti consentono mutazioni e moltiplicazioni rapide.
Poiché i procarioti non hanno organelli, il loro metabolismo è diverso e meno efficiente. Ciò impedisce loro di crescere a grandi dimensioni e talvolta limita la loro capacità di riprodursi. Tuttavia, i procarioti sono una parte importante di tutti gli ecosistemi. Dalla salute umana alla ricerca scientifica, questi piccoli organismi sono importanti e possono influire notevolmente su di te.