Autore Bruno Pacifici

Procarioti ed Eucarioti

	Procarioti	Eucarioti
Organismi	Batteri e cianobatteri	Protisti, Funghi, Piante e Animali
Dimensioni cellulari	Generalmente da 1 a 10 mm di dimensioni lineari	Generalmente da 5 a 100 mm di dimensioni lineari
metabolismo	Anaerobio o aerobio	aerobio
organelli	Pochi o nessuno	Nucleo, mitocondri, cloroplasti, reticolo, endoplasmatico, ecc..
DNA	DNA circolare nel citoplasma	Molecole molto lunghe di DNA lineare contenenti molte regioni non codificanti; circondato da un involucro nucleare
RNA e proteine	RNA e proteine sintetizzate nello stesso compartimento	RNA sintetizzato ed elaborato nel nucleo; proteine sintetizzate nel citoplasma
Citoplasma	Assenza di citoscheletro: niente flussi citoplasmatici, endocitosi ed esocitosi	Citoscheletro composto da filamenti proteici; flussi citoplasmatici; endocitosi e esocitosi
Divisione cellulare	Cromosomi separati mediante attacco alla membrana plasmatica	Cromosomi separati da un fuso di citoscheletro
Organizzazione cellulare	In genere unicellulare	In genere multicellulare, con differenziamento di molti tipi cellulari

Tutta la vita cellulare ha le seguenti caratteristiche in comune.

· tutte le cellule hanno una membrana cellulare che separa il caos fuori da una cellula da un alto grado di organizzazione all’interno di essa.

· tutta la vita cellulare contiene DNA come materiale genetico. Tutte le cellule contengono alcune varietà di molecole di RNA e proteine, molte delle quali sono enzimi.

· tutte le cellule sono composte della stessa chimica di base: carboidrati, proteine, acidi nucleici, minerali, grassi e vitamine.

· Tutte le cellule regolano il flusso di nutrienti e cataboliti che entrano e lasciano la cellula.

· Tutte le cellule si riproducono e sono il risultato della riproduzione.

· Tutte le cellule richiedono un supplemento di energia.

· Tutte le cellule sono altamente regolate da un elaborato sistema sensoriale che le consente di essere consapevoli di ogni reazione che avviene all’interno di esse e attorno ad esse; queste informazioni sono continuamente processate per risponderne metabolicamente.

I criteri sopra esposti sono i requisiti minimi della vita. Due tipi di cellule però si sono evolute, quelle procariotiche e quelle eucariotiche. Oggi sappiamo che quelle eucariotiche si sono evolute da quelle procarotiche.

Quest’ultime, infatti, sono meno complesse delle eucariotiche a vari livelli . Ci sono forti dati a supportare l’idea che le cellule eucariotiche si siano evolute da aggregati di cellule procariotiche che sono diventate interdipendenti l’una con l’altra e che eventualmente si siano fuse in un'unica singola cellula. La spiegazione più plausibile per l’organizzazione metabolica delle attuali cellule eucariotiche è data dalla teoria endosimbiontica di organismi aerobi con quelli anaerobi con i quali è cominciata la vita.

Il grado di organizzazione delle cellule eucariotiche è molto più alto grazie alla compartimentazione degli organuli interni dovuta a membrane. I più importanti organelli eucariotici sono:

· il nucleo, che contiene DNA e gli enzimi per la sintesi di DNA e per il processo di trascrizione.

Eukaryotic cell structure. The large structure on the bottom right is the eukaryotic nucleus, containing the cell's DNA. Mitochondria, which are approximately the SIZE OF BACTERIA and which are surrounded by their OWN MEMBRANE, lie outside of the nuclear membrane in the cytoplasm. The tiny dark bodies in the cytoplasm are ribosomes, and starch granules.

· i mitocondri che producono energia rifornendo la cellula di ATP. I mitocondri contengono DNA e un macchinario sintetizzante proteine che somiglia al macchinario dei procarioti. I mitocondri umani vengono ereditati interamente dalla madre (l’uovo) e così i cambiamenti (mutazioni) nel DNA mitocondriale sono tracciati soltanto attraverso la madre.

Eukaryotic muscle cell. This EM photograph shows muscle fibers surrounded by mitochondria and glycogen granules. The latter are converted to ATP by the mitochondria to supply the muscle fibers with energy.

· i cloroplasti che consentono alle piante di intrappolare l’energia luminosa come energia svolgendo la fotosintesi.

· l’apparato di Golgi che secerne sostanze.

Altri caratteri cellulari:

· i ribosomi che sono le strutture sulle quali vengono costruite le proteine. Tutte le cellule li contengono, ma sono differenti tra procarioti ed eucarioti.

· le cellule fotosintetiche contengono forme del pigmento che intrappola la luce, la clorofilla. Quasi tutta la vita sulla terra dipende da essa. Ci sono molti batteri fotosintetici, ma molti di essi hanno un meccanismo di fotosintesi che è differente da quello usato dai procarioti.

· le strutture di motilità. Non tutte le cellule sono mobili, ma entrambi i gruppi hanno cellule che lo sono. Alcune hanno i flagelli che sono strutture lunghe e fini che ruotano; altre si muovono su superfici solide e altre hanno strutture rigide come fibre che muovono come remi. I flagelli dei batteri sono composti da una singola proteina avvolta a formare un filamento. La base agisce come un motore e contiene una articolazione flessibile. Il motore può cambiare direzione se necessario ma muove solo in avanti. I flagelli degli eucarioti invece sono molto complessi e composti di vari filamenti.

· molte cellule si dividono per scissione binaria dove la cellula si divide in due cellule figlie che sono piccoli duplicati dell’originale. Poche cellule si riproducono per gemmazione, dove la cellula figlia cresce dalla parentale e gradualmente aumenta di dimensioni fino a staccarsi.

· tutte le cellule hanno i loro geni arrangiati in catene lineari chiamati cromosomi. Le cellule eucariotiche contengono 2 o più copie di ogni gene (con qualche eccezione) su cromosomi duplicati. Durante la divisione cellulare i cromosomi delle cellule eucariotiche sottostanno ad un processo organizzato di replicazione visibile sotto il microscopio. Questo processo, chiamato mitosi, assicura che ogni cellula figlia riceva una copia completa del genoma parentale. Le cellule procariotiche usualmente contengono una singola molecola di DNA presente in uno stato più o meno libero. Nelle fotografie al microscopio elettronico è possibile osservarlo nella forma di un aggregato che prende il nome di nucleoide. Mentre il suo processo di replicazione etc.. è anch’esso altamente organizzato, non è visibile sotto il microscopio.

· le cellule eucariotiche oscillano in dimensioni tra i 2 e 200 mm ,mentre quelle procariotiche tra i 0,1 e i 2 mm. Tuttavia, una larga cellula procariotica di 600 mm di lunghezza è stata recentemente scoperta. Questo batterio è molto più largo del paramecio osservato in laboratorio e può essere visto ad occhio nudo.

· fino a poco tempo fa si pensava che solo le cellule eucariotiche potessero esistere in gruppi multicellulari coordinati come organi e tessuti, ma recentemente l’evidenza indica che alcune cellule procariotiche contengono cellule differenziate nelle loro masse coloniali che svolgono differenti attività importanti alla sopravvivenza della colonia.

Mobile cells forming flares at the edge of a colony. Some highly motile cells produce aggressively spreading colonies. At the edges of these colonies special large motile cells are formed. These cells move in a coordinated fashion, forming long chains of unconnected giant cells which produce "flares" or streams of giant cells that rapidly move out from the colony edge in this characteristic fashion. Recent data indicate that these flare-cells are differentiated from the cells further back in the colony.

I procarioti talvolta contengono inclusioni citoplasmatiche, costituite da materiale di riserva fatto di composti a base di carbonio, azoto, zolfo o fosforo. Queste inclusioni possono formarsi quando le sostanze nutrienti sono in eccesso nell’ambiente, e servono alla cellula come depositi di sostanze nutrienti per quando scarseggino.

Unknown large bacterium found in forest pond. Note the large granules which could be sulfur or poly-beta- hydroxybutyric acid. Image taken using a phase contrast X40 objective.