Cellula procariotica

La membrana

Innanzi tutto la cellula ha bisogno di qualcosa che la definisca, che distingua ciò che sta dentro da ciò che sta fuori: una superficie di confine, una barriera quindi. Però la cellula è un essere vivente, ha bisogno di nutrirsi, respirare (quindi introdurre sostanze), ed espellere sostanze indesiderate; inoltre cresce e si modifica, quindi questa barriera deve potersi modificare con facilità secondo le sue esigenze.

Per costruire una membrana con queste caratteristiche, l'evoluzione ha scelto un particolare tipo di molecole organiche, i fosfolipidi. Questi sono dei lipidi formati da una molecola di glicerolo legata a due acidi grassi e un gruppo fosfato. In questo modo queste molecole hanno due code formate da carbonio e idrogeno, quindi fortemente lipofile (attratte dai grassi, quindi anche dalle code degli altri fosfolipidi) e idrofobe, e una "testa" costituita dal gruppo fosfato, elettricamente carica, quindi fortemente idrofila (che tende a stare a contatto con l'acqua). Le cellule sono costituite principalmente da un ambiente acquoso, quindi queste molecole cercano di orientare le loro teste verso questo ambiente acquoso, e le code invece più lontano possibile: il modo più semplice è quello di raggrupparsi in due strati uno di fronte all'altro, con le teste verso l'esterno acquoso e le code verso l'interno, a contatto tra loro.
Questi due strati formano, appunto, la struttura principale della membrana. le molecole non sono unite da legami forti, ma da deboli forze elettrostatiche, così che si possono muovere facilmente le une rispetto alle altre, lungo la superficie della membrana.

Trasporto

Una membrana formata solo da fosfolipidi, però, non riuscirebbe a svolgere tutte le funzioni necessarie: ad esempio non trasporta facilmente tutte le molecole che devono entrare e uscire dalla cellula.

La membrana è fatta da un doppio strato all'interno del quale ci stanno le code dei fosfolipidi, quindi un ambiente fortemente lipofilo: le molecole abbastanza lipofile riescono ad attraversarlo, ma non certo gli ioni (sono carichi, quindi molto idrofili e lipofobi) o le molecole molto grandi, che non riuscirebbero a farsi spazio tra i fosfolipidi. Inoltre, queste molecole che riescono ad attraversare la membrana di norma lo fanno solo per le normali leggi fische/chimiche, quindi in questo caso per diffusione (cioè da una soluzione più concentrata a una meno concentrata); mentre alle cellule spesso serve spostare una sostanza dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata.

Per svolgere queste funzioni aggiuntive la cellula si serve delle proteine di membrana: si tratta di proteine che rimangono legate alla membrana attraverso tratti di $\alpha$-elica, lipofili, che interagiscono attraverso forze di Van Der Waals con i fosfolipidi.

Molte di queste proteine servono appunto per il trasporto delle sostanze: alcune attraversano la membrana con quattro tratti di $\alpha$-elica, formando così un canale che può essere attraversato dalle molecole, molto più facilmente che non passando attraverso i fosfolipidi. In questo caso il trasporto è passivo: viene semplicemente facilitato il passaggio per diffusione delle sostanze, senza fornire energia. Viene così risolto il problema del passaggio di molecole grosse o ioni, ma non quello di spostare molecole nella direzione opposta a quella di una normale diffusione.

Per quest'ultimo problema ci sono altre proteine, che effettuano un trasporto attivo: utilizzando energia, modificano la loro conformazione in modo da "spingere" le sostanze da una parte all'altra della membrana, anche contro quella che sarebbe la normale direzione di diffusione.

Cerchiamo di capire come questo avviene.

Un esempio di trasporto attivo può iniziare con una proteina, posta all'esterno della membrana, che si lega alla sostanza da trasportare (proteina di riconoscimento); questa proteina interagisce con la proteina di trasporto vera e propria comunicandole che c'è una molecola da trasportare; la proteina di trasporto prende energia consumando una molecola di ATP, e con questa energia modifica la sua conformazione in modo da trasportare la molecola da una parte all'altra della membrana.

In alcuni casi possono essere trasportate anche due molecole diverse allo stesso tempo, anche con lo scopo di mantenere costante la differenza di potenziale sulle due facce della membrana, o per sfruttare l'energia generata dal passaggio di una molecola per trasportare l'altra.

La parete

Sostanze polimeriche extracellulari

Strato S

Lo strato S che invece protegge la cellula dalla fluttuazione ionica o del Ph, dalla pressione osmotica, dall'azione enzimatica e ad alcuni batteri conferisce protezione dalla difesa della cellula ospite. Questo di trova sia negli Archea che nei batteri. Nei primi è l'unica membrana presente immediatamente all'esterno di quella plasmatica, mentre, nei secondi, si trova all'esterno della membrana esterna nei Gram-negativi e invece nei Gram-positivi si trova associata alla catena di peptidoglicani.

Capsula

Alcuni organismi possiedono uno strato di materiale che si estende all'esterno della parete cellulare. Quando esso è ben delineato e difficilmente rimovibile è detto Capsula

Flagelli e Ciglia

I flagelli servono per il movimento della cellula e si presentano sotto forma di piccoli vermicelli (lo spermatozoo è ad esempio provvisto di flagello per entrare nella cellula uovo). La maggioranza dei batteri che hanno la caratteristica della motilità hanno i flagelli. Questi si trovano all'esterno della membrana plasmatica ed esterna, essi sono in grado di conferire movimento alla cellula. Da batterio a batterio si diversifica la quantità e la posizione di questi ultimi. La loro struttura si diversifica in tre strutture diverse. Essi sono sottili e per poterli osservare al microscopio c'è bisogno di un colorante che ne aumenti lo spessore. I batteri monotrichi hanno un solo flagello che se disposto ad uno dei poli della cellula è detto flagello polare I batteri amfitrichi hanno due flagelli al poli I batteri lofotrichi presentano un ciuffo di flagelli ad entrambi i poli I batteri perifrichi hanno uniformemente i flagelli su tutta la superficie Il flagello si compone di : Una porzione più lunga ed evidente detta filamento Di un corpo basale che è incluso nella cellula Un gancio che è un breve segmento incurvato che unisce il filamento ad un corpo basale e funziona come giunto flessibile Il filamento appare come un cilindro rigido e cavo che ha una sola proteina: Flagellina. Questo termina con una proteina a forma di cappuccio. In alcuni batteri i flagelli sono avvolti da guaine come i Bdellovibrio e i vibriochollarae. Il gancio è composto da diverse proteine ed è leggermente più largo del filamento. Il corpo basale è invece la parte più complessa del flagello. Le ciglia invece sono più corte rispetto ai flagelli e a differenza di questi ultimi sono delle appendici cellulari che si estendono dalla superficie di molte cellule eucariotiche. Le ciglia si originano, insieme ai flagelli, dal corpo basale. Un esempio di ciglia è presente, nel genere umano, nelle pareti interne della trachea: all'atto della respirazione le ciglia si muovono e trattengono i microbi e, in generale, le particelle in sospensione nell'aria.

Pili semplici

I pili semplici o fimbrie sono degli speciali corpuscoli presenti sulla superficie della cellula e permettono ad essa non solo di aderire a qualsiasi superficie come un tessuto o un masso in un torrente ma in alcune specie per esempio alcuni ceppi di Coli permette lo scivolamento, questo è dato dalle fimbrie di IV tipo. Questo sono numerosissime, possono essere presenti anche più di 1000 in un solo organismo, e hanno diametro di circa 3-10 nm

Pilus sessuale

I pili invece sono corpuscoli che presentano fattori sessuali o plasmidi e sono presenti ai poli della cellula e sono necessari per la coniugazione batterica. Alcuni virus dei batteri (fagi) si attaccano proprio ai pili sessuali specificamente a recettori all'inizio del loro ciclo riproduttivo.

Inclusioni citoplasmatiche