Il cellula batterica è la più semplice organizzazione conosciuta di un organismo vivente. I batteri sono organismi unicellulari che non hanno un nucleo o alcun organello separato dal contenuto citosolico attraverso una membrana (tutti i batteri sono classificati nel dominio procariotico).
Studi scientifici hanno dimostrato che, nonostante la mancanza di organelli, le cellule batteriche hanno un'organizzazione, una regolazione e una dinamica interna molto controllate e precise. Hanno tutti i meccanismi necessari per sopravvivere alle condizioni ostili e mutevoli dell'ambiente in cui vivono..
Tale adattabilità ha significato per gli scienziati uno strumento importante e un modello biologico ideale per lo studio dei principi di base della biologia molecolare; le conoscenze di base sulla replicazione, trascrizione e traduzione del DNA sono state comprese prima nelle cellule batteriche prima che nelle cellule eucariotiche.
Tutte le cellule batteriche sono microscopiche, cioè non possono essere osservate ad occhio nudo senza l'utilizzo di un microscopio, il che rappresenta un grande vantaggio per lo studio di questi microrganismi, poiché in poco spazio e con poche risorse nutrizionali possono essere mantenute e studiate a milioni di cellule viventi.
Attualmente, la cellula batterica è uno degli strumenti biotecnologici più importanti. Gli scienziati manipolano il DNA cromosomico extra dei batteri per produrre sinteticamente quasi tutte le proteine di interesse umano.
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Dal punto di vista morfologico, le cellule batteriche possono essere molto variabili, ma anche così condividono tutte caratteristiche comuni. Per esempio:
- Ogni cellula batterica ha una parete cellulare che la circonda ed è composta da una combinazione di carboidrati con peptidi chiamata "peptidoglicano".
- Le cellule batteriche sono organismi unicellulari, cioè ogni cellula è un organismo completo che può crescere, nutrirsi, riprodursi e morire.
- Il materiale genetico dei batteri è "sparso" o disteso in un grande groviglio immerso nel citosol cellulare, in una regione nota come regione nucleoide..
- Molti batteri hanno strutture specializzate per la locomozione chiamate "flagelli", che si trovano nelle regioni più esterne dei loro corpi..
- È comune trovare cellule batteriche che formano colonie o mantengono una relazione simbiotica con altri organismi e, inoltre, molti batteri sono patogeni per l'uomo.
- La maggior parte dei batteri è quasi da 10 a 15 volte più corta delle dimensioni di qualsiasi cellula animale (eucariotica), poiché non supera un'unità di micron di lunghezza.
- Si trovano in tutti gli ambienti esistenti sulla biosfera, poiché esistono di questi microrganismi adattati praticamente a qualsiasi condizione ambientale.
Molti scienziati suddividono la cellula batterica in tre regioni anatomiche per facilitare lo studio. Queste tre regioni che sono comuni per qualsiasi tipo di cellula batterica osservata e sono:
- La Regione esterno, costituito da strutture extracellulari (flagelli, pili, ciglia, tra gli altri)
- La regione di copertura cellulare, composto da parete cellulare e membrana citoplasmatica
- La Regione interno, formato dal citosol e da tutte le strutture in esso sospese.
A seconda delle specie di batteri studiate in ciascuna regione, si osservano alcune strutture e parti diverse da quelle "tipiche" di una cellula batterica. Tuttavia, i più comuni per qualsiasi cellula batterica sono spiegati e classificati in base a ciascuna regione in cui si trovano..
- Capsula: è una superficie polimerica che copre l'intera parete cellulare dei batteri. È composto da melma e glicocalice, che a loro volta sono costituiti da abbondanti molecole di carboidrati legate a lipidi e proteine. La capsula svolge un'importante funzione protettiva per la cellula.
- Film: è una superficie, un liquido o una matrice viscosa in cui sono immerse le cellule batteriche. Sono formati da polisaccaridi simili per composizione ai polisaccaridi della capsula e generalmente svolgono funzioni di protezione e di spostamento delle cellule..
- Fimbrie: sono una specie di appendici filamentose molto numerose che sono attaccate alla parete cellulare dei batteri. Questi servono per la mobilità e l'aderenza delle cellule batteriche a qualsiasi superficie. Sono costituiti da una proteina idrofobica chiamata pilina.
- Pili sessuale: alcune fimbrie (poche) vengono modificate per formare una sorta di "tubo", che viene utilizzato dai batteri per la coniugazione (il trasferimento di materiale genetico tra batteri diversi), che è una sorta di primitiva "riproduzione sessuale".
- Flagelli: sono filamenti più lunghi delle fimbrie e sono costituiti da proteine; hanno un aspetto "a coda". Svolgono la funzione di guida per il movimento delle cellule e sono ancorati alla membrana cellulare. Nella stessa cellula batterica si possono trovare da uno a centinaia di flagelli.
Il rivestimento cellulare è generalmente costituito da una membrana citoplasmatica e uno strato di peptidoglicano chiamato "parete cellulare". L'involucro è costituito da complessi di lipidi, carboidrati e proteine. La composizione chimica dell'involucro del peptidoglicano viene utilizzata come classificazione per distinguere tra due tipi di batteri..
Batteri Gram positivi e batteri Gram negativi. I batteri Gram positivi sono caratterizzati dall'avere uno spesso strato di peptidoglicano, senza una membrana esterna che lo ricopra, mentre i batteri Gram negativi hanno solo un sottile strato di peptidoglicano con una membrana esterna sovrapposta su di esso..
- Membrana citoplasmatica: ha una struttura simile alla membrana cellulare delle cellule eucariotiche. È un doppio strato fosfolipidico con proteine associate (integrali o periferiche). Tuttavia, differisce dalla membrana delle cellule eucariotiche in quanto non possiede steroli di sintesi endogena..
La membrana citoplasmatica delle cellule batteriche è una delle strutture più importanti, poiché è lì dove avviene la fusione cellulare, il trasporto degli elettroni, la secrezione proteica, il trasporto dei nutrienti e la biosintesi dei lipidi, ecc..
- GenomaA differenza delle cellule eucariotiche, il genoma delle cellule batteriche non è contenuto in un nucleo membranoso. Invece, esiste come un groviglio di DNA che viene compattato in una forma più o meno circolare e si associa ad alcune proteine e RNA. Questo genoma è molto più piccolo del genoma eucariotico: ha una dimensione di circa 3-5 MB e forma un unico cromosoma di topologia circolare..
- Plasmidi o molecole di DNA extracromosomico: sono piccole molecole di DNA organizzate in modo circolare in grado di replicarsi indipendentemente dal DNA genomico cellulare. Generalmente, durante la coniugazione, le molecole di DNA plasmidico vengono scambiate, poiché le informazioni necessarie per la resistenza agli antibiotici e / o alle tossine sono codificate in queste.
- Ribosomi: i ribosomi partecipano alla traduzione dell'RNA che è stato trascritto dalla sequenza di un gene che codifica per una proteina. Ogni cellula batterica ha al suo interno circa 1500 ribosomi attivi. Le subunità ribosomiche della cellula batterica sono degli anni '70, '30 e '50, mentre le cellule eucariotiche hanno subunità degli anni '60 e '40.
È comune che gli antibiotici attaccino i ribosomi dei batteri, bloccando la traduzione delle proteine e causando la lisi cellulare o la morte..
- EndosporeI batteri hanno spore interne che si trovano in uno stato dormiente e vengono utilizzati per la sopravvivenza quando le condizioni ambientali sono estreme. Le endospore escono dal loro stato dormiente quando diversi recettori sulla superficie rilevano che le condizioni sono di nuovo favorevoli; questo crea una nuova cellula batterica completamente funzionale.
- Granuli o corpi di inclusioneFunzionano come una sorta di riserva per carboidrati, composti fosfatici e altre molecole. La loro composizione varia a seconda delle specie di batteri e sono facilmente visibili nel citoplasma mediante microscopi ottici..
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