La cellula procariota (Bacteria e
Archaea)
Morfologia generale
Composizione chimica
A
QU
ES
T
L’involucro
Appendici esterne:
Le strutture cellulari e le loro funzioni – parte 2 (l’interno)
Il materiale genetico: cromosoma, plasmidi
L’apparato trascrizionale: RNA polimerasi
L’apparato traduzionale: Ribosomi
Altro materiale citoplasmatico…
LE
ZI
O
NE
Le strutture cellulari e le loro funzioni – parte 1
Nei batteri non è presente una
membrana nucleare
Nucleoide
il “CROMOSOMA BATTERICO” (nucleoide)
• l’informazione genetica è organizzata in un
unico cromosoma (ma alcuni batteri hanno più
di un cromosoma)
- dimensioni medie: 4 000 000 paia di basi, 1.7 mm
• il cromosoma è circolare (ma alcune speci
batteriche hanno un cromosoma lineare)
• Il DNA è associato a proteine, ma non è
altamente organizzato come negli eucarioti
1
I PLASMIDI
• Molti batteri oltre al cromosoma contengono
molecole di DNA più piccole (da 1-2,000 a ca.
100,000 paia di basi), dette plasmidi.
• Queste molecole non sono indispensabili per le
funzioni fondamentali del batterio (ceppi della
stessa specie possono esserne privi).
• I plasmidi sono generalmente circolari (alcuni
molecole di DNA lineare).
Funzioni codificate dai plasmidi
• I plasmidi replicano indipendentemente dal cromosoma del
batterio, anche se possono aver bisogno di svariate funzioni
codificate dalla cellula ospite per poter replicare
• I plasmidi possono codificare per diverse funzioni che
conferiscono al batterio nuove proprietà:
• RESISTENZA AD ANTIBIOTICI E, SOSTANZE TOSSICHE,
RADIAZIONI…
• CAPACITA’ DI PRODURRE ANTIBIOTICI, TOSSINE,
FATTORI DI VIRULENZA…
• NUOVE CAPACITA’ METABOLICHE
• CAPACITA’ DI CONIUGARE
•…
La coniugazione batterica
Alcuni plasmidi sono capaci di trasferirsi da un
batterio a un altro: PLASMIDI CONIUGATIVI
2
Regola dell’appaiamento
(o di Chargaff)
Le due eliche del DNA sono disposte in
maniera asimmetrica ed antiparallela
Sequenza:
AGTC
3
Replicazione
semiconservativa
Il DNA è fatto (anche) di geni
• Che cos’è un gene?
• E' l'unità funzionale del patrimonio ereditario.
• Un gene è quella parte di DNA che contiene le
informazioni per la fabbricazione di una singola
proteina e/o che contribuisce ad una funzione o
ad un fenotipo.
• Un gene viene “espresso” tramite la trascrizione
e (in genere) la traduzione
(DNA>RNA>Proteina).
Sequenze promotrici della
trascrizione in E. coli
ATG…
Inizio sequenza
codificante
Sequenze riconosciute dall’RNA polimerasi (enzima responsabile
della trascrizione dei geni)
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LA TRASCRIZIONE
RNA
polimerasi
3'
5'
5'
3'
5'
3'
3'
5'
RNA
polimerasi
5'
3'
RNA
polimerasi
3'
5'
5'
I PROCESSI DI TRASCRIZIONE E TRADUZIONE
DNA
(doppia elica)
Il codice genetico è universale
5
L’APPARATO TRASCRIZIONALE DEI
PROCARIOTI
¾i Bacteria posseggono una RNA
polimerasi
• relativamente semplice
• sensibile all’antibiotico rifampicina (e
streptolidigina)
¾l’RNA polimerasi degli Archaea
• è più complessa
• ha caratteristiche funzionali simili a quelle
degli Eucaria
• è insensibile alla Rifampicina
LA TRADUZIONE
le "REGOLE DI TRADUZIONE" costituiscono il "CODICE GENETICO"
il CODICE GENETICO è (quasi) "UNIVERSALE"
IL PRIMO AMMINOACIDO
CHE VIENE INSERITO IN UNA CATENA POLIPEPTIDICA
nei Bacteria è una metionina modificata: formil-metionina (f-Met)
in Archaea e Eukarya è la metionina
6
L’APPARATO TRADUZIONALE DEI
PROCARIOTI
¾ I PROCARIOTI HANNO RIBOSOMI
PIU’ PICCOLI DI QUELLI DEGLI
EUCARIOTI
Antibiotici inibitori della sintesi
proteica
•Aminoglicosidi
•Tetracicline
•Macrolidi
•Cloramfenicolo
streptomicina, kanamicina … (30S)
(30S)
Eritromicina (50S)
(50S)
In genere attivi contro Gram positivi e Gram negativi.
Gli Archaea sono insensibili a questi antibiotici
La tossina difterica inibisce la sintesi proteica legandosi a un
“fattore di allungamento” della traduzione.
La tossina difterica inibisce la sintesi proteica di Eucarioti e
Archaea (in vitro), ma non quella di Bacteria
questi fatti evidenziano differenze e similitudini tra le "macchine"
preposte alla traduzione nei tre domini
Nei Procarioti
trascrizione e traduzione di un messaggero possono avvenire
contemporaneamente
7
un messaggero può coprire più geni e codificare per più
proteine
Trascrizione e traduzione negli
eucarioti
L'unitarietà del mondo vivente
ORGANIZZAZIONE CELLULARE
SOSTANZIALE SIMILARITÀ DEL
METABOLISMO CENTRALE
DNA-RNA-PROTEINE
SOSTANZIALE SIMILARITÀ DEI PROCESSI DI
REPLICAZIONE. TRASCRIZIONE E,
SOPRATTUTTO, TRADUZIONE.
UNIVERSALITÀ DEL CODICE GENETICO
8
Alcune tra le principali caratteristiche che
differenziano Bacteria, Archaea, e Eukarya
Caratteristica
Organizzazione cellulare procariote
Membrana nucleare
DNA cromosomale circolare
Mureina nella parete cellulare
Sensibilità a antibiotici β-lattamici
Lipidi di membrana: legami con glicerolo
Ribosomi
Inizio di traduzione: tRNA con
Sensibilità a cloramfenicolo, streptomicina, kanamicina
Chemiolitotrofia:
Fissazione di azoto elementare
Fotosintesi con produzione di O2
Bacteria Archaea Eukarya
+
+
+
+
+
+
+
estere
70S
fMet
etere
70S
Met
estere
80S
Met
+
+
+
+
+
-
+
9
