Esplorazione dettagliata dei microrganismi: struttura, funzioni e classificazione

I microrganismi sono esseri viventi con dimensioni talmente piccole da non poter essere visibile a occhio nudo.

Classificazione degli organismi

Il primo ad introdurre una classificazione degli organismi fu Linneo, che definì la tassonomia come un sistema gerarchico di gruppi entro gruppi.

Darwin introdusse il primo alnbero della vita e Whittaker il secondo, formato da cinque regni. Infine ci fu quello di Woese, il quale si basa sul confronto del materiale genetico.

Struttura delle cellule

Ogni forma di vita, a parte i virus, è costituita da cellule.

Esse:

Hanno la membrana plasmatica che regola scambi di materia fra l'interno e l’esterno.

Possiedono il materiale genetico, DNA

Sono sistemi chiusi: prendono dall' esterno materia ed energia e le trasformano per le loro funzioni vitali.

Esistono due tipi di cellule:

sono prive di nucleo

sono grandi 1 / 2 µm

possiedono parete cellulare

hanno una membrana plasmatica

Citoplasma:

ribosomi ( sintesi proteine)

nucleoide (cromosoma, geni)

plasmide ( DNA extracromosomico)

possiedono il nucleo

10 /30 µm

non possiedono parete cellulare

hanno una membrana plasmatica

Citoplasma

ribosomi

Organuli:

- nucleo (cromatina)

- mitocondri (animali)

- cloroplasti ( vegetali)

- risosomi

- reticolo endoplasmatico

- apparato di Golgi

Caratteristiche delle cellule procariotiche

Sono più piccole e hanno un' organizzazione semplice. Esse possiedono una membrana plasmatica, la quale separa la cellula dall' ambiente esterno e regola il flusso di sostanze dal suo interno verso l' esterno e viceversa. All' interno della membrana vi è il citoplasma, un materiale gelatinoso in cui sono immersi i ribosomi per la sintesi di proteine. Essi sono costituiti da molecole di RNA. Sempre immerso nel citoplasma vi è il DNA, organizzato in forma filamentosa a struttura circolare, che forma il cromosoma, costituito a sua volta da geni. Il DNA si presenta in una regione definita della cellula, chiamata nucleotide.

Funzioni delle cellule eucariotiche

Le cellule eucariotiche sono più evolute, sia per dimensione che per struttura. In esse troviamo di nuovo la membrana plasmatica, il citoplasma e i ribosomi. Oltre ad essi, sono presenti nel citoplasma altre strutture, chiamate organuli, che sono avvolti da una membrana. Ognuno di essi ha una funzione ben precisa. L' organulo più importante è il nucleo: all'interno di esso troviamo il DNA sottoforma di cromatina, ovvero DNA + proteine.

I mitocondri, presenti nelle cellule animali, servono per la respirazione cellulare.

I cloroplasti, presenti nelle cellule vegetali, servono per la fotosintesi.

I ribosomi contengono degli enzimi che sono capaci di scindere le proteine nei singoli amminoacidi ( sono idrolitici). Servono per la digestione cellulare.

Il reticolo endoplasmatico è una rete di canali molta fitta, che serve ad aumentare la superficie della membrana cellulare.

Nell' apparato di Golgi avviene la sintesi di carboidrati.

Virus e loro riproduzione

Sono acellulari

Hanno piccolissime dimensioni

Hanno una capside dove è contenuto il materiale genetico, composto da un solo amminoacido.

Possono essere batteriofagi o fagi ( se infettano batteri), virus animali ( se infettano animali) o virus vegetali (se infettano piante)

Sono parassiti obbligati o particelle infestanti. Hanno infatti due tipologie di riproduzione:

1. Ciclo Litico: il virus entra nella cellula e distruggendo ogni cosa, perfino la parete cellulare. Questi tipi di virus vengono definiti “ virulenti”.

2. Ciclo Lisogeno: il materiale genetico del virus e quello della cellula si fondono. Il virus è perciò in grandi periodi di latenza.

Batteri e loro classificazione

I batteri

Le più antiche forme di vita comparse sulla terra circa tre milioni di anni fa, possiedono cellule procariotiche. Tra esse, vi sono i batteri.

Vi sono due grandi famiglie che racchiudono molteplici tipi di batterri: gli Archea Bacteria o Eubacteria.

Gli archeobatteri sono i procarioti più antichi e hanno una struttura peculiare che li distingue dagli eubatteri:

possiedono enzimi caratteristici

hanno una parete cellulare composta da proteine, polisaccaridi o molecole di glicopeptidi

l’impalcatura delle loro membrane cellulari è costituita da lipidi contenenti glicerolo e isoprenoidi

possiedono un pigmento sensibile alla luce rossa, la alorodopsina (molto simile alla rodopsina, presente anche nella retina dei vertebrati)

possono vivere negli ambienti più inospitali, come le saline o le sorgenti termali

In base all'ambiente in cui vivono, si dividono in:

aerobi ( presenza di ossigeno);

anaerobi obbligati o facoltativi;

alofili si trovano in presenza di luoghi molto salati es. saline,

termoacidofili si trovano a temperature vicine ai 100°C e a PH molto acidi;

acidofili che popolano ambienti molto acidi;

metanogeni i quali abitano nell' apparato digerente di alcuni animali, nelle paludi, negli impianti di depurazione di acque reflue e sintetizzano metano a partire da anidride carbonica e idrogeno gassoso.

Gli eubatteri hanno colonizzato tantissimi luoghi, dai più insoliti fino ai più comuni.

In base alla loro forma, si possono catalogare in:

Bacilli forma a bastoncino

Cocchi forma sferica

Bacillococchi forma ovale

Spirilli forma ad elica

Vibroni forma a virgola

I batteri si riproducono per scissione binaria. A volte, però, le cellule figlie non si staccano dalla cellula madre. Si possono perciò creare due tipi di configurazione a seconda del piano di scissione.

A catenella: tipico degli streptococchi.

A grappolo: tipico degli stafilococchi.

Struttura e funzioni dei batteri

La membrana è formata da un doppio strato fosfolipidico. Le proteine sono di due tipi: periferiche o integrali.

La membrana è parzialmente impermeabile, lascia passere le sostanze nel canale delle proteine integrali. Le proteine periferiche hanno invece funzioni enzimatiche.

Le cellule procariotiche non posseggono colesterolo.

La parete circonda tutta la cellula ed è formata da peptidoglicano e mureina. I batteri possono essere Gram positivi o negativi. Nei positivi la parete ha un solo strato di peptidoglicano e a contattato con il reattivo di Gram assume colorazione viola. I negativi invece, hanno un doppio strato, uno di peptidoglicano e uno lipoproteico. La loro colorazione è rossa a contatto con il reattivo.

Ci sono poi delle strutture accessorio, che si trovano esternamente alla cellula.

I pili servono per lo scambio di materiale fra due cellule.

I flagelli sono protuberanze filiformi che fanno muovere la cellula.

Anche le ciglia servono per il movimento cellulare.

Le spore si formano all'interno della cellula in condizioni particolari, per proteggere il proprio materiale genetico. Esse sono chiamate endospore o spore di resistenza.

Ruolo dei batteri nell'ecosistema

I batteri possono essere autotrofi o eterotrofi.

I batteri saprofiti si nutrono di sostanze organiche e restituiscono al suolo i sali minerali, che verranno poi riutilizzati dalle piante per produrre altre sostanze organiche.

I batteri possono essere patogeni, ovvero possono causare malattie come la polmonite, la meningite ecc.. A seconda dell' infezioni si localizzano in un organo diverso.

Il primo antibiotico fu scoperto nel 1929 da Fleming, che scoprì la pennicillina. Essa impedisce ai batteri di creare la parete.

Alcuni batteri si dicono “simbionti dell' uomo” poiché vivono in esso. Sono quasi 500 e creano la così detta flora intestinale. Hanno dei compiti particolari:

-distruggono microrganismi pericolosi;

-scindono le sostanze sfuggite alla digestione;

-producono vitamina K importante per la coagulazione del sangue;

-producono vitamina B12 importante per la produzione di cellule e sintesi di emoglobina.

Altri tipi di batteri sono simbionti degli animali, in particolare degli erbivori, in quanto permettono loro di scindere la cellulosa.

I batteri azoto fissatori trasformano l' azoto atmosferico in forme più assimilabili dalle piante, per esempio in ammoniaca.

I ciano batteri contengono la clorofilla (in delle membranre periferiche della cellula) e sono responsabili della fotosintesi delle piante, con la quale producono ossigeno.

Eucarioti e loro diversità

Eucarioti

Sono caratterizzati da cellule eucariotiche e riproduzione sessuata o asessuata.

Comprendono:

alghe:

unicellulari, pluricellulare, coloniali

fotosintetiche

autotrofe per assorbimento

immobili

protozoi:

unicellulari, coloniali

chemiosintetici (producono sostanze organiche anche in assenza di luce)

eterotrofi per ingestione o assorbimento

mobili

funghi:

unicellulari, pluricellulari

chemiosintetici

eterotrofi per assorbimento

immobili

Vanno da dimensioni molto piccole a molto grandi.

Alghe: caratteristiche e vantaggi

Le alghe unicellulari possono avere forma circolare, a cuore o affusolata.

Quelle coloniali sono in forma gelatinosa, mentre quelle pluricellulari sono filamentose.

Sono presenti nei posti umidi e hanno diverse colorazioni, che dipendo dai pigmenti fotosintetici che possiedono.

Le loro pareti sono formate da cellulosa, alla quale si possono aggiungere altri polisaccaridi. Alcune volte la parete è molto dura, poiché vi è carbonato di calcio o silice. Presenta cloroplasti e alcune di loro posseggono flagelli.

Sono autotrofe e necessitano di CO2, luce e sali minerali

Vantaggi:

Sono elementi di fitodepurazione delle acque

Producono ossigeno tramite fotosintesi

Fonti di materie prime per produzioni cosmetiche e farmaceutiche

Nutrizione alimentare per paesi in Oriente

Sono bioindicatori dell'aria e dell'acqua

Svantaggi:

Producono tossine che se inalate o ingerite causano disturbi respiratori, neurotossici ecc

Formano fioriture che causano la moria di pesci

La riproduzione può essere asessuata ( rottura di filamenti o formazione di spore) o sessuata ( unione di due gameti aploidi).

Protozoi: struttura e funzioni

Hanno dimensioni più grandi, sono solamente o unicellulari o coloniali e sono per lo più mobili.

Hanno tre tipologie di movimento:

Pseudopodi

Ciglia

Flagelli

Si dividono quindi in pseudopoliari, ciliati e flagellati.

Si muovo per cercare cibo e per proteggersi dai predatori. Hanno anche dei tricocisti che espellono in caso di pericolo.

I protozoi non posseggono una parete cellulare, bensì hanno una pellicola o un guscio (formato da silice).Entrambi hanno funzione di protezione e sostegno. Per regolare il processo osmotico, utilizzano dei vacuoli contrattili, grazie ai quali espellono l' acqua in eccesso.

Sono perlopiù aerobi.

Partecipano a due tipi di simbiosi:

mutualistiche: con più forme microbiche animali

parassitiche: causano alcune malattie dell' uomo.

Possono formare cisti di resistenza nei periodi di latenza.

La riproduzione può essere sessuata o asessuata (fissione binaria, multipla o gemmazione) anche se talvolta dipende dal luogo in cui si trovano.

Vantaggi:

Fanno parte di una catena alimentare molto complessa

Sono elementi della depurazione biologica dei reflui

Sono fossili guida

Fonti di gusci calcarei che partecipano alla formazione di rocce calcaree

Svantaggi:

Sono agenti patogeni di diverse malattie dell'uomo.

Funghi: struttura e riproduzione

I funghi hanno due strutture corporee:

Unicellulari: tipica dei lieviti

Filamentosi: tipica delle muffe e dei funghi a cappello.

Alcuni funghi possono avere entrambe le strutture corporee e sono chiamati dimorfi.

Il tallo filamentoso ha delle ife, formate da massa citoplasmatica e possono essere continue o con setti trasversali.

Crescono al di sopra del substrato con funzioni riproduttive. Al di sotto con funzioni nutritive e di sostegno.

I funghi producono enzimi extracellulari che permettono loro di digerire molecole complesse. Sono saprofiti, ovvero si nutrono di sostanze organiche morte. Sono anaerobi o aerobi.

Vivono principalmente nel suolo o in luoghi ricchi di sostanze organiche.

Possono vivere in simbiosi o condurre una vita libera.

I funghi si riproducono sessualmente e asessualmente mediante le spore di riproduzione che incontrandosi su un terreno favorevole germinano formando un nuovo micelio. La riproduzione asessuata può avvenire anche per scissione binaria, gemmazione o frammentazione del micelio.

Vantaggi:

Sono decompositori nei processi di depurazione

Simbionti con le radici delle piante e con le alghe

Sono organismi modello nella ricerca biomedica

Trovano impiego nelle produzioni biotecnologiche ( alimentari, mediche, energie rinnovabili)

Svantaggi:

Responsabili dell' alterazione dei cibi e del deterioramento di materiali

Sono fitopatogeni, possono attaccare ogni parte delle piante

Allergeni

Alcuni sono patogeni per gli uomini e animali.