Appunti completi di Microbiologia generale

FIMBRIE E PILI

Hanno la stessa composizione

o Strutture di natura proteica costituite da un polimero di monomeri di pilina

o A volte fimbrie e pili sono utilizzati come sinonimi

o 11

Le fimbrie

o • sono più corte dei flagelli e sono più numerose.

• Sono strutture di adesione a superfici che possono essere bioetiche

quindi animali o abiotiche come ad esempio un catetere

• Sono una componente essenziale dei bio film che sono batteri e

funghi.

• Ci sono fimbrie di tipo IV che servono per la motilità o per

scivolamento o per contrazione o per movimento a scatti (questo

avviene per mezzo di cicli di estensione o polimerizzazione, adesione

al substrato e successiva retroazione o depolimerizzazione del pilo)

I pili

o Sono più lunghi delle fimbrie e sono presenti in una o più copie

o Servono per scambiare materiale genetico tra batteri in un processo chiamato coniugazione

o

• Queste strutture non sono visibili al microscopio ottico, ma solo con miscroscopia elettronica che

aumentano il diametro e dove sono rilevati dall’uso di virus che in maniera specifica aderiscono ai

pili

Entrambi hanno un diametro di 9 micron e provocano malattie

o

GLICOCALICE

• È importante nei batteri patogeni perché è una fattore di protezione e di adesione

• Molti procarioti secernano una sostanza chiamata glicocalice che significa rivestimento zuccherino ed è il

termine generale usato per le sostanze che circondano la cellula

• Il glicocalice batterico è un polimero viscoso composto da polisaccaridi,polipeptidi o entrambi.

• La sua composizione chimica varia molto in base alla specie ma per la maggior parte è prodotto all’interno

dello cellula e secreta all’esterno

• Se la sostanza è organizzata ed è fermamente attaccata alla parete cellulare il glicocalice viene decritto

come capsula (elemento fondamentale per batteri patogeni).

La presenza di una capsula può essere determinata con una colorazione negativa quindi con

o inchiostro di china/india ink che non penetra nella capsula perchè ha particelle fitte (a sfondo nero).

• Se la sostanza è disorganizzata quindi è solo debolmente attaccata alla parete il glicocalice viene descritto

come slime o strato mucoso (è una struttura più lassa che aderisce meno alla parete).

• Un glicocalice fatto di zuccheri si chiama polisaccaride extra cellulare (EPS), e l’ESP permette a un batterio di

sopravvivere aderendo a delle superfici e permette anche di protegge la cellula

• Funzioni:

Adesione a microorganismi patogeni

o Resistenza all’essiccamento (assorbono acqua)

o Protegge contro agenti chimici, virus e materiali tossici

o Serve per il contatto con le superfici solide animali e vegetali

o

• Appena sotto la capsula c’è lo strato S paracristallino

È costituito da subunità glicoprotiche ed hanno una struttura cristallina con simmetria esagonale

o Nei batteri lo strato S è esterno alla parete cellulare:

o a) Nei Gram-positivi è associato alla superficie del

peptidoglicano

b) Nei Gram-negativi aderisce direttamente alla

membrana esterna

c) Negli archea può essere la sola struttura della parete

In genere gli altri strati S sono composti di proteine insolubili in

o acqua, debolmente acide, con un alto contenuto di acido

glutammico, acido asparitico, lisina e amminoacidi idrofili.

La funzione non è del tutto chiara: si pensa funzioni come

o barriera esterna e adesione agli ospiti

La locomozione microbica 12

• La motilità permette alle cellule di raggiungere regioni diverse nel loro microambiente

• Nella lotta per la sopravvivenza potersi spostare in una nuova posizione può offrire alla cellula nuove

opportunità e nuove risorse nutrizionali

• Come per ogni essere fisico il movimento cellulare richiede energia

I FLAGELLI

Sono appendici cellulari lunghe e sottili, libere a un’estremità e intimamente legate alla cellula dell’altra

o Sono molto sottili (circa 20 nm) e possono essere visualizzati al microscopio ottico solo dopo la colorazione

o con coloranti che ne aumentano il diametro

Sono facilmente visibili al microscopio elettronico

o Distribuzione dei flagelli:

o a) Mitocondri: un solo flagello (quando è localizzato

all’estremità della cellula è detto flagello polare)

b) Anfitrichi: un flagello ad ogni polo cellulare

c) Lofotrichi: un grupppo di flagelli ad una o ad entrambe le

estremità cellulari

d) Peritrichi: flagelli diffusi sull’intera superficie cellulare

Struttura dei flagelli:

o • Forma elicoidale

• Lunghezza d’onda: distanza tra due sinuosità adiacenti (è costante in ogni specie)

• Il filamento dei flagelli è costituito da numerose subunità di flagellina

È formato da tre parti:

o I. Il filamento

Si estende dalla superficie cellulare all’estremità

Ø È un cilindro cavo e rigido

Ø È composto dalla proteina flagellina

Ø Alcuni procarioti presentano una guaina intorno al

Ø filamento

II. L’uncino È un punto di congiunzione tra il filamento e il corpo basale

Ø

III. Il corpo basale

È la parte più complessa perché funge da motore flagellare ed è formato da anelli.

Ø

Struttura dei flagelli:

o Forma elicoidale

o Lunghezza d’onda: distanza tra due sinuosità adiacenti (è costante in ogni specie)

o Il filamento dei flagelli è costituito da numerose subunità di flagellina

o L’anello MS si trova nella membrana citopasmatica e all’esterno troviamo le proteine chiamate mot

o protein mentre all’interno le proteine FLI

L’anello L è incorporato nell’LPS

o L’anello P è incorporato nel peptidoglicano

o Nel filamento esiste un canale stretto attraverso il quale le molecole di flagellina si diffondono per

o raggiungere il sito di sintesi flagellare

Le proteine mot funzionano come motore flagellare, la forza che fa muovere il flagello è la forza proton

o motrice

Le proteine FLI funzionano come interruttore del motore che gli permette di cambiare direzione

o Il motore flagellare ruota il filamento per spingere la cellula attraverso il mezzo.

o 13

Struttura del flagello di un batterio Gram-negativo

o • Costituito da tre parti: filamento, uncino e corpo basate

• Il flusso protonico attraverso la membrana citoplasmatica determina

la rotazione del motore e del filamento del flagello

• La rotazione del flagello avviene in senso antiorario (CCW); il

movimento in senso orario fa cambiare direzione alla cellula (CW)

• Le proteine cap sono proteine che aiutano la sintesi del flagello ed è

necessaria per l’assemblaggio delle subunità di flagellina

• La flagellina sistematizzata nel citoplasma, passa nel motore, passa

nell’uncino e poi viene assemblata per auto-assemblaggio

nell’estremità del flagello quindi si dice che ha una crescita apicale

cioè che cresce in alto con l’aiuto delle cap

Struttura flagello di un batterio Gram-positivo

o • Ha un solo anello nella membrana citoplsmatica chiamato MS

• È formato da tre parti: filamento uncino e corpo basale

Sintesi flagello:

o • Ci sono numerosi geni che controllano questa sintesi

• È un esempio di auto assemblaggio (senza l’intervento di enzimi)

• È un processo complesso che cinvolge molti geni e prodotti genici

• Le molecole di flagellina sono trasportate lungo il filamento cavo

• La crescita è apicale e non basale

• La sintesi dei Gram-negativi:

La sintesi inizia con l’anello MS di montaggio nella membrana

Ø Questo è seguito dalla formazione degli altri anelli, del gancio e del cap

Ø A questo punto la flagellina (circa 20.000 copie sono necessarie per la formazione del

Ø filamento) scorre attraverso il gancio per formare il filamento

Le molecole di flagellina sono guidate nella posizione dalle cap per garantire che la crescita

Ø del filamento si sviluppi in modo uniforme 14

Movimento flagellare

o • Ogni singolo flagello è una struttura rigida che non si flette ma si muove per rotazione come un’elica

• Il movimento flagellare è impartito dal corpo basale che funziona come motore

• L’energia richiesta per la rotazione proviene dalla forza

proton-motrice. La dissipazione del gradiente protonico

attraverso la memebrana mediata dal complesso Mot fa

ruotare il flagello

• Il flagello ruota come un’elica

La rotazione antioraria provoca un movimento in

Ø avanti (run)

La rotazione in senso orario blocca l’avanzamento

Ø provocando una capriola (trumble)

L’intervento di agenti chimici riconosciuti dai recettori k

mandano il segnale al flagello e gli fa cambiare la

rotazione in senso orario e questo rovoca il

ribaltamento; a questo punto riprende il senso

antiorario ma ora si muove in un’altra direzione

• Movimento dei batteri con flagelli polari e peritrichi

a) Nei flagelli polari la cellula batterica cambia direzione

invertendo la rotazione del flagello

b) Nei flagelli peritrichi il movimento in avanti (freccia blu) è

dato dalla rotazione in senso antiorario di tutti i flagelli che

costituiscono un fascio.

La rotazione in senso orario provoca l’apertura del fascio

determinando capovolgimenti casuali della cellula

• Altri tipi di motilità

Spirochete:

o hanno dei flagelli molto particolari

Ø perché sono interne alla cellula e si

chiamano filamenti assiali (sono

endoflagelli) e sono avvolti da un

filamento esterno.

Sono dei fasci di fibrille che avvolgono

Ø tutta la cellula con un andamento a

spirale.

Questi flagelli ruotano, e la rotazione

Ø spinge i flagelli su una superficie solida.

Le spirochete si muovono per mezzo dei

Ø filamenti assiali cioè fasci di fibrille che si

presentano all’estremità della cellula

sotto una guaina esterna e una spirale

attorno alla cellula

I filamenti assiali hanno una struttura simile a quella del flagello.

Ø 15

La rotazione dei filamenti produce un

Ø movimento della guaina esterna che spinge

le spirichete con un movimento a spirale

Sono flagelli periplasmatici; anziché

Ø estendersi verso l’esterno rimane nello

spazio periplasmatico.

Hanno gli anelli nella membrana non nel

Ø corpo basale

Le flagelline costituiscono il core e la

Ø guaina del filamento flagellare

Motilità per scivol