Appunti di Microbiologia generale e alimentare

PEP-PTS

fosforilato, il gruppo fosfato lo ottiene dal PEP grazie a un sistema enzimatico detto

(fosfoenolpiruvato fosfotransferasi), una volta compiuto il passaggio da dentro a fuori scarica il gruppo

fosfato al sistema enzimatico che lo potrà usare per trasferire altre molecole; un ultimo tipo di trasporto

è dato da un sistema a consumo di ATP detto ATP-Binding cassette dove c'è un sistema intracellulare

attraverso il quale avviene il trasporto oltre alla proteina e risulta essere fondamentale per il

riconoscimento della specie da trasportare. GRAM positivi GRAM

La parete cellulare si trova solo nei batteri, questi si possono suddividere in o

negativi a seconda della risposta cromofora che hanno con alcuni coloranti. La principale di erenza è

di tipo strutturale in quanto i positivi hanno una parete cellulare molto spessa all'esterno della

membrana separata da uno strato detto periplasma, i negativi invece hanno una parete molto più sottile

e una ulteriore membrana esterna, entrambe le membrane sono separate dalla parete anche nei

peptidoglicano,

negativi dal periplasma; la parete è composta da un ammino-zucchero e si forma

quindi una struttura dove si ripetono queste unità tenute insieme da legami peptidici e glicosidici, i

N-acetil-glucosamina N-acetil-muramico

principali peptidoglicani sono e acido (NAG e NAM) dai

secondi parte una catena proteica di 5 glicine che è la protagonista dei legami peptidici presenti, queste

catene hanno struttura e sequenza amminoacidica diversa a seconda del MO in cui si trova. Il legame

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che unisce NAM e NAG viene rotto dal lisozima che è una proteasi che si trova spesso nel nostro

organismo (saliva).

La parete viene formata andando a produrre dei precursori a livello della membrana, per formarsi, delle

componenti proteiche si legano ai lipidi di membrana, vengono poi trasportati all'esterno e legate tra di

antibiotici

loro grazie a delle transglicosidasi, alcuni vanno a interferire con la formazione della parete

dei batteri che di conseguenza non possono vivere. Per capire la di erenza tra positivo e negativo

inizialmente Gram (scienziato) aveva solo un microscopio ottico tradizionale, utilizzò una colorazione

in sospensione d'acqua, motivo per cui è necessario lasciar asciugare il vetrino prima di osservarlo, e

dalla parte opposta a dove depositò la colonia scaldò con fiamma diretta in modo da incollare le cellule,

il colorante era il liquido di Lugol che è di colore viola, successivamente usa un mordente ovvero un

composto a base di iodio che reagisce sia con le cellule sia con il colorante libero, nel momento in cui

si va a decolorare i GRAM positivi rimangono colorati mentre i GRAM negativi no. Questo passaggio è

definito di erenziale e si usa etanolo che va a rimuovere il colorante in eccesso, questo succede perché

la membrana esterna dei negativi viene rotta dall'etanolo mentre la parete essendo più resistente non

subisce danni, essendo il colorante legato alla componente esterna i batteri GRAM negativi si

decolorano. Per avere un risultato migliore al microscopio e quindi distinguere meglio i due batteri si

usa la safranina che è un composto rosa, il batterio GRAM positivo rimane circa dello stesso colore

ovvero viola intenso, il GRAM negativo invece si colora di rosa. La parete è una struttura in grado di

ospitare strutture come acidi teicoici o lipoteicoici, proteine che possono essere enzimi o proteine di

trasporto.

Si definisce parete anche una struttura che si trova nei lieviti anche sono degli eucarya, la struttura della

parete consente a più cellule di aggregarsi fra di loro e si possono verificare due fenomeni: se la parete

non è in grado di trattenere la CO2 prodotta nella fermentazione si ha una flocculazione ovvero si

depositano sul fondo, se invece si riesce a trattenere la CO2 prodotta all'interno si verifica il fenomeno

opposto ovvero la flottazione per cui risalgono e vanno a galla; questi due diversi fenomeni si verificano

in funzione di come sono le interazioni idrofobiche a livello delle pareti dei lieviti, in particolare questo

si può osservare facilmente su Saccharomyces cerevisiae, e la molecola principalmente responsabile

chitina

di queste interazioni è la che ricopre un ruolo importante nella formazione della parete, come

per i batteri ci sono delle sostanze dette antifungine che lavorano come degli antibiotici andando a

rompere la parete.

Nei GRAM negativi abbiamo visto che oltre alla parete c'è anche una membrana esterna che ha struttura

analoga a quella interna ma in realtà con svariate di erenze. Sono presenti dei lipopolisaccaridi che

sporgono dalla membrana esterna, sono costituiti da un lipide che rappresenta la componente

idrofobica che forma legami idrofobici con le componenti apolari della membrana esterna e un

polisaccaride che si divide in un core e un antigene composto da un polimero ripetuto diverse volte a

seconda della specie, questa è la componente che viene riconosciuta dagli anticorpi; il lipide viene

definito Lipide A che è composto da residui di glucosamina che lega in posizione 2, 3 ,2', 3' delle catene

di acidi grassi di lunghezza diversa, queste catene sono le responsabili di legare con la componente

idrofobica dei fosfolipidi. Il core è spesso composto da uno zucchero eptoso, etanolammina e KDO,

viene anche definito porzione comune e collega l'antigene al lipide A, l'antigene O è la componente che

fornisce la specificità dell'individuo, è quella che permette il riconoscimento dagli anticorpi ed è

costituito da 20-50 unità che si ripetono. 3

Metabolismo e crescita

Tutti i microrganismi hanno bisogno di ricavare energia da investire in funzioni vitali, si dividono in

quattro tipologie:

Fotoautotrofi che riescono grazie alle radiazioni solari a produrre molecole a base di carbonio

 da molecole inorganiche come la CO2 e produrre ATP, non sono organismi che ci interessano in

questo corso.

Fotoeterotrofi che riescono a produrre energia e molecole organiche grazie alla luce solare ma

 hanno bisogno di sostanze organiche esterne per fare sì che questa produzione avvenga

regolarmente.

Chemioautotrofi sono organismi che riescono a produrre molecole organiche ed energia da

 materia inorganica e non hanno bisogno della luce solare per lavorare, spesso sono MO marini

che si trovano sui fondali marini.

Chemioeterotrofi sono organismi che hanno bisogno di sostanza organica per produrre altre

 molecole organiche e per guadagnare energia.

Le fonti di carbonio organiche rappresentano la principale via che hanno gli eterotrofi per ottenere

energia, generalmente sono degli zuccheri semplici, è però necessario usare delle molecole che siano

compatibili con i MO in grado di digerire la molecola in questione a seconda degli enzimi che hanno, il

glucosio è quello più usato in quanto la maggior parte ha enzimi in grado di idrolizzare i legami per

ottenere il carbonio, lo stesso discorso vale anche per altre molecole utili alle cellule come l'azoto,

questo può essere somministrato sottoforma di ammoniaca ma per molti batteri è su iciente la

quantità di azoto presente nell'atmosfera, in alcuni casi si possono anche fornire delle proteine, spesso

sono amminoacidi o peptidi semplici, queste rappresentano fonte di azoto ottime ma anche in questo

caso è necessario sapere quali peptidi sono compatibili e quindi quali enzimi sono presenti; per la

crescita microbica sono necessarie fonti di azoto, carbonio, ossigeno e idrogeno in abbondanza in

quanto per crescita non si intende la maturazione ma l'aumentare del numero di cellule, non si deve

dire cellula madre cellula figlia nel caso dei batteri, per i lieviti la crescita è molto diversa in quanto è

diversa la parete e la compartimentazione della cellula, essendo una cellula eucariote il processo di

crescita è più articolato.

La separazione di carica a cavallo di una membrana detto anche potenziale di carica è ciò che rende

possibile lo svolgimento di molte funzioni a livello cellulare e che ha reso possibile lo sviluppo cellulare,

per separare le cariche è necessario un dispendio energetico in cui c'è uno spostamento di protoni verso

l'esterno, la separazione è possibile grazie a delle proteine specializzate che si trovano a cavallo della

membrana; la cellula sfrutta la concentrazione di H+ all'esterno per sintetizzare energia, questo avviene

grazie all'ATPsintasi e a più enzimi e strutture proteiche (fosforilazione ossidativa). Per produrre energia

respirazione

ci sono tre vie possibili: per cui da composti organici viene prodotta ATP grazie a delle

fosforilazione a livello di substrato

reazioni redox, per cui viene prodotta ATP grazie al trasferimento

fotofosforilazione

diretto di un gruppo fosfato su un ADP, che riguarda gli organismi fototrofi per cui

trasformano l'energia luminosa in energia chimica ma non ci interessano. Nelle reazioni redox ci sono

delle strutture definite trasportatori che consentono lo spostamento e la separazione di elettroni e

protoni, questi trasportatori possono essere fissi o liberi, quelli liberi sono NAD+ e NADP+.

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Il processo di guadagno energetico ha una spesa iniziale in cui si impiega una molecola di ATP per

fosforilare il glucosio a G6P e poi con il dispendio di un'altra molecola di ATP a fruttosio-1,6 bisfosfato,

la glicolisi si divide in una fase di investimento in cui quindi il bilancio è -2 molecole di ATP, il fruttosio-

1,6 bisfosfato viene diviso e si ottengono due molecole di gliceraldeide 3 fosfato (G3P), a questa grazie

a un enzima viene attaccato un altro gruppo fosfato di origine inorganica a dare 1,3-bisfosfoglicerato, a

questo punto grazie a delle fosforilasi si trasforma in 3-fosfoglicerato liberando un gruppo fosfato che

va a formare una molecola di ATP. Il 3-fosfoglicerato viene convertito prima in fosfoenolpiruvato e poi in

piruvato con la formazione di ATP, questi ultimi passaggi sono da considerare doppi in quanto valgono

per entrambe le molecole di gliceraldeide, si ha un guadagno di 4 molecole di ATP e quindi bilancio

finale di 2 molecole di ATP e 2 molecole di piruvato. Ogni molecola di piruvato viene trasformata in

citrato che inizia il ciclo di Krebs in cui vengono prodotte 2 molecole di ATP, spesso è GTP che ha valore

energetico analogo, viene rilasciata CO2 e vengono ridotte 3 molecole di NADH e 1 di FADH2. È

necessario ripristinare questi cofattori, cioè ossidarli, il ripristino può avvenire grazie a delle

lattica

fermentazioni in cui non c'è un guadagno diretto di ATP, nel caso delle fermentazione c'è la

riduzione del piruvato in acido lattico e l'ossidazione del cofattore a opera dell'enzima lattato

deidrogenasi, la produzione di acido lattico è dovuta a un deficit di ossigeno nelle cellule. Un al