Appunti Microbiologia applicata e igiene

PARETE CELLULARE

La parete cellulare circonda la membrana

citoplasmatica. È una struttura rigida

immediatamente esterna alla membrana cellulare.

È sensibile all’azione dell’enzima idrolitico lisozima.

Ha la funzione principale di dare forma alla cellula e

proteggerla dalla lisi osmotica. La parete cellulare è

presente in quasi tutti i batteri e ne esistono due

tipi principali che dividono i batteri in:

- Gram negativi

- Gram positivi

La suddivisione in Gram positivi e Gram negativi deriva da una caratteristica fenotipica: la

risposta a una specifica colorazione detta colorazione di Gram. La risposta alla colorazione

dipende in larga misura dalla struttura della parete. Non necessariamente la risposta alla

colorazione corrisponde alla classificazione tassonomica. I Gram positivi sono violetti, mentre i

Gram negativi sono rosa.

I batteri Gram negativi hanno un sottile strato di peptidoglicano, nei Gram positivi c’è un

groppo strato di peptidoglicano.

Il peptidoglicano è una struttura a rete che sovrasta la membrana plasmatica.

I peptidoglicani rappresentano l’unica classe di macromolecole invariabilmente associate con le

pareti cellulari procariotiche (eccezioni: gruppo dei mollicuti e Archaea).

Sono costituiti da eteropolimeri di glucosio sostituito (N-acetilglucosamina e acido N-

acetilmuramico) e di aminoacidi (L-alanina, D-alanina, acido D- glutammico, L-lisina, acido

meso-diaminopimelico). L’unità base è il disaccaride, il glicano tetrapeptide (pentapeptide) che

si legano fra loro tramite legame β 1,4 glicosidico, sensibile al lisozima.

Il glicantetetrapeptide è l’unità ripetuta del peptidoglicano. È composto da due aminozuccheri:

- N-acetilglucosamina NAG

- Acido N-acetilmuramico NAM

Legati insieme da legame β 1,4 glicosidico che è

sensibile al lisozima che rompe il legame.

Il NAM contiene acido lattico

Il lisozima digerisce la parete di peptidoglicano.

Nella parete dei Gram positivi sono presenti altri

polimeri importanti quali acidi teicoici, acidi

lipoteicoici, acidi teucoronici privi di fosfati. Sono

importanti perché rafforzano la parete, conferiscono

proprietà chimico-fisiche particolari alla cellula e

costituiscono antigeni di superficie specifici.

L’ involucro dei Gram negativi è più complessa. Nella

membrana esterna non ci sono solo glicolipidi e

fosfolipidi, ma anche proteine β-barrel e porina.

Il passaggio di molecole idrofile, ioni o proteine attraverso la membrana esterna avviene

tramite canali formati da proteine note come pori e. Le porine consistono in un complesso

trimerico di subunità identiche. Le porine possono formare canali non specifici o specifici per

determinati substrati/soluti. La specificità può essere dovuta alla presenza di siti di legame per

il soluto all’interno del canale. Il passaggio di soluti attraverso le porine non richiede energia.

Le lipoproteine sono presenti maggiormente nella membrana dei Gram negativi. È un recettore

del segnale ed è molto coinvolta nei sistemi di biogenesi, stabilizzano la membrana esterna.

Non tutti i batteri Gram + e Gram – rispondono alla colorazione di Gram come i micobatteri che

possiedono una parete cellulare impermeabile e poco fluida. Nella membrana esterna sono

inserite proteine di diversi tipi e funzioni. Possiedono una parete spessissima: lo strato basale è

formato da peptidoglicano e lipo-arabinomannaro. La parte esterna è formata da acidi micolici

e glicolipidi fenolici (cere). Lo strato basale si attacca alle cere dello strato sovrabasale tramite

gli arabinogalattani (polisaccaridi). Questa struttura fa ci che la parete sia poco fluida.

L’involucro cellulare rende i micobatteri completamente impermeabili agli antibiotici utilizzati in

terapia. Dato che non rispondono alla colorazione di Gram, si utilizza un altro metodo chiamato

colorazione di Ziehl-Neelsen Che sfrutta la caratteristica alcool-acido resistenza dei micobatteri

che a seguito di questa colorazione appaiono come bastoncelli rossi.

La maggior parte degli Archea non ha parete, non sono presenti né acido muramico ne D-

aminoacidi. Le pareti cellulari sono fatte di proteine o di altri polimeri. Alcuni gruppi di

metanogeni possiedono una molecola simile al peptidoglicano, lo pseudopeptidoglicano. Al

posto dell’acido muramico possiedono l’acido N-acetiltalosaminuronico NAT. Il legame è β 1-3

glicosidico tra il NAT e il NAG, cioè N-acetilglucosamina.

BIOSINTESI DEL PEPTIDOGLICANO

La biosintesi del peptidoglicano è la biogenesi della cellula batterica. Avviene in tre

compartimenti differenti:

1 La biosintesi dei precursori (i due aminozuccheri) avviene nel citoplasma.

2 La sintesi dell’unità monomerica del glicano legata al trasportatore lipidico e la sua

traslocazione avviene nella membrana citoplasmatica.

3 Le reazioni di transglicosilazione e transpeptidazione avvengono nel periplasma (o

all’esterno della cellula nei Gram-positivi)

1. Biosintesi dei precursori

Il primo precursore che viene sintetizzato è il NAG, parte da una molecola di fruttosio-6-fosfato.

Viene aggiunto un aminoacido e diventa glucosamina-6-fosfato. Il fosfato si sposta sul C1 e

diventa glucosamina1-fosfato che viene acetilato e diventa N-acetilglucosamina-1-fosfato.

L’UDP-NAG prenderà diverse strade ed entra nella seconda tappa della biosintesi dei

precursori. Viene convertito in UDP-NAM con l’aggiunta di PEP dagli enzimi MurA e MurB.

All’UDP-NAM vengono aggiunti sequenziale te i cinque aminoacidi per formare l’unità

monomerica NAM-pentapeptide.

I precursori vengono trasportati all’interno della membrana.

2. Sintesi del glicano

Il NAM-pentapeptide viene trasferito al bactoprenoo (lipide I). Una unità di NAG viene trasferita

al complesso bactoprenolo-NAM-pentapeptide e si forma il lipide II o glicanpentapeptide. Il

glicanpentapeptide viene trasportato attraverso la membrana plasmatica (polimerizzazione).

3. Transglicolazione e transpeptidazione

A livello del periplasma le molecole di NAM e NAG sono inserite in una catena presistente.

Biogenesi della membrana esterna

La membrana esterna è molto complessa.

Recupera lezione lunedi 16 – mercoledi 18

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Lezione venerdì 20

L A TRADUZIONE

L’apparato di traduzione dei procarioti è diverso dagli eucarioti, hanno ribosomi più piccoli

denominati 70S (la S rappresenta il coefficiente di sedimentazione). La struttura dei ribosomi è

simile, ma i ribosomi dei procarioti sono più semplice perché contengono pochi RNA ribosomiali

e poche proteine. La subunità maggiore 50S composta da 2 rRNA che sono rRNA 23S e rRNA

5S, mentre la subunità minore 30S ha un sono rRNA 16S.

Nei procarioti trascrizione e traduzione sono accoppiate (negli eucarioti questi due processi

sono differenziati: la trascrizione avviene nel nucleo, mentre la traduzione avviene nel

citoplasma). Nei procarioti non avvengono tutti i processi che avvengono negli eucarioti.

La traduzione inizia con i batteri che hanno la 5’UTR non tradotta, regione che contine la Shine

Delgarno e la subunità minore del ribosoma la riconosce. Il complesso di inizio della traduzione

di forma sul codone di inizio AUG o GUG ciè il punto in cui inizierà la sintesi proteica.

L’mRNA è già nel canale del ribosoma. La prima metionina è modificata è la formil-metionina.

I messaggeri policistronici sono messaggeri che codificano per più proteine.

Effetto polare: in un gene può verificarsi una mutazione a monte che blocca la trascrizione dei

geni a valle. Un effetto su un gene fa si che i geni a valle non vengano più trascritti e quindi

tradotti (effetto polare). I ribosomi non riescono più a tradurre.

Ci sono degli inibitori della sintesi proteica, in genere attivi contro Gram positivi e Gram

negativi (gli Archea sono insensibili a questi inibitori perché hanno ribosomi più simili agli

eucarioti). Le azioni degli antibiotici possono essere:

- Azione battericida: la cellula batterica muore, ma non lisa. Non riesce a replicarsi.

- Azione batteriostatica: vuol dire che l’antibiotico blocca la crescrita, ma non uccide il

batterio.

- Azione batteriolitica: antibiotico che induce la lisi de batterio.

Antibiotici che inibiscono la sintesi proteica:

- Aminoglicosidi: strutturalmente costituiti da due o più aminozuccheri legati da legame

glicosidici. Per la loro struttura si posizionano sul sito A alterando la fedeltà della

traduzione. Interferiscono con la fase di inizio: legano il sito A della subunità 30S.

- Macrolidi: caratterizzati da anello macrocilico con più atomi di carbonio. Sono

batteriostatici e sono usati per il trattamento di infezioni sostenute da Gram positivi

aerobi. Legano rRNA 23S, quindi impattano la subunità maggiore del ribosoma e

ostruiscono il passaggio per l’uscita dei peptidi neosintetizzati stimolando la

dissociazione dei peptidil-RNA. Bloccano l’allungamento.

Lincosamidi e strptogramine hanno la stessa azione, interferiscono con il rRNA 23S del

50S.

- Oxazolidononi: classe di antibiotici di sintesi. Impediscono la formazione del complesso

ribosomiale, come il Linezolid

- Tetracicline: sono antibiotici batteriostatici, bloccano l’accesso al sito A ribosomiale

dell’aminoacil-tRNA e quindi impediscono l’inizio della traduzione.

- Cloramfenicolo: antibiotico con azione batteriostatica.

Un altro inibitore che blocca la sintesi proteica è la tossica difterica che interferisce con un

fattore di allungamento e inibisce il processo.

Gli Archea sono il regno di mezzo che si è voluto in parte verso gli Eucarioti, ma hanno ancora

una struttura cellulare semplice come i procarioti.

METODI DELLA MICROBIOLOGIA

I batteri per essere studiati vanno coltivati, dunque occorrono terreni di coltura che

garantiscano l’isolamento dei microrganismi in ambiente sterile. L’autoclave è uno strumento

indispensabile per la sterilizzazione che presuppone la mancanza assoluta di organismi vivi o

virus (diverso dalla sanificazione che serve per ridurre il numero di microrganismi presenti

entro limiti considerati sicuri). L’ autoclave funziona come pentola a pressione: si mettono i

liquidi da sterilizzare perché possiede un ambiente umido. Si mette il materiale, si chiude e

viene fatto passare vapore che causa l’uscita dell’aria e si crea dunque una pressione nella

camera. Questo fa si che il terreno venga sterilizzato e i batteri muoiono (anche le spore che

sono resistenti anche al calore).

La sterilizzazione può avvenire tramite metodi fisici (calore, radiazioni) o chimici (disinfettanti,

conservanti). I metodi fisici si distinguono in:

- Calore con uso di fiamma bunsen che determina i