Appunti Microbiologia con laboratorio - Lezione 4

LEZIONE 7 OTTOBRE

Queste sono due immagini a microscopio

elettronico, sezione trasversale di due cellule,

colorate in seguito artificialmente; sulla

sinistra abbiamo una cellula procariote e sulla

destra una cellula eucariote.

Differenza tra cellula eucariote e cellula

procariote nelle immagini?

A sinistra non distinguiamo nessuna divisione,

ma tutto sembra in confusione; a destra invece

abbiamo un’organizzazione strutturale dove

tutto è in ordine. Quindi visivamente la

differenza è che nella cellula eucariote

vediamo la presenza di strutture organizzate:

come per esempio il nucleo che contiene le

informazioni genetiche della cellula.

Il mondo procariote però è capace di stupirci

perché vedremo la presenza in una cellula procariote di una struttura che assomiglia molto al nucleo

eucariote. Questa è sempre un’immagine a microscopia elettronica

dove però la cellula procariote è stata sezionata in

lunghezza; in realtà qui vediamo due cellule batteriche

in fase di divisione, si è già formato il setto che separerà

le due cellule ma momentaneamente sono ancora

attaccate ma a breve si sarebbero separate. Anche in

questo caso si evidenzia nel citoplasma una zona più

chiara (perché ha una densità di elettroni più bassa) che

sarebbe il materiale genetico sparso all’interno della

cellula. Vediamo inoltre un rivestimento più esterno e

spesso, che si vede bene perché nel preparare

l’immagine a microscopio elettronico la cellula è stata in

parte disidratata e quindi si è un po’ ritirata ma, questo strato qui non si modifica dato che è un guscio

il quale viene definito parete cellulare. Poi vediamo un’altra linea sottile al di sotto che è la membrana

citoplasmatica.

BATTERI E ARCHEA

A livello del mondo procariote batteri e Archea pur avendo delle uguaglianze strutturali, hanno anche

delle differenze notevoli:

- Differiscono a livello di parete e di membrana cellulare;

- I batteri sono sensibili agli antibiotici; quasi nessun antibiotico agisce sugli Archea;

- Andando a studiare i processi di macrobiosintesi all’interno della cellula vedremo che i

meccanismi di sintesi delle proteine e degli acidi nuclei degli Archea assomigliano a quelli

eucarioti;

- I batteri comprendono microrganismi patogeni per animali e per piante, gli Archea no;

- Tra gli Archea, che si trovano ovunque, ci sono dei gruppi particolari con meccanismi

metabolici particolari tipo ipertermofili e metano geni;

Qui vediamo uno schema di cellule batteriche, le

dimensioni di una cellula procariote sono dell’ordine di

qualche micron, quindi sono molto piccole ed è per

questo che possono essere osservati solo con strumenti

appositi. Nel 99% dei casi abbiamo queste dimensioni in

cui le cellule eucariotiche sono più grandi di quelle

procariotiche, ma esistono delle eccezioni per esempio

nel caso dell’Epulopiscium Fischelsoni che è un batterio

il quale ha delle dimensioni superiori a delle cellule

eucariotiche perché arriva anche a 0,5 mm.

Perché è così raro trovare batteri di queste dimensioni?

La sopravvivenza di qualunque essere vivente è molto legata alla

sua capacità di scambio con l’ambiente esterno, da cui ha bisogno

di prendere sostanze nutrizionali e contemporaneamente di espellere tutti i prodotti di rifiuto. Questo

concetto è valido per tutti gli organismi complessi, in cui sono presenti organi deputati a compiere

questi lavori, ma nel caso di una cellula procariote, l’unico sistema di scambio con l’esterno è

attraverso la superficie, cioè attraverso la membrana citoplasmatica, per cui diventa estremamente

importante il rapporto superficie/volume. Il volume è legato alla massa e alle dimensioni della

cellula, inoltre maggiore è il volume, maggiore sarà la quantità di sostanze nutrizionali necessarie al

microrganismo e maggiore sarà anche la quantità di sostanze da espellere.

Prendendo in considerazione una forma sferica con il

raggio di 1 µm, si possono facilmente calcolare

superficie e volume attraverso le formule classiche e

come mostrato nell’immagine di fianco, vediamo che il

risultato del rapporto superficie/volume è uguale a 3.

Se il raggio viene raddoppiato da 1 a 2 µm, il rapporto

superficie/volume si dimezza e diventa 1,5. Questo

accade perché la superficie cresce con il quadrato del

2 3

raggio (r ) mentre il volume con il cubo (r ), quindi il

volume cresce più rapidamente rospetto alla superficie.

Perciò possiamo intuire che ci sia un limite alle

dimensioni della cellula dovuto proprio a questo

rapporto superficie/volume, ovvero una cellula troppo

grande non riesce ad attuare facilmente scambi con

l’esterno, così questo è il motivo per cui non esistono

cellule batteriche giganti.

Le cellule come quella presente nell’immagine, non si trovano solitamente libere in natura ma in

nicchie ecologiche particolari, ad esempio, nel caso di Epulopisciu, questa si trova in genere

nell’organo di un pesce, perché è lì che ha trovato il suo ambiente ideale per poter scambiare sostanze

nutrizionali che le permettono la sopravvivenza.

È possibile osservare la forma delle cellule batteriche attraverso l’utilizzo di un semplice microscopio

ottico. Essenzialmente ci sono quattro forme comuni (anche se in natura ci sono microrganismi

batterici con forme peculiari diverse da queste

canoniche):

1. Forme sferiche, chiamate Cocchi;

2. Forme a bastoncino, chiamate Bacilli;

3. Forme a virgola, che prendono il termine di

Vibrioni;

4. Forma a “cavatappi”, chiamata Spirillo;

La forma della cellula è tipica di ogni specie batterica,

ad esempio, sappiamo che Bacillus subtilis o

Escherichia Coli hanno forme bacillari, lo Streptococco ha invece una forma sferica. Dobbiamo

sempre tenere presente che queste forme e morfologie sono fortemente influenzate dall’ambiente in

cui il microrganismo vive, perché se abbiamo un bacillo che viene tenuto in un ambiente povero,

questo diventa molto soffer