Basi biochimiche e molecolari del benessere della persona

MOVIMENTO FLAGELLARE

Il movimento dei flagelli avviene grazie alla forza proton motrice. Affinché il batterio cammini in avanti il flagello deve muoversi in senso antiorario. Nel momento in cui il batterio deve tornare indietro, effettua una capriola e il flagello ruoterà in senso orario. Questo avviene sia per i batteri monotrichi (batteri che presentano un singolo flagello), che per i batteri che presentano più flagelli sulla superficie esterna. Nel caso dei batteri che presentano più flagelli questi si andranno ad organizzare in un unico fascio flagellare e tutti i flagelli che costituiscono questo fascio ruotano in senso antiorario. Nel momento in cui il batterio deve cambiare direzione, questi flagelli si separano e iniziano a ruotare in senso orario e vi è un'inversione di marcia nella direzione del batterio. MICRORGANISMI PERITRICHI: Movimento linea retta, lento e uniforme MICRORGANISMI POLARI: Movimento a scatto, rapido(a) e (b) movimento deibatteri monotrichi polari(c) e (d) movimento dei batteri peritrichi

MOVIMENTO DIREZIONALE IN RISPOSTA AD UNO STIMOLO

Il movimento e la direzione del batterio avvengono in risposta ad uno stimolo. In base allanatura dello stimolo abbiamo diversi processi:

• CHEMIOTASSI: risposta ad una sostanza chimica.
• FOTOTASSI: risposta ad uno stimolo luminoso.
• AEROTASSI: risposta ai livelli di ossigeno presente nell'ambiente in cui è localizzato il microrganismo.
• OSMOTASSI: risposta alle diverse concentrazioni ioniche.

Quindi i batteri, in base allo stimolo che percepiscono, hanno più o meno una risposta.

CHEMIOTASSI NEI BATTERI

Risposta ad una sostanza chimica. Movimento di avvicinamento o allontanamento da una sostanza chimica.

• Positiva: il batterio si muove verso una sostanza attrattiva.
• Negativa: il batterio si allontana dalla sostanza in quanto è repellente.

Durante la chemiotassi positiva, il batterio si muove verso la sostanza attrattiva tramite dei chemiorecettori.

presenti sulla superficie di altre cellule) • Movimento (alcuni microrganismi utilizzano le fimbrie per muoversi) • Condivisione di materiale genetico (le fimbrie possono essere coinvolte nel trasferimento di plasmidi tra cellule batteriche) CAPSULA • Struttura esterna presente in alcuni microrganismi (principalmente batteri) • Composta da polisaccaridi o proteine Funzioni: • Protezione dalla fagocitosi (la capsula può rendere il microrganismo meno riconoscibile dal sistema immunitario) • Adesione a superfici (la capsula può favorire l'adesione del microrganismo a tessuti o materiali) • Resistenza a condizioni ambientali avverse (la capsula può proteggere il microrganismo da disidratazione o sostanze tossiche) FLAGELLI • Lunghi filamenti proteici presenti sulla superficie di alcuni microrganismi (principalmente batteri) • Composti da una proteina chiamata flagellina Funzioni: • Movimento (i flagelli permettono al microrganismo di muoversi in liquidi o su superfici) • Chemiotassi (i flagelli possono essere sensibili a sostanze chimiche e guidare il microrganismo verso o lontano da queste sostanze) • Adesione a superfici (alcuni microrganismi utilizzano i flagelli per aderire a tessuti o materiali) RIBOSOMI • Strutture cellulari coinvolte nella sintesi proteica • Presenti in tutti i tipi di cellule, compresi i microrganismi • Composti da RNA ribosomiale e proteine Funzioni: • Sintesi proteica (i ribosomi leggono l'informazione genetica contenuta nell'RNA messaggero e producono le proteine corrispondenti) • Regolazione dell'espressione genica (i ribosomi possono essere coinvolti nella regolazione della trascrizione e della traduzione dei geni) PLASMALEMMAP • Membrana cellulare che delimita il citoplasma del microrganismo • Composta da fosfolipidi e proteine Funzioni: • Barriera selettiva (la membrana regola il passaggio di sostanze dentro e fuori la cellula) • Trasporto di sostanze (la membrana contiene proteine che facilitano il passaggio di specifiche sostanze attraverso di essa) • Riconoscimento cellulare (la membrana può contenere proteine che riconoscono e interagiscono con altre cellule o molecole)

• Proprietà emoagglutinante
• Formazione di pellicole su superfici liquide (se questi microrganismi sono presenti su superfici liquide)

PILI

Altre strutture superficiali

Strutturalmente simili alle fimbrie

Presenti in 1 o 2 coppie

Funzioni:

• Stabiliscono connessioni tra cellule batteriche adiacenti -> scambio di materiale genetico tra batteri (da cellula donatrice a cellula ricevente): processo chiamato coniugazione.

CAPSULA

Quando la cellula è circondata da uno strato mucoso formato da polisaccaridi, questo strato, se è ben strutturato e organizzato, viene chiamato capsula.

Nel caso in cui sono presenti, all'interno della struttura dei polisaccaridi, dei legami che formano un reticolo ben definito, si dice che siamo in presenza del glicocalice.

La capsula ha la funzione di adesività, di inibizione della fagocitosi, della resistenza all'essiccamento, quindi in condizioni ostili preserva il batterio dal rilascio di acqua, ed

È tipica della resistenza agli antibiotici. SPORA O ENDOSPORA Forme di resistenza proprie di alcuni batteri (solo gram+ “sporigeni”) in condizioni ambientali sfavorevoli (per non andare in contro a morte e per perpetuare la specie). Caratteristiche:

• Elevata resistenza a: calore, agenti chimici e fisici, disidratazione, radiazioni, acidi, disinfettanti chimici.
• Impermeabilità ai coloranti (quindi al microscopio presenta una struttura incolore). È una struttura in cui la cellula rimane in forma inattiva, in una situazione quiescente, dormiente. L’organismo sporigeno, nel momento in cui percepisce che è in una condizione sfavorevole, si attiva subito producendo questa spora. La spora viene sempre generata all’interno di una cellula vegetativa e per questo motivo viene anche detta endospora.

STRUTTURA DI UNA SPORA La spora è costituita al centro dal DNA e ribosomi, circondata da strati che hanno la funzione di protezione del materiale

genetico che poi servirà per la nuova sintesi della cellulavegetativa. Vi è l'esosporio che è costituito da proteine e lipidi. E la corteccia più esterna che è formata da peptidoglicano. STATI DI FORMAZIONE DELL'ENDOSPORA Il batterio nel momento in cui avverte di essere in presenza di pericoli in ambiente ostile, soprattutto in carenza di nutrienti, si attiva per formare la spora. Il processo di formazione della spora può essere suddiviso in più stadi:

1. Condensazione del DNA.
2. La membrana di invagina all'interno del citoplasma formando un setto che circonda la regione che poi sarà la spora.
3. Nei diversi stadi si formano i vari strati caratteristici della spora.
4. Lisi della cellula.
5. Quando la cellula viene lisata, si ha la fuoriuscita della spora.

Questa spora resta nell'ambiente sotto forma di struttura quiescente, quindi una forma inattiva. Nel momento in cui le condizioni ambientali tornano ad essere favorevoli,

La spora va incontro ad un processo di attivazione, di germinazione e di esocrescita, in maniera tale da generare nuovamente la cellula vegetativa.

CICLO VITALE DI UN BATTERIO SPORIGENO

Partiamo dalla cellula vegetativa. In condizioni ambientali avverse, inizia la fase di sporulazione (formazione della spora), si genera la spora, si rilascia la spora nell'ambiente circostante e nel momento in cui le condizioni ambientali tornano favorevoli si ha l'attivazione, la germinazione e l'esocrescita della spora e lo sviluppo nuovamente della cellula vegetativa.

LA CRESCITA MICROBICA

Consiste nell'aumento delle varie componenti cellulari, sia a livello numerico che di dimensioni. La crescita è dovuta anche alla sintesi di nuovi costituenti cellulari che serviranno per la riproduzione dei nuovi microorganismi. Quindi, una volta terminata la crescita, avremo una popolazione con un maggior numero di microrganismi rispetto alla popolazione iniziale. I batteri (procarioti) si

riproducono per riproduzione asessuale ("scissione binaria"). La crescita è il processo conclusivo della vita di una cellula, grazie al quale da una cellula se ne formano due. Scissione binaria è la duplicazione della cellula. Si parte da una cellula madre per giungere a due cellule figlie identiche tra di loro.

1. Duplicazione della molecola di DNA (nei procarioti questa molecola è circolare, presente libera nel citoplasma, non circondata da membrana).
2. Si origina una seconda molecola di DNA. Quindi siamo in presenza di due molecole di DNA identiche tra loro.
3. Formazione del setto di separazione tra le due cellule: si crea un'invaginazione della parete della membrana plasmatica, fino a generare una separazione netta tra le due cellule. Otteniamo due cellule figlie identiche tra loro (ognuna con una molecola di DNA).

Ciclo di crescita dei microorganismi Rappresentato in 4 fasi. Dobbiamo immaginare che l'esperimento avvenga utilizzando un terreno di

crescita per il microrganismo (in cui quindi ci siano tutte le componenti necessarie alla crescita di esso).

1. Fase di latenza: i microrganismi si trovano nel terreno ricco di nutrienti; sintetizzano le componenti cellulari necessarie per la riproduzione/replicazione/duplicazione; questa fase è tanto più veloce quanto più giovane è la cellula.

2. Fase esponenziale: i microrganismi iniziano a replicarsi.

3. Fase stazionaria: si genera un equilibrio tra la fase di duplicazione è quella di morte (in questa fase fanti organismi vanno in contro a morte e tanti si riproducono).

4. Fase di morte: non ci sono più nutrienti nel terreno; il microrganismo non ha più la capacità di replicarsi e man mano va in contro a morte. Quindi la popolazione microbica va in contro a morte.

Metabolismo Batterico All’interno della cellula batterica avviene tutta una serie di reazioni biochimiche che vengono denominate “metabolismo batterico”.

Il metabolismo è l'insieme delle reazioni biochimiche che avvengono in una cellula. Può essere suddiviso in catabolismo ed anabolismo.

Il catabolismo consiste nell'ossidazione del substrato con produzione di energia libera. Si parte da molecole complesse e, attraverso la degradazione, si giunge a molecole semplici con liberazione di energia. L'energia viene conservata a livello dei legami fosfato ad alta energia dei fosfati dell'adenosintrifosfato (ATP).

L'anabolismo, invece, utilizza l'energia libera per la sintesi dei costituenti cellulari. Si parte da elementi semplici fino a giungere alla produzione di composti complessi, utilizzando l'energia libera prodotta durante il catabolismo.

L'ATP è l'energia per eccellenza della cellula. In presenza di acqua, l'ATP rilascia gruppi fosfato e si genera ADP + acido fosforico.

Da un punto di vista nutrizionale, possiamo distinguere i batteri in:

1. Fototrofi: utilizzano l'energia proveniente dai raggi solari.
2. Chemotrofi: utilizzano l'energia proveniente da reazioni chimiche.

Chemiolitotrofi: utilizzano l'energia proveniente da sostanze inorganiche. Chemiorganotrofi: utilizzano l'energia proveniente dall'ossidazione delle sostanze organiche. (Classificazione in base alla fonte di energia dei microrganismi). Classificazione in base alla presenza o assenza di ossigeno: - Anaerobi obbligati: batteri che non riescono a crescere in presenza di O2. - Aerobi obbligati: batteri che richiedono O2 per la crescita e il metabolismo. - Anaerobi Facoltativi: batteri che crescono sia in presenza che in assenza di O2. Classificazione in base alla fonte di carbonio: - Autotrofi: organismi che utilizzano come fonte di energia sia carbonio che sostanze chimiche inorganiche. - Eterotrofi: organismi che per crescere necessitano di una fonte di carbonio organico. L'ATP nelle cellule viene prodotta essenzialmente attraverso due vie metaboliche: - Fermentazione: processo anaerobico che produce ATP senza l'utilizzo di ossigeno. - Respirazione cellulare: processo aerobico che produce ATP utilizzando l'ossigeno.