Microbiologia - Appunti seconda parte

VIE METABOLICHE

Le vie metaboliche dei nutriliti sono catabolismo (processo

esoergonico) e anabolismo (sintesi; endoergonico): stretta

correlazione tra i due poiché l’energia che si ottiene dal catabolismo

può attivare l’anabolismo; nelle fasi anaboliche vengono utilizzate

anche molecole, elettroni, precursori.

Importante è il concetto di ossidazione di un composto:

sottrazione di atomi di H (ossidazione=deidrogenazione) -

Questi non vengono dispersi ma presi da accettori temporanei di e

(NAD, NADP, FAD), che dunque si riducono (NADH, NADPH, FADH) assumendo potere riducente sotto

-



forma di coenzimi ridotti possono ritrasferire gli e /H a un accettore finale.

I batteri possono avere diverse vie metaboliche per trarre energia: questo dipende dall’ampia varietà di

sostanze in grado di funzionare come accettore finale di idrogeno o elettroni.

CATABOLISMO: LA RESPIRAZIONE -

3 vie metaboliche • respirazione aerobia – ultimo accettore di e è l’ossigeno

• respirazione anaerobia – quei microorg. che non tollerano proprio l’ossigeno o si

cataboliche trovano in condizioni in cui scarseggia; accettori finali inorganici (nitrati, silati, CO2)



• fermentazione – microorg. non in grado di compiere nessuna respirazione

fermentano; accettore finale acido piruvico che si riduce in uno dei vari composti

organici che caratterizzano le varie fermentazioni

Respirazione aerobia

macromolecole organiche ossidate a CO2; E prodotta = 38 ATP; sede: membrana citoplasmatica. 

È la via energeticamente più favorevole perché il composto organico viene completamente ossidato tutti

i batteri in grado di effettuarla sono favoriti perché riescono ad acquisire molta energia.

 fase 1: glicolisi

prodotto finale 2 molecole di acido piruvico, 2 ATP, 2 molecole di NAD ridotto

NB! la glicolisi è la tappa comune a tutte e 3 le vie metaboliche (come prima tappa)

 fase 2: ciclo di Krebs

via ciclica con formazione di diversi intermedi che possono essere utilizzati per altre vie metabolich;

prodotto finale 3 molecole di CO2, 1 GTP (energeticamente uguale all’ATP), 4 NAD ridotti, 1 FAD

ridotto;

il glucosio a questo punto è stato completamente ossidato, ma NAD e FAD devono essere riossidati

-



per poter essere riutilizzati nel ciclo (possono lavorare per + cicli) NAD e FAD cedono i loro e ai

trasportatori della catena respiratoria

 fase 3: catena di trasporto degli elettroni

-

e vanno a cadere sull’ultimo accettore (=ossigeno) generando H2O (ossigeno si riduce a H2O);

la membrana viene energizzata creando una differenza di potenziale tra interno ed esterno della

membrana (favorisce entrata di elementi necessari es. protoni)

Fermentazione

accettore finale di idrogeno ed elettroni: acido piruvico; E prodotta = 2 ATP (dalla glicolisi)

Effettuata in assenza di ossigeno, è la via energeticamente più sfavorevole (per questo definita la via



catabolica opposta alla resp. aerobica) i batteri che possono effettuare solo fermentazione sono più

sfavoriti avendo un ricavo energetico molto ridotto.

Acido piruvico può essere ridotto a vari prodotti di fermentazione

• alcolica: alcol etilico, CO2 (lieviti)

• lattica: acido lattico (batteri lattici)

• acido-mista: acido lattico, acetico, succinico, formico, alcol etilico, anidride carbonica, idrogeno (enteroba

• propionica: acido propionico, acido acetico, CO2 (Propionobacterium)

• butandiolica: 2,3-butandiolo, acetoina, CO2 , ecc. (enterobatteri)

• butirrica e isopropilica: acido acetico, butirrico, isopropilico, acetone, alcol butilico, CO2 ,H2 (Clostridium)

NB! riduzione dell’acido piruvico necessaria per riutilizzare ciclicamente il NAD e quindi poterlo riossidare

Respirazione anaerobia 

stesse tappe della resp. aerobia ma composti inorganici O2 come accettori finali; E prodotta = 32/34 ATP

È tipica solo dei batteri (NON effettuata da muffe e lieviti); quando si trovano in assenza di ossigeno ma

trovano altri composti come accettori alternativi.

È una via favorevole (meno dell’aerobia ma molto più della fermentazione): il ricavo di energia finale,



quindi la produzione di ATP, varia in funzione del potenziale di riduzione dell’accettore finale maggiore

potenziale, maggiore produzione di ATP

Accettori finali

• nitrato ridotto a nitrito=tossico quindi ridotto ad azoto molecolare (denitrificazione)

• CO2 ridotta a metano (batteri metanogeni, metanogenesi)

• solfato ridotto a solfito=tossico quindi ridotto a solfuro di idrogeno

In generale la glicolisi è la 1° tappa del metabolismo per tutti i microorganismi ma esistono anche delle vie



alternative: ciclo dei pentoso-fosfati attivata quando alla cellula serve sintetizzare un particolare

composto/elemento per ottenere dei precursori specifici di vie biosintetiche

altra via alternativa: via di Entner-Doudoroff

Oltre al glucosio, possibili altre fonti di energia:



- carboidrati complessi idrolisi enzimatica a ottenere dimeri/monomeri



- lipidi solo alcuni microorg. sono in grado di ricavare energia anche dai lipidi, in assenza di fonti di

carbonio, tramite ossidazione degli acidi grassi (-ossidazione) a ottenere altri composti che

entrano poi nella via glicolica !SOLO in mancanza di una fonte di carbonio assimilabile!



- proteine microorg. in grado di fare idrolisi di proteine a ottenere AA; questi servono sia come fonti di

azoto che di energia, entrando in 2 reazioni (di Stickland) che portano a intermedi, che

possono poi entrare nella via metabolica per ottenere energia

Anche batteri che ricavano energia da fotosintesi ma non sono di nostro interesse (alimentare)

ANABOLISMO: sintetizzare macromolecole necessarie per vita dell’organismo

I PARAMETRI AMBIENTALI CHE INFLUENZANO LA CRESCITA MICROBICA

Microorganismi hanno esigenze diversissime di condizioni ambientali.

4 parametri a garantire una crescita efficiente

1. pH dell’habitat (in laboratorio: del terreno colturale)

• acidofili: prediligono ambienti acidi (pH ottimale 2,0-3,5)

la maggior parte delle muffe e dei lieviti

• neutrofili: prediligono crescere in un ambiente a pH neutro (pH ottimale 6,8-7,0)

la maggior parte dei batteri

• alcalofili: crescono a pH molto elevati basici (pH ottimale 8-10)

alcuni batteri

 quando pH non è ottimale, si ha una modifica/danneggiamento della membrana citoplasmatica che

perciò non svolgerà a pieno le sue funzioni rallentando la crescita della cellula: man mano che ci si

allontana dal valore di pH ottimale, la crescita del microorganismo sarà più lenta

NB! I microorganismi possono modificare il pH del loro habitat producendo metaboliti acidi o basici:

quando si varia il pH di un terreno, bisogna tener conto delle sostanze/composti che il microorg. che

vogliamo inserire produce, i quali influenzeranno il pH modificandone il valore (es. prodotti di



fermentazione = acido lattico = metabolita acido farà abbassare il pH).

2. Temperatura

• psicrofili: sviluppo a basse temperature 2-20 °C (T ottimale 15 °C)

• mesofili: sviluppo a medie temperature/temperatura ambiente

15-45 °C (T ottimale 37°C)

• termofili: sviluppo ad alte temperature 40-70°C (T ottimale 60°C)

• ipertermofili: prediligono temperature molto elevate, anche >90°C

Nel grafico osserviamo la curva di crescita in funzione della

temperatura; più si va verso temperature elevate, più la curva

scende velocemente dopo il punto di flesso: questo perché temperature più elevate provocano

danni maggiori e una morte più rapida e immediata al microorganismo che esce dal suo range di T

ottimale.

In base alla capacità di sopravvivenza si distinguono • psicrotrofi – capacità di resistere a basse T

• termodurici – capacità di resistere ad alte T

capacità di resistere anche a temperature molto “scomode”: la cellula fuori dal

suo range di T non è in grado di riprodursi e crescere, viene rallentata, ma non

viene danneggiata la parete cellulare dunque riesce a rimanere in vita anche a

temperature molto al di sotto o al di sopra del suo ottimale; quando la

temperatura viene riportata a valori ottimali, è di nuovo in grado di riprendere a

pieno regime le sue funzioni vitali, a riprodursi e crescere

es. pastorizzazione: tecnica che riduce la carica dei microorganismi patogeni; NON impedisce la

crescita/uccide tutti i microorganismi patogeni!

(sporigeni=termodurici -> resistenti anche ai 63 °C per 30 min della pastorizzazione)

Temperatura influisce diversamente sui vari componenti della cellula

- fluidità membrana cellulare: quando T è alta -> fluidità -> aumenta [acidi grassi saturi] per



diminuire di nuovo fluidità (e viceversa); per questo gli psicrofili possiedono maggiore [a.g. insaturi]

- elevate temperature (al di sopra della T max del range dei vari microorganismi) vanno a danneggiare



la stabilità di ribosomi, proteine e acidi nucleici fenomeno irreversibile = danni irreversibili per la

cellula – anche se si ritorna nel range di T ottimale, la cellula ormai danneggiata non potrà riacquisire

le capacità vitali 

- basse temperature influenzano attività enzimatica e disponibilità di H O libera fenomeno

2

reversibile = rallentano crescita cellulare ma non provocano danni permanenti alla vita della cellula

es. congelamento, conservazione in frigo Cibo tenuto troppo tempo a temperatura ambiente

può favorire una crescita molto rapida dei

microorganismi, avendo molti il loro ottimo di

temperatura in questo range (20-45°C)

per eliminare/uccidere tutti i microorganismi



comprese spore sterilizzazione +121 °C



per bloccare crescita cellulare congelamento -18 °C

per conservare per anni ceppi originali di cellule di

proprio interesse preservandone l’integrità (es. nei



laboratori di ricerca e sviluppo) sospensione di

cellule e glicerolo: ha proprietà fisiche che

impediscono formazione di cristalli di ghiaccio anche

a -80 °C = mantiene integrità cellulare

3. Ossigeno

in funzione del ruolo che l’O ha nella cellula distinguiamo

2 -

• aerobi – necessitano di O come ultimo accettore di e (resp. aerobia)

2

• microaerofili – metabolismo aerobio, ma necessitano pressioni parziali di O inferiori

2

• anaerobi facoltativi – sia respirazione aerobia che fermentazione, in base alla disponibilità di O 2

• anaerobi aerotolleranti – metabolismo fermentativo ma tollerano presenza di O

2

• anaerobi obbligati – solo metabolismo fermentativo; per alcuni presenza di O tossica

2

Per capi