Microbiologia generale e agraria

FUNZIONI

La parete cellulare ha la funzione di controbilanciare la pressione osmotica dell’acqua e proteggere

la cellula dalla lisi osmotica : la concentrazione dei soluti all’interno della cellula sviluppa una

notevole pressione.

Ha la funzione di dare una forma alla cellule e rigidità.

Divisione cellulare.

IMPORTANZA

Peculiare composizione chimica

Bersaglio di alcuni antibiotici

Differenzazione tra Gram + e Gram -

Determina, se proviene da certi batteri, sintomi di malattie

Sito di attaccco di batteriofagi 19

NATURA CHIMICA DELLA PARETE

● GRAM + è formata da un 40-90% di peptidoglicano, poi proteine e acidi teicoici

GRAM –

● lo strato interno è formato da un 10% di peptidoglicano. Mentre lo strato

esterno è formato da fosfolipidi, proteine e lipopolisaccaridi.

PEPTIDOGLICANO è presente solo nei batteri e non negli archea e eucarioti. E’ formato da una

parete PEPTIDICA e da una parete GLICANICA.

Questa è la parete del peptidoglicano di escherichia coli;

lo scheletro glicanico è formato da N-acetilglucosamina

(NAG) e acido N-acetilmuramico (NAM). Quindi una

catena di glicani fosfacetilati con poi la presenza di

amminacidi.

la struttura particolare è che all’acido N-acetilmuramico

sono legati 4 amminoacidi con legame peptidico; quindi

l’unità strutturale si chiama GLICAN TETRAPEPTIDE

(glicano + 4 amminoacidi). Gli amminoacidi nei Gram –

variano, non sono sempre gli stessi. Quindi la diversità dei

peptidoglicano dei gram - è legata anche alla variabilità

degli amminoacidi. 20

Sempre escherichia coli, gram -, il

GLICAN TETRAPEPTIDE serve perché lo

strato è formato da una catena di glicani

sopra e una sotto e le due sono legate

attraverso un legame diretto di

amminoacidi del glican tetrapetide.

Quindi uno scheletro glicanico sopra e

uno sotto, ognuno con i suoi

amminoacidi che si legano attraverso un

legame peptidico diretto stabilizzano la

struttura.

Staphylococcus aureus è gram + e si

è notato che piu’ o meno lo scheletro

glicanico è quello: formato da

N-acetilglucosamina e acido

N-acetilmuramico. Però gli amminoacidi

che sono legati all’ acido

N-acetilmuramico possono essere uguali

o diversi da quelli dei gram – ma la particolarità è che il legame non è diretto fra i due tetra peptide,

ma c’è un ponte di 5 glicine sempre presenti. Questo rende la struttura molto più ingombrante, più

spessa.

Quindi la struttura dei GRAM- è una struttura bidimensionale diretto con due catene con i

tetrapeptidi sullo stesso piano che si legano. Invece i GRAM+ hanno uno schema tridimensionale.

Acido N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuranico sono legati da un legame glucosidico b1-4, che

viene tagliato dal LISOZIMA.

La patere dei gram + è piu’ esposta al LISOZIMA perché hanno piu’ peptidoglicano però nei gram – la

presenza della membrana esterna premette di produrre meno peptidoglicano. 21

E' formata dalla membrana citoplasmatica, doppio strato fosfolipidico attraversato da proteine

integrali di membrana, PEPTIDOGLICANO (rappresentato da pallini con tratti) molto spesso rispetto

alla parete. Sulla superficie esterno si trovano proteine associate alla parete e acidi teicoici e

lipoteicoici (attraversano tutto lo strato di peptidoglicano e si infilano nella membrana, quindi hanno

una parte idrofobica/lipidica per stare nella membrana idrofobica).

Gli acidi lipoteicoici fungono da strutture di raccordo tra il peptidoglicano e la membrana, in qualche

modo il peptidoglicano è agganciato in qualche punto alla membrana e quindi il tutto è stabilizzato.

(la parete è tutto ciò che si trova all’esterno della membrana citoplasmatica, quindi peptidoglicano

con acidi teicoici).

ACIDI TEICOICI

Sono polimeri della parete, della membrana e della capsula. Costituti da glicerofosfato o

riibitolfosfato. Sono polimeri lineari del ribitol o del glierolfosfato ai quali sono legati zuccheri o

D-alanina; ci sono anche quelli legati a lipidi della membrana.

In VERDE e in ROSSO acidi teicoici e acidi lipoteicoici. In nero il

peptidoglicano. 22

La struttura, le caratteristiche chimico-fisiche, la carica, la dimensione delle molecole influiscono

molto sul trasporto. Quindi la presenza delle molecole, la struttura del peptidoglicano.

Gli ACIDI TEICOICI sono i responsabili della carica negativa della superficie cellulare, possono

agevolare il passaggio di cationi (non passano la membrana perché sono polari).

Acidi teicoici sono gli ANTIGENI DI SUPERFICIE, quindi i patogeni gran + che hanno molti acidi teicoici

possono indurre una risposta immunitaria. Possono essere utilizzati per differenziare i microrganismi.

CEPPO è un insieme di cellule tra loro uguali e che differiscono di poco da altri ceppi.

Le SPECIE vengono definite sulla base dalle caratteristiche (genetiche e fenotipiche) dei CEPPI.

(TIPIZZARE = differenziare colture microbiche tra di loro in base a delle diversità minime).

CEPPI SONO COLTURE CELLULARI IL CUI GENOMA E’ RELATIVAMENTE STABILE NEL TEMPO E

POSSONO ESSERE RACCHIUSI INSPECIE SULLA BASE DI DIVERSE CARATTERISTICHE.

Ciò che noi studiamo in laboratorio sono ceppi, quando poi li identifichiamo li attribuiamo a una

specie.

Nel basso si trova l’interno della cellula, poi la membrana citoplasmatica con il doppio strato

fosfolipidico e le proteine integrali di membrana.

La parete nei GRAM- è formata dal peptidoglicano e una membrana esterna. Il PERIPLASMA o spazio

periplasmico è la regione che sta tra la membrana citoplasmatica interna e la membrana esterna,

contiene il peptidoglicano ma contiene anche uno spazio in cui avvengo molte reazioni enzimatiche,

quindi molto importante per il microrganismo. Il peptidoglicano nei GRAM+ e nei GRAM- ha una

struttura diversa, qui è organizzato in maniera bidimensionale nei GRAM+ è tridimensionale. 23

Quello che caratterizza i GRAM- oltre il sottile strato di peptidoglicano è la presenza della membrana

esterna che contiene proteine porine sono dei tubi che servono per far passare i composti polari

perché essendo una membrana è idrofobica (acqua). Sulla superficie si trovano lipopolisaccaridi sono

formati da una parte lipidica-idrofobica e una parte di zuccheri.

1. Lipide A costituita da acidi grassi legati con legame estere a un dimero di

N-acetilglucosamina fosfato.

2. CORE POLISACCARIDICO contiene zuccheri precisi, fosfati, il chetodeossiottonato è una

molecola che si trova solo qui.

3. POLISACCARIDE O (coda) c’è molta variabilità sia come tipo di zuccheri che come numero

di unità saccaridiche.

La struttura è comune con la parte lipidica e il core polisaccaridico e il polisaccaride O che dipende

dal microrganismo e dalla disponibilità di certi zuccheri.

I lipopolisaccaridi sono molto presenti nella parete dei GRAM- e vengono riconosciuti dal sistema

immunitario dell’uomo e degli animali, per cui a seconda del tipo di microrganismo i sistemi

immunitari hanno evoluto la capacità di riconoscere queste molecole per riconoscere il

microrganismo.

Salmonella 2000 sierotipi = esistono 2000 combinazioni diverse di polisaccaridi che sono in grado di

elicitare una risposta sierologica.

Hanno la funzione di limitare l'ingresso di sostanze tossiche per il batterio e sono coinvolti nella

formazione del biofilm.

Sullo strato inferiore si trovano le lipoproteine che ancorano la membrana esterna allo strato di

peptidoglicano.

La parerete ha una funzione importante per il mantenimento della struttura della cellula ma anche

per gli scambi con l’esterno. 24

FUNZIONI DELLA MEMBRANA ESTERNA

● Delimita lo spazio periplasmico che è la sede di reazioni enzimatiche per la cellula

● Protegge il peptidoglicano

● Resistenza ad agenti tossici come lisozima, acidi biliari, enzimi digestivi, antibiotici come

quelli che attaccano la parete o che potrebbero entrare nella cellula.

● Impermeabile a molecole idrofiliche e questo consente una certa resistenza ad alcuni

coloranti che sono presenti nei terreni selettivi.

● Presenza dei recettori per fagi e batteriocine che sono degli organismi che hanno evoluto

la capacità di sfruttare delle molecole come recettori, quindi nella membrana esterna i

batteriofagi che attaccano quel microrganismo hanno dei recettori che consentono

l’interazione molecolare e l’attacco al virus stesso. Batteriocine sono dei composti

peptidici che sono antimicrobici, cioè sono quello che alcuni ceppi di batteri producono

per eliminare altri ceppi di batteri, con range di azione limitato.

(antibiotici sono prodotti da funghi filamentosi =muffe e hanno un ampio spettro. Queste sono le

due differenze dalle batteriocine)

MICOPLASMI: sono organismi naturalmente senza parete, vivendo senza parete hanno meno difesa

dagli antibiotici che colpiscono la parete, invadono più facilmente le cellule degli animali. Il genoma è

ridotto questa è una forma di adattamento. Pleomorfo: non ha una parete che gli dà una struttura

ma si adatta. Per forza di cose un batterio senza parete deve stare in un ambiente isotonico, se

ipotonico il batterio si disidrata e perde acqua, se la cellula è più concentrata rispetto all’esterno

rischia di scoppiare. Se sta in un ambiente che lo porta in giro può stare nel sangue o nella linfa.

PROTOPLASTI E SFEROPLASTI: sono cellule che si ottengono attraverso la digestione enzimatica della

parete e devono stare in soluzioni isotoniche per poi poterli studiare. Il LISOZIMA digerisce la parete,

se la soluzione è ipotonica avviene la lisi della cellula se invece è isotonica come all’interno della

cellula allora il microrganismo può stare senza parete. 25

Le cellule riusciamo a dividerle in GRAM+ e GRAM- sulla base:

● Diversa permeabilità al primo colorante e alla resistenza alla decolorazione con alcol.

In pratica mettiamo il cristialvioletto e poi mettiamo la soluzione iodata; il cristalvioletto entra nella

cellula con lo iodio si forma questo complesso insolubile all'interno della cellula e terzo passaggio uso

l’alcol, quindi la decolorazione in alcol. L'alcol difatti ha un effetto disidratante, se c’è una parete

molto spessa che ha fatto passare il cristalvioletto, lo iodio e hanno reagito e fatto un composto

intracellulare e restringo il peptidoglicano con l’alcol, il violetto non esce più. Dall'altra parte il

cristalvioletto pochino entra ma non più di tanto, lo iodio non entra quel poco che precipita nel

momento in cui disgrego con l’alcol decoloro, disgrego tutto lo strato superficiale, il peptidoglicano

molto piccolo poco penetrato quindi si decolora tutto. Cioè decoloro perché il