Microbiologia (Parte di batteriologia)

SPORANGIO

Le spore, una volta rilasciate nell'ambiente, sono metabolicamente inerti, proprio come i virioni. Non possono quindi replicarsi o compiere biosintesi. Il diametro delle endospore è molto variabile: in Bacillus è minore della cellulamadre, in Clostridium è maggiore. Le endospore sono evidenziabili attraverso il colorante verde malachite, che può entrare nell'endospora stessa.

Struttura della spora

La spora è dotata di molteplici strati:

• CORE: regione centrale che contiene il materiale genetico
• MEMBRANA INTERNA
• PARETE DELLA CELLULA GERMINATIVA: costituirà la parete della forma vegetativa dopo che la spora è andata incontro a germinazione. Composta da peptidoglicano
• MEMBRANA ESTERNA
• TUNICAESOSPORIO (solo in alcune specie sporigene)

In condizioni ambientali favorevoli la cellula si divide per scissione binaria. Il processo di sporulazione invece inizia con una divisione asimmetrica: il setto non è

posizionato al centro del corpo della cellula madre come nel caso della scissione binaria, ma su un lato, formando la prespora (cellula più piccola da cui si formerà l'endospora) e la cellula madre.

Prima della formazione del setto c'è la replicazione del cromosoma. I due filamenti si condensano formando il filamento assiale, che si estende da un polo all'altro della cellula.

Successivamente avviene la segregazione dei cromosomi dopo la formazione del setto.

A livello del setto c'è la deposizione del peptidoglicano e si completa la sintesi della membrana citoplasmatica da entrambe le parti.

Il peptidoglicano in posizione centrale viene degradato mentre la membrana plasmatica della cellula madre si insinua attorno alla prespora, inglobandola. Da qui si formano le due membrane che contengono lo strato di peptidoglicano che costituirà la parete germinativa.

Inizia la sintesi del peptidoglicano modificato (senza acidi teicoici).

elipoteicoici) tra le due membrane citoplasmatiche che viene prodotto dalla cellula madre (metabolicamente attiva), costituirà la parte esterna della corteccia.

Il peptidoglicano modificato subisce delle reazioni biochimiche che anello lattamicorimuovono il tetrapeptide e formano un a livello del NAM. L'anello lattamico permette il riconoscimento da parte di alcuni enzimi litici, che permetteranno la formazione della parete vegetativa durante la germinazione. acido dipicolinico

La cellula madre produce che viene trasportato nellaprespora per richiamare ioni calcio, che permettono la disidratazione del citoplasma della prespora. L'acido dipicolinico serve anche a stabilizzare gli acidi nucleici.

(small acid La prespora non è ancora inerte: produce le proteine SASPsoluble proteins), che si associano all'RNA e gli danno resistenza adessicazione, uv e calore. Inoltre costituiscono una fonte di carbonio ed energia durante la germinazione.

Viene prodotto un

• ulteriore strato di rivestimento attorno alla membrana esterna, ovvero la TUNICA. È uno strato proteico ricco di ponti di solfuro, è composto da almeno 50 proteine diverse. Conferisce compattezza, resistenza agli agenti chimici e aspetto rifrangente all'endospora.
• In alcune specie, come Bacillus, si forma l'ESOSPORIO: è composto da lipidi, proteine e carboidrati e conferisce ulteriore resistenza a stress chimici e fisici.
• Una volta che la spora è matura, la cellula madre va incontro a lisi, quindi la spora viene liberata nell'ambiente esterno dove può sopravvivere a lungo senza alterare la sua capacità di germinare. (impara la sequenza degli strati, la chiede spesso)

Germinazione

Una volta che l'ambiente torna adatto per la forma vegetativa, la spora percepisce queste modificazioni e inizia il processo di germinazione:

• viene liberato l'acido dipicolinico per permettere la reidratazione del citoplasma
• le SASP vengono

1. degradate per essere usate come fonte di carbonio ed energia
2. la tunica viene degradata
3. Iniziano i processi biosintetici

Divisione cellulare

Le cellule batteriche si dividono per scissione binaria:

1. Il ciclo di divisione inizia con la duplicazione del cromosoma
2. Si forma un setto centrale
3. La cellula si allunga e strozza
4. Dopo la formazione delle pareti le due cellule figlie si dividono

Per CICLO CELLULARE si intende la sequenza completa di eventi compresi tra la formazione di una cellula e la successiva divisione cellulare. Il tempo impiegato per completare questo ciclo varia in base alla specie e al tipo di terreno in cui la specie si trova ed è detto tempo di generazione.

La formazione del setto di divisione dipende dalla generazione nel citoplasma di una struttura detta anello Z, che definisce il piano di divisione cellulare. È composto da filamenti di FtsZ che forma un reticolo che si dispone ad anello. Bacteria

La proteina FtsZ ha analogie strutturali con la

Tubulina ed è presente sia neiArchea.che negli È una proteina di vitale importanza, senza di essa la cellula battericanon sopravvive.

In corrispondenza dell'anello Z si genera il DIVISOMA, un apparato proteico didivisione che promuove la sintesi del setto divisionale.

Le proteine del divisoma stabilizzano l'anello Z e ri-orientano le proteine per lasintesi degli involucri cellulari per la sintesi del setto di divisione.

L'anello Z si stringerà, portando la separazione delle due cellule figlie.

E. coliIn la duplicazione del cromosoma dura 40 minuti, mentre il setto viene prodottoin 20 minuti. In laboratorio però, in ambienti ricchi di nutrienti e in condizioni ottimalidi temperatura, il tempo di generazione è di soli 20 minuti anziché 60.

Ciò è possibile perché esiste una coordinazione tra replicazione del DNA e divisionecellulare: la prima cosa che viene replicata sono le origini di replicazione.

Perciò se ne originano 2. Qui si assembla il complesso proteico che serve per avviare una nuova replicazione del genoma: viene intrapreso un nuovo ciclo di replicazione prima ancora che si concluda il primo. Durante il ciclo cellulare quindi le cellule figlie ereditano un cromosoma che ha già iniziato la sua replicazione, per questo il tempo di generazione si riduce.

Costruzione della cellula batterica

Come si costruisce una cellula batterica? Durante un ciclo cellulare tutti i componenti cellulari devono raddoppiarsi, deve raddoppiare la quantità di materiale genetico, la quantità di pili, la quantità di flagelli, la quantità di fosfolipidi di membrana, la quantità di peptidoglicano, la quantità di membrana esterna, la quantità di lipopolisaccaride, ecc. È chiaro che affinché ciò avvenga, necessariamente la cellula batterica deve procacciarsi della materia e dell'energia dall'ambiente.

Energia servono anche per mantenere la propria integrità cellulare, ovvero la propria omeostasi. Durante la vita di una cellula batterica, molti dei suoi componenti, o perlomeno partiche costituiscono i suoi componenti, possono essere danneggiati, per esempio durante i processi metabolici (stress ossidativo che si viene a creare durante certe reazioni metaboliche) e che possono andare a danneggiare alcune componenti della cellula batterica, alcune proteine, alcune strutture, tipo fosfolipidi di membrana. La cellula batterica ha la necessità di andare a sostituire le parti danneggiate, e per sostituire queste parti è necessaria la materia e l’energia per svolgere il lavoro di riparazione o sostituzione.

1. Una cellula come si procura la materia di cui è costituita?
2. Una cellula come si procura l’energia necessaria per trasformare le molecole di partenza nelle molecole di cui è costituita per costruire le diverse strutture cellulari?

Composizione

Elementare delle macromolecole cellulari → tutte le cellule, sia eucarioti che procarioti, derivano dall'assemblaggio di una serie di macromolecole che si assemblano per formare le diverse strutture cellulari. Queste macromolecole sono polisaccaridi, lipidi, lipopolisaccaridi, acidi nucleici, proteine, presenti in percentuali variabili.

Le macromolecole a loro volta derivano dall'assemblaggio di una serie di elementi chimici anch'essi presenti in percentuali variabili di cui il più abbondante è il carbonio.

Il carbonio è l'elemento maggiormente presente nelle molecole biologiche, in percentuale variabile poi sono presenti gli altri elementi. In aggiunta agli elementi chimici di base, sono necessari anche altri elementi come magnesio, ferro, calcio, potassio, sodio che solitamente sono presenti in forma ionica libera, oppure sono associati a molecole organiche.

Questi elementi svolgono un ruolo importante nel mantenere l'integrità

Le proteine ferro-zolfo sono associate alle proteine e servono a mantenere la struttura terziaria funzionale della proteina. Se una proteina è associata a un determinato elemento, è in grado di mantenere la struttura funzionalmente attiva che può catalizzare determinate reazioni biochimiche. In assenza di certi elementi associati alla proteina, la proteina in molti casi non assume la conformazione corretta per essere funzionale.

Per costruire una nuova cellula, la cellula madre deve procurarsi tutti questi elementi da molecole appropriate e trasformarli nelle molecole biologiche di cui necessita, questo processo prende il nome di metabolismo.

Il fosforo viene assimilato sotto forma di fosfato, non sotto forma di fosforo molecolare, così come l'azoto che viene assimilato dallo ione ammonio.

Una tipica cellula batterica è costituita da diverse strutture complesse.