Microorganismi in una biosfera che cambia

CARBOSSIDOBATTERI:

Utilizzano il monossido di carbonio come fonte di potere riducente a formare anidride

carbonica.

La respirazione aerobia avviene in presenza di ossigeno, utilizza l’ossigeno, come

accettore di potere riducente, quindi la respirazione ANAEROBIA è la respirazione che

non avviene in presenza di ossigeno quindi abbiamo bisogno di un altro accettore di

potere riducente e deve essere un composto organico e inorganico ma ossidato, cioè

che può ricevere equivalenti riducenti e quindi si può ridurre.

Per esempio ci sono composti inorganici dell’azoto che sono tra i più comuni accettori

di elettroni nella respirazione anaerobica.

I batteri denitrificanti che utilizzano come substrato il prodotto dei batteri Nitrificanti, i

batteri nitrificanti trasformano l’ammoniaca in Nitrito, poi in Nitrato, i batteri

Denitrificanti approfittano di questo Nitrato che si è formato ad opera dei batteri

Denitrificanti e lo utilizzano come substrato nella reazione di Denitrificazione.

Il substrato è il punto di partenza, il prodotto è la sostanza finale.

La Denitrificazione ha un notevole impatto ambientale, per l’agricoltura per esempio è

nocivo perché priva di sostanze azotate il terreno.

Le acque di scarico sono reflui di attività industriale, zoo tecnica, ospedaliera, agricola,

sono acque molto cariche di nutrienti non fa altro che aumentare l’effetto

dell’EUTROFIZZAZIONE.

Comporta una crescita massiva di organismi acquatici, principalmente alghe. Si forma

uno spesso strato algale che di fatto utilizza questa sostanza organica presente nelle

acque di scarico, determinando uno stato di IPOSSIA O ANOSSICA e determina una

moria di animali acquatici e uno shift delle comunità microbiche con una prevalenza di

microrganismi anaerobi che portano a produzione di sostanze maleodoranti.

I batteri Denitrificanti possono appartenere ai Chemiorganotrofi eterotrofi: hanno come

accettori equivalenti riducenti composti inorganici ossidati diversi dall’ossigeno. I

donatori possono essere composti organici o inorganici: Chemiorganotrofi o

Chemiolitotrofi.

Alcuni batteri riescono a fare la prima tappa, solo la prima riduzione da Nitrato a

nitrati.

Ci sono batteri che non solo utilizzano composti inorganici ossidati, diversi

dall’ossigeno.

Ci sono batteri che posso utilizzare composti organici ossidati come accettore di

equivalenti riducenti nella respirazione anaerobica.

Parliamo di batteri dove la catena respiratoria non c’è, ma sono sempre batteri che

realizzano un flusso di equivalenti riducenti, da un donatore ad un accettore.

In particolare, il donatore può essere l’idrogeno e l’accettore può essere l’anidride

carbonica. Quindi stiamo parlando di batteri che combinano Idrogeno e Anidride

Carbonica come donatore e accettori di equivalenti riducenti.

La CO2 può essere utilizzata come accettore di elettroni nel metabolismo energetico.

L’idrogeno è una molecola inorganica ridotta, la CO2 è una molecola inorganica

ossidata.

Durante questo flusso di equivalenti riducenti si genera ATP, si genera un gradiente di

sodio che genera ATP.

Questi batteri si chiamano: Omoacetogeni e Metanogeni.

Omoacetogeni sono batteri che producono acido acetico nel loro metabolismo,

utilizzano l’idrogeno come donatore di equivalenti riducenti, la C02 come accettore per

produrre acetato.

Sono batteri che utilizzano CO2 come accettori di equivalenti riducenti sono batteri

capaci di fare crescita Autotrofa.

La CO2 diventa il carbonio della molecola dell’acido acetico. Sono batteri che

utilizzano come fonte di carbonio la CO2, non viene organica diventando glucosio ma

viene organicata diventando acido acetico.

Metanogeni sono batteri produttori di metano, tra gli Archeobatteri troviamo questi

batteri.

Batteri che utilizzano il Metano formato prodotto da questi batteri Metanogeni.

È un processo che serve per produrre energia, perché questi batteri non hanno la

catena respiratoria ma hanno un flusso di equivalenti riducenti dall’idrogeno alla CO2

con produzione di ATP e alla fine viene ridotta fino al Metano.

Posseggono coenzimi insoliti, grazie ai quali è resa possibile la produzione biologica di

metano nell’atmosfera.

15 lezione

L’ammoniaca è il prodotto più ridotto dell’azoto Nh3 può solo cedere equivalenti

riducenti perché ha già idrogeni nella formula.

Un composto dell’azoto che è ossidato e può ricevere equivalenti riducenti potrebbe

essere il Nitrato No3- o il Nitrito No2-

Se un batterio non possiede la catena respiratoria, non può fare la respirazione

aerobia, non sono presenti altri composti ossidati inorganici diverse dall’ossigeno,

quello che può avvenire in una cellula batterica che si trova in queste condizioni è la

reazione di FERMENTAZIONE.

Un batterio che non riesce a respirare deve comunque riuscire a risolvere una

questione importante: la riossidazione del potere riducente.

EQUIVALENTI RIDUCENTI: sono gli NADH+H+ COENZIMA PIRIDINICO OSSIDATO si

generano nella GLICOLISI parliamo della degradazione della sostanza organica, delle

marco-molecole organiche come per esempio del Glucosio C6H12O6. Il livello massimo

di ossidazione del Glucosio è la Co2. Tutto ciò con la respirazione Glicolisi, ciclo di

Krebs, catena respiratoria.

Il ruolo della fermentazione è quello di provvedere in mancanza della respirazione,

all’riossidazione del coenzima piridinico, che dalla forma ridotta generata nel corso

della Glicolisi, porta alla riossidazione del NADH+H+.

Nella catena respiratoria il potere riducente NADH+H+ cede questi poteri riducenti ai

vai coenzimi, citocromi della catena respiratoria, fino ad arrivare all’ossigeno, che

diventa acqua.

Nel momento in cui l’ossigeno riceve questi equivalenti riducenti che vi sono ricavati

dal NDAH+H+ che si è formato durante la Glicolisi, vieni ad essere ridotto ad acqua.

Quindi la respirazione consuma Ossigeno, produce acqua.

Questo è il ruolo fondamentale provvedere alla riossidazione del potere riducente.

Come si forma ATP?

Si può formare nella fotosintesi, è l’energia luminosa che viene convertita in energia

chimica durante la fase luminosa della fotosintesi.

Con la nutrizione, che assimiliamo come nutrienti sotto forma di nutrienti,

introduciamo energia chimica, che è contenuta nei legami delle macromolecole

organiche (zuccheri, lipidi, proteine) e la convertiamo in una forma utile che è l’ATP. Il

processo che porta all’ATP si chiama FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA che si verifica nella

catena respiratoria, che mediante l’enzima ATP sintasi porta alla formazione di ATP.

Qual è il meccanismo mediante il quale si forma ATP nei batteri che fanno

FERMENTAZIONE?

È il processo che si chiama FOSFORILAZIONE A LIVELLO DEL SUBSTRATO, si verifica

durante la Glicolisi, per via Glicolitica porta alla formazione di ATP.

Metabolismo si divide in: ANABOLISMO E CATABOLISMO

ANABOLISMO fa riferimento alle reazioni di sintesi.

CATABOLIMSO alle reazioni di degradazione.

Il catabolismo degrada le macromolecole di cui noi ci nutriamo e trasforma l’energia

contenuta in queste molecole in ATP.

Respirazione Aerobia: presenza di ossigeno

Respirazione Anaerobia: accettori alternativi di elettroni.

L’ultimo prodotto della Glicolisi è l’acido Piruvico, che è il composto centrale del

metabolismo energetico.

Gli equivalenti riducenti dell’NADH+H+ si vanno riossidare sull’acido Piruvico e l’acido

Piruvico nel momento in cui riceve questi equivalenti riducenti si riduce e diventa

acido lattico.

Ci sono altre vie metaboliche nei batteri, possono farne ricorso affiancandola alla via

Glicolitica che hanno lo stesso scopo e funzione della via Glicolitica: VIA DI ENTNER-

DOUDOROFF.

Questa VIA DEI PENTOSO-FOSFATI è sempre presente, è una via metabolica che porta

alla sintesi di alcuni intermedi che sono fondamentali per il metabolismo cellulare, in

particolare: il ribosio 5-fosfato e l’eritrosio 4-fosfato che sono fondamentali per la

biosintesi degli acidi nucleici.

In questa VIA metabolica si formano per cursori importanti, fondamentali degli

Nucleotidi, del DNA e RNA.

Dalla respirazione, con la catena respiratoria si ottengono 36 molecole di ATP.

Con la fermentazione se ne ottengono molto meno.

Siamo arrivati con queste 3 vie metaboliche: Glicolisi, VIA DI ENTER-DOUDOROFF, VIA

DEI PENTOSO-FOSFATI a un prodotto comune che è l’acido piruvico.

L’acido piruvico se deve andare incontro alla respirazione diventa Acido coenzima A

In questo caso l’acido piruvico composto finale diventa substrato nella reazione di

fermentazione lattica.

I batteri lattici sono batteri Gram positivi, possono avere diverse forme: cocchi

tondeggianti, bacilli oppure forme a Y.

Alla fermentazione omolattica si contrappone la fermentazione eterolattica che è più

lunga, a differenza della omolattica non produce soltanto acido lattico, ma produce

anche altri composti come l’etanolo e Co2.

La fermentazione alcolica porta alla formazione di etanolo, di alcol.

FERMENTAZIONE ACIDO-MISTA stiamo parlando di batteri che vanno a costituire il

microbiota intestinale, fermentazione acido mista, si verifica nel nostro intestino

(escherichia, salmonella, Shigella)

Si chiamano ACIDO-MISTA perché porta alla formazione di vari acidi organici, non si

viene a formare soltanto l’acido lattico come nella fermentazione omolattica, ma si

vengono a formare altri acidi.

FERMENTAZIONE 2,3 BUTANDIOLICA perché in questa reazione si forma un prodotto

che si chiama 2,3 butandiolo. Viene realizzata da batteri che appartengono al genere

Enterobacter.

FERMENTAZIONE BUTIRRICA E ISOPROPILICA, si chiama così perché produce acido

butirrico e alcoli isopropilico. Questa fermentazione viene messa in atto dai Clostridi,

sono batteri anaerobio obbligati.

FERMENTAZIONE PROPONICA quella del formaggio

La fermentazione è una tappa fondamentale del ciclo del carbonio perché consente ai

quei microrganismi che vivono in assenza di ossigeno di mobilitare e di trasformare la

sostanza organica in biomassa e di rimetterla nuovamente in circolo.

Possiamo distinguere un ciclo del carbonio che avviene in fase aerobia in presenza di

ossigeno che ha un suo destino e un ciclo del carbonio che avviene in fase anossico, in

ambiente anaerobio, che avrà un destino diverso.

I batteri autotrofi hanno la fase oscura e sono in grado di organicare la Co2, ritorna ad

essere convertita in biomassa organica vegetale o microbica.

Un’altra via metabolica che utilizza la C02 è la METANOGENESI, batteri che utilizzano

la Co2 non nella fase oscura della fotosintesi m