Appunti completi di microbiologia - prof Fortina

MICROSCOPIO ELETTRONICO

In particolari studi di estrema precisione, viene utilizzato un microscopio elettronico

che “illumina” il campione con un fascio di elettroni anziché radiazione

elettromagnetica. Si utilizzano fasci di elettroni sparati ad un’elevata velocità (anziché

fasci di luce) con lunghezza d’onda <0,1 mm. Non si dispone di un contrasto di fase,

ma il contrasto viene dato grazie al trattamento del campione con soluzione di metalli

preseti con tungsteno e uranio.

Questo tipo di microscopio deve essere utilizzato sottovuoto. Ciò pone limiti di tipi di

campione che possono essere esaminati: gli organismi vitali non possono essere

esaminati perché devono essere completamente essiccati (il campione deve essere

molto sottile ed essiccato)

Ci sono 2 tipi di microscopi elettronici:

TEM è un microscopio elettronico a trasmissione: è costituito da 3 sistemi di

 lenti elettromagnetiche; il primo funge da condensatore convogliando il fascio di

elettroni sul campione, il secondo funge da obbiettivo e produce il terzo che

funge da proiettatore e consente un ingrandimento ancora maggiore,

l’immagine viene fotografata e visualizzata su una schermata fluorescente.

L’ingrandimento consentito è 10000x ma è possibile arrivare dai 20000x a

50000x. Fornisce immagini bidimensionali di sezioni di cellule ed organelli.

SEM microscopio elettronico che analizza la superficie del campione porzione

 per porzione, ovvero ne fa la scansione. Man mano che il fascio elettronico

scorre sul campione, sullo schermo si costruisce un’immagine completa. Ha un

fattore d’ingrandimento pari a 100.000 e fornisce un’immagine molto

dettagliata.

FABBISOGNI NUTRIZIONALI ED AMBIENTALI dei

microrganismi

I microrganismi per poter crescere traggono dall’ambiente che li circonda tutte le

sostanze richieste per la sintesi del materiale cellulare e per la produzione di energia.

Queste sostanze sono dette “nutrienti”.

La cellula è costituita da 80/90% del peso totale da acqua mentre per quanto riguarda

la sostanza secca il 95% sono costituite da macromolecole di cui:

50% carbonio

 19% ossigeno

 13% azoto (nelle proteine, basi azotate, coenzimi)

 7% idrogeno

 3% fosforo (negli acidi nucleici, ATP, fosfolipidi)

 1% zolfo

 Cofattori enzimatici: potassio (1%), calcio, magnesio, ferro



I restanti 5% sono composti da micromolecole:

Cobalto che si trova nella vitamina B12 e coenzima

 Manganese che è presente nel cofattore enzimatico

 Zinco

 Molibdeno

 Nickel

 Rame



Tutti gli organismi hanno quindi bisogno di fonti nutritive da cui trarre le macro e

micromolecole necessarie per la loro crescita, attraverso i quali produrranno energia

per i vari processi.

Fonte di carbonio

Può essere di 2 tipi:

- carbonio inorganico ossidato sotto forma di CO2

- carbonio organico ridotto come carboidrati complessi (amido-cellulosa), carboidrati

semplici (glucosio), acidi organici (acido lattico), alcoli (etanolo, sorbitolo)

La fonte di carbonio può essere glucosio. Per quanto riguarda gli zuccheri semplici

alcuni batteri usano pentosi altri esosi mentre i batteri che utilizzano amido e cellulosa

sono pochi.

Il genere Pseudomonas preferisce il glucosio per non spendere ulteriore energia: usano

prima il glucosio e solo quando non sarà più disponibile sintetizzano l’amilasi per la

degradazione dell’amido.

I batteri propionici usano acidi organici in questo caso l’acido propionico come fonte di

carbonio (usati per la produzione di formaggi)

Fonte di azoto

Può derivare da amminoacidi o Sali di azoto.

Può essere di 2 tipi:

- azoto organico come proteine, amminoacidi, peptoni

- azoto inorganico, lo troviamo in forma ossidata NO3, in forma ridotta NH4 e in forma

molecolare N2.

denitrificazione

La è una tecnica dove viene usato il nitrato che dopo una reazione

viene trasformato in NO2, impoverendo i terreni dove crescono (NO3NO2)

L’azoto fissazione invece è una tecnica dove fissano l’azoto atmosferico attraverso

riduzione, che arricchisce il terreno di crescita (N2NH3)

Fonte di fosforo, potassio, calcio e gli altri microelementi

Vengono assunti sotto forma di Sali minerali.

Alcuni microrganismi, detti auxotrofi, hanno subito delle modificazioni delle vie

biosintetiche e non riescono a sintetizzare alcuni elementi. Questi elementi detti

“fattori di crescita” devono essere presi dall’esterno e sono: specifici amminoacidi,

vitamine (riboflavina, CoA, acido pantotenico, FAD, niacina e NAD), basi nucleotidiche.

Mentre i prototrofi non necessitano di fattori di crescita.

Fonte di energia

I microrganismi utilizzano 2 fonti di carbonio:

Fototrofi: utilizzano il carbonio dei composti organici, utilizzando l’energia

 liberata dalla demolizione delle stesse molecole organiche.

Autotrofi: utilizzano fonti di carbonio inorganico per costruire strutture

 cellulari assieme ad un tipo di energia luminoso (luce) o derivante dalla

demolizione di alcuni composti chimici.

In base all’energia sfruttata vengono divisi in ulteriore categorie:

- fotosintetici: effettuano fotosintesi in presenza di energia luminosa (luce)

- chemiosintetici: sfruttano l’energia derivante dalla demolizione di alcuni

composti inorganici (idrogeno, zolfo, ferro)

I microrganismi vengono suddivisi in base alla fonte di energia e di carbonio:

Fotoautotrofi: alghe, batteri fotosintetici: utilizzano come fonte di energia

 la luce e come fonte di carbonio CO2 inorganico.

Fotoeterotrofi: batteri rossi e verdi: utilizzano come fonte di energia la luce

 e come fonte di carbonio i composti organici.

Chemio autotrofi: utilizzano come fonte di energia i composti inorganici e

 come fonte di carbonio CO2 inorganico.

Chemio eterotrofi: la maggior parte degli organismi di interesse

 alimentare: utilizzano come fonte di energia e come fonte di carbonio i

composti organici.

ASSUNZIONE DEI NUTRIENTI

Gli eventi chiave della vita cellulare sono l’assunzione dei nutrienti e

l’espulsione di sostanze attraverso la membrana citoplasmatica.

La maggior parte delle molecole biologicamente importanti non riesce ad attraversare

passivamente la cellula. Il trasporto è dunque un processo fondamentale per le

funzioni vitali in quanto permette:

- l’accumulo di nutrienti all’interno della cellula contro gradiente di concentrazione

- secrezione di enzimi esocellulari

- eliminazione di metaboliti di scarto

La cellula deve portare al suo interno sostanze nutritive, ma la membrana

citoplasmatica è molto selettiva quindi deve attivare dei meccanismi di trasporto

attivo e passivo:

Trasporto attivo: è quella più utilizzata, avviene contro gradiente di

 concentrazione e richiede un dispendio di energia. Si possono usare proteine di

trasporto che sono specifiche per ogni tipo di nutriente, può avvenire in modo

diverso:

- uniporto: il nutriente viene riconosciuto, legato alla proteina che cambia

conformazione conferendo ATP e facendolo entrare all’interno.

- simporto: dove entrano non solo i nutrienti ma anche ioni idrogeno o calcio.

Richiede come fonte di energia una forza proto-o sodio motrice.

- antiporto: alcuni composti possono entrare contemporaneamente ad altri che

stanno uscendo.

Trasporto passivo: avviene attraverso gradiente di concentrazione (ATP). Due

 tipi di diffusione:

- facilitata che è mediata da proteine di trasporto (carrier, glicerolo, alcuni

zuccheri)

- passiva, per molecole piccole, acqua e molecole liposolubili.

Per alcuni microrganismi esistono forme di trasporto differenti: la traslocazione di

gruppo dove una sostanza viene modificata chimicamente durante l’attraversamento

della membrana (trasporto di zuccheri che vengono fosforilati).

eucarioti

Negli ma non nei lieviti o batteri una determinata molecola viene introdotta

all’interno della cellula attraverso la membrana cellulare per endocitosi mediata da

recettori. Prevede un ripiegamento verso l’interno della membrana cellulare dove si

forma una vescicola che contiene la molecola da trasportare che viene

successivamente rilasciata nel citoplasma.

La fagocitosi è il processo che prevede il trasporto all’interno della cellula per

endocitosi di una sostanza solida come un frammento di cibo o una cellula batterica

mentre la pinocitosi è il processo che prevede il trasporto all’interno della cellula per

endocitosi di materiale liquido (si ha in tutte le cellule degli eucarioti)

Il sistema secretorio è altamente specifico poiché discrimina tra proteine plasmatiche

e da esportare e permette alla cellula di esportare enzimi esocellulari, tossine e

prodotti di scarto.

METABOLISMO

Per metabolismo si intende l’insieme delle reazioni che avvengono in un determinato

organismo. Si distinguono 2 processi:

Catabolismo: è un processo esoergonico. Vari nutrienti vengono degradati a

 molecole più semplici per generare energia. Questa energia si genera tramite

l’ossidazione delle molecole e servirà per l’anabolismo.

Anabolismo: è un processo endoergonico e i precursori ottenuti (ATP, acetil

 CoA) vengono impiegati per sintetizzare tutte le molecole necessarie alla vita

della cellula. Avviene tramite riduzione.

Non esiste una netta distinzione tra i 2 processi. Dall’ossidazione si liberano ioni H+

che potranno servire nell’anabolismo dove avranno luogo delle reazioni di riduzione a

partire da determinati precursori.

Questi ioni H+ possono essere acquistati da NAD, FAD e NADP e ridursi

rispettivamente a NADH, FADH2 e NADPH.

Il metabolismo dei microrganismi è differente da quello delle cellule del nostro

corpo: Molto più rapido del nostro (10-100 volte di più)

 La cellula batterica presenta anche una efficienza notevole nell’utilizzo di

 metaboliti e agenti ossidanti diversi dall’ossigeno

Presenta alcune molecole peculiari, completamente assenti nel nostro

 organismo:

- mureina

- LPS

- acidi teicoici

La cellula batterica è capace di eseguire una serie di reazioni molto elevate



CATABOLISMO

Il CATABOLISMO BATTERICO comprende fondamentalmente 3 fasi:

- cattura di sostanze dall’esterno

- produzione di energia, cioè ATP

- produzione di metaboliti di base utili a costruire composti più complessi

Tutto questo a condizioni di pH accettabili per la cellula.

I batteri sono capaci di catabolizzare sostanze attraverso 2 vie fondamentali:

respirazione: nella quale generalmente l’ultimo accettore della catena

 respiratoria è l’ossigeno ma esistono tipologie di respirazione basate su azoto e

zolfo dette r