Appunti domande di esame e risposte svolte

Gli eliobatteri sono l’unica specie gram+ a fare fotosintesi ed il loro pigmento fotosintetico è la batterioclorofilla g.

Archea

Gli archea appartengono ad una classe a sé e si differenziano sia dagli eucarioti che dai procarioti. Essi sono soprattutto estremofili,

in quanto vivono in ambienti che ricordano la terra primordiale come alte temperature o alte concentrazioni saline. L’interesse verso

questa classe di organismi si basa su studi molecolari per l’adattamento della vite in condizioni limite e le loro possibili applicazioni,

nonché la ricostruzione dell’albero evolutivo.

Tutti gli archea presentano delle caratteristiche comuni, prima tra tutte la composizione della membrana cellulare.

La membrana è unica nel suo genere, poiché si presenta con lipidi a base di idrocarburi a 20C con catena ramificata detti fitani, i

quali sono legati a glicerolo con legame etere. Il legame etere è più forte e meno sensibili alle alte temperature, l’ideale per i termofili.

Essi costituiscono un doppio strato lipidico, tuttavia i fitani possono congiungersi e formare un bifitano e cosi ad un monostrato

lipidico. Seconda caratteristica è la presenza di una parete cellulare del tutto diversa da quella batterica. Infatti la composizione è

differente: può essere costituita da glicoproteine, eteropolisaccaridi acidi, proteine e pseudopeptidoglicani (soprattutto metanogeni I).

quest’ultimo differisce dal pg batterico a causa della presenza dell’acido N acetiltalosaminuronico (legame B 1­3). Per quanto

riguarda i metabolismi, essi sono riconducibili alla maggior parte di quelli sviluppati dai batteri.

Notevoli le differenze a livello genomico: presentano un genoma circolare di piccole dimensioni, nessun nucleo, proteine associate al

dna simili a istoni, possono incorporare plasmidi, i geni sono raggruppati in operoni e presentano introni ed un analogo al tatabox

mentre l’mrna è policistronico. L’rRna 5S si differenzia sia da quello batterico che da quello eucariotico.

Sulla base della loro peculiarità distinguiamo gli archea in metanogeni, termofili ed alofili estremi.

Per evitare denaturazione dna servono una dna girasi inversa per superavvolgimenti positivi e rendere cosi più stabile al calore e

istoni peculiari.CO + 4 H CH + 2H O CH COOH CH + CO

→ →

2 2 4 2 3 4 2

Tuttavia non è ancora chiaro la relazione tra CH4/atp. Per questo metabolismo sono necessari coenzimi unici come il metanofurano

e il coenzima M, per il trasporto di C, e il coenzima F420 (un analogo strutturale del fmn) per il trasporto di elettroni. La CO2 viene

legata in primis al metanofurano, poi viene ridotta a formile, metilene, metile ed infine a CH4. (gli intermedi sono sempre legati a

qualche coenzima). Per quanto riguarda l’assimilazione del C, non si sa ancora come riescano, poiché manca sia il ciclo di calvin

che il tca riduttivo, ma sono state dimostrate due vie: carbossilazione riduttiva di acetil­coa e via del

tetraidrofolato(4H2+2CO2acetato+2H2O+H+)

I termofili estremi rappresentano la ramificazione evolutiva più profonda e la maggior parte di essi vive al di sopra dei livelli per fare

fotosintesi, pertanto sfruttano l’energia geotermica e la loro chemiolitotrofia.

Possono essere sia aerobi che anaerobi e tendenzialmente sono associati a condizioni di estrema acidità. Tra essi troviamo:

­thermoplasma, isolato nelle miniere, è un anaerobo facoltativo e usa come fonte di C ed E solo alcuni monosaccaridi. Riesce

incredibilmente a vivere in ambienti a pH tendente allo zero e a temperature che arrivano ai 65°. Il suo genoma è uno dei più piccoli

ed è associato a proteine fortemente basiche. La rigida parte è fatta di lipoglicano.

­methanopyrus vive a T tra 85° e 110°. Nel suo citoplasma è stato isolato il difosfoglicerato ciclico a 1M ed è risultato un

termostabilizzante e previene la denaturazione di proteine e dna.

­ solfolobus, chemiolitotrofo facoltativo, cresce ossidando lo zolfo. Vive a pH 2 e la sua parete è composta da lipoproteine e

carboidrati.

Gli alofili vivono in habitat caratterizzati da un’estrema salinità.

Sono generalmente chemioeterotrofi aerobi, ma possono usare anche zolfo come accettore di è. Hanno complesse esigenze

nutrizionali, infatti preferiscono gli aminoacidi come fonte di carbonio ed energia. La loro membrana è ricca di carotenoidi per

protezione. Possiedono un genoma caratterizzato da molte sequenze ripetute e presentano sempre un plasmide di notevoli

dimensioni. In questo plasmide si trovano i geni che controllano un metabolismo che sfrutta alcuni pigmenti come la

batteriorodopsina e luce, ma che non si tratta di fotosintesi.

La rodopsina è legata ad una molecola di retinale, in quale cattura un fotone e passa da forma trans al quella cis, liberando un

protone. L’accumulo di protoni genera gradiente, ne segue la produzione di atp

Gli alofili sono in grado di bilanciare la pressione osmotica accumulando intracellularmente soluti compatibili come k+ con un

conseguente adattamento proteico, infatti le parete è formata da glicoproteine ad alto contenuto di aa acidi le cui cariche devono

essere schermate . concentrazioni ottimali di sale è 4­5M. sono stati identificati 14 generi tra cui: halobacterium, (no pg) halococcus

(no pg, eteropolisaccaride solforato complesso simile a gram+), haloferaz, natronococcus (ph 9­11)

metodi di indagine indiretta

per conoscere l’andamento della crescita di moo si possono utilizzare sia metodi diretti che indiretti. Tra i metodi indiretti troviamo i

seguenti:

1) Turbidimetria, se il moo è stato inoculato in un terreno liquido si possono prendere dei campioni ad intervalli regolari di

tempo e misurare allo spettrofotometro l’assorbanza che le cellule creano naturalmente, facendo attenzione a non

superare il limite di 1 in quanto la misurazione risulta inattendibile. Questo metodo risulta svantaggioso quando le cellule si

trovano nella fase stazionaria, in quanto le cellule morte non vengono eliminate pertanto alterano la lettura del campione

causa interferenza. Il vantaggio è la rapidità delle operazioni.

2) Calcolo del peso secco. Si predispone un filtro, sul quale si farà seccare tutta la biomassa. Sottraendo al peso totale il

peso del filtro, precedentemente misurato, si ottiene il peso secco. Il vantaggio maggiore è la comparabilità dei valori con

altri laboratori.

3) Produzione o scomparsa di metabolita. Si verifica l’andamento della crescita in base alla comparsa di un metabolita, scelto

in base alla stretta relazione con la crescita ad esempio co2 e glucosio. Tuttavia da solo una stima qualitativa della

crescita microbica.

lipide A

il lipide a è essenziale e vitale in quanto componente dei lipopolisaccaridi, l’unità strutturale della parete cellulare dei gram­. Esso è

costituito da due unità di fosfo glucosammina, legate a 6/7 residui di acidi grassi. È la parte idrofobica della macromolecola e

costituisce l’analogo strutturale dei fosfolipidi per la membrana esterna. Le mutazioni lipide A­ sono letali, evidentemente perché il

solo strato di fosfolipide è insufficiente alla formazione della parete. È tossica e scatena forti risposte immunitarie. è un’ endotossina

che viene rilasciata soltanto dopo la morte e la lisi della cellula. È responsabile dell’attività pirogenica e dell’attivazione dei macrofagi.

VERSIONE 3:

fotosintesi ossigenica

come sopra MA…

Gli organismi che effettuano una fotosintesi ossigenica utilizzano la luce per produrre sia ATP sia NADPH; gli elettroni necessari per

la sintesi di NADPH derivano dalla fotolisi di H O in ossigeno ed elettroni. I due sistemi di reazioni alla luce vengono chiamati

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fotosistema I e II e ciascun fotosistema possiede una clorofilla a del centro di reazione con caratteristiche spettrali diverse. La

clorofilla del fotosistema I, chiamata P7OO, assorbe la luce a lunghezza d'onda lunga (rosso lontano) mentre quella del fotosistema

II, P68O, assorbe meglio a lunghezza d'onda corta (rosso vicino). Come nella fotosintesi anossigenica, le reazioni fitochimiche

avvengono all'interno di membrane. Il flusso di elettroni nella fotosintesi ossigenica assume un andamento approssimativamente

simile alla lettera Z ruotata su di un lato. comunemente chiamato schema Z. Nella fotosintesi ossigenica, in seguito alla scissione

dell'acqua, una reazione termodinamicamente sfavorevole, viene donato un elettrone alla molecola P68O dopo l'assorbimento di un

quanto di luce a lunghezza d'onda pari a 68O nm. L`energia luminosa converte P68O in un riducente moderatamente forte, in grado

di ridurre una molecola intermedia. Le caratteristiche di questa molecola non sono ancora note. ma si pensa che possa trattarsi di

una molecola di feofitina a (clorofilla a priva dell'atomo di magnesio). Da questa molecola gli elettroni vengono ceduti a diversi

trasportatori di membrana, i chinoni, i citocromi e una proteina contenente rame, chiamata plastocianina, che dona elettroni al

fotosistema I. L’elettrone viene trasferito alla clorofilla del centro di reazione del fotosistema I, P7OO, che ha precedentemente

assorbito un quanto di luce e donato elettroni all'accettore primario del fotosistema I con un potenziale molto negativo.l'accettore del

fotosistema I, una volta ridotto, ha un potenziale di riduzione sufficientemente negativo da ridurre una proteina ferro­zolfo, la

ferredossina, che successivamente riduce il NADP+ a NADPH . Accanto alla sintesi di potere riducente (NADPH), durante il flusso di

elettroni da un fotosistema all'altro, avvengono altri importanti eventi. Il trasferimento di un elettrone dall'accettore del fotosistema II

alla clorofilla del centro di reazione del fotosistema I avviene in direzione termodinamicamente favorevole (da negativo a positivo).

Questo genera un potenziale di membrana (un gradiente protonico) che può essere sfruttato per la sintesi di ATP. La generazione di

ATP mediante questo meccanismo, viene denominata fotofosforilazione non ciclica poiché gli elettroni vengono trasferiti direttamente

dall'acqua al NADP+. In presenza di sufficiente potere riducente, anche i fototrofi ossigenici possono produrre ATP attraverso la

fotofosforilazione ciclica processo in cui è coinvolto il solo fotosistema I. Questo si verifica quando l'accettore primario del fotosistema

I, anziché ridurre la ferredossina (e quindi il NADP+), restituisce l'elettrone alla molecola P7OO attraverso i citocromi b ed f legati alla

membrana. Questo flusso di elettroni crea un potenziale di membrana che permette una sintesi ulteriore di ATP. Gli organismi in

grado di compiere fotosintesi ossigenica sono i cianobatteri, le alghe e le piante superiori.

I cianobatteri sono i primi ad essere stati capaci di fare fotosintesi in presenza di ossigeno e a sfruttare il fotosistema II, lo si deduce

dal fatto che siano in grado di usare H2S come