Metabolismo batterico

Metabolismo batterico

Con il termine “metabolismo” (dal greco “trasformazione”) si intende una serie di reazioni biochimiche necessarie per la produzione di energia e per l’utilizzo dell’energia prodotta con la sintesi di macromolecole a partire dai loro precursori. Il metabolismo consiste di due processi correlati tra loro:

• Anabolismo (metabolismo sintetico): reazioni biosintetiche di macromolecole a partire dai loro precursori, accompagnata dall’utilizzo di energia (endoergonico).
• Catabolismo (metabolismo energetico): demolizione delle macromolecole in molecole di piccole dimensioni. Libera energia (esoergonico).

Lo scopo finale del metabolismo di un organismo unicellulare, ad esempio dei batteri, è quello di duplicare le proprie strutture per potersi dividere in due cellule figlie e, quindi, dare inizio al processo di moltiplicazione. L’energia utilizzabile dalla cellula batterica è quella immagazzinata nei legami ad alto livello energetico dell’ATP.

Classificazione dei batteri

In base alla sorgente di carbonio usata nella biosintesi, i batteri si raggruppano in due classi:

• Eterotrofi: incapaci di utilizzare la CO₂ atmosferica e perciò usano il carbonio derivato da molecole organiche.
• Autotrofi: capaci di utilizzare la CO₂ atmosferica per la sintesi di strutture cellulari.

In base alla sorgente di energia che la cellula utilizza per generare ATP, i microrganismi vengono suddivisi in:

• Organotrofi: utilizzano composti organici preformati come sorgente di energia;
• Litotrofi: altri possono addirittura utilizzare sostanze inorganiche come unica fonte di energia;
• Fototrofi: utilizzano come sorgente di energia la luce;
• Chemiotrofi: utilizzano l’energia da reazioni di ossidoriduzione.

I batteri patogeni sono, quindi, tutti microrganismi chemiosintetici, organotrofi ed eterotrofi: in sintesi, chemiorganotrofi.

Ruolo dell'ossigeno nel metabolismo cellulare

In base al ruolo dell’ossigeno nel metabolismo cellulare abbiamo:

• Aerobi obbligati: metabolismo respiratorio; non sono capaci di fermentare nessun substrato; richiedono ossigeno per la loro replica.
• Anaerobi obbligati: metabolismo fermentativo o attraverso la respirazione anaerobica; crescono in assenza di ossigeno.
• Aerobi-anaerobi facoltativi: crescono sia in assenza che in presenza di ossigeno; hanno un metabolismo sia fermentativo che di tipo respiratorio.
• Microaerofili: crescono in presenza di ossigeno ma hanno bisogno di CO₂ al 5-10%.

Sintesi di ATP

La sintesi di ATP a partire da ADP avviene mediante reazioni di fosforilazione, che possono essere di due tipi:

• Fosforilazione a livello del substrato: un intermedio fosforilato dona il gruppo fosforico all’ADP. È il più ancestrale e semplice meccanismo di fosforilazione, con una relativa efficienza ed è tipico delle fermentazioni.
• Fosforilazione ossidativa (mediante il trasporto di elettroni): trasporto di elettroni ad un accettore finale esterno mediante una catena di trasporto attraverso la membrana cellulare, con la demolizione (mineralizzazione) del substrato in prodotti finali inorganici (CO₂ e H₂O). È un processo più evoluto ed efficiente.

Metabolismo del glucosio

I batteri sono in grado di fermentare numerose sostanze e, in particolare, i carboidrati, di cui il glucosio. I batteri utilizzano tre vie metaboliche principali per ottenere energia dal catabolismo del glucosio:

• Via glicolitica (via di Embden-Meyerhof-Parnas);
• Via fermentativa;
• Ciclo degli acidi tricarbossilici (o ciclo di Krebs).

Respirazione aerobia/anaerobia: glicolisi + Krebs.

Fermentazione: glicolisi + fermentazione.

Fermentazioni batteriche

La fermentazione è un processo metabolico anaerobico in cui il glucosio viene degradato in altri composti organici, producendo energia. Avviene tipicamente nei batteri e nei lieviti (funghi unicellulari), ma può avvenire anche nell’uomo (fermentazione lattica) in condizioni di anaerobiosi. Donatori e accettori organici di elettroni sono:

• Donatore: glucosio principalmente, ma anche aminoacidi (Clostridium), purine, pirimidine, acidi organici;
• Accettore: acido piruvico o suoi metaboliti.