Microbiologia

FERMENTAZIONE OMOLATTICA

La fermentazione lattica possiede un’enzima che è fondamentale ed è la lattico

deidrogenasi che ha il compito di ridurre il piruvato in acido lattico (unico prodotto).

In tutte le fermentazioni lo scopo è quello di ottenere energia, nella fermentazione

lattica, invece il compito è quello di riottenere NAD ossidato, quindi di avere a

disposizione nuovi accettori diffusibili liberi nel citoplasma. Nella fermentazione

quindi la riduzione del piruvato serve a ridare NAD+ ossidato, tantoché il piruvato è

accettore di elettroni interno.

I lactobacilli che fanno questa fermentazione sono: casei, pentosus e Streptococcus

faecalis.

Abbiamo poi un pochino più complessa la FERMENTAZIONE ETEROLATTICA in cui

non abbiamo più l’acido lattico come unico prodotto, ma compaiono anche altri

metaboliti secondari che vengono poi comunque sempre secreti dalla cellula.

Abbiamo produzione di acido lattico, etanolo e CO . Qui abbiamo un bilancio netto e

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comunque produzione di ATP ma in basse concentrazioni, ed è il motivo per cui la

fermentazione è energeticamente inferiore rispetto all’ossidazione.

Partiamo sempre dal glucosio, ma in questo caso la glicolisi è diversa da quella

classica, segue la via della fosfochetolasi perché non abbiamo più la formazione di 2

molecole di gliceraldeide 3-fosfato, ma solo di una perché dall’altro lato produce

Acetil-fosfato perché partiamo dallo xilulosio-5-fosfato visto che è uno zucchero a 5

atomi di carbonio (reazione catalizzata da fosfochetolasi), non potremmo avere 2

molecole di gliceraldeide.

L’acetil fosfato viene convertito ad Acetil-CoA, dopodichè arriviamo all’etanolo

attraverso ossidazione di NADH, quindi otteniamo due molecole di NAD+.

Il bilancio netto è che da un lato ho la fermentazione omolattica e dall’altro lato ho

la via della fosfochetolasi. Con la differenza che la fermentazione omolattica

produce una sola molecola di lattato.

Quindi i prodotti finali saranno lattato ed etanolo ma quello che interessa è la

liberazione di NAD ossidato.

Quando si produce acetato e quando etanolo? Cioè quando una via viene preferita

all’altra? L’acetil-fosfato può essere anche convertito ad acetato oltre che ad

etanolo. Quando mi serve ATP l’enzima Acetochinasi mi porta all’acetato, quando

invece ho bisogno di NAD+ si preferisce la via che porta all’etanolo.

I microrganismi che attuano questa fermentazione eterolattica sono: lactobacillus

sbentoceticus, leuconoxus (chiedi). 43

Il bifidobacterium ha una fermentazione eterolattica particolare, in cui ho sempre la

produzione di acetato, di lattato e di ATP. Qui abbiamo 5 molecole di ATP prodotte a

partire da 2 molecole di glucosio. La cosa importante è che in questa tipologia non

otteniamo CO . È una fermentazione che non sviluppa gas; anche qui abbiamo la

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formazione di Acetil-fosfato e attraverso vari passaggi quali riutilizzo e

riarrangiamento degli zuccheri otteniamo sempre l’ossidazione del NADH (quantità

inferiore) e una quantità superiore di ATP rispetto alla fermentazione eterolattica

classica.

Al variare della specie, dello stato fisiologico, del terreno di coltura e della fonte di

carbonio questa fermentazione dei carboidrati può generare acetato e lattato in

rapporto diverso dal previsto così come alcuni sottoprodotti come formiato ed

etanolo.

Il piruvato, anziché essere deidrogenato a lattato, può andare incontro ad una

reazione fosforoclastica che produce acetil-fosfato e formiato.

Dall’acetil-fosfato si possono ottenere acetato o etanolo, producendo 1 mol di ATP

nel primo caso o rigenerando 2 mol di NADH nel secondo.

Abbandoniamo ora i batteri lattici con le loro fermentazioni e passiamo ad altre

tipologie di batteri. ENTEROBATTERI

Gli enterobatteri sono una grande famiglia di batteri che hanno come habitat

l’intestino. Nelle Enterobatteriaceae sono compresi 42 generi diversi.

Nei batteri enterici incontriamo l’Escherichia Coli: sono gram -, chemioeterotrofi

aerobi o anaerobi facoltativi.

In assenza di O e in presenza di nitrato attuano una respirazione anaerobia. In

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assenza di accettori esterni attuano una fermentazione acido mista. Questo ci fa

capire come i batteri siano organismi estremamente versatili e malleabili. Sopporta

tante condizioni.

L’E.Coli riuscià ad avere tanta energia con la respirazione aerobia, poi anaerobia e

infine fermentazione.

È un ospite naturale dell’intestino, nel colon contribuisce alla produzione di

vitamine, quindi è un patogeno opportunista poiché diventa patogeno quando

cambia il proprio distretto. Quello che rende patogeni gli E.Coli sono i curli che

permettono l’adesione alla parete intestinale.

I ceppi associati a patologie intestinali sono suddivisi in:

- E. Coli enteropatogeni (EPEC): L’infezione è generalmente associata a diarrea

profusa con vomito e febbre non elevata. La principale causa responsabile

della diarrea consiste nell’adesione dei batteri alla mucosa intestinale e di

interferire con l’assorbimento delle sostanze.

- E.Coli enterotossigenici (ETEC): Sono provvisti di adesine fimbriali che

consentono loro di aderire all’epitelio dell’intestino tenue, opponendosi alla 44

rimozione determinata dalla peristalsi intestinale. Producono sia tossine

termolabili (LT-1 e LT-2), sia tossine termostabili (Sta e Stb).

LT-1 e LT-2 attivano la via dell’adenilato ciclasi.

StA e Stb influenza l’attività della guanilato ciclasi.

- E.Coli enteroemoraggici (EHEC): In questi compaiono altre tossine, quello più

pericoloso di questa classe è O157:H7 che può portare a morte perché ho la

comparsa di altre tossine, quali Stx-1 e Stx-2 che hanno la capacità di

distruggere gli enterociti e quindi distruzione dell’epitelio intestinale, non ho

più il richiamo di acqua, ma diarrea sanguinolenta e forti dolori addominali.

Questo è un dato importante perché l’ingestione di un numero inferiore a 100

bacilli può causare la malattia. Questo lo possiamo trovare in carne di manzo

poco cotto, latte non pastorizzato, succhi di frutta contaminati e verdura

cruda (bisogna sempre lavarle bene perché E.coli è ubiquitario, lo possiamo

trovare ovunque, non ha bisogno di un ambiente particolare).

Hanno tossine che causano il blocco della sintesi proteica, distruzione degli

enterociti, conseguente diminuzione della capacità di assorbimento e diarrea

sanguinolenta.

Abbiamo poi altri gruppi meno importanti come:

- E.Coli enteroinvasivi (EIEC): hanno invasine plasmidiche (sostanze effettrici)

che penetrano all’interno della cellula causando diarrea e dissenteria.

- E.Coli enteroaggreganti (EAEC): causano diarrea infantile nei paesi

principalmente in via di sviluppo dove i bambini sono poco nutriti e le

condizioni sanitarie non sono ottimali.

- E. coli diffusamente aderenti (DAEC): causano diarrea infantile. I batteri

aderiscono alla mucosa stimolando l’allungamento dei microvilli e

l’inglobamento nella membrana.

Tra gli enteropatogeni troviamo anche la salmonella: bastoncino mobile con flagelli

peritrichi (disposti su tutta la cellula), sono anaerobi facoltativi, utilizzano nitrati

come accettori intermedi ma possono anche attuare una fermentazione acida mista.

Sono patogeni per l’uomo causando gastroenteriti, febbri tifoidi e setticemie.

La caratterizzazione immunologica è l’antigene della parete cellulare O, antigene

flagellare H, e antigene capsulare Vi.

Shigella: batteri non mobili, chemioeterotrofi aerobi o anaerobi facoltativi,

respirazione o fermentazione senza produzione di gas.

Patogeni per l’uomo e i primati, causa una forma di dissenteria trasmessa attraverso

cibi contaminati o per disseminazione oro-fecale.

Proteus: sono batteri mobili, con flagelli peritrichi è patogeno perché produce

emolisine ma anche enzimi come proteasi e ureasi. Ha un caratteristico dimorfismo

cellulare: in terreno liquido hanno la forma di un corto bastoncello con un singolo

nucleoide e flagelli peritrichi. In terreno solido le cellule sono più lunghe e i flagelli 45

più numerosi. Sintesi di lipopolisaccaridi con catene O specifiche molto più lunghe

maggior fluidità della membrana esterna e produzione di sostanze mucose.

Enterobacter e Klebsiella: fermentano il glucosio e 2,3-butandiolo.

Sono batteri del genere Enterobacter, spesso associati a batteremie, a infezioni di

ferite e ustioni, e infezioni urinarie.

Il genere Klebsiella è ubiquitario, si può trovare un po’ ovunque e può causare

polmoniti e granulomi inguinali.

FERMENTAZIONE ACIDO MISTA

L’E.Coli è in grado di attuare questo di fermentazione quando cresce in assenza di O 2

e in assenza di nitrati.

Questa fermentazione prende questo nome perché genera una miscela di acidi

organici: acido lattico, acetico, formico e succinico. La produzione di acido abbassa il

pH. Questa fermentazione comporta l’acidificazione del terreno di crescita, genera

anche etanolo e in alcuni casi anche anidride carbonica e idrogeno.

Partiamo sempre dal glucosio e arriviamo sempre al piruvato attraverso la glicolisi,

poi abbiamo attraverso una serie di enzimi la produzione di metaboliti secondari e

l’ossidazione del NADH, questa condizione non viene mai a meno perché dal

piruvato attraverso la sua riduzione ho l’ossidazione del NADH e produzione di ATP

(in piccole quantità). Ma importante è la disponibilità del NAD, quindi l’unico modo

che ha, è di utilizzare piruvato come accettori interni.

Abbiamo anche la FERMENTAZIONE BUTANDIOLICA, partiamo sempre dal glucosio

per arrivare ad acido piruvico con un intermedio caratteristico che è l’acetoina,

prova biochimica di identificazione (saggio di Voges-Proskauer), abbiamo la

formazione di piccole quantità di gas, ma la maggior parte deriva dalla

fermentazione dell’acido formico. È comunque una fermentazione quindi prevede la

presenza di acidi, ma possiamo distinguerla dalla fermentazione acido mista

attraverso un indicatore dentro alla provetta. La produzione di acidi fa diminuire il

pH, che permette la variazione del colore dell’indicatore: il terreno da rosso diventa

giallo (i batteri attuano fermentazione qui dentro), molto più facilmente questa

fermentazione è butandioica perché ho un grosso quantitativo di CO2. Attraverso

questo saggio posso discriminare che colonia di batteri ho.

Quali sono le Enterobacteriacaeae che hanno quei tipi di fermentazione? E.Coli, la

salmonella quella acido mista , gli Enterobacter quella butandiolica.

Il genere Clostridium ha specie che hanno habitat d