Microbiologia

I

chemiolitotrofi possono essere:

1. Autotrofi: indipendenti dalla sostanza organica;

2. Eterotrofi: usano la CO e la sostanza organica come fonte di carbonio

2

(batteri idrogeno ossidanti, batteri zolfo ossidanti e batteri che ossidano il

Fe .

+2

L’H si trova in ambienti ossici e anossici. L’ossidazione aerobia dell’H nei

2 2

batteri eterotrofi è esoergonica e avviene secondo la reazione, catalizzata da

una idrogenasi: H + ½ O H O



2 2 2

Ralstonia eutropha

Particolare il caso di che ha due idrogenasi:

1. Catalizza la reazione sopra descritta;

2. Riduce NAD+ a NADH.

Mentre nei batteri autotrofi l’H viene ossidato via Ciclo di Calvin:

2

6H + 2 O + CO (CH O) + 5H O

2 2 2 2 2 105

Camilla Mancassola

I solfobatteri includono specie fotosintetiche anaerobie e non fotosintetiche,

alcune specie sono autotrofe obbligate, altre eterotrofe facoltative.

Alcune specie batteriche ricavano energia per la crescita dall’ossidazione del

Fe in aerobiosi e meno frequentemente in anaerobiosi (con fotosintesi o

2+

riduzione del nitrato). 4 Fe + 4 H 4 Fe + 2H O

2+ + 3+

 2

Thiobacillus ferroxidans



I batteri nitrificanti

NH , NO - sono composti azotati, donatori di elettroni, inorganici che vengono

3 2

ossidati da batteri nitrificanti durante nitrificazione. I batteri nitrosanti o

Nitrosomonas

ammonio ossidanti (es. spp.) ossidano l’ammoniaca a nitrito:

NH + ½ O NO + H O + 2 H

4+ 2- +



2 2 106

Camilla Mancassola Nitrobacter

I batteri nitrito ossidanti (es. spp,

Nitrococcus Nitrospira

spp. spp.) ossidano il nitrito a

nitrato: NO + ½ O

2- 2

NO 3-



L’azione combinata di questi due gruppi batterici

comporta l’ossidazione completa dell’ammoniaca a

nitrato con il trasferimento di 8 elettroni (da -3 a +5).

Un enzima, l’ammoniaca mono ossigenasi (AMO)

catalizza l’incorporazione di un atomo di ossigeno

nell’NH generando idrossilammina (NH OH). L’altro atomo di ossigeno viene

3 2

ridotto a H O

2 NH + O + 2H + 2e NH OH + H O

+ - 

3 2 2 2

L’NH OH viene trasferita al periplasma dove viene ossidata a nitrito dalla

2

idrossilammina ossido reduttasi (HAO) liberando 4 elettroni due dei quali

sono usati per la generazione di potenziale e gli altri due tornano alla AMO per

catalizzare l’ossidazione dell’ammoniaca. Batteri nitrito ossidanti usano la NOR

nitrito ossido reduttasi che cede elettroni ad un citocromo con conseguente

sintesi di nitrato e produzione di ATP.

I batteri anammox

Si tratta di un’ossidazione anaerobia dell’N (ANaerobic AMMonium OXidation).

L’NH agisce da donatore di elettroni nella riduzione anaerobia del nitrito

4+

(denitrificazione) NO + NH N + 2H O

2- 4+  2 2

Brocadia anammoxidans,

Processo identificato negli anni ’90 in planctomicete

anaerobio. Questo batterio non ha peptidoglicano ma una membrana esterna

che racchiude membrane interne (con lipidi non convenzionali) incluso un

organello dove avviene la reazione detto anammoxosoma.

1. L’enzima idrazina idrolasi (HH) catalizza la combinazione tra ammonio e

idrossilammina (NH OH) generando idrazina (N H );

2 2 4

2. L’idrazina è ossidata dall’HZO (enzima ossidante l’idrazina) con la

produzione di 4 elettroni, 4H e N

+ 2.

Biosintesi di macromolecole

L’anabolismo è il processo per cui una cellula viene costruita, partendo dai

nutrienti semplici ottenuti dal sue ambiente.

Poiché l’anabolismo ha come risultato la sintesi biochimica di nuovo materiale,

è spesso chiamato biosintesi.

Abbiamo: 107

Camilla Mancassola

- Tredici intermedi chiave che fanno da ponte tra i processi degradativi

e quelli di biosintesi;

- Precursori (nucleotidi,

aminoacidi, zuccheri, acidi

grassi, alcoli, zuccheri,

amine, aminoacidi);

- Quattro classi di

macromolecole

biologiche (proteine, acidi

nucleici, carboidrati e lipidi).

Gluconeogenesi: è la sintesi di

zuccheri a partire da molecole

povere. Non è completamente

sovrapponibile alla glicolisi (in

senso opposto) poiché alcune

reazioni non sono completamente

reversibili.

Ciclo riduttivo dei TCA

Chlorobium

Desulfobacter e

anaerobi fotosintetici e

Hydrogenobacter aerobio. La via

porta a ossalacetato partendo da

4CO .

2

1. PEP (C3) viene carbossilato

e ossalacetato (C4) da PEP carbossilasi; 108

Camilla Mancassola

2. Ossalacetato ridotto

a succinato e

convertito in alfa-

cheto glutarato;

3. Alfa- chetoglutarato è

carbossilato a

isocitrato e convertito

a citrato;

4. Il citrato (C6) viene

degradato a

ossalacetato (C4) e

acetil CoA (C2);

5. Ossalacetato crescita in biomassa acetil CoA rigenera PEP.

Chloroflexus fototrofo termofilo fissa la CO attraverso la via

2

dell’idrossipropionato. Via arcaica autotrofica.

Assimilazione dell’azoto

Principale componente di proteine e acidi nucleici rappresenta il 14% del peso

secco della cellula. Entra nelle vie biosintetiche sotto forma di NH che è la

3

forma più ridotta, e permane in questa forma in tutti i costituenti cellulari.

Alternativamente può essere assunto come nitrato che viene poi ridotto ad

ammonio all’interno della cellula.

L’ammoniaca assimilata per via gassosa all’interno della cellula viene

convertita in ione ammonio e diventa substrato per tre possibili enzimi:

1. Carbamilfosfato sintasi;

2. Glutammato deidrogenasi;

3. Glutamina e glutamato sintasi.

GS = glutamina sintetasi ATP

dipendente.

GOGAT = glutamina sintetasi NASH

dipendente. 109

Camilla Mancassola

Ioni nitrato sono trasportati attivamente nella cellula dove subiscono riduzione

assimilativa ad ammonio mediante due passaggi:

HNO + 2e HNO + H O nitrato reduttasi assimilativa.

- 

3 2 2

HNO + 6e NH + 2H O nitrito reduttasi assimilativa.

- 

2 3 2

Vi sono dei microrganismi in grado di fissare l’azoto atmosferico:

N + 8H + 8e 2NH + H fissazione biologica

+ - 

2 3 2

dell’azoto.

La nitrogenasi è composta da due proteine (repressa da O e da altre fonti di

2

N): I) La molibdeno- ferro proteina detta nitrogenasi (N reduttasi, contiene

2

24 atomi di Fe e due di Mo): lega l’N e lo riduce a NH ;

2 3

II) La Fe proteina detta nitrogenasi reduttasi: accetta potenziale

riducente e riduce la nitrogenasi.

La nitrogenasi reduttasi accetta elettroni da un donatore a basso

 potenziale (ferridossina) e lega 2 ATP;

La nitrogenasi reduttasi trasferisce gli elettroni alla nitrogenasi;

 La nitrogenasi e la nitrogenasi reduttasi formano un complesso, gli

 elettroni vengono trasferiti e l’ATP idrolizzato ad ADP+ Pi;

Le due subunità si dissociano ed il processo di ripete;

 Quando la nitrogenasi ha ricevuto abbastanza elettroni (8 cicli, 16

 elettroni), lega una molecola di N , la riduce e rilascia NH ;

2 3

La nitrogenasi accetta altri elettroni ed il ciclo si ripete.



Assimilazione zolfo

Lo S è presente in due aminoacidi (met e cys) in due vitamine (biotina e

tiamina) e nel CoA. La fonte primaria di S per i batteri è il solfato, piuttosto

stabile, che deve essere trasformato in una forma attiva (PAPS,

fosfoadenosina fosfosolfato) che viene poi ridotto a solfito e poi a ione

solfuro che viene incorporato nelle strutture cellulari.

Strategie delle vie biosintetiche

Biosintesi degli aminoacidi = lo scheletro carbonioso proviene da intermedi

della glicolisi o dal ciclo TCA; il gruppo amminico proviene dall’ammoniaca. 110

Camilla Mancassola

Biosintesi nucleotidi = le purine e le pirimidine

vengono sintetizzate atomo per atomo da diverse fonti di C e N a partire da

ribosio 5P e ribosio 5P + ossalacetato, rispettivamente.

Biosintesi lipidi = la sintesi di acidi grassi avviene nel citoplasma grazie alla

proteina per il trasporto di acile (ACP) che inserisce due atomi di C alla volta.

L’acido grasso viene rilasciato quando ha raggiunto la sua lunghezza finale.

Assemblaggio dei lipidi prevede la reazione tra un glicerolo e l’acido grasso. 111

Camilla Mancassola

Tassonomia e filogenesi dei microrganismi

Era microbica: organismi unicellulari unici abitanti della Terra per circa 2



milioni di anni in cui hanno svolto da soli tutti i cicli biogeochimici, rendendo

l’ambiente adatto all’evoluzione di organismi pluricellulari.

I microrganismi sono ovunque ed in quantità enormi, si stima che il numero dei

procarioti e la totalità dei loro componenti di carbonio cellulari sulla terra sia di

4/6*10 ed il 60% del carbonio presente sulla terra. In particolare, nel

30

sottosuolo e nei sedimenti oceanici troviamo il maggior numero di

microrganismi.

La tassonomica o sistematica è una branca della batteriologia che si occupa

della caratterizzazione e della nomenclatura degli organismi e che li organizza

in gruppi. In particolare, distinguiamo tre aree di attività:

1. La nomenclatura che dà il nome ai gruppi e ai sottogruppi dei batteri;

2. Classificazione: organizza i batteri in gruppi in base a proprietà comuni

(somiglianza morfologica classificazione fenetica) oppure crea gruppi



in base a relazioni evolutive (classificazione filogenetica);

3. Identificazione: i batteri sono caratterizzati (genotipo e fenotipo,

qualitativo e quantitativo) per determinare la specie di appartenenza.

Nell’ambito dei batteri la specie è un’entità meno statica rispetto agli altri

organismi, i ceppi possono differire sotto certi aspetti:

Biovar: ceppi di una stessa specie che differiscono per caratteristiche

 biochimiche o fisiologiche;

Morfovar: ceppi di una stessa specie che differiscono per caratteristiche

 morfologiche;

Serovar: ceppi di una stessa specie che hanno proprietà sierologiche

 diverse

(sono 112

Camilla Mancassola

sostanzialmente le proprietà antigeniche; ceppi con antigeni simili sono

dello stesso Serovar perché causano la stessa risposta anticorpale che

viene determinata con processi sierologici).

Le regole della nomenclatura sono stabilite dal Codice Internazionale per la

Nomenclatura dei Batteri. Sistema di nomenclatura binomiale proposto da

Linneo, ogni specie viene identificata con un nome latino composto da due

parole: il genere e la specie. La prima lettera del genere deve essere scritta in

maiuscolo e l’intera denominazione deve essere riportata in corsivo. Esistono

delle riviste scientifiche internazionali che si occupano interamente di

tassonomia International Journal of Systematic and Evolutionary

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