Microbiologia

Trasduzione generalizzata

Nella trasduzione generalizzata qualsiasi gene della cellula donatrice può essere trasferito alla cellula ricevente. Questa si realizza perché quando un fago infetta la cellula ospite ne frammenta il DNA in modo da prendere il sopravvento e dirigere la sintesi dei componenti fagici. Può succedere che in modo erroneo, un frammento del cromosoma dell'ospite entri nel capside del fago e si formi un fago difettivo che trasferisce il DNA dell'ospite quando infetta una nuova cellula. Questo DNA dell'ospite può andare incontro a ricombinazione ed essere inserito nella cellula ospite che può manifestare i nuovi caratteri. Il processo è simile alla trasformazione e la quantità di DNA trasferita è determinata solo dalla dimensione del capside. Tutti i geni possono essere trasferiti.

Trasduzione specializzata

Nella trasduzione specializzata si ha il trasferimento solo di alcuni geni. Questo è un...

processotipico dei fagi temperati che si trasferiscono nel genoma e quando si excidono possonoportare con sé per un excisione erronea alcuni geni presenti vicino al punto di inserzione.

Esempio del fago Lambda che si inserisce tra il gene che codifica per la galattosidasi espesso con questa excisione regolare può inserire nel DNA questo gene determinando poila produzione di fagi difettivi che hanno il gene dell'ospite incorporato nel proprio genoma.

Quando questo DNA entra nella cellula ospite consente la ricombinazione solo di questi geni. C'è il trasferimento solo di un numero limitato di geni. Il significato di questo processo è evoluzionistico. Può essere usato per valutare la concatenazione dei geni (t.generalizzata) e anche a fini sperimentali per costruire dei fagi contenenti dei geni che provengono da qualsiasi organismo ed usarli come agenti nell'ingegneria genetica.

PROCESSI DI RICOMBINAZIONE GENICA 195In tutti questi processi

affinché si abbia l'espressione dei caratteri è importante che il DNA esogeno venga inserito nel cromosoma o nel plasmide della cellula ospite. Sono quindi importanti i processi di ricombinazione che possono essere di due tipi:

• ricombinazione omologa: si ha una sequenza abbastanza lunga di DNA a singolo filamento che si appaia con una regione complementare dell'ospite, interviene la ricombinasi, si ha la formazione di un loop e l'escissione di uno dei due frammenti del DNA ospite e la ricombinazione. Si ottiene poi a seguito dell'azione della ligasi un frammento con un nuovo DNA inserito che alla successiva replicazione consentirà l'espressione dei nuovi tratti.
• Ricombinazione sito-specifica: è necessario affinché si abbia ricombinazione, delle sequenze piccole. Si ha tra le sequenze di inserzione e trasposoni. Riconoscimento di sequenze specifiche e ricombinazione degli elementi.

In questi meccanismi si hanno alcune

proprietà comuni: Non c'è ricombinazione quando si fa trasferimento di un plasmide perché è un elemento che si replica autonomamente all'interno della cellula. Questa capacità di acquisire geni esogeni è importante per l'evoluzione delle specie e andando ad esaminare i genomi di specie diverse si è visto che E. Coli ha il 13% del genoma costituito da geni acquisiti dall'esterno o anche da specie distanti dal punto di vista filogenetico.

LEZIONE 18, 2/12/2021

La scorsa lezione abbiamo esaurito l'argomento delle pillole di genetica e quindi si inizia un nuovo argomento, l'ultimo, che è relativo al METABOLISMO MICROBICO. Abbiamo visto come sono fatti i batteri e adesso andiamo a vedere cosa fanno i batteri (poimanca da vedere chi sono i batteri→di questo si occuperà la professoressa Felis). Iniziamo a parlare di questo nuovo argomento con alcune caratteristiche di tipo generale che abbiamo

fornisce la struttura della parete cellulare dei batteri. FERMENTAZIONI Le fermentazioni sono processi metabolici che avvengono in assenza di ossigeno (anaerobiosi) e che permettono la produzione di energia. Durante le fermentazioni, i carboidrati vengono convertiti in composti più semplici, come l'acido lattico o l'alcol etilico, con il rilascio di energia. METABOLISMO MICROBICO Il metabolismo dei microrganismi è molto vario e comprende una vasta gamma di reazioni biochimiche. I microrganismi possono utilizzare diverse fonti di energia, come i carboidrati, i lipidi e i composti organici. Inoltre, possono svolgere diverse vie metaboliche, come la glicolisi, il ciclo di Krebs e la fosforilazione ossidativa, per produrre energia. Il metabolismo microbico è di fondamentale importanza in molti processi biotecnologici, come la produzione di antibiotici, l'eliminazione di inquinanti ambientali e la produzione di biocombustibili. La comprensione del metabolismo dei microrganismi è quindi essenziale per lo sviluppo di nuove applicazioni biotecnologiche.

è caratteristica dei procarioti. Parleremo solo di CATABOLISMO: ovvero tutti quei processi che portano alla produzione di energia e che nel contempo rilasciano calore, quindi una parte di energia viene dissipata come calore, e portano alla produzione di tutta una serie di composti che per la cellula sono “rifiuto”, ovvero composti di scarto ma che hanno un forte impatto sull’ambiente dove le cellule vivono e molecole che sono anche preziose per le biotecnologie perché sono utili per diversi obiettivi.

METABOLISMO

Il metabolismo serve alla cellula per vivere e per fare tutte le attività che servono a questo obiettivo c’è bisogno di:

• MATERIA (micro – e macroelementi): per quanto riguarda la materia si riferisce alla nutrizione quindi della richiesta di micro e macronutrienti che servono per i vari processi (abbiamo parlato dei terreni di coltura minimi/sintetici/complessi che vengono preparati in laboratorio per moltiplicare i microorganismi,

Che sono prodotti sulla base delle esigenze nutrizionali di essi, quindi dei nutrienti necessari che sono diversi per i diversi microorganismi);

INFORMAZIONI: per informazione si riferisce al DNA, contiene tutti quei dati necessari per i processi cellulari, in particolare per la produzione delle proteine sia quelle strutturali e sia per gli enzimi che sono fondamentali per catalizzare le reazioni cellulari.

ENERGIA

• ENZIMI: catalisi di tutte le reazioni biochimiche, sintesi di tutti i componenti cellulari

PROTEINE non enzimatiche 198

ENZIMI: CATALIZZATORI

Gli enzimi sono fondamentali per lo svolgimento di tutte quelle attività enzimatiche che si realizzano all'interno della cellula. Ci sono tanti enzimi differenti, sono catalizzatori biologici e servono per catalizzare le reazioni chimiche che avverrebbero ugualmente ma che comunque in presenza di enzimi si ha l'abbassamento dell'energia di attivazione nelle reazioni, quindi si ha una

Velocizzazione delle reazioni. Spesso, gli enzimi, necessitano di COFATTORI che possono essere metalli oppure COENZIMI, che si associano e dissociano dall'enzima e che quindi hanno un ruolo fondamentale per la loro attività; oppure sono associati a GRUPPI PROSTETICI che sono, invece, legati in modo covalente agli enzimi.

Gli enzimi non si modificano durante l'attività di catalisi e questo lo si vede graficamente nella slide dove è rappresentata l'attività di un'enzima importante nel processo di glicolisi, che è l'ALDOLASI, che catalizza la scissione del fruttosio 1,6-bifosfato nei due triosi: gliceraldeide-3-fosfato e diidrossiacetone fosfato, e che si combina con il substrato a livello del sito attivo come la chiave nella serratura, libera i prodotti rigenerandosi ed essendo pronto poi per un'altra attività catalitica: quindi non viene modificato dalla reazione.

Ci sono tantissime classi di enzimi diversi.

Solitamente anche con un elevata specificità che arriva al riconoscimento degli stereoisomeri, un esempio è la LATTICO DEIDROGENASI che agisce sull'isomero L dell'acido lattico o sull'isomero D dell'acido lattico → abbiamo due diverse lattico deidrogenasi specifiche per l'isomero L o l'isomero D dell'acido lattico.

ENERGIA: FONTI DI APPROVVIGIONAMENTO

C'è poi bisogno di ENERGIA e abbiamo accennato a diversi gruppi metabolici di microorganismi: ci sono alcuni di essi che per ricavare energia utilizzano dei composti chimici, si parla di CHEMIOTROFIA. C'è un ulteriore differenziazione in questi: quelli che utilizzano i composti organici come gli zuccheri, gli amminoacidi e questi sono i CHEMIOORGANOTROFI; quelli che utilizzano i composti inorganici, come l'idrogeno, l'idrogeno solforato, l'ammonio e così via e questi sono i CHEMIOLITOTROFI ed infine ci sono i microorganismi che...utilizzano l'energia della luce, chiamati FOTOTROFI. Per tutti questi microorganismi la molecola che conserva l'energia è nella maggior parte dei casi rappresentata dall'ATP (adenosin trifosfato). MOLCOLE AD ALTO CONTENUTO ENERGETICO Oltre all'ATP, ci sono altre molecole fosforilate che possono fungere per accumulare, conservare l'energia. La conservazione a lungo termine dell'energia e del carbonio si ha con lo stoccaggio delle sostanze di riserva delle cellule procariotiche come il glicogeno oppure gli alcanoati, ad esempio il poli-β-idrossibutirrato (PHB) è una sostanza di riserva importante perché da questo si ricavano le bioplastiche. Alcuni accumulano amidi, pochi accumulano lipidi cioè le cellule batteriche non ingrassano solitamente per cui no accumulo di grassi/lipidi → magari accumulano altre sostanze come ferro che servono poi quando ci sono le condizioni ambientali sono favorevoli vengono utilizzate per ricavare energia. Invece,

Una fonte di energia pronta per l'utilizzo, quindi una moneta di scambio energetico, è l'ATP. Essa presenta due legami anidridici che legano i due gruppi fosfato che, quando sono rotti, rilasciano una grande quantità di energia libera, che può essere utilizzata per le varie attività cellulari. La cellula utilizza come moneta di scambio energetica anche altre molecole che presentano al loro interno questi legami anidridici. In generale, utilizza quelle molecole che liberano una quantità di energia libera superiore a 30 kg/J, mentre le molecole che hanno altri legami fosfati ma che quando sono rotti liberano una quantità di energia inferiore non vengono utilizzate per le attività anaboliche.

Per cui, oltre all'ATP, molecole ricche di energia sono il FOSFOENOLPIRUVATO, ACETILFOSFATO, GLUCOSIO 6- FOSFATO ha un legame estere con un gruppo fosfato a bassa energia e quindi non viene utilizzata come accumulatore e come moneta di scambio energetico.

Un'altra molecola importante che c