Microbiologia

CARBONIO CARBONIO

INORGANICO ORGANICO

ENERGIA LUMINOSA FOTOAUTOTROFI FOTOETEROTROFI

ENERGIA CHIMICA CHE,IOAUTOTROFO CHEMIOETEROTROFI

I microrganismi possono essere fotoautotrofi o chemioeterotrofi, mentre i

macrorganismi possono essere fotoautotrofi, fotoeteroftrofi, chemioautotrofi o

chemioeterotrofi.

La generalità dei lieviti si riproducono per gemmazione, ma non mancano dei casi di

lieviti che si riproducono per scissione binare e di batteri che si riproducono per

gemmazione. Rispetto alle cellule di grandi dimensioni, le cellule piccole hanno una

più ampia superficie esterna e quindi possono sostenere scambi più intensi e si

moltiplicano più rapidamente.

Nel 1800 (cioè dall’epoca di Pasteur) gli scienziati scoprirono che i batteri possono

essere colorati per essere visti meglio al microscopio:

i batteri Gram+ trattengono il cristalvioletto;

 i batteri Gram- trattengono la safranina.



Quando si utilizza uno sfondo scuro al microscopio, le cellule appaiono trans-

illuminate. Il potere risolutivo è la capacità dei microscopi ottici di distinguere due

punti adiacenti come separati e distanti (cioè è il diametro del più piccolo oggetto che

può essere osservato distintamente dagli altri oggetti). Al potere risolutivo concorrono

diversi fattori, alcuni intrinseci ed altri fisici. Esso è la maggiore limitazione del

microscopio ottico. Il potere di ingrandimento di un microscopio è dato dalla

combinazione delle lenti oculari e delle lenti dell’obiettivo (il potere di ingrandimento

è dato da un fattore di ingrandimento espresso sotto forma di moltiplicazione).

Il potere risolutivo è una funzione di 3 cose:

progetto dell’obiettivo;

 la rifrangenza del mezzo interposto tra il campione e l’obiettivo;

 lunghezza d’onda della radiazione utilizzata.



Il potere risolutivo di un microscopio si calcola tramite la seguente formula:

λ

dove A.N. sta per Apertura Numerica. Più è piccola e più grande sarà l’apertura

φ

numerica e più piccolo sarà quindi il microscopio ottico avrà un potere risolutivo

λ µm.

maggiore. varia da 0,4 a 0,7

L’apertura numerica si calcola tramite la formula:

A.N. = n · senθ θ

dove n è l’indice di rifrazione del mezzo interposto tra la lente e il vetrino e è

l’angolo di apertura del cono di raggi che esce dal campione. n può essere aumentato

immergendo l’obiettivo in un olio speciale che ha un indice di rifrazione pari a 1,56.

senθ è una caratteristica progettuale del’obiettivo e del condensatore.

La microscopia ottica utilizza ingrandimenti fino a 1000x.

Quando si parla di batteri, si parla di cellule procariotiche cioè di cellule che non

presentano un nucleo (si ha un nucleo primitivo). Anche le cellule procarioti che

hanno dei comparti cellulari come le cellule eucariotiche (le cellule procariotiche non

hanno solo il nucleo). La membrana citoplasmatica è composta da un doppio strato di

fosfolipidi. Questi fosfolipidi hanno una testa idrofila (cioè si scioglie in acqua perché

è polare) e due code idrofobiche (cioè si sciolgono nei lipidi perché sono apolari).

Nella membrana citoplasmatica, ci sono delle proteine che passano interamente la

membrana citoplasmatica e ci sono delle proteine che sono immerse parzialmente

nella membrana citoplasmatica.

Il citoplasma è formato dalla matrice citoplasmatica che è una sostanza trasparente,

composta per lo più da acqua e altre sostanze che la rendono geliforme tendente al

fluido. La parola nucleoide indica quella parte dell’organismo procariote in cui è

presente il DNA legato alle proteine (il nucleoide è più chiaro se è visto al

microscopio elettronico perché è elettrondenso). Il cromosoma procariotico è una

molecola di DNA a doppia elica chiusa circolarmente, rigirata e spiralata

estensivamente. Le proteine del nucleoide probabilmente aiutano i ripiegamenti.

Queste proteine differiscono dagli istoni. I plasmidi sono dei piccoli filamenti di

DNA chiusi circolarmente e sono generalmente formati da un doppio filamento di

DNA. I plasmidi si moltiplicano indipendentemente dal cromosoma. I plasmidi

contengono relativamente pochi geni. I geni dei plasmidi non sono essenziali per

l’ospite, ma possono conferire un vantaggio selettivo come la resistenza ai farmaci

(cioè i plasmidi hanno una funzione accessoria). La perdita di un plasmide, cioè la

sua fuoriuscita dalla cellula, è denominata guarigione. I plasmidi si classificano in

base alle caratteristiche della loro replicazione e dal loro controllo, dalla loro

diffusione e dalle funzioni “portate” alle cellule attraverso la coniugazione. I ribosomi

sono delle strutture cellulari che sintetizzano le proteine. Gli amminoacidi che sono

capaci di fare le proteine sono chiamati amminoacidi proteinogenici. Il ribosoma è un

enzima molto complesso ed è anche la struttura più complessa della cellula. I

ribosomi sono delle fabbriche speciali. Il tRNA si lega alla meteonina (negli

eucarioti) che codifica solo questo amminoacido (la sequenza che codifica la sintesi

della meteonina è ATG cioè Adenina-Timina-Guanina). Esiste un tRNA per ogni

codone. Nel reticolo endoplasmatico e nell’apparato di Golgi le proteine vengono

modificate post-traduzionalmente. La glicosazione delle proteine avviene solo negli

eucarioti. Le vescicole gassose sono tipiche dei batteri acquatici e servono per

galleggiare. Queste vescicole sono delle strutture proteiche fusiformi che sono piene

di gas (due esempi di queste proteine fusiformi sono le proteine Gvpa e GvpC).

Nelle cellule dei Bacteria e degli Archea (soprattutto nelle cellule dei Bacteria) ci

sono delle inclusioni che possono essere fatti di glicogeno, amido, poli-β-

idrossibutirrato, cianoficina, volutina (cioè granuli di polifosfati), zolfo elementare o

magnetite (Fe O ). I diversi gruppi possono avere alcuni di queste inclusioni. Il poli-

3 4

β-idrossibutirrato è tipico delle cellule di Azotobacter ed ha la seguente struttura

chimica:

La cianoficina è visualizzata al TEM come dei granuli scuri e ha la seguente formula

chimica:

La volutina è tipica del genere Pseudomonas che sono dei batteri che inglobano il

fosforo e quindi sono utilizzati nella depurazione dell’acqua.

Di solito lo zolfo sta all’interno dei batteri che fanno un tipo di fotosintesi antica che

utilizza il solfuro di idrogeno (H S) per trasformarlo in zolfo elementare (queste

2

inclusioni di zolfo possono stare internamente o esternamente la cellula).

I magnetosomi sono tipici dei batteri magnetotattici che sono quei batteri che si

muovono verso i poli magnetici grazie ai magnetosomi.

La membrana dei batteri è formata da un doppio strato di fosfolipidi. Questo doppio

strato di fosfolipidi ospita un insieme vario di proteine.

Lo strato di teste polari, viste al microscopio elettronico a trasmissione (TEM), sono

rappresentate da due strisce scure.

La membrana citoplasmatica è una delimitazione semipermeabile della cellula che ha

il compito di conservare l’energia (le cellule hanno all’esterno delle cariche positive e

all’interno hanno delle cariche negative) e di ancorare le proteine.

Ci sono tre tipi principali di trasporto nelle cellule procariotiche:

trasporto semplice;

 trasposizione di gruppo;

 sistema ABC.



Ciascuno di questi sistemi di trasporto dipende dall’energia che nella cellula viene

immagazzinata sotto forma di ATP. Il trasporto più semplice è l’osmosi che non

richiede nessun tipo di energia.

I sistemi di trasporto delle sostanze dall’interno all’esterno della cellula (e viceversa)

sono di tre tipi:

uniporto: viene fatta entrare nella cellula solo una specie chimica alla volta;

 simporto: due specie chimiche vengono fatte entrare contemporaneamente

 nella cellula;

antiporto: una specie chimica entra nella cellula mentre un’altra esce dalla

 stessa.

L’esportazione delle proteine avviene tramite:

traslocasi: le proteine hanno la responsabilità di asportare le proteine attraverso

 le membrane e di inserirle nella membrana procariote. Le traslocasi sono di

due tipi:

• tipo II (sistema delle traslocasi Scc);

• tipo III.

Un ribosoma è sia un enzima che catalizza l’unione di due amminoacidi sia un

enzima complesso perché sintetizza le proteine secondo un progetto che viene

codificato dall’mRNA (la sintesi delle proteine ha come base il codice genetico). La

biochimica si occupa dei processi biologici mediati dagli enzimi. La biologia

molecolare si occupa dell’espressione genica. Per produrre delle proteine il DNA si

deve duplicare senza che subisca grandi variazioni. Negli eucarioti, l’mRNA deve

uscire dal nucleo quando è stato ultimato e deve raggiungere le sedi opportune per la

sintesi delle sostanze.

Lo zucchero del DNA è il desossiribosio (ogni unità di zucchero è unito all’altra con

il ponte fosfato). Queste unità di zucchero sono unite con le basi azotate adenina (A),

timina (T), citosina (C), guanina (G). Nell’RNA, al posto della timina c’è l’uracile

(U). L’adenina può legare solo la timina e la guanina può legare solo la citosina.

Nelle rappresentazioni bidimensionali del DNA vengono rappresentate solo le basi

azotate che sono le cose più importanti.

La replicazione del DNA consiste nella sua divisione mediata da enzimi e la

successiva duplicazione del filamento.

La traduzione codifica ogni tripletta di basi azotate dell’RNA in amminoacidi. Il

DNA si scioglie in acqua. Se si sottopone il DNA in soluzione in acqua alle elevate

temperature, le due catene di DNA si separano (ogni catena di DNA ha una sua

temperatura di separazione). La temperatura media di fusione del DNA è di 85°C.

L’elemento cruciale della duplicazione del DNA è l’enzima elicasi che ha la sua

funzione di srotolare le due eliche. L’enzima che fa duplicare il DNA è la DNA-

polimerasi. Nel filamento leading la neosintesi del DNA è continua. La DNA-

polimerasi opera per sintetizzare il filamento di direzione 3’-5’. Nell’altro filamento

si ha la sintesi a tratti del DNA (tutti i segmenti vengono uniti da degli appositi

enzimi chiamati DNA-ligasi). Ci sono dei dettagli che variano dagli organismo

procarioti agli enzimi eucarioti ma il processo di duplicazione del DNA è uguale per

tutti gli organismi. Nella duplicazione del DNA in vitro non ci si mette l’elicasi: per

sopperire a questa mancanza si scalda la provetta fino