Microbiologia - Batteri

LA MEMBRANA CITOPLASMATICA

racchiude il citoplasma batterico

• è formata da un doppio strato simmetrico di fosfolipidi in cui sono immerse diverse proteine

• controlla gli scambi metabolici tra il citoplasma a l’ambiente esterno

• è sede di biosintesi,di enzimi e di vettori della catena respiratoria

• nei gram + presenta delle invaginazioni irregolari dette mesosomi

•

IL CITOPLASMA

è una struttura colloidale costituita per l’80% da acqua, da molti meteboliti, da ioni

• inorganici ed enzimi

troviamo delle inclusioni costituite da accumulo di materiale nutritizio

• è privo di vacuoli

• presenta ribosomi procariotici

•

!

LA STRUTTURA NUCLEARE

! È presente una singola molecola di DNA (dai 3000 ai 6000 geni) a doppia elica circolare in

• grado di autoduplicarsi strettamente avvolta e immersa nel citoplasma

La molecola di DNA è detta cromosoma batterico o nucleoide

• Il batterio possiede molecole di DNA circolare extracromosomiche dette plasmidi (30 geni)

•

! 5. GLI ANTIGENI E I PIGMENTI

!

GLI ANTIGENI

Svolgono azione antigenica le molecole superficiali come gli acidi teicoici e varie proteine nei

• Gram +, mentre la componente lipopolisaccaridica e le proteine della membrana esterna nei

Gram –

I più importanti sono l’antigene O (antigene del soma batterico), l’antigene H (antigene

• flagellare) e l’antigene K (antigene capsulare).

!

I PIGMENTI

Sono sostanze colorate prodotte da alcuni batteri chemiosintetici

• Sono utili per l’identificazione di una specie batterica

• Se rimangono inglobati nel citoplasma i batteri sono detti cromofori

• Se sono eliminati sono detti cromopari

•

!

LA RIPRODUZIONE

! È una riproduzione asessuata per scissione semplice semiconservativa

• Viene duplicato il sito d’attacco del cromosoma batterico

• Viene effettuata la duplicazione del cromosoma batterico (cromonema) mediante l’azione del

• gene replicatore che viene attivato dal gene iniziatore

I due siti d’attacco e i due cromosomi si allontanano

• La separazione delle due cellule figlie è dovuta alla formazione di un setto traverso di

• membrana citoplasmatica. Contemporaneamente si forma un setto di parete cellulare che

completa il processo di separazione

!

LA PRODUZIONE DI SPORE

!

LA STRUTTURA DI UNA SPORA

Corteccia: membrana più interna costituita da peptidoglicano, residui citoplasmatica e acido

• dipicolinico (ricco di calcio)

Coat: composto da due rivestimenti esterni alla corteccia denominati inetto ed esterno e sono

• formati da proteine, lipidi e peptidoglicano

Esosporio: è l’involucro più esterno ed è costituito da una membrana fosfolipoproteica

•

!

LA SPORIFICAZIONE

Il cromosoma si addensa

• Il nucleo si divide e i due nuovi nucleotidi si separano

• Si ottiene la prespora

• Attorno alla prespora cominciano a formarsi le membrane di rivestimento

• La spora completa viene liberata nell’ambiente per autolisi dello sporangio

•

!

LA GERMINAZIONE

Processo attraverso il quale una spora libera torna alla forma cellulare originaria

• Inizia se le condizioni vitali tornano ad essere ottimali per la cellula vegetativa

• La spora si attiva con la permeabilizzazione dei suoi involucri (attivazione)

• Penetrano degli enzimi che distruggono la corteccia (iniziazione)

• Vengono assunti acqua e ioni con ripresa delle più importanti attività metaboliche cellulari

• (crescita)

!

CRESCITA DEI MICRORGANISMI

!

LA CURVA DI CRESCITA DI UNA COLTURA MICROBICA

Fase di latenza: compresa fra il momento dell’inoculo e l’inizio della moltiplicazione batterica

• Fase di crescita esponenziale: tutti i batteri sono in grado di portare a compimento i processi

• metabolici idonei alla riproduzione

Fase stazionaria: rallentamento della crescita cellulare e quindi della riproduzione batterica; il

• numero delle poche cellule nuove è bilanciato da quelle che iniziano a morire

Fase di morte: rapido aumento delle cellule morte che prevalgono su quelle vive

•

!

GLI EFFETTI DELL’AMBIENTE SULLE COLTURE MICROBICHE

Concentrazioni di sali: essendo i microrganismi separati dall’ambiente da una membrana

• selettivamente permeabile, essi risentono della concentrazione osmotica. I batteri che

sopportano le alte concentrazioni saline sono detti alofili

Umidità: i batteri necessitano di un mezzo esterno ricco d’acqua che un componente peculiare

• della loro struttura; alcuni di questi possono resistere bene all’essiccamento e alla liofilizzazione

che sono dei processi usati per la loro conservazione

pH: la maggior parte dei batteri si riproduce in un pH tra 4 e 9; alcuni batteri possono

• sopravvivere anche a pH maggiori o minori

Temperatura: gran parte dei batteri vive a temperature comprese tra i 25 e i 45°C (mesofili), ma

• ci sono specie che vivono a temperature inferiori ai 30°C (psicrofili) e altri a temperature tra i

45 e i 75°C (termofili)

Pressione osmotica: le pressioni osmotiche molto elevate non si confanno alla vita dei batteri,

• ma alcune specie (osmofili) non ne risentono

Pressione: la maggior parte dei batteri non subisce effetti evidenti da modificazioni della

• pressione ambientale terrestre; nel mare ci sono batteri che sono capaci di vivere nelle

profondità dove la pressione è altissima (barofili)

Radiazioni: le radiazioni ionizzanti (raggi X, raggi gamma) sono mortali perché modificano il

• DNA; i raggi ultravioletti uccidono tutti i microrganismi se esposti direttamente; la luce visibile

arreca enormi benefici in quanto serve per i processi fotosintetici.

!

NUTRIZIONE ED ENZIMI DELLA CELLULA BATTERICA

!

LA NUTRIZIONE

È l’assunzione, per la crescita, di materiale nutriente dall’ambiente

• Batteri autotrofi: hanno esigenze nutrizionali minime e svolgono processi di sintesi

• Batteri eterotrofi presentano notevoli esigenze nutrizionali, avendo essi necessità di nutrimenti

• organici preformati: fattori di crescita

!

GLI ENZIMI

Esoenzimi: secreti nell’ambiente esterno per demolire le grosse molecole, favorire il passaggio

• delle sostanze nutritive, funzioni difensive, tossiche o di virulenza

Ectoenzimi: peculiari della membrana citoplasmatica e regolano il transito delle sostanze

• attraverso questa

Endoenzimi: sono enzimi cellulari che svolgono funzioni catalitiche

• Enzimi adattativi: se indotti dalla presenza di uno specifico substrato

• Enzimi costitutivi: se fanno parte della composizione della cellula

•

!

IL METABOLISMO ENERGETICO DELLA CELLULA BATTERICA

! Catabolismo: demolizione di molecole

• Anabolismo: sintesi di molecole

• Deidrogenasi: enzimi che agiscono nelle ossidazioni biologiche che avvengono con scambi di

• atomi di idrogeno

!

LA FERMENTAZIONE BATTERICA

Compiuta da batteri con un ridotto corredo enzimatico

• Ha un basso guadagno energetico

• Avviene in anaerobiosi

•

! L’accettore finale degli elettroni delle reazioni redox è una molecola organica

• Ci sono sette diverse fermentazioni batteriche che prendono il nome dal prodotto finale

• organico: formica, propionica, lattica, succinica, acetica, buttirica e alcolica

2 ATP

↑

glucosio → acido piruvico + NADH → NAD + 1,2,3,4,5,6,7

↓

e‾ H+

↓

NAD → NADH + H+

!

LA RESPIRAZIONE BATTERICA

Compiuta da batteri con un consistente corredo enzimatico

• Gli enzimi si trovano sulla membrana citoplasmatica o sui mesosomi

• Ha una resa energetica molto più alta della fermentazione

• Avviene attraverso reazioni redox nei batteri chemiosintetici

• Come accettare finale presenta una molecola inorganica

• Se la molecola finale è l’O2 è detta respirazione aerobia, se e molecole finali sono o un solfato o

• un nitrato o un carbonato è detta anaerobia

Ottengo un totale di 38 ATP

• 2 ATP

↑

Glucosio → → acido piruvico → → acetil CoA → → catena respiratoria

(6 C) ↓ (3C) ↓ ↓→34ATP

e‾ H+ ciclo di krebs O2→ H2O

↓ 2ATP FADH2 SO2‾→H2S

NAD → NADH+H+ CO2 NADH

!

UTILIZZAZIONE DELL’ENERGIA E METABOLISMO BIOSINTETICO

!

La cellula batterica impiega l’ATP prodotto con il catabolismo in vari modi:

Per la biosintesi di nuove componenti cellulari

• Per mantenere l’integrità chimica e fisica della cellula stessa

• Per il trasporto dei soluti attraverso la membrana

• Per l’attività degli organi locomotori

•

!

LE SINTESI MACROMOLECOLARI

! 1. I POLISACCARIDI

Sono uno dei costituenti della parete batterica e in molte specie anche

• della capsula

Sono la più importante fonte d’energia per la cellula

• Sono sintetizzati, nei batteri autotrofi a partire da molecole di CO2 e

• dall’H2O, mentre nei batteri eterotrofi a partire da zuccheri semplici

assorbiti dall’ambiente

! 2. LA SINTESI DEL PEPTIDOGLICANO

Inizia con la sintesi dei precursori iniziali nel citoplasma

• Continua con il completamento di questi durante il trasporto nella

• membrana citoplasmatica

Finisce con la loro allocazione nella parete cellulare

•

! 3. I LIPIDI Hanno funzione strutturale ed energetica

• Sono sintetizzati a partire da molecole di glicerolo, alcoli e acidi grassi

•

!

4. GLI AMINOACIDI

Sono i componenti delle proteine

• Sono sintetizzati a partire da ammoniaca o azoto atmosferico nei batteri

• autotrofi, mentre nei batteri eterotrofi possono essere assunti direttamente

dall’ambiente

! 5. IL DNA È il costituente del cromosoma batterico e depositario del codice genetico

• È la matrice di formazione di RNA cellulari

• La replicazione del DNA è attuata da un processo di autoduplicazione

• semiconservativa

! 6. L’RNA Ci sono tre tipi di RNA: ribosomile, transfer e messaggero

• L’azione dei diversi RNA porta alla formazione delle molecole proteiche

•

! 7. LA SINTESI DELLE PROTEINE

Costituiscono la membrana citoplasmatica

• La sintesi si svolge sui ribosomi attraverso precisi proessi attuati dai tre

• RNA

!

LA GENETICA BATTERICA

!

IL GENOMA DEI BATTERI

Ha la funzione di depositario delle informazioni genetiche della cellula batterica, sia quelle di