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BIOLOGIA DEI MICRORGANISMI

La microbiologia nasce e si sviluppa recentemente come studio scientifico poiché studiando

organismi invisibili all’uomo necessita delle apparecchiature scientifiche adeguate.

Leeuwenhoek → inventa il primo microscopio intorno al 1700. Era uno strumento dotato di lente

che veniva appostato all’occhio. Costruì circa 300 microsc0opi in base ai campioni da osservare.

Scrisse diverse volte all’Accademia Reale Scientifica Britannica e, sebbene le sue scoperte non

vennero tenute in considerazione, sono state conservate e archiviate.

Spallanzani e Redi → confutano la Teoria della Generazione Spontanea. Redi pose della carne

avariata in una serie di recipienti, alcuni chiusi, altri aperti, e dimostrò che le larve nascevano solo

dove le mosche avevano potuto depositare le uova. Spallanzani fece anche un altro esperimento

simile ma che dimostrava che l'aria può dare origine ad alcuni organismi.

Pasteur → riuscì a confutare la teoria della generazione spontanea. Versa un liquido (es. brodo) in

un fiasco che lascia aperto di cui però piega il collo curvandolo col calore (collo di cigno). Scalda

poi il liquido così da uccidere i microrganismi. Definisce quindi che non c’è formazione di

organismi non per mancanza d’aria ma perché i microrganismi che giungono con l’aria non arrivano

al liquido; l’aria non è in grado di trasportarli all’interno del fiasco e pertanto si accumulano sulla

parte iniziale del collo. Inclinando il fiasco e lasciando che il liquido raggiunga la parte del collo

iniziale esso si guasta: questo perché entra in contatto con i microrganismi rimasti all’entrata.

Da Pasteur in poi si comincia a comprendere l’importanza dei microrganismi nelle malattie infettive

e nei processi industriali. Non si trova ancora una cura ma si individuano i canali di trasmissione e

un primo tentativo di prevenzione. Il processo di pastorizzazione del latte e così chiamato in onore a

Pasteur.

Lister → intorno al 1867 introduce asepsi chirurgica con uno spray di fenolo. Capisce che le ferite

si infettano per via dei microrganismi (studia Pasteur). Usa il fenolo sull’area da operare così da

eliminare i microrganismi.

Koch → scopre il microrganismo che causa la tubercolosi. Mette a punto una colorazione per

individuare il batterio negli individui malati e lo inocula in animali sani. Dimostra così che il

microrganismo deve essere presente sempre negli individui malati e una volta inoculato deve

riprodurre la malattia iniziale. (Postulati di Koch).

Caratteristiche dei microrganismi:

Sono all’origine di tutte le forme viventi;

• La diversità filogenetica è superiore a quella del mondo vegetale e animale;

• Sono estremamente numerosi;

• Crescono in qualsiasi ambiente in cui ci sia acqua liquida;

• Sono responsabili delle trasformazioni della materia necessaria per la vita;

• Trasformano la geosfera;

• Possono influenzare il clima;

• Sono in simbiosi con piante e animali;

• Causano malattie;

• La loro attività metabolica può influenzare il comportamento di piante e animali.

Uso dei microrganismi:

A livello industriale sono usati come catalizzatori nella sintesi di alcune molecole per svolgere

reazioni chimiche;

Vengono modificati geneticamente per produrre proteine utili come vaccini o insulina;

• Possono migliorare la produzione e conservazione degli alimenti (vedi acidificazione latte

• con lactobacilli);

Sono impiegati negli impianti di depurazione delle acque;

• Biorisanamento di siti contaminati;

• Infine possono avere usi meno nobili, come armi chimiche e bioterrorismo

• LA CELLULA

La cellula è un organismo vivente e si divide in procariote e eucariote. Nella prima non ci sono

strutture definite, mentre la seconda contiene molte strutture ben definite. La differenziazione è

descrivibile in molti punti, tuttavia alcune diversità sono delle norme che possono essere smentite

da dei comportamenti delle cellule.

Nel mondo procariote si fa una differenziazione tra Batteri e Archea, organismi estremamente

diversi tra loro:

Differiscono nelle proprietà chimiche di parete e membrana citoplasmatica

• Gli antibiotici hanno effetto sui batteri e non sugli archea

• Gli enzimi presenti negli archea sono simili a quelli degli eucarioti

• I batteri sono patogeni, gli archea no

• Gli archea si trovano in ambienti estremi, poiché la loro origine è molto antica e quindi si

• trovano in ambienti particolari le cui condizioni sono simili a quelle in cui si sono sviluppati

La cellula procariote

La cellula procariote è un organismo vivente unicellulare, le cui dimensioni sono nell’ordine dei

micron, da diametri inferiori a 0,2 µm a diametri superiori a 50 µm. I procarioti sono quindi cellule

più piccole rispetto agli eucarioti. Le dimensioni ridotte fanno si che le sostanze nutritive e i

prodotti di scarto entrino ed escano più velocemente, accelerando il processo metabolico. Questo

implica che più la cellula è grande più è difficile questa operazione, perciò i batteri più grandi sono

rari.

Colorazione di Gram

Serve a stabilire se un batterio sconosciuto è Gram-positivo o Gram-negativo. I Gram-positivi

tendono ad essere colorati di viola mentre i Gram-negativi vanno dal rosa al rosso. La diversa

colorazione è dovuta a differenze strutturali nella parete cellulare.

Forme di cellule batteriche

I batteri sono microrganismi procariotici che possono essere o meno patogeni. La forma è

caratteristica, ma può modificarsi in base alle condizioni ambientali:

Cocco bacillo vibrione spirilli

Inoltre possono verificarsi aggregazioni cellulari tra più batteri:

Diplococchi streptococchi sarcina stafilococchi streptobacilli

In una cellula batterica si trovano macromolecole come proteine, DNA e RNA. Le prime sono

ovunque, mentre RNA e DNA si trovano solo nel citoplasma. Si possono trovare anche

polisaccaridi, che però causano problemi se si accumulano in alcuni punti.

Morfologia di una cellula batterica Capsula: rivestimento

tipico, non sempre

presente

Parete: presente in

quasi tutti i batteri

Membrana

citoplasmatica: sempre

presente, essenziale per

la vita

Flagello

Filamento esterno alla cellula. Nella distribuzione polare può essere attaccato ad uno o ad entrambi i

poli della cellula. Può non essere presente o trovarsi in numero elevato:

Cellula monotrica: un solo flagello → Pseudomonas

• Cellula lofotrica: più flagelli → Spirillum

• Cellula peritrica: interamente ricoperta di flagelli → Proteus Vulgaris

I flagelli hanno forma elicoidale e servono per il movimento della cellula procariote (i batteri si

nutrizionali). Il flagello è un’appendice cellulare lunga e

muovono per cercare nuove sostanze

sottile legata ad una estremità alla membrana citoplasmatica. Il filamento dei flagelli batterici è

costituito da un’unica proteina, la flagellina.

Il flagello consiste di diverse parti:

Regione basale del flagello: ha una struttura diversa rispetto a quella del filamento, è costituita da

una regione più ampia chiamata uncino. È formata da un singolo tipo di proteina e ha la funzione di

connettere il filamento alla porzione del motore del flagello.

Motore flagellare: ancorato alla membrana citoplasmatica e alla parete cellulare, è formato da una

regione bastoncellare che passa attraverso un sistema di

anelli. Il motore di rotazione contiene due componenti:

Rotore: anelli C, MS, P → costituiscono il corpo

• basale

Statore: costituito dalle proteine Mot

Il movimento rotatorio del flagello è impartito dal corpo

basale.

Batteri Gram-negativi:

anello esterno L → ancorato allo strato

• lipopolisaccaridico

anello P → ancorato allo strato peptidoglicano della parete cellulare

• anelli MS e C → all’interno della membrana citoplasmatica e del citoplasmatica

Batteri Gram-positivi:

Sono privi dello strato lipopolisaccaridico, quindi:

anello P → ancorato allo strato peptidoglicano della parete cellulare

• anelli MS e C → all’interno della membrana citoplasmatica e del citoplasma

Ancorate alla membrana citoplasmatica sono presenti delle proteine chiamate Mot.

Questi anelli che ancorano il flagello alla membrana citoplasmatica ruotano provocando la

rotazione del flagello, che comporta il movimento della cellula.

Una batterio si può muovere fino a 0,17 m/h che paragonato alle dimensioni è una velocità

decisamente elevata.

Biosintesi flagellare: la sintesi inizia con l’assemblaggio dell’anello MS nella membrana. Di seguito

si ha la formazione degli altri anelli, dell’uncino e del cappuccio. A questo punto le proteine di

flagellina scivolano all’interno dell’uncino per formare il filamento. Le molecole di flagellina sono

guidate nella corretta posizione dalle proteine del cappuccio che assicurano al filamento crescente

un sviluppo ordinato.

Biosintesi del flagello:

Cosa spinge il batterio a muoversi?

Uno stimolo chimico, detto Chemiotassi (esempio capillare con glucosio che attrae batteri).

• Uno stimolo luminoso, detto Fototassi (alcuni batteri usano la luce per crescere).

Quindi, dalla rotazione del flagello deriva il movimento.

Se il flagello ruota in senso antiorario la cellula si muove di moto rettilineo;

• Se il flagello ruota in senso orario la cellula si capovolge.

Il movimento di un batterio può sembrare senza uno scopo ben preciso, ma se c’è una sostanza

attraente vengono favoriti i movimenti che fanno avvicinare la cellula alla sostanza. Questo perché

sulla superficie della cellula ci sono molecole recettori che rivelano la presenza di stimoli. Ogni

volta che il recettore si eccita, la molecola applica un meccanismo di adattamento che la fa tornare

ad uno stato non eccitato per essere nuovamente riutilizzata. Poi il recettore viene degradato e

sostituito.

Infine esistono anche filamenti più piccoli, utili al batterio per aggrapparsi su determinate superfici,

detti Fimbrie.

Rivestimenti:

Capsula:

Rivestimento che non si trova in tutte le cellule (i batteri capsulati sono spesso patogeni)

formato da zuccheri e/o amminoacidi. Ad esempio nel leuconostoc la capsula è fatta di

polimero di glucosio. Tuttavia il batterio non sempre la forma, perché ha precedenza sempre

abbastanza zucchero si nutre e non fa la capsula.

il nutrimento e se non c’è

Parete cellulare:

Rivestimento fondamentale per la vita della cellula, è un guscio rigido che la protegge ed è

quasi sempre presente. Ad esempio la protegge da un’eccessiva presenza di acqua. I batteri

vivono in ambienti ipotonici (con poco sale) e la differenza tra il loro interno e l’esterno

favorisce il richiamo di acqua da parte del batterio stesso. Ciò, combinato all’azione del

lisozima (enzima che può attaccare e distruggere la parete cellulare), può comportare

l’esplosione della cellula, a causa della troppa presenza di liquido. In una soluzione

isotonica invece (equilibrata) il batterio non viene distrutto perché l’equilibrio tra batterio e

ambiente permette alla cellula di vivere anche se il lisozima ne ha mangiato la parete (il

lisozima si trova ad esempio nelle lacrime ed impedisce che i batteri si riproducano

nell’occhio).

Peptidoglicano o Mureina

Conferisce rigidità e resistenza alla parete cellulare, è presente solo nei batteri (procarioti).

➔ È un polimero costituito da due zuccheri e da una parte peptidica, cioè amminoacidi,

➔ presenti anche in forma D sebbene normalmente gli amminoacidi delle proteine siano in

forma L; questo implica che avviene una trasformazione da L a D.

Amminozuccheri presenti:

➔ acido n-acetilmuramico (NAM) e n-acetilglucosamina (NAG) e altri amminoacidi in forma

D (trasformati da L a D dalla racemasi, un enzima).

Nella mureina NAM e NAG sono legati da legame β-1,4 glucosidico a formare una catena

lineare, in cui gli amminoacidi sono legati solo al NAM formando una catena peptidica.

NAG------ NAM------- NAG------- NAM------- NAG

1

2

3

4

5

Nelle posizioni 1, 2, 3 ci sono diversi amminoacidi: sono variabili, possono cambiare da

specie a specie. Nelle posizioni 4 e 5 è sempre presente la D-Alanina. Queste catene possono

essere disposte l’una accanto all’altra ma la rigidità è data dal legame che si forma tra catene

adiacenti:

Nei batteri gram-negativi le catene peptidiche sono legate da legami peptidici diretti tra

• l’amminoacido in 3 e quello in 4;

Nei batteri gram-positivi il legame tra 4 e 3 avviene con una catena di 5 glucidi, una sorta di

• ponte che consente di legare anche catene lontane tra loro (ponte interpeptidico).

Per favorire la formazione del legame tra le catene peptidiche vien perso l’amminoacido in

posizione 5. La transpeptidasi infatti, per legare le catene ha bisogno di energia e la ottiene

staccando la D-Alanina in 5. L’azione del lisozima vista in precedenza è quella di tagliare il

e NAG spezzando la catena e causando così la perdita della

legame glucosidico tra NAM

rigidità.

Nei batteri gram-positivi la percentuale di peptidoglicano varia a seconda della specie e la

parete è spessa (fino a 800 armstrong) mentre nei gram-negativi la parete è più sottile e la

percentuale di mureina è costante (circa 20%).

Guardando al microscopio si evidenzia una forte differenza tra la parete dei batteri gram-

positivi e negativi (differenziazione legata alla colorazione di Gram): quest’ultimi hanno

uno strato più sottile di peptidoglicano che si pone in uno spazio periplasmatico che è

protetto a sua volta da una membrana esterna. Questo spazio è utile per la lavorazione delle

specie che entrano nella cellula. Per nutrirsi infatti, il batterio deve sfruttare macromolecole,

ma far entrare delle grosse molecole non è possibile dal punto di vista energetico. La cellula

può però secernere degli enzimi che degradano le macromolecole (come cellulosa, lignina)

favorendo la nutrizione. Questo processo, tipico dei gram-positivi, deve avvenire al di fuori

del batterio e questo è svantaggioso perché la sostanza può essere presa da altri batteri

vicini.

Molti batteri Gram-postivi possiedono, all’interno della parete cellulare, dei polisaccaridi

acidi, gli acidi teicoici, ovvero tutti i polimeri della membrana, della parete e della capsula

che contengono residui di glicerofosfato e ribitolfosfato. A causa della loro carica negativa

gli acidi teicoici sono parzialmente responsabili della carica complessiva negativa della

superficie cellulare.

Mureina nei batteri Gram-negativi: Mureina nei batteri Gram-positivi:

I gram-negativi invece fanno entrare le molecole nello spazio periplasmatico, interno al

batterio, dove si accumulano enzimi che degradano il nutrimento, rendendo il processo più

vantaggioso. È molto più esteso che nei gram-positivi.

Nei gram-negativi inoltre sono presenti delle catene di lipopolisaccaridi esterni alla cellula,

catene che sono le prime ad essere riconosciute da un sistema immunitari quando c’è

un’infezione. Lipopolisaccaride è una catena formata da un lipide agganciato alla membrana

e una catena polisaccaridica esterna legata al lipide. La membrana esterna dei gram-negativi

è percorsa inoltre da dei canali che permettono il passaggio delle macromolecole dirette allo

spazio periplasmatico, formati da proteine chiamate Porine che permettono l’entrata e uscita

di sostanze idrofiliche attraverso la membrana (si aggrovigliano formando dei canali).

La differenza in quantità di peptinoglicano non influisce sulla rigidità della parete!

Parete batteri Gram-positivi: Nei batteri gram-

positivi sono

presentisulla parete

acidi teocoici, termine

con cui si indicano tutti

i polimeri della parete,

della membrana e della

capsula contenenti

residui di

glicerolfosfato e

ribitolfosfato.

Parete batteri Gram-negativi:

Il peptidoglicano può essere distrutto a causa dell’azione di agenti chimici. Uno di questi è il

lisozima, una proteina che rompe i legami β-1,4 NAM e NAG, indebolendo la struttura al

punto che l’acqua può entrare nella cellula facendola gonfiare e scoppiare secondo un

processo chiamato lisi. Il lisozoma ha una funzione difensiva contro i batteri. Nei casi in cui

si ha una soluzione isotonica il lisozoma può digerire il peptidoglicano senza che l’acqua

entri nella cellula: si verifica così la formazione di un protoplasto, un batterio che ha perso

la parete cellulare.

Differenze:

Anche gli Archea hanno una parete, che però è costituita da pseudopeptidoglicano, perché al

posto del NAM c’è il NAT (acido n-acetiltalosa-minuronico). Il NAG e NAT sono legati con

legame β-1,3 glicosidico che non è attaccabile dal lisozima.

Membrana citoplasmatica:

La membrana citoplasmatica è un rivestimento indispensabile, presente in tutti i batteri e

eucarioti, che separa interno da esterno e garantisce le condizioni necessarie per la vita

(deve far passare i nutrienti e far uscire le sostanze dannose). Fa da funzione filtro. Questo

fa sì che esista uno spazio fra membrana esterna ed interno.

È formata da molecole di glicerolfosfato con una cosa di acidi grassi a formare un doppio

strato fosfolipidico. Il glicerolfosfato è la testa idrofila, mentre gli acidi grassi sono idrofobi.

Perciò una molecola che deve attraversare la membrana deve essere sia idrofila che idrofila

e questo è un ottimo meccanismo di selezione. Lo spessore è di circa 8 nm.

Glicerolfosfato

Acidi grassi a catena lineare, mai ramificati

Glicerolfosfato

All’interno della membrana ci sono delle proteine che collegano ambiente interno ed

esterno, dette proteine transmembranali, che, all’interno della struttura a mosaico fluido

quale è la membrana si possono muovere e far passare sostanze. La fluidità della membrana

funzionamento.

ne garantisce il Negli Archea il legame tra glicerolo e catena di acido grasso

è di tipo etereo, mentre nei batteri è di tipo esterico.

Inoltre negli archea è presente il Fitanolo, un acido grasso che ramifica. Gli archea sono

diversi e la membrana varia a seconda delle specie. Alcuni hanno una membrana

monostrato, in cui il glicerolo è collegato ad un'unica catena di acido grasso. Ciò è

necessario per batteri che vivono ad alte temperature (più di 90° batteri ipertermofili)

perché a bassa T la membrana sarebbe rigida, ma nelle temperature in cui vivono questa

diventa abbastanza fluida da permetterne il funzionamento.

La membrana citoplasmatica è:

Strato di permeabilità: fa passare il nutrimento.

• Strato di ancoraggio: si trovano molte proteine ancorate.

• Una specie di condensatore: infatti tra i due lati c’è una differenza di potenziale che può

• generare una forza protonmotrice che può essere utilizzata per la rotazione del flagello.

La funzione di permeabilità è molto importante e a seconda delle molecole cambia il grado

di permeabilità. L’acqua è l’unica sostanza che diffonde liberamente, le altre quasi per nulla.

Perciò la cellula si organizza con alcune modalità di trasporto (attraverso le proteine) per far

passare nutrimento e rifiuti:

Trasporto semplice: controllato dall’energia associata alla forza protonmotrice.

• Traslocazione di gruppo: la sostanza viene modificata chimicamente.

• Sistema ABC: richiede notevole energia fornita dall’ATP.

• Se il trasporto avviene in una sola direzione è uniporter, se avviene in contemporanea con

l’uscita di un’altra sostanza è antiporter, mentre se entrano nella stessa direzione è

symporter. Nella traslocazione di gruppo la sostanza è modificata, come spesso capita

con il glucosio, che quando arriva all’interno della cellula è glucosio sec-fosfato, la forma

utile per il metabolismo. Infine la membrana può avere altre funzioni: nelle cellule foto

sintetiche è ripiegata e nelle pieghe si posizionano sostanze destinate alla fotosintesi; è

importante nella riproduzione perché il DNA si aggancia alla membrana durante la

scissione; in alcuni punti si accumulano enzimi correlati per determinate funzioni.

Nucleoide:

Sede dell’informazione genetica, che è un unico filamento di DNA (Acido

deossiribonucleico) che può essere lungo fino ad 1 mm e viene compattato per occupare

meno spazio. Il DNA è depositario dell’informazione genetica, che deve essere letta per

poter produrre le proteine. L’informazione è conservata in una sequenza di basi azotate.

DNA

↓ → Trascrizione: le informazioni vengono lette e si produce RNA

RNA

↓ → Traduzione: RNA vien utilizzato per produrre le proteine

Proteine

Le proteine servono come enzimi, ormoni, anticorpi e proteine strutturali

DNA e RNA sono costituiti da nucleotidi: zucchero (ribosio per RNA e deossiribosio per

DNA) a cui sono legati un gruppo fosfato e una base azotata.

Le basi azotate si dividono in Pirimidine e Purine:

Il DNA ha una struttura a doppio filamento, i cui singoli che si forma legandosi tramite il

gruppo fosfato. I filamenti si appaiano e vanno a formare la classica struttura a doppia

elica (legami ponte di idrogeno). In questa struttura, di fronte ad una citosina c’è sempre una

guanina (CG) di fronte ad una timina c’è sempre un’adenina (TA).

A---G---C---T

| | | | → Le linee rappresentano i tre legami a ponte di idrogeno che si

T----C---G---A formano tra i filamenti e mantengono stabile la struttura.

I filamenti hanno anche un orientamento che dipende da come si legano i nucleotidi: alle

estremità ci sono dei nucleotidi non legati e se è il fosfato a non essere legato l’orientamento

sarà 5’, se è lo zucchero 3’.

Mentre il DNA è a doppio filamento, l’RNA è costituito da un singolo filamento e al posto

della timina si trova l’uracile. Tuttavia l’RNA può avere una struttura secondaria dove ci

sono appaiamenti parziali tra basi azotate.

Ruolo dell’RNA

• Esistono 3 tipi di RNA, che si originano da zone precise del DNA e hanno diverse funzioni:

1. RNA messaggero (mRNA): contiene una copia dell’informazione genetica del DNA.

2. RNA transfer (tRNA): ha il compito di portare gli amminoacidi al luogo dove avviene la

sintesi proteica.

3. RNA ribosomale (rRNA): componente strutturale dei ribosomi, strutture complesse

formate da RNA e proteine dove avviene la sintesi proteica.

Questi tre tipi di RNA cooperano per formare le proteine. Il meccanismo di duplicazione del

DNA sfrutta la complementarità delle basi (si duplica DNA e da duplicato si fa RNA): la

replicazione è semi conservativa perché la nuova molecola di DNA è fatta da un pezzo

vecchio e uno nuovo. Poi un filamento specifico è riutilizzato per formare l’RNA e

l’informazione per produrre proteine.

Le zone codificanti che vengono copiate dal DNA sono i geni. Nelle cellule procarioti

trascrizione e traduzione avvengono contemporaneamente e capita che due geni vengano

trascritti su una sola molecola di mRNA (messaggero policistronico) e poi nella traduzione

viene riconosciuto e si producono due proteine. Invece negli eucarioti la traduzione avviene

nel citoplasma, quindi non c’è contemporaneità. L’mRNA è monocistronico (un solo gene) e

inoltre i geni più complessi sono formati da introni ed esoni, ma solo gli esoni sono

codificanti. Perciò mRNA deve essere processato per togliere gli introni e arrivare a

codificare le informazioni e a formare le proteine.

L’informazione è contenuta nel DNA cromosomico, ovvero nel cromosoma. Nei batteri,

quasi sempre, c’è un solo cromosoma (una sola molecola di DNA) di forma circolare,

mentre negli eucarioti ci sono più cromosomi di forma lineare. Ad esempio, escherichia

coli, batterio gram-negativo ha un solo cromosoma circolare di dimensioni 4,64 milioni di

basi. Tuttavia, esistono eccezioni come il rhodobacter che ha 2 cromosomi o lo

streptomyces che ha DNA lineare. Quanti geni ci sono nell’informazione genetica? Non

dipende dalla quantità delle basi perché ad esempio, in alcuni organismo eucarioti, gran

parte del DNA non è codificante.

Duplicazione del DNA

• Avviene su uno stampo di DNA grazie all’azione di un enzima, la DNA-polimerasi che

duplica usando come stampo il filamento e sfrutta la complementarietà delle basi. Per

duplicare, questo enzima deve sempre partire da una estremità 3’-OH e ha bisogno di un

innesco. Questo innesco è fornito da un altro enzima, l’RNA-polimerasi, che forma un

piccolo pezzo di RNA (di poche basi) da cui poi la DNA-polimerasi parte con la

duplicazione. Per la duplicazione la molecola di DNA si deve aprire, in modo che l’enzima

possa scorrere sul filamento creandone uno nuovo. Siccome deve partire sempre da 3’-OH,

risulta esserci un problema sull’elica complementare, dove l’estremità è 5’. Perciò l’RNA-

polimerasi crea dei brevi inneschi, dei frammenti discontinui a cui si legherà poi il filamento

iniziale.

Nella duplicazione, che può partire da due punti diversi che poi si uniscono, sono coinvolti

molti enzimi e proteine, come il replisoma o l’elicasi, che separa la doppia elica. La DNA-

polimerasi è molto attenta nella complementarietà delle basi, concetto fondamentale su cui

si basa la duplicazione. Perciò l’enzima, prima di completare il processo, fa un sorta di

correzione di bozze, controllando infatti ciò che ha duplicato. Se trova un errore, torna

indietro ed elimina la base scorretta sostituendola con quella corretta.

Trascrizione (formazione RNA)

• La trascrizione avviene per opera dell’RNA-polimerasi, che può sintetizzare senza innesco,

ma deve avere un segnale. Questo segnale è dato da delle “regioni promotore” una sezione

nucleotidica specifica del filamento di DNA, dove l’enzima si lega ed inizia la trascrizione.

L’RNA-polimerasi è un enzima complesso, costituito da più proteine. La parte principale è il

core, che sintetizza l’RNA, a cui è associato il fattore sigma, che facilita il riconoscimento

del promotore e del sito di inizio della trascrizione e poi si distacca. Il core continua la

sintesi producendo mRNA finché arriva alla sequenza d’arresto e si stacca dal filamento.

Traduzione

• L’mRNA codifica l’informazione per la sintesi di proteine, ma come si passa da una

sequenza nucleotidica ad una amminoacidica? Le basi azotate sono solo 4, mentre gli

amminoacidi sono 20. L’informazione viene letta a gruppi di tre lettere, dando origine a 64

combinazioni che costituiscono il codice genetico. In questo modo, un amminoacido può

essere codificato da più di una sequenza e solo metonina e triptofano sono codificati da una

sola tripletta. Inoltre, ci sono tre triplette - UAA, UAG, UGA - che sono dei segnali di stop,

ovvero fanno fermare il processo di sintesi della proteina. Quando un amminoacido è

sintetizzato da più di una tripletta, i primi due nucleotidi non cambiano (ad esempio la

glicina: GGU, GGC, GGA, GGG). Il codice genetico è praticamente universale, a parte

qualche eccezione.

La traduzione avviene a livello dei ribosomi, che scorrono la catena di mRNA

riconoscendone le triplette, che vengono dette codoni. A questo punto entra in azione il

tRNA, che trasporta gli amminoacidi al luogo di sintesi. Sul tRNA si trova un anticodone

specifico, complementare a quello dell’mRNA (quindi le molecole di tRNA possiedo un

anticodone e un amminoacido all’estremo opposto). Ma a secondo di dove si inizia a leggere

l’mRNA si possono generare tre diversi amminoacidi, perciò, ogni molecola di tRNA

possiede un enzima che riconosce la sequenza del codone e vi fa attaccare l’anticodone

complementare.

Il ribosoma scorre sull’mRNA e legge l’informazione a coppia di tre in tre punti diversi: 1-A

accettore 2-P peptidi 3-E exit. In conclusione, il processo avviene con l’arrivo sul mRNA di

molecole di tRNA cariche (portano gli amminoacidi) che riconoscono il codone e si

posizionano sulla catena e una volta che l’amminoacido si è legato a quello successivo

tramite legame peptidico si allontanano dalla catena (tRNA scarico). Il processo continua

finché non si raggiunge un codone di arresto, che coincide con la formazione della proteina.

La maggior parte delle proteine rimane nel citoplasma, ma alcune devono uscire. Le

proteine che devono essere secrete hanno una sequenza amminoacidica che le indirizza al di

fuori della cellula.

Citoscheletro procariotico

• Struttura rigida all’interno della cellula che oltre a contribuire alla forma fornisce siti per

attacco di sostanze durante la riproduzione (i cianobatteri, batteri foto sintetici, hanno delle

vescicole gassose al loro interno).

Spora procariote

• Una spora è una cellula batterica che si è evoluta per sopravvivere a condizioni climatiche

avverse. È una forma metabolicamente statica, ferma, protetta dall’ambiente circostante e

non necessita di sostanze nutritive. È una formula differenziata che si origina all’interno

della cellula madre e perciò viene anche detta “endospora”. La spora è una forma di

sopravvivenza che deve garantire la ripresa della vita della cellula quando le condizioni

ambientali saranno migliori (batteri sporigeni gram positivi sono clostidrium e bacillus).

La spora contiene quindi un’unica copia del DNA e la minima quantità di citoplasma

necessaria a riprendere il processo vegetativo. Fondamentale è che in contenuto di acqua

nella spora sia minimo, perché la presenza di liquidi può essere dannosa per la sua vita, che

è protetta inoltre da più rivestimenti che la rendono alquanto resistente. Quanto può

sopravvivere? Alcuni esperimenti le hanno fatte arrivare sin nello spazio e queste una volta

tornate sulla terra hanno ridato cellule vegetative. La sopravvivenza si misura in anni,

decenni, poi arriva un segnale e la cellula riprende vita, con un processo chiamato

geminazione in cui la spora abbandona gli involucri.

In alcuni batteri sporigeni assieme al processo di sporificazione si producono delle nuove

molecole, che possono anche andare a formare dei cristalli parasporali, che sono tossici ad

esempio per alcune larve di lepidottero (tipo spora di bacillus thuringensis) e questo torna

utile all’uomo, perché le larve sono dannose per alcune coltivazioni agricole e quindi le

spore sono utilizzate come pesticidi naturali per eliminare le infestazioni.

Non tutti i batteri sono capaci di produrre spore, perciò la carenza di sostanze nutritive può

portare ad un periodo di inattività, in cui queste cellule rallentano moltissimo il loro

metabolismo. Di tanto in tanto alcune cellule si “riattivano” e, se le condizioni sono

migliorate, svegliano le altre e riprendono la vita. I batteri possono sembrare organismi

semplici, ma in realtà svolgono un grande lavoro di cooperazione.

TECNICHE IN CAMPO MICROBIOLOGICO

Sterilizzazione

Uccisione ed eliminazione di tutti gli organismi viventi e dei loro virus presenti in un campione o in

un terreno di coltura.

L’uso del calore per la sterilizzazione è il metodo più comune ed efficace. L’effetto del calore può

essere riportato su di un grafico in scala logaritmica. Alzando la temperatura l’azione è più

pronunciata, si abbattono più cellule e il fattore di riduzione decimale D (tempo necessario per

eliminare il 90% delle cellule) si riduce. Essendo in scala logaritmica non ci sarà uno zero, perciò la

riduzione è continua e quando si sterilizza si guarda alla probabilità della presenza organismi vivi

dopo il trattamento. Tuttavia, pur essendo tutte le cellule batteriche sensibili al trattamento termico,

non tutte vengono uccise allo stesso modo perché alcune sono più resistenti di altre. Se però nel

trattamento si introduce un campione di spore e anche queste vengono eliminate, si può essere sicuri

che la sterilizzazione ha avuto effetto.

Relazione tra temperatura e tasso di letalità:


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ilentic

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher ilentic di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Microbiologia con laboratorio e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Mastromei Giorgio.

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