Assimilazione della CO2 (Reazioni anaplerotiche)

Alcune vie sintetiche utilizzano la CO2 come precursore di alcuni amminoacidi (arginina e asparagina) e basi azotate (pirimidine e purine).

Sono reazioni in cui la CO2 viene utilizzata, insieme ad altre molecole, per costruire intermedi che portano alla produzione di amminoacidi e basi azotate.

Una delle vie biosintetiche presente in molti microrganismi che hanno applicazioni alimentari (es. batteri lattici) è quella che porta alla formazione di pirimidine e arginina.

Essa parte utilizzando la CO2, che può essere sciolta nella matrice alimentare, che viene utilizzata insieme ad un amminoacido, la glutammina, dalla carbamoil fosfato sintasi.

Questo enzima catalizza la reazione che forma carbamoil fosfato, importante intermediometabolico, che da un lato porta alla formazione di pirimidine e dall'altro fa da intermedioper la biosintesi di citrullina, che porta alla formazione di arginina.

La glutammina, consumata insieme alla

molecola di CO2 per ottenere il precursore, nellareazione (che ha un costo energetico), viene convertita in acido glutammico. Laglutammina sintasi lega il gruppo amminico dell'acido glutammico per poter ottenere altraglutammina disponibile ad alimentare questa reazione.

L'equilibrio tra glutammina e glutammato ci da informazioni sulle esigenze nutrizionali, dalpdv dell'azoto, del microrganismo o, più in generale, di una cellula vivente.

Invece, ad esempio, un intermedio della glicolisi ci da indicazioni sul livello energeticocellulare.

Ci sono una serie di reazioni, nel metabolismo dei microrganismi, che servono a rigeneraremolecole con una funzione importante nell'alimentare dei pathway metabolici rilevanti perla cellula.

Spesso, nelle vie biosintetiche, si hanno intermedi (come la carbamoil fosfato) che servonoda precursori per la costruzione di molecole diverse.

Un'altra importante via anaplerotica utilizza sempre la CO2, ma insieme

Allafosfoenolpiruvato (intermedio della glicolisi). Questa via biosintetica dominata dallafosfoenolpiruvato carbossilasi, in cui ci sono una serie di reazioni in cui è coinvolto anchel'acido glutammico, determina la produzione dell'amminoacido L-Aspartico, precursore dialtri amminoacidi e delle basi azotate.

La terza via anaplerotica che utilizza CO2 porta alla biosintesi delle purine. Reazioni anaboliche coinvolte nella biosintesi di molecole importanti, come le basi azotate (andranno a costituire il DNA e RNA) e alcuni amminoacidi come arginina e acido aspartico.

La CO2 utilizzata in queste vie è quella disciolta nelle matrici o nei liquidi e spesso intervengono altri amminoacidi o intermedi della glicolisi.

Ciascun pathway catabolico può essere usato come fonte di precursori per la sintesi di molecole -> il catabolismo (glicolisi, ciclo di Krebs, fermentazione) e l'anabolismo (biosintesi) sono collegati, perché alcuni intermedi delle reazioni

Le vie cataboliche diventano precursori per la sintesi di molecole o macromolecole, che vengono assemblate in strutture per ottenere la cellula. Ad esempio, nel ciclo dei pentoso fosfati si arriva al ribulosio 5-P, precursore dello zucchero che costituisce i ribonucleotidi, quindi l'RNA o i desossiribonucleotidi, quindi il DNA.

I microrganismi possono non avere tutte le vie biosintetiche necessarie a costruire ciò che a loro serve: allo stesso modo in cui per noi esistono gli amminoacidi essenziali (come lisina e triptofano, che devono essere introdotti con la dieta perché le nostre cellule non sono in grado di costruirli), oppure vitamine, ferro.., esistono anche per i microrganismi.

Per i microrganismi si usa una terminologia precisa che individua due tipi di condizioni:

• Prototrofia
• Auxotrofia: conoscere l'auxotrofia dei microrganismi significa conoscere le loro esigenze nutrizionali

Quando un microrganismo si adatta a vivere in un ambiente ricco di nutrienti,

nella matrice.L'estremizzazione di questo adattamento si ha con i microrganismi endosimbionti, ovvero che vivono all'interno di altre cellule. Questi batteri hanno pochissime informazioni legate alla biosintesi di molecole, perché ricavano quello che gli serve dalla cellula in cui vivono. Un microrganismo che non ha un ambiente definito in cui vivere ma è un microrganismo ubiquitario, ha la necessità di adattarsi a diversi ambienti (acqua, suolo, superficie delle foglie di una pianta..), quindi ha un genoma di dimensioni maggiori rispetto a un microrganismo che si vive in una nicchia ecologica molto circoscritta.

Francesca Nasatti

BATTERI SPORIGENI

Fino ad ora abbiamo descritto il gruppo dei batteri lattici perché hanno una grande rilevanza nell'ambiente alimentare, commerciale elevata. Sempre in ambito alimentare, ma con la necessità di controllarli più che farli crescere, si ha un gruppo di microrganismi che prende il nome di batteri

sporigeni.Sono batteri in gradi di produrre una spora, che non va confusa con la spora descritta nella riproduzione sessuata di S. cerevisiae (lievito eucariota). In quel casi era il risultato della meiosi, mentre nei batteri sporigeni le spore vengono visualizzate al microscopio a contrasto di fase come delle parti molto definite e circoscritte, bianche. Nel caso della fotografia sulla slide sono all'interno di bastoncini (pre-spora) oppure libere dalla cellula stessa. Quando non si utilizza il microscopio a contrasto di fase si fa una colorazione delle spore, che prevede l'utilizzo di un colorante particolare, il verde malachite, che entra nelle spore ad alte temperature. (spore verdi e cellule vegetative rosa). I batteri sporigeni sono ubiquitari perché grazie alle loro spore sono diffusi su tutto il pianeta, in tutti gli ambienti. I batteri sporigeni sono GRAM positivi, hanno sempre forma a bastoncino e si dividono in due categorie di genere:

• Bacillus spp. Il genere

La fase di sporulazione è una parte del ciclo di vita di alcuni batteri in cui la cellula vegetativa si trasforma in una spora. La sporulazione avviene quando le condizioni ambientali diventano sfavorevoli per la crescita batterica. Durante la sporulazione, la cellula vegetativa costruisce una pre-spora al suo interno, mantenendo comunque la sua struttura originale.

Nel ciclo di un batterio sporigeno, la divisione simmetrica è evidenziata dalla divisione binaria del bastoncino batterico. Questa divisione produce due cellule figlie, che a loro volta daranno origine ad altre due cellule e così via, seguendo il classico processo di crescita microbica.

In alcune circostanze, le cellule vegetative subiscono una divisione asimmetrica, in cui una parte della cellula si trasforma in una pre-spora. Questa pre-spora diventa sempre più evidente e si riveste di una membrana, di una parete, di una corteccia e di uno strato chiamato tunica sporale. Quando la spora è completamente matura, avviene la lisi cellulare: la membrana si destruttura, i contenuti cellulari vengono rilasciati e la spora diventa libera.

Nella fase finale del ciclo di vita del batterio sporigeno, la spora può germinare, cioè diventare di nuovo una cellula vegetativa.

Spora matura c'è il materiale informazionale, cioè il cromosoma del microrganismo (una coppia nella spora e una coppia nella cellula vegetativa). La spora è quiescente, metabolicamente inattiva, quindi non ha necessità di recuperare nutrienti dall'ambiente per rimanere vitale. Nel momento in cui trova le condizioni ambientali e colturali ottimali, germina, dando origine nuovamente a una cellula vegetativa.

Un'altra caratteristica della spora è la particolare resistenza termica: un batterio che sporifica in un alimento, lascia al suo interno delle spore e i trattamenti termici a cui si sottopone l'alimento, in particolare quelli di pastorizzazione, sono inefficaci nell'inattivare le spore ma efficaci nell'inattivare le forme vegetative. --> rilevanza dei batteri sporigeni nel settore alimentare, sono comuni contaminanti da controllare e di cui limitare lo sviluppo negli alimenti trattati termicamente. Negli alimenti che non subiscono

Un trattamento termico, i batteri sporigeni non sono così rilevanti. Nella formazione della corteccia intervengono gli amminozuccheri NAM e NAG, che vanno incontro a un processo di deacetilazione e formazione di un anello lattamico, quindi la struttura della spora è ancora più robusta della parete cellulare dei batteri.

All'interno delle spore avviene la biosintesi dell'acido dipicolinico. Conferisce alla spora la resistenza ai trattamenti termici e alla disidratazione.

Le spore sono bianche con un contorno ben definito perché riflettono la luce che attraversa il vetrino dove sono posizionate le cellule. Lo spessore della corteccia della spora è talmente pronunciato e le molecole sono talmente dense che la luce non viene assorbita ma riflessa. Ciò consente di visualizzarle immediatamente.

La rilevanza dei batteri sporigeni nel settore alimentare è legata alle caratteristiche della spora, che è quiescente e termostabile.

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