Microbiologia Generale: riassunti completi

I Bacteria:

-I Proteobacteria: rappresentano il phylum più numeroso tra i bacteria. Essi includono molti

chemiorganotrofi, incluso Escherichia coli. A questo phylum anche molte specie fototrofe e

chemiolitotrofe. Ai proteobatteri appartengono alcuni importanti patogeni come Salmonella

(malattie gastro-intestinali), Ricketsie (tifo e febbre maculosa delle montagne rocciose).

-I Gram Positivi: comprendono microrganismi che hanno una comune filogenesi e una struttura

della parete cellulare molto simile. In questo phylum troviamo batteri che producono endospore

appartenenti ai geni Bacillus e Clastridium.

-I cianobatteri: sono batteri fototrofi ossigenici caratterizzati dalla presenza del cloroplasto. I

cianobatteri hanno svolto un ruolo determinante nell’evoluzione della vita, in quanto sono stati i

primi microrganismi fototrofi ossigenici comparsi sulla Terra (le alghe azzurre).

-Le Chlamidiae: sono batteri patogeni parassiti intracellulari obbligati che causano infeioni

respiratorie e veneree nell’uomo.

Gli Archea:

-Gli Euryarchaeota: contengono 4 gruppi di organismi diversi dal punto di vista fisiologico: i

Metanogeni (anaerobi che ottengono energia mentre producono CH4), gli Alofili estremi (aerobi

che necessitano di grandi dosi di NaCl per il metabolismo e riproduzione), i Termoacidofili (in

luoghi con temperature elevate e pH acido) e gli Ipertermofili (in luoghi con temperature superiori

agli 80°C).

-I Crenarchaeota: sono sia chemiolitotrofi sia chemiorganotrofi e vivono in ambienti caldi come le

sorgenti termali e i comuni idrotermali dei fondali oceanici. Sono prevalentemente anaerobi e

molti usano l’H2 presente nei loro habitat come fonte di energia.

-I Thaumarchaeota: sono un phylum scoperto recentemente e comprendono batteri mesofili, che

vivono in condizioni medie di temperatura, pressione e pH.

Gli Estremofili:

-I Termofili: hanno proteine, composte da amminoaidi polari idrofobici. Gli amminoacidi sono

legati nella struttura terziaria della proteina, da un gran numero di ponti zolfuro che stabilizzano la

proteina e si denaturano a temperature ancora più elevate rispetto a quelle in cui vivono questi

batteri. Nei termofili è presente una particolare curvatura per la trascrizione del gene. I termofili si

adattano a varie temperature perché presentano particolari enzimi che si compattano a basse

temperature e funzionano allo stesso modo.

-I Barofili: sono batteri che vivono nelle profondità oceaniche. Essi contengono catene di trasporto

di protoni e di elettroni modificate. Inizialmente questi batteri possedevano un solo enzima per vie

metaboliche che era molto lento, perciò c’è stato un adattamento che ha portato alla sintesi di

nuovi enzimi per più vie metaboliche.

Struttura e Funzioni cellulari

Morfologia Cellulare:

un batterio di forma ovidale o sferica è detto Cocco, un batterio di forma cilindrica è detto

bastoncello o bacillo (alcuni bastoncelli si avvolgono a spirale e sono detto sperilli). Le cellule di

molti procarioti dopo la divisione cellulare restano associate a formare dei gruppi come delle

catene (Streptococcus), delle strutture tridimensionali a cubo (Sarcina) o irregolari a grappolo

(Staphylococcus). Diversi gruppi di batteri sono facilmente riconoscibili dalla loro forma, ad

esempio i batteri pedunzolati, le cui cellule possiedono estusioni a forma di lunghi tubi o

peduncoli, i batteri filamentosi, che formano cellule lunghe e sottili o catene di cellule.

La morfologia dei batteri è data dalla presenza di particolari proteine citoplasmatiche che

costituiscono il citoscheletro del batterio dandogli la forma.

Le cellule procariotiche hanno un diametro variabile da 0,2 um a più di 700um. È stato ipotizzato

che le dimensioni ridotte di queste cellule siano dovute a problemi legati all’assorbimento: poiché

il tasso metabolico varia in maniera inversamente proporzionale al quadrato delle sue dimensioni,

per cellule molto grandi l’assorbimento dei nutrienti potrebbe rallentare il metabolismo al punto

che la cellula, troppo grande, non sia competitiva con le cellule più piccole.

Le cellule più piccole hanno una maggiore superficie relativamente al volume cellulare rispetto alle

cellule grandi. Con l’aumento delle dimensioni di una cellula il rapporto S/V diminuisce.

Cellule dei Procarioti:

-membrana citoplasmatica senza steroli ma con opanoidi

-parete cellulare di pepptidoglicano

-plasmidi (elementi genetici che si duplicano indipendentemente dalla cellula e sono utili per

l’adattamento)

-ribosomi 70S

-nucleoide

-inclusioni citoplasmatiche (granuli di riserva)

Cellule degli Eucarioti:

-membrana citoplasmatica con steroli

-parete cellulare

-ribosomi 80S

-nucleo definito da una membrana

-organuli

E i Virus?

I virus sono microrganismi parassiti, vivono in una cellula ospite sia essa un batterio (batteriofagi)

sia essa una cellula eucariotica. Essi non sono cellule, sono semplicemente costituiti da un acido

nucleico (RNA e DNA a singola o doppia elica) rivestito da una membrana detta capside.

La Membrana Cellulare:

la membrana citoplasmatica è una barriera sottile che circonda la cellula separando il citoplasma

dall’ambiente esterno, però conferisce poca protezione dalla lisi osmotica. Grazie alla sua

composizione la membrana costituisce un ottima barriera selettiva: infatti è il doppio strato

fosfolipidico, che con le sue caratteristiche anfipatiche (componente idrofobica di acidi grassi e

componente indrofobica di glicerofosfato) consente il passaggio di acqua e piccole molecole

apolari. La membrana citopasmatica di alcuni batteri sono rafforzate da molecole dette opanoidi:

queste molecole sono planari rigide e sono analoghi strutturali degli steroli.

Le principali proteine della membrana citoplasmatica hanno regioni idrofobiche nelle parti che

attraversano la membrana, e regioni idrofiliche a contatto con l’esterno e col citoplasma. La

superfice esterna dei gram negativi interagisce con una varietà di proteine che legano substrati o

processano grandi molecole per il loro trasporto nelle cellule. In base a come si legano alla

membrana si distinguono: proteine integrali (inserite saldamente nella membrana), proteine

periferiche (non si inseriscono nella membrana ma restano associate alla superficie). In genere le

proteine periferiche interagiscono con quelle integrali per svolgere processi cellulari importanti,

quali il metabolismo energetico ed il trasporto.

Particolarità degli Archaea:

al contrario delle cellule eucariotiche e delle cellule degli eubatteri, nella membrana degli Archaea

i lipidi sono legati al glicerolo mediante un legame etere. I lipidi degli Archaea non hanno delle

vere catene laterali di acidi grassi ma le catene laterali sono costituite da unità ripetute di isoprene

un idrocarburo idrofobico a 5 atomi di carbonio.

La membrana citoplasmatica degli Archaea può essere costituita di dieteri di glicerolo con catene

laterali di 20 atomi di carbonio, oppure di tetraeteri di diglicerolo con catene laterali di 40 ataomi

di carbonio.

Le funzioni della membrana plasmatica:

1)Barriera di permeabilità: previene la dispersione di sostanze e funziona come una porta di

controllo per il trasporto di nutrienti verso l’interno e di sostanze di scarto verso l’esterno della

cellula.

2)Sito di ancoraggio: funziona come sito di ancoraggio per molte proteine coinvolte nel trasporto,

sulla bioenergetica e nella chemiotassi.

3)Conservazione dell’energia.

I Sistemi di Trasporto:

perché la cellula ha bisogno di proteine di trasporto anziché far passare tutti i soluti mediante

diffusione semplice?

Perché se passasse tutto per diffusione semplice, la cellula non potrebbe mai raggiungere le

concentrazioni intracellulari per svolgere reazioni biochimiche, pertanto la cellula deve disporre di

mecanismi per accumulare soluti fino a livelli superiori a quelli che si ritrovano nei loro habitat.

Quali sono le caratteristiche di un buon trasportatore?

A) Effetto di saturazione: se la concentrazione del substrato è abbastanza alta da saturare il

trasportatore, il tasso di captazione è massimo e non aumenta ulteriormente se si aumenta

la concentrazione del substrato

B) Elevata specificità: molte proteine trasportatrici reagiscono solo con una singola molecola.

Quali sono i meccanismi di trasporto?

1) Uniporto: il trasporto di una sostanza è monodirezionale verso l’interno e l’esterno della

cellula

2) Simporto: il trasporto è di due sostanze e monodirezionale

3) Antiporto: il trasporto è di due sostanze che si muovono in direzioni opposte

La Parete Cellulare:

a causa dell’attività dei sistemi di traporto, il citoplasma delle cellule batteriche mantiene un’alta

concentrazione di soluti disciolti: ciò provoca una notevole pressione osmotica. Per evitare che

avvenga la lisi cellulare a causa di questa forte pressione, i batteri sono dotati di parete cellulare

che conferisce ad essi forma e rigidità. Esistono tuttavia dei batteri che non sono provvisti di

parete, infatti si sono adattati alla vita intracellulare (non vivono fuori dalla cellula ospite).

In base al tipo di parete e di colorazione si distinguono due tipi di batteri:

- Gram Positivi: hanno una parete spessa costituita prevalentemente da un tipo di molecola.

- Gram Negativi: hanno una parete chimicamente complessa formata da almeno due strati.

Cosa accomuna le pareti dei Gram Positivi e dei Gram Negativi?

La struttura che li accomuna è il peptidoglicano, un polisaccaride costituito da due carboidrati

azotati uniti da un legame B=1,4 che sono l’N-acetilglucosamina e l’acido N-acetilmuramico. Il

gruppo carbossilico –COOH dell’acido N-acetilmuramico è legato ad un tetrapeptide costituito da

L-alanina, acido D-glutamico, L-lisina e D-alanina. Nella catena di peptidoglicano il quarto

aminoacido si lega al terzo della catena adiacente (legami intercatena che stabilizzano la parete).

Le lunghe catene di peptidoglicano sono sintetizzate adiacenti le une alle altre in modo da formare

una lamina che circonda la cellula.

-Nei batteri Gram Negativi i legami crociati si formano mediante il legame peptidico diretto tra il

gruppo amminico dell’acido diaminopimelico di una cellula glicanica e il gruppo carbossilico della

D-alamina terminale della catena glicanica adiacente.

-Nei batteri Gram Positivi i legami crociati si possono formare attraverso un corto ponte peptidico

e il tipo e il numero di amminoacidi che costituiscono il ponte variano da specie a specie.

Il peptidoglicano può essere distrutto dal lisozima, una proteina (enzima) che spezza il legame

B=1,4 tra le componenti glucidiche del peptidoglicano, indebolendo così la parete e permettendo

all’acqua di entrare e provocare la lisi cellulare. Per questo motivo il lisozima funziona come una

linea primaria di difesa