Riassunti di Microbiologia

Microbiologia

La microbiologia studia i microbi, ovvero gli organismi viventi troppo piccoli per essere visti ad occhio nudo. I microbi hanno dimensioni dell’ordine di grandezza di pochi micron mentre il potere di risoluzione dell’occhio umano è di 100 micron (significa che non riusciamo a distinguere due punti che distano meno di 100 micron). I microbi possono essere osservati grazie all’utilizzo di uno strumento che ingrandisce l’immagine e aumenta il potere di risoluzione.

Microscopio

Il microscopio è il rapporto tra la lunghezza d’onda della luce e l’apertura numerica (AN) di obiettivo e condensatore (la lente da cui proviene la luce). L’apertura numerica è data dal prodotto tra l’indice di rifrazione del mezzo (n=1 per l’aria, n=1.56 per l’olio) e il seno dell’angolo con cui la luce entra nell’obiettivo (θ). PR = λ / (AN obiettivo + AN condensatore). AN = n x sin(θ). Il potere di risoluzione massimo del microscopio ottico è di 0,2 micron. Quello del microscopio elettronico è di qualche nanometro.

L’ingrandimento è dato dal prodotto tra l’ingrandimento dell’obiettivo e l’ingrandimento dell’oculare. Ingrandimento e potere di risoluzione sono due cose diverse; un’immagine può essere ingrandita ma senza un potere di risoluzione sufficientemente basso non si riescono a distinguere gli elementi ingranditi.

Esempi di microorganismi

Esempi di microorganismi o microbi sono: batteri, cianobatteri (o impropriamente alghe azzurre), funghi filamentosi, lieviti, microalghe, batteriofagi: virus che infettano i batteri (dibattito riguardo ai virus se considerarli organismi viventi o meno). I microbi sono presenti in tutti e tre i domini in cui sono divisi gli esseri viventi: Bacteria, Archaea, Eukarya. Possono essere sia unicellulari che pluricellulari e sia procarioti che eucarioti.

I microorganismi sono esseri viventi perché sono in grado di riprodursi e/o moltiplicarsi; sono capaci di metabolismo trofico (energia dal sole) ed energetico; sono capaci di reagire a sollecitazioni ambientali; sono suscettibili a mutazioni.

I microorganismi sono un modello biologico ideale perché occupano poco spazio, crescono velocemente, hanno elevate capacità biosintetiche, hanno versatilità metabolica, hanno elevata variabilità genetica e meccanismi di ricombinazione legittima e illegittima.

I microorganismi sono utili per la produzione di cibo (formaggi e insaccati), energia (etanolo) e mangimi (fermentazione insilati) e in molti altri ambiti, tra cui la salvaguardia ambientale.

Classificazione dei microorganismi

I microorganismi possono essere classificati in base alla forma in:

• Cocchi (forma sferica circa 2 micron): diplococchi, streptococchi, tetradi, sarcinae, stafilococchi.
• Bacilli (bastoncino 2-5 micron): bacillo singolo, diplobacilli, streptobacilli, coccobacilli.
• Vibrium (a forma di virgola).
• Spirilli (forma “a molla”).
• Spirochete (forma “ondulata”).

Differenza tra cellula procariotica ed eucariotica

• Dimensioni: cellula procariotica 1-2 x 4 µm; cellula eucariotica: 5 x 5 µm. La cellula eucariotica è più grande.
• Nucleo: presente nella cellula eucariotica ma non in quella procariotica in cui il materiale genetico è sparso nel citoplasma.
• Ribosomi: nella cellula procariotica ci sono ribosomi 70S mentre in quella eucariotica sono 80S.
• Presenza di organuli cellulari: sono presenti nella cellula eucariotica ma non in quella procariotica.

Struttura della cellula batterica

Analizziamo una cellula batterica (procariotica) dall’esterno verso l’interno. I flagelli sono appendici cellulari lunghe e sottili utilizzate dalla cellula per muoversi. In base al numero e alla posizione dei flagelli abbiamo batteri: monotrichi (un solo flagello); lofotrichi (più flagelli ma tutti dallo stesso lato); anfitrichi (due flagelli alle estremità opposte); peritrichi (flagelli su tutta la superficie della cellula). Il movimento avviene per la rotazione del flagello operata da una pompa protonica (circa 1000 protoni traslocati/giro). Un batterio di 4 µm può muoversi di 100 µm/s (è come se un uomo di 2 m si muovesse a 56 m/s).

Proseguendo verso l’interno troviamo: capsula, parete cellulare, membrana plasmatica e citoplasma.

Metabolismo

Metabolismo: è l’insieme delle reazioni chimiche che hanno luogo nella cellula e che sono da essa operate. In altre parole è la capacità degli organismi viventi di estrarre dalle sostanze nutritive ciò di cui hanno bisogno (molecole ed energia). Il metabolismo può essere energetico (catabolismo): fonti di energia vengono trasformate in energia, calore e prodotti metabolici (es: piruvato a partire dal glucosio); oppure il metabolismo può essere biosintetico (anabolico): sostanze nutritive esogene (che vengono da fuori) vengono trasformate con utilizzo di energia in biopolimeri passando per sostanze intermedie (es: sintesi proteica).

Si definisce autotrofia la capacità di utilizzare la CO₂ e i suoi sali inorganici come unica fonte di carbonio. Si definisce eterotrofia la capacità di utilizzare solo carbonio organico come fonte di carbonio. Il metabolismo energetico dei microorganismi è costituito principalmente da reazioni di ossidoriduzione. Si chiama ossidazione la perdita di elettroni o deidrogenazione. Si chiama riduzione l’acquisto di elettroni. (NB: Gli agenti ossidanti riducono e gli agenti riducenti ossidano).

Il NAD (nicotinammide-adenina-dinucleotide) è una biomolecola di fondamentale importanza per le reazioni di ossidoriduzione in quanto permette di trasferire elettroni. Per far ossidare un substrato (una molecola), un enzima fa reagire il substrato (donatore di elettroni) con la forma ossidata del NAD (NAD⁺). Gli elettroni passano dal substrato al NAD e si ottiene quindi substrato ossidato e forma ridotta del NAD (NADH). Per far ridurre un substrato, un enzima fa reagire il substrato (accettore di elettroni) con il NADH. Gli elettroni passano dal NADH al substrato e si ottiene quindi substrato ridotto e NAD⁺. NAD⁺ ha potere ossidante perché ossida substrati. NADH ha potere riducente perché riduce substrati.

L’ATP (adenosina-tri-fosfato) è un’altra biomolecola importante perché è la fonte di energia per il metabolismo della cellula. I legami tra i tre gruppi fosfato sono molto ricchi di energia per cui quando la cellula necessita energia per far avvenire una reazione, uno di questi legami si rompe liberando energia e la molecola di ATP diventa ADP (adenosina-di-fosfato). Le reazioni possono essere esoergoniche (liberano energia) quando la variazione di energia libera di Gibbs (ΔG = G_f - G_i) è minore di 0; oppure endoergoniche (assorbono energia) quando ΔG è maggiore di 0. Negli organismi viventi le reazioni esoergoniche ed endoergoniche vengono accoppiate in modo che l’energia liberata da una reazione esoergonica vada ad alimentare la reazione endoergonica. Ad esempio, ad una reazione esoergonica che libera energia si può accoppiare la reazione endoergonica che trasforma l’ADP in ATP. Ci sono due meccanismi attraverso cui viene prodotta energia (sottoforma di ATP):

1. Fosforilazione a liv...