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Riassunto esame Biologia dei microrganismi, prof. Mora

Riassunto di Biologia dei microrganismi per l'esame del professor Mora su: l’insostituibile ruolo dei microbi; procarioti eucarioti virus; caratterstiche morfologiche, metabolismo energetico e rapporti con l’ossigeno, esigenze nutrizionali e colturali, habitat, rapporti con gli altri viventi, interesse dell’uomo, caratteristiche chimico-strutturali, immunologiche e genetico-molecolari.... Vedi di più

Esame di Biologia dei microrganismi docente Prof. D. Mora

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NUTRIZIONE E CRESCITA BATTERICA

Cap. 3

I m.o. si possono anche suddividere in base alla loro fisiologia.

Per far si che una cellula viva cresca e si riproduca ha bisogno di energia che può essere ottenuta in

tre modi:

Sostanze inorganiche

- Sostanze organiche

- Luce solare

-

In base a cosa utilizzano i m.o. si dividono in:

Fotoautotrofi: ricavano energia dalla luce solare e la usano per costruirsi le molecole che

- contengono carbonio (usando anche CO )

2

Fotoeterotrofi: usano l’energia solare e sostanze organiche CO e vitamine per ottenere fonti

- 2

di carbonio

Chemioautotrofi: ricavano la loro fonte di carbonio dalle sostanze inorganiche

- Chemioeterotrofi: ricavano la loro fonte di carbonio dalle sostanze organiche

- Terreni di coltura

Un terreno colturale deve fornire al m.o. tutte le sostanze nutritive per necessarie alla crescita, alla

produzione di energia e alla produzione di metaboliti desiderati.

I terreni possono essere divisi in:

Sintetici: costituiti da materie prime chimicamente pure impiegati a livelli di laboratorio. Più

- facile standardizzazione qualitativa e quantitativa. Di solito forniscono poca crescita

microbica e produzione di metaboliti limitata, ma ci sono delle eccezioni.

Complessi: contengono anche materie prime grezze e utilizzati su larga scala

- Selettivi: contengono composti che inibiscono la crescita di alcuni m.o. ma non di altri

- Differenziali: contengono un indicatore che ci permette di distinguere le singole reazioni

- chimiche che avvengono durante la crescita.

Arricchiti: con aggiunta di nutrienti per facilitare la crescite

-

N.B: la composizione di terreni per la produzione degli inoculi è generalmente più semplice di

quella dei terreni impiegati nella fase di produzione.

Le fonti nutrizionali in un terreno sono:

Carbonio: la fonte più semplice è la CO , ma si usa anche monosaccaridi, disaccaridi,

- 2

polisaccaridi e residui finali delle cristallizzazione degli zuccheri

Azoto: inorganico (Sali d’ammonio, ammoniaca –unica fonte per i batteri-, idrato

- d’ammonio, solfati e cloruri) che organico (amminoacidi, proteine e urea)

Vitamine: fattori di crescita

- Sali minerali

- Acqua: ingrediente importante, non solo in relazione ai volumi necessari per la preparazione

- del terreno e la termostatazione, ma anche per le sue qualità e per il contenuto di singoli

oligominerali.

Ossigeno: nei processi aerobi.

-

Ceppo puro

Le piastre di ceppo puro sono il risultato di una serie di passaggi per la “purificazione” di una

colonia selezionata tramite una serie di strisci.

Per fare uno striscio di ceppo puro su piastra, per prima cosa si deve dividere la piastra in tre sezioni

come da disegno.

Successivamente si sterilizza l’ansa e di preleva un po’ di cellule di ceppo puro e si inizia a

realizzare degli strisci sulla parte 1.

Nella seconda fase si risterilizza l’ansa e poi si continua lo striscio partendo dalla fine del riquadro 1

e finendo nel riquadro 2. Quest’ultima cosa la si fa con il riquadro 3 partendo però dal riquadro 2.

Se si ha lavorato bene si avrà una riduzione e separazione delle colonie avendo così colonie ben

distinte da poterle analizzarle.

Crescita microbica

Quindi solo se i m.o. si trovano in un ambiente favorevole si riproducono tramite scissione binaria

creando una popolazione omogenea rappresentabile tramite i seguenti grafici:

Il tempo di generazione è possibile calcolarlo mediante la seguente formula:

N : numero di batteri al tempo 0 (fase iniziale di crescita);

0

N : numero di batteri dopo un periodo di crescita esponenziale

t

t;

Bisogna far notare che ogni specie ha il suo tempo di generazione.

Ciclo di crescita di una popolazione

• batterica

La crescita batterica è possibile rappresentarla

con un grafico:

rappresenta un periodo di adattamento e non si verifica alcuna divisione cellulare

Fase di latenza: periodo di piena riproduzione ma a velocità costante.

Fase di crescita: la riproduzione e la morte sono perfettamente bilanciate

Fase stazionaria:

la velocità di morte supera quella di riproduzione. La morte può avvenire anche per

Fase di morte:

autolisi.

Misurazione della crescita microbica

Per misurare la crescita batterica vi sono diversi metodi, ma che non distinguono le cellule morte da

quelle vitali.

Vi sono metodi:

Indiretti:

- Peso totale cellule (peso umido e peso secco)

Analisi chimica di un costituente cellulare

Turbidimetria: misura la crescita nelle soluzioni liquide e si basa sulla

misurazione della luce assorbita da una sospensione di m.o.; non molto

accurata, ma è in tempo reale

Diretti:

- Conta al microscopio

Contatore coulter

Conta vitale

Piastramento per inglobamento (terreno liquido)

o Piastramento per spatolamento (terreno solido)

o Piastramento con filtrazione

o

Per poter eseguire una conta vitale significativa bisogna (non necessariamente) eseguire delle

diluizioni al campione.

Una piastra leggibile ha un numero di UFC (unità formante colonie) compreso tra 80 e 300.

Per la conta si prende la prima piastra leggibile con la diluizione più bassa, si contano le colonie e il

numero ottenuto lo si moltiplica per la diluizione.

Effetti delle condizioni ambientali sulla crescita microbica

Vi sono vari aspetti ambientali che possono influenzare la crescita microbica e in base

all’adattamento del m.o. e del fattore si possono dividere in diverse categorie:

pH:

- neutrofili (pH neutro)

alcalofili (pH > 7)

acidofili (pH < 7)

ossigeno:

- -

aerobi obbligati (necessitano di ossigeno come ultimo accettore di e )

aerobi facoltativi (possono utilizzare l’ossigeno oppure altre molecole in stato

ossidativo)

microerofili (richiedono ossigeno a bassa concentrazione)

anaerobi obbligati (vivono in anaerobiosi)

Temperatura:

- Psicrofili (2 - 20°)

Mesofili (10 - 40°)

Termofili ( 40 - 80°)

Ipertermofili (60 - >90°)

Disponibilità di acqua:

- Alofili estremi (aw < 0,91)

Modestamente alofilli (aw = 0,91)

Non alofili (aw = 1,00)

Queste quattro categorie sono molto importanti per sapere come fa crescere o non un determinato

m.o. Fisiologia microbica e metabolismo

I microrganismi sono caratterizzati da una grande versatilità metabolica, sia tra le varie specie sia

all’interno della stessa specie o ceppo. Ad esempio, può produrre energia per respirazione o

E. coli

fermentazione, può utilizzare l’O come accettore finale di elettroni (respirazione aerobia) o al

2

contrario respirare in condizioni anaerobiche utilizzando un diverso accettore terminale di

elettroni, inoltre può utilizzare il glucosio e il lattosio come fonte di carbonio ottenendo tutte le

biomolecole necessarie (aminoacidi ecc.).

In base alla presenza di un unico prodotto finale di fermentazione o di più prodotti, possiamo distinguere i

microrganismi rispettivamente in:

- Omofermentanti

- Eterofermentanti

Gli non usano in genere la glicolisi, ma utilizzano delle vie alternative di catabolizzazione

eterofermentanti

del glucosio, come lo shunt degli esoso-monofosfati (o via dei pentoso-fosfati). In tale via si ha l’ossidazione

diretta del glucosio-6 fosfato a acido 6-fosfogluconico e per decarbossilazione e ulteriore ossidazione si ha la

sintesi del pentosofosfato. Il pentosofosfato, ad opera dell’enzima chiave fosfochetolasi, è scisso in 3-

fosfogliceraldeide e acetilfosfato.

A partire dalla 3-fosfogliceraldeide si ha la stessa sequenza di reazioni della glicolisi e quindi la formazione di

acido piruvico che viene ridotto ad acido lattico. L’acetilfosfato per riduzione dà origine all’acetaldeide che

verrà ridotta ad etanolo. Questa via metabolica è impiegata da alcune specie appartenenti al genere

e da alcune specie di eterofermentanti.

Leuconostoc Lactobacillus

La è invece un processo in cui si ha una completa ossidazione del substrato organico. Il ciclo di

respirazione

Krebs è richiesto proprio per tale processo: infatti, l’acido piruvico, dopo la conversione in Acetil CoA,

e alla

imbocca la via degli acidi tricarbossilici, ciò conduce a una completa ossidazione del glucosio a CO 2

formazione di intermedi che verranno utilizzati per la biosintesi di molecole come gli aminoacidi (aspetto

anabolico del ciclo di Krebs). L’accettore finale di elettroni (nella respirazione aerobica) è l’O che non riceve

2

subito gli elettroni da parte del NADH, ma dopo una sequenza di passaggi in cui sono coinvolti sistemi di

trasporto con un potenziale di ossido-riduzione via via sempre più positivo, fino ad arrivare alla coppia con

potenziale redox più alto (O /H O).

2 2

Tale sistema di trasporto degli elettroni (catena respiratoria) è associato alla membrana citoplasmatica (nei

procarioti) e la sua costituzione varia parecchio tra una specie batterica e l’altra, oltre che tra procarioti e

eucarioti.

Alcuni trasportatori sono comuni, oltre al NADH reduttasi e alla Flavoproteina, il coenzima Q (unico

trasportatore non proteico) e i citocromi. Nei batteri sono presenti citocromo-ossidasi multiple, mentre nei

mitocondri è presente un solo tipo di citocromo-ossidasi. Tuttavia, a parte le differenze di organizzazione

della catena respiratoria, la funzione è comune: al sistema di trasporto degli elettroni, attraverso

+

trasportatori a diverso potenziale redox, è associata la formazione di un gradiente di protoni H tra la

membrana e lo spazio periplasmatico (nei batteri), questo stato ad alta energia è denominato forza

protono-motrice.

L’enzima trans-membranario, ATP-asi, utilizza questo stato ad alta energia per la sintesi di ATP.

è una forma di metabolismo energetico che avviene in alcuni lieviti in

La fermentazione alcolica

assenza di ossigeno. Essa è responsabile di diversi fenomeni che vediamo ogni giorno, quali la

lievitazione del pane o la trasformazione del mosto in vino. Essa è operata da una particolare classe

di microrganismi, i Saccharomyces, dei quali il più comune è senz'altro il S.cerevisiae, presente

sulla buccia dell'uva come nel lievito di birra.

La fermentazione si svolge in due fasi: nella prima il lievito scinde, tramite l'enzima invertasi, gli

zuccheri complessi (come il saccarosio), mentre nella seconda avviene la formazione di etanolo (o

alcol etilico) a partire dagli zuccheri semplici (ad esempio il fruttosio).

La reazione che caratterizza la prima fase è:

C H O + H O C H O + C H O

12 22 11 2 6 12 6 6 12 6

con formazione di glucosio e fruttosio (due isomeri).

Nella seconda fase (che distingue la vera e propria fermentazione) a partire dal glucosio nel

citoplasma dell'organismo anaerobico si verifica la glicolisi, ovvero la molecola di glucosio,

difosforilata da due molecole di ATP, si scinde in due molecole di acido piruvico. L'assenza di

ossigeno impedisce poi il verificarsi del normale ciclo di Krebs e della respirazione cellulare

aerobica implicante il trasferimento di protoni attraverso la membrana mitocondriale interna; è per

tale ragione che la cellula passa ai processi caratteristici della fermentazione. L'acido viene privato

di una molecola di anidride carbonica (liberata nell'ambiente extra cellulare) spezzando il gruppo

-COOH per formare come prodotto intermedio l'aldeide acetica, estremamente velenosa. Questa

viene infine arricchita di due ioni idrogeno, la cellula ricarica così le molecole di NAD e forma, in

qualità di sottoprodotto, l'etanolo.

La formula generale che sintetizza la formazione di etanolo e anidride carbonica a partire dal

glucosio è quella del chimico-fisico francese Joseph Louis Gay-Lussac:

H O 2 C H OH + 2 CO

C →

6 12 6 2 5 2

è una forma di metabolismo energetico che avviene in alcuni batteri e

La fermentazione lattica

nella cellula animale in assenza di ossigeno. Consiste nella trasformazione di una molecola di

glucosio (o di un altro zucchero fermentabile) in due molecole di acido piruvico che vengono

successivamente ridotte ad acido lattico con una bassa resa energetica. Questa via metabolica

prende il nome dal principale prodotto finale ma viene detta anche omolattica per distinguerla da

quella eterolattica che utilizza un meccanismo diverso.

La fermentazione lattica si incontra principalmente nei lattobacilli e nel metabolismo anaerobico di alcuni

tessuti (muscolo) degli organismi pluricellulari.

La fermentazione lattica svolta da lattobacilli è presente nella vagina e nel tratto gastrointestinale umano in

cui assume un ruolo tanto importante da spingere alcuni a considerare i lattobacilli dei probiotici.

La fermentazione lattica è coinvolta nella preparazione di numerosi alimenti tra cui ricordiamo lo yogurt, il

kefir, i capperi ed i crauti.

La fermentazione lattica prende le mosse dall'acido piruvico, prodotto terminale della glicolisi.

Normalmente la Glicolisi, accanto a due molecole di acido piruvico, produce 2 molecole di ATP e 2 molecole

di NADH per ogni molecola di glucosio degradata.

In condizioni aerobiche, il piruvato viene decarbossilato per entrare nel Ciclo di Krebs. In condizioni

anaerobiche, invece, questa reazione non può avvenire e la cellula resta con un eccesso di NADH che

impedisce l'ulteriore svolgimento della glicolisi.

- + - +

CH CO COO + (NADH + H ) CH HCOH COO + NAD

3 3

(Ac. piruvico + NADH Ac. lattico + NAD)

2 +

La riduzione del piruvato a lattato permette la rigenerazione del NAD e lo svolgimento ulteriore della

glicolisi con il suo moderato rendimento energetico (2 ATP per molecola di glucosio).

è una forma di metabolismo energetico svolta da alcuni batteri in assenza di

La fermentazione etero-lattica

ossigeno. Consiste nella trasformazione di una molecola di glucosio (o di un altro zucchero fermentabile) in

una molecola di acido lattico, una molecola di etanolo o acido acetico, a seconda che il processo avvenga

rispettivamente in anaerobiosi o aereobiosi ed una molecola di anidride carbonica in rapporto 1:1:1:

Glucosio -> Ac.lattico + Etanolo + CO 2

La fermentazione etero-lattica si incontra principalmente in un sottoinsieme dei lattobacilli detti per questo

eterofermentanti.

A differenza della fermentazione omolattica, la fermentazione eterolattica sfrutta un processo di

degradazione del glucosio diverso dalla glicolisi.

Questa via, nota come shunt degli esosi monofosfati, consiste nella ossidazione del glucosio-6-

fosfato a 6-fosfogluconato (con riduzione di una molecola di NAD); il 6-fosfogluconato viene

successivamente decarbossilato producendo uno zucchero a cinque atomi di carbonio. Questo

zucchero viene a sua volta trasformato in gliceraldeide-3-fosfato ed acetil-fosfato. La gliceraldeide

viene avviata ad acido lattico con le stesse reazioni della seconda parte della glicolisi mentre

l'acetil-fosfato viene convertito in etanolo.

Glucosio + ATP -> Glucosio-6-fosfato + ADP

Glucosio-6-fosfato + NADP -> 6-fosfogluconato + NADPH + H+

6-fosfogluconato + NADP -> pentoso-fosfato + NADPH + H+ + CO

2

pentoso-fosfato -> Gliceraldeide-3-fosfato + Acetil-fosfato

Gliceraldeide-3-fosfato -> (Glicolisi) -> Ac. piruvico -> (Ferm. lattica) -> Acido lattico

Acetil-fosfato + NADH -> Acetaldeide + NAD + P i

Acetaldeide + NADH -> Etanolo + NAD

detta anche conversione malolattica dato che non si tratta di una

La fermentazione malolattica,

vera e propria fermentazione nel senso metabolicamente corretto del termine), è un evento

fermentativo caratteristico che porta il vino a maturazione, successivo alla fermentazione alcolica. I

batteri lattici a causa del rialzo termico che solitamente si viene a creare in primavera (18-20 °C)

innescano la fermentazione malolattica nel vino.

Nella fermentazione malolattica, l'acido malico, presente nell'uva, viene trasformato in acido lattico ed

anidride carbonica.

Affinché questo tipo di fermentazione abbia inizio, sono necessarie le seguenti condizioni:

pH del vino non eccessivamente basso, quindi vini non eccessivamente acidi;

• limitata concentrazione di anidride solforosa;

• alcol etilico inferiore a 15%.

Durante la malolattica, nel vino l'acido malico, il più aspro, si trasforma in acido lattico, più delicato. La

fermentazione malolattica permette generalmente di ottenere un vino più morbido ed equilibrato,

maggiormente persistente, più ricco di corpo (per via della concentrazione dei polisaccaridi) e con profumi

più fini. I toni erbacei divengono meno marcati e si accentuano le sfumature di noce, vaniglia, spezie, cuoio

e tostature.

Per tradizione è più gradita per i vini rossi ma attualmente è stata introdotta anche nei vini bianchi

importanti, dotati di grande morbidezza. Non viene eseguita nei vini bianchi di pronta beva, che fondano le

loro caratteristiche sull'acidità.

Per svolgere la fermentazione malolattica ci si può affidare ai batteri selvatici presenti nel mosto e riattivati

dalla variazione delle condizioni di conservazione, oppure si può ricorrere ad inoculi di ceppi batterici

selezionati (appartenenti ai generi Oenococcus o Lactobacillus).

è il processo principale utilizzato per la produzione di aceto, nonché, se non

La fermentazione acetica

voluta, una tendenza alla degradazione di un alimento.

È svolta per merito dei Gluconobacter suboxidans, batteri aerobici che ossidano l'etanolo ad acido acetico

sfruttando l'ossigeno atmosferico.

La fermentazione acetica si può ottenere partendo da un liquido alcolico, generalmente vino, che rispetti

determinate condizioni:

La temperatura deve essere compresa tra i 20 e i 30 °C, la tipica temperatura ambiente

• estiva.

Il vino non deve avere un titolo di etanolo maggiore del 10%

• La presenza di ossigeno

Talvolta la fermentazione acetica può essere velocizzata esponenzialmente, mediante l'utilizzo di vasche

verticali dal cui fondo è fatta gorgogliare dell'aria. I batteri, in queste condizioni, operano molto più

velocemente.

Nella l’acido lattico viene trasformato in acido butirrico, anidride

fermentazione butirrica

carbonica e idrogeno. Queste ultime due sostanze provocano il gonfiore del formaggio, che presenta

anche uno sgradevole odore di acido butirrico. Questa fermentazione difettosa è causata dalle spore

clostridiche presenti principalmente nel latte prodotto da animali cui sono somministrati insilati. La

fermentazione butirrica si manifesta generalmente dopo 6 – 8 settimane e per questo viene detta

anche gonfiore tardivo. Particolarmente a rischio sono i formaggi a pasta dura e semidura che hanno

stagionatura più lunga. Le spore butirriche possono mandare in rovina un caseificio.

I batteri lattici si possono suddividere in base al loro metabolismo:

N.B: tutti i lattici sono GRAM + incapaci di muoversi e anaerobi o ossigeno tolleranti.

PRINCIPI DI GENETICA MICROBICA

Cap. 4

Molte molecole coinvolte nel flusso dell’informazione genetica sono macromolecole.

Il gene è l’elemento informazionale che specifica la sequenza di amminoacidi della proteina e sono

depositati dall’informazione genetica mentre le proteine sono l’entità funzionale della cellula.

I geni sono composti da acido desossiribonucleico (DNA) e l’informazione è contenuta nella

sequenza delle sue basi.

L’RNA (acido ribonucleico) può servire da molecola informazionale di transizione (messaggero) o

può costituire parte attiva della macchina tradizionale della cellula.

La percentuale di Guanina e Citosina sul

totale delle basi azotate di un DNA

(%G+C)è proporzionale al valore di

temperatura a cui quel DNA viene

denaturato. Più è elevata la percentuale di

G e C di un DNA maggiore sarà la

temperatura media di denaturazione (Tm)

di quel DNA.

Il valore di % G+C può avere valore tassonomico.

I batteri GRAM + vengono divisi in due grandi gruppi:

a basso %G+C (>45% circa)

- a alto % G+C (>45 finoa 60-70 %).

-

Se la differenza tra i valoridi%G+C di due ceppi batterici è > del 5% essi appartengono

verosimilmente a due specie distinte. Se due ceppi batterici possiedono un DNA con il medesimo

valore di %G+C non appartengono necessariamente alla stessa specie.

N.B: Il valore di per un dato DNA varia in funzione della del mezzo. Più è elevata la

Tm forza ionica

concentrazione salina maggiore sarà la l’energia termica che dovrà essere fornita per denaturare la

molecola di DNA.

Struttura del DNA

L’informazione è contenuta all’interno della sequenza delle basi azotate:

La struttura è costituita da unità alternate di

fosfato e zucchero desossiribosio e, ad ogni

zucchero è legata una base azotata.

Il fosfato è legato tra due zuccheri mediante C e

5

C .

3

La complementarietà del DNA viene generata

dall’appaiamento specifico di purine e pirimidine.

Nella molecola a doppio filamento i due filamenti

sono disposti in modo antiparallelo formando una

doppia elica.

N.B: nei procarioti il genoma è costituito da un’unica molecola circolare, mente degli eucarioti è costituito

da filamenti.

Flusso dell’informazione

Il DNA va incontro a diverse “modificazioni” tra le quali:

- Replicazione: il DNA si apre e si duplica producendo 2 doppie eliche

- Trascrizione: la si effettua mediante RNA messaggero

-

Traduzione: grazie al RNAm si crea una sequenza di amminoacidi (1 aa 3 basi azotate 1 codone)

Replicazione

La replicazione viene definita semiconservativa in quanto le due doppie eliche risultanti da tale processo

sono costituite da un filamento di DNA neosintetizzato.

Il procedimento è il seguente:

1) L’enzima elicasi apre il DNA nell’origine di replicazione dai cui prenderà il via al processo

(riconosciuta da delle proteine accessorie che si legano ai due filamenti tenendoli separati)

2) Man a mano che il Dna si apre interviene un altro enzima che sintetizza dell’RNA complementare

I I

alla catena del DNA (direzione 5 3 )

3) Successivamente la DNA polimerasi si accatta alla fine del RNA e crea DNA

I I

3 e i filamenti sono appaiati in modo antiparallelo; un

Dato che la replicazione avviene in direzione 5

filamento verrà creato in continuo (filamento leader) mentre l’altro verrà copiato a pezzetti partendo da

degli inneschi di RNA (filamento ritardato).

La DNA polimerasi può tornare indietro e correggere gli errori “correzione di bozze” in quanto viene creato

un appaiamento instabile. Gli errori non corretti dall’attività Proofreadingdella DNA polimerasi possono

essere corretti da altri sistemi enzimatici.

N.B: l’informazione viene prima trascritta e poi tradotta.

Un’elica di DNA polimerasi crea RNA che viene utilizzato al posto del DNA per non far si che quest’ultimo si

rovini e le differenze tra i due (uracile al posto della timina e il ribosio al posto del desossiribosio) fanno da

“marcatori” per poterli riconoscerli e non scambiarli.

Trascrizione

La trascrizione è un meccanismo che copia l’informazione del DNA mediante la RNA polimerasi in RNA

messaggero.

La RNA polimerasi si attacca al DNA e in corrispondenza dell’inizio del gene da trascrivere la doppia elica si

srotola separandosi nei due filamenti. In questo caso solo uno dei due filamenti verrà trascritto.

1) la RNA polimerasi si lega alla

regione di DNA riconosciuta

grazie a dei promotori.

2) Il DNA si apre a livello del

promotore e la polimerasi

avanza trascrivendo solo una

elica.

3) Al passaggio della RNA

polimerasi il DNA si richiude.

4) La trascrizione di interrompe

in corrispondenza dei

terminatori della

trascrizione.

L’assenza di lattosio crea un blocco alla trascrizione perché i monomeri del repressore formano un

tetramero che si va a legare al promotore bloccando la trascrizione; mentre in presenza di lattosio il

tetramero si va a legare a quest’ultimo inibendo e impedendogli di legarsi al promotore.

La presenza di triptofano inibisce la trascrizione perché si va a legare al repressore (attivandolo) che si

andrà a legare al promotore bloccando la trascrizione.

Se non è presente non potrà attivare il repressore.

La presenza di maltosio regola positivamente la trascrizione.

Sintesi proteica

Una tripletta di basi è chiamata codone e codifica per 1 amminoacido.

Vi sono dei codoni speciali che sono per il riconoscimento di inizio e di stop per la sintesi delle proteine.

Nella cellula un codone è letto dall’appaiamento delle basi con un tRNA a livello di una sequenza di tre basi

definita anticodone.

Alcuni tRNA possono leggere più di un codone questo è reso possibile dal fatto che possono formare

appaiamenti classici solo con le prime 2 basi del codone sopportando in 3° posizione anche un’altra base.

Questo fenomeno di appaiamento erroneo viene chiamato vacillamento.

Il tRNA è molto di più di un semplice anticodone; esso e il suo aa vengono trasportati assieme un enzima

(amminoacil – tRNA sintasi) che fa si che un determinato tRNA riceva l’amminoacido corretto.

Ci sono circa 60 tRNA in una cellula batterica e tra i 100 in una cellula mammifera.

Sono molecole corte, a singola elica e hanno una lunghezza di 73 – 93 nucleotidi.

Una delle parti variabili è la zona dell’anticodone (rossa) che è il sito del riconoscimento del codone.

All’estremità 3 o estremità accettrice vi sono 3 nucleotidi non appaiati (CCA) ed è proprio con l’adenina che

l’aa forma un legame estere.

Traduzione (sintesi delle proteine)

La sequenza degli aa è cruciale nel determinare la struttura di una proteina attiva; è quindi importante che

ogni aa sia inserito nella posizione corretta nella catena polipeptidica.

I ribosomi costituiscono il sito presso il quale avviene la

sintesi proteica.

Costituito da due sub unità (30S e 50S tot:70S).

La sintesi proteica può essere suddivisa in più fasi:

1) Inizio

2) Allungamento o elongazione

3) Terminazione e rilascio

Modificazioni post – traduzionali

Nei procarioti e negli eucarioti le proteine di neosintesi possono subire le seguenti modificazioni

POST-TRADUZIONALI:

Proteolisi: la rottura del segmento permette ai frammenti di ripiegarsi assumendo

-

forme diverse

Glucosilazione: l’aggiunta di zuccheri è importante per l’indirizzo e il

-

riconoscimento della proteina

Fosforilazione: l’aggiunta di gruppi fosfato altera la forma della proteina

- Mutazioni

La variazione della sequenza dei nucleotidi in un gene viene detta mutazione.

Come conseguenza in un genoma aploide (batterico) una mutazione viene subito espressa nelle

cellule figlie. Negli organismi diploidi (lieviti) l’effetto della mutazione in una copia del gene può

essere mascherato dalla presenza della seconda copia dello stesso gene.

Tipologie di mutazioni:

Transizioni o Sostituzioni di una singola base. Una purina viene sostituita da un’altra

-

purina(G o A) oppure una pirimidina viene sostituita con un’altra pirimidina(C o T). T

-

rasversione o Sostituzioni di una singola base con un’altra di classe diversa. Una purina

viene sostituita da una pirimidina.

Delezioni: Perdita di uno o più nucleotidi.

- Inserzioni: Acquisto di uno o più nucleotidi.

-

I VIRUS Cap.5

Un virus è definito come materiale nucleico (DNA o RNA) organizzato in una struttura di

rivestimento proteico. Il materiale nucleico del virus contiene l’informazione necessaria alla sua

replicazione e moltiplicazione ma deve usare le attività sintetiche della cellula ospite.

involucro proteico che contiene il materiale nucleico. Un capside è composto da

Capside:

monomeri proteici organizzati in strutture regolari ripetute detti capsomeri.

Tutti i virus esistono in due stadi:

Intracellulari

- Extracellulari (vironi o particelle)

-

La loro morfologia è varia:

Elicoidali

- Con evelope

- Icosaedrici

- Complessi

- Ciclo di moltiplicazione virale

Il virus può infettare la cellula ospite, riprodursi e distruggerla, cioè attuare un ciclo

LITICO

Altrimenti un virus può infettare la cellula ospite e il suo materiale nucleico integrarsi nel

cromosoma batterico. In questo caso l’interazione tra batterio e virus è definita LISOGENIA e il

virus che la determina è definito TEMPERATO. Anche in una coltura lisogena può indursi un ciclo

litico, ma la frequenza con cui questo processo accade è molto bassa (una cellula su 1000).

Il processo di replicazione di un batteriofago può essere suddiviso in cinque fasi:

Attacco:

- Penetrazione: può essere o del virone stesso o solo del suo acido nucleico

- Sintesi dell’acido nucleico e delle proteine: ad opera del metabolismo cellulare

-

riprogrammato dal virus durante le fasi precoci dell’infezione. Nella fase tardiva

dell’infezione sono sintetizzate le proteine strutturali che costituiranno il capside

Assemblaggio dei capsomeri: e delle componenti di membrana per i virus con

-

envelope e impacchettamento del DNA nei nuovi vironi

Rilascio: con lisi della cellula ospite

-

N.B: i virus batterici si chiamano batteriofagi

I retrovirus sono virus animali a RNA che si replicano attraverso un intermedio a DNA e questo

procedimento si chiama retro trascrizione che richiedono un enzima chiamato trascrittasi inversa:

ssRNA(+) ssDNA(-) dsDNA mRNA

I sistemi di modificazione si basano sulla marcatura del DNA batterico creando delle pilindrope (il

primo filamento è complementare al secondo) che successivamente verranno tagliate; essendo

complementari non ritorneranno come prima ma si formeranno dei legami idrogeno:

G AA TTC

CTT AA G

Trasferimento genetico e ricombinante

I batteri possiedono anche materiale genetico Extra-cromosomale chiamati plasmidi e fagi.

Essi rappresentano elementi genetici, di piccole e grandi dimensioni, che non fanno parte del

cromosoma batterico. I plasmidi presenti nelle cellule batteriche sono in genere molecole circolari.

Possono essere presenti da una a 20-30 copie per cellula. In alcuni casi possono essere trasferiti da

cellule donatrici a cellule ospiti.

Le informazioni che si codificano a livello plasmidico sono:

Sistemi di restrizione e modificazione

- Geni codificanti per enzimi coinvolti nell’utilizzazione di mono e polisaccaridi

- Geni codificanti per enzimi coinvolti nell’utilizzazione di proteine

- Informazioni correlate alla produzione di sostanze antibatteriche

- Informazioni correlate alla produzione di sostanze tossiche per altre specie viventi

- Nessuna informazione essenziale per la vita della cellula. Si tratta di informazioni

-

che posso fornire, a chi le possiede,un vantaggio nella competizione ambientale con altri

ceppi o altre specie batteriche che non le possiedono.

Ricombinazione genetica

Oltre alle mutazioni esistono altri meccanismi per fare acquisire “nuove caratteristiche”ad un gene.

Questi meccanismi (ricombinazione omologa) consentono anche l’acquisizione di nuovi geni o la

perdita di geni preesistenti.

Le caratteristiche di una ricombinazione omologa sono:

le regioni di DNA interessate alla ricombinazione omologa devono possedere zone “estese”

- con elevata omologia di sequenza. Questo processo è definito anche crossing-over.

le regioni di DNA interessate alla ricombinazione omologa possono trovarsi nella stessa

- molecola di DNA o risiedere su molecole diverse di DNA (cromosoma e plasmide,

cromosoma e DNA fagico).

le proteine RecA, RecB, RecCe RecD mediano il processo di ricombinazione e

- riarrangiamento genico. La ricombinazione si definisce sito-specifica

- quando richiede la presenza di sequenze

omologhe relativamente brevi (più piccole di

un gene) nelle regioni coinvolte nel processo

di ricombinazione.

La ricombinazione può avvenire anche tra due

regioni omologhe presenti sulla stessa

molecola:

Trasferimento genico

I processi di ricombinazione si associano frequentemente all’acquisizione da parte del

microrganismo di DNA ETEROLOGO.

Questo evento è normale negli organismi eucarioti e avviene attraverso la riproduzione sessuata.

Nei batteri l’acquisizione di DNA eterologo avviene attraverso TRE MECCANISMI distinti:

Trasformazione: acquisizione di DNA libero dall’ambiente

- Coniugazione: processo di trasferimento di DNA da una cellula all’altra mediato da

-

plasmidi

Trasduzione: processo di trasferimento di DNA da una cellula all’altra mediato da

-

batteriofagi

TRASFORMAZIONE

Il DNA eterologo può essere lineare o circolare (plasmidico) e la cellula ricevente deve essere

COMPETENTE per acquisire DNA esogeno. Questo processo può essere indotto artificialmente ed

è raro nei batteri:

CONIUGAZIONE

Il processo di coniugazione è mediato da plasmidi coniugativi (plasmideF in E. coli).

L’informazione per il trasferimento dei plasmidi coniugativi si trova sui plasmidi stessi.

La coniugazione può avvenire tra ceppi della stessa specie o tra ceppi di specie e generi diversi

(anche se con una frequenza minore).Plasmidi coniugativi possono mediare il trasferimento di

plasmidi non coniugativi o di plasmidi coniugativi che hanno perso “le informazioni necessarie al

loro trasferimento”. In questo caso un plasmide Helper medierà il trasferimento di un plasmide non

coniugativo.

Se il plasmide coniugativo è integrato nel cromosoma (nelle cellule ad alta frequenza di

ricombinazione Hfr) anche geni del cromosoma possono essere trasferiti da una cellula donatrice ad

una ricevente.

L’integrazione del plasmide F non avviene in regioni casuali del genoma batterico.


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DESCRIZIONE APPUNTO

Riassunto di Biologia dei microrganismi per l'esame del professor Mora su: l’insostituibile ruolo dei microbi; procarioti eucarioti virus; caratterstiche morfologiche, metabolismo energetico e rapporti con l’ossigeno, esigenze nutrizionali e colturali, habitat, rapporti con gli altri viventi, interesse dell’uomo, caratteristiche chimico-strutturali, immunologiche e genetico-molecolari. La crescita
microbica, meccanismi di controllo del metabolismo, mutazione e ricombinazione. La specie microbica, i principali gruppi di batteri (Bergey’s Manual); Eumiceti (cenni)


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze e tecnologie alimentari
SSD:
Docente: Mora Diego
Università: Milano - Unimi
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher stylerock87 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia dei microrganismi e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Milano - Unimi o del prof Mora Diego.

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