Riassunto esame Microbiologia Generale, prof Corsetti, libro consigliato Biologia microorganismi, Brock (Seconda parte)

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questo motivo un composto come NaCl, che ha basso peso molecolare, è molto

più efficace del saccarosio nella riduzione dell’a . Nel NaCl con me g avrò un

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valore più prossimo a 1.

Questo principio è alla base della conservazione degli alimenti, molte sostanze

infatti servono a sequestrare l’acqua evitando che crescano microorganismi.

Per abbassare l’a si usano più soluti perché altrimenti gli alimenti diventano

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troppo salati o dolci= Hurdue Tecnology.

A minima di crescita di alcuni organismi

 w

- Batteri: 0.88-0,90

Alofili: 0,75

- Lieviti: 0,87-0,88

Osmofili:0,61

- Muffe: 0,80

Xerofile: 0,71-0,61

Alcuni microorganismi crescono meglio quando c’è meno acqua.

A limitante è il valore al di sotto del quale non possono crescere. Il valore 0,90

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è considerato l’a limitante per la maggior parte dei patogeni degli alimenti. In

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genere le muffe sono in grado di vivere con a più bassa.

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I lieviti hanno a limitante 0,88 mentre gli osmofili possono vivere a bassa a a

w w

causa della presenza di zuccheri. Le muffe sono le più resistenti alla

disidratazione

Comportamento dei microorganismi in relazione all’a

 w

Si utilizzano i termini xerofilia (xeros= secco) o osmofilia (osmos=spinta) per

indicare l’adattamento ad alte concentrazioni di sale.

Xerofili/osmofili e alofili obbligati: sono talmente adattati a bassi valori di a

 w

o rispettivamente ad alte concentrazioni di sale da richiedere tali condizioni

per la crescita.

Alofili: crescita a livello di NaCl da 2,8 M a 6,2 M (Alofili estremi)

Xerofili/osmofili e alofili facoltativi (xerotolleranti/osmotolleranti e

 alotolleranti) non richiedono bassi valori di a o percentuali di sale

w

relativamente elevate (NaCl =2 +15%)

Esempi: Staphylococcus aureus cresce in terreni con NaCl fino a 3M. Il lievito

Saccaromyces rouxii cresce in soluzioni di zucchero con a fino a 0,60

w

Gli alofli estremi



Terreni di coltura per alofili prevedono alte quantità di NaCl. Gli alofili estremi

richiedono elevatissimi livelli di sale. Ci sono anche semofili e osmofili estremi.

I batteri che vivono nel Mar Morto sono gli Halobacterium e per coltivarli è

necessario un terreno di coltura con 30% di NaCl (quasi a saturazione) = è un

Archea, La membrana plasmatica e la parete presentano legami con NaCl che

servono a stabilizzare la parete.

Attraverso quale meccanismo molti microorganismi mantengono

 una concentrazione osmotica interna maggiore di quella

ambientale?

Il fenomeno della plasmolisi avviene perché l’ambiente esterno è ipertonico.

Per far sì che non avvenga, si aggiungono dei soluti nel citoplasma.

Aumento dei soluti compatibili: I soluti compatibili sono soluti che anche se

presenti a concentrazioni intracellulari elevate, sono compatibili con il

metabolismo e la crescita della cellula.

Può avvenire in due modi:

Il microorganismo sintetizza solti nel citoplasma o li prende dall’extra. Non tutti

i soluti hanno questa funzione, per esempio il glucosio viene subito avviato alla

glicolisi quindi questi soluti non devono essere coinvolti nel metabolismo della

cellula ma accumularsi. Devono aumentare la concentrazione di soluti nel

citoplasma senza interferire con il metabolismo.

Se la cellula non avesse modo di contrastare la perdita di acqua morirebbe.

- In molti batteri: aumento della sintesi o assorbimento di colina, betaina,

ectoina, prolina e altri amminoacidi (talvolta anche K )

+

- Alghe e miceti: generalmente accumulo di glucidi e polioli

- Alobatteri: accumulo di K e in misura minore di Na

+ +

- Protozoi: vacuoli contrattili.

Molti usano degli enzimi per formare i soluti compatibili che sono amminoacidi

L’a dei prodotti alimentari

 w

- Prodotti alimentari ad elevata a : prodotti alimentari ‘’freschi’’, con a >

w w

0,97, deperibili a temperatura ambiente. Es: latte, carni refrigerate,

prodotti della pesca refrigerati, prodotti ortofrutticoli. Favoriscono acqua ai

microorganismi.

- Prodotti alimentari ad a intermedia: prodotti alimentari con a tra 0,60 a

w w

0,85, stabili a temperatura ambiente per un periodo limitato. Es: frutta

secca, pasticceria secca, miele.

- Prodotti alimentari a bassa a : prodotti alimentari con a < 0,60 stabili a

w w

temperatura ambiente per lunghi periodi. Es. spezie, zuccheri, sale. ecc..

pH Acidità dell’ambiente

o E’ la misura dell’attività idrogenionica di una soluzione, definita come il

logaritmo negativo della concentrazione idrogenionica (espressa in termini

di molarità)

La scala del pH varia da 0 a 14; ogni unità di pH corrisponde ad una

variazione di 10 volte nella concentrazione idrogenionica.

Essendo una grandezza logaritmica, piccole variazioni di numeri conducono

a grandi aumenti di H . La differenza da un numero all’altro è in scala di 10.

+

Comportamento dei microorganismo in relazione al pH

 Il pH influenza in maniera determinante la crescita dei microorganismi, ogni

specie ha un pH ottimale ed un intervallo di pH per la crescita.

- Neutrofili: crescita tra pH 5,5 e 8

- Acidofili: crescita tra pH 1,0 e 5,5

- Acidofili estremi <2

- Alcalofili e basofili: crescita tra 8,0 e 11,0

- Alcalofili estremi<10

E’ possibile disegnare dei diagrammi dei pH cardinali per ogni microorganismo.

Gli organismi più versatili sono le muffe, si adattano a moltissimi ambienti (con

un pH da 0 a 11)

Poi ci sono i lieviti infatti li ritroviamo nel vino che è uno degli alimenti più acidi.

Poi diverti tipi di batteri.

Il pH di crescita comune alla maggior parte dei microorganismi è 7.

La maggior parte dei batteri e dei protozoi è neutrofila (optimum tra 6,5 e

 7,5). Pochissimi batteri crescono a pH< 4,0 (Es. Escherichia coli

cerocitossico)

Per questo motivo molti prodotti alimentari (formaggi, salumi, ecc…) sono

conservati grazie agli acidi prodotti dalla fermentazione batterica.

Le Alghe e la maggior parte dei miceti preferiscono ambienti leggermente

acidi (da pH 4 a 6)

Eccezioni: Cyanidim caldarium (alga) e Sulfolobus acidocaldarius (batterio) che

crescono bene a pH 1 -3 e ad alte temperature (correnti terminali acide)

Malgrado le notevoli variazioni del pH ambientale, il pH del citoplasma

della maggior parte dei microorganismi è prossimo alla neutralità.

Quando cambiano le condizioni di pH nell’ambiente:



Variazioni brusche si pH possono danneggiare la membrana citoplasmatica e

inibire enzimi e proteine di trasporto.

Le modificazioni di pH ambientale possono alterare i grado di ionizzazione dei

nutrienti diminuendone la diponibilità.

Se il pH scende marcatamente sotto 5,0 molti microrganismi muoiono.

Vi sono dei meccanismi per mantenere il pH citoplasmatico costante, la

 risposta dipende dalla differenza della grandezza di pH tra extra e intra.

I metaboliti prodotti dai microorganismi possono modifcare il pH

 ambientale

- Microorganismi con metabolismo fermentativo:

Produzione di acidi organici a partire da glucidi. Nella fermentazione i

microorganismi producono acidi (acido lattico a partire da glucosi) glucidi.

La prodizione di acidi avviene per riox il NAD. Se il NAD è tutto ridotto il

microorganismo non sopravvive = scopo della formazione dell’acido

lattico. ABBASSA IL PH

- Microorganismi produttori di ammoniaca

Produzione di ammoniaca o di ioni ammonio attraverso la degradazione

degli amminoacidi. AUMENTA IL PH

- Microorganismi Chemiolitotrofi:

Ossidazione di composti solforati ridotti ad ac. Solforico. ABBASSA IL PH

Attraverso quali meccanismi i microorganismi mantengono una

 omeostasi del pH interno a valori prossimi alla neutralità?

Ipotesi sui meccanismi di mantenimento della omeostasi di pH

1) Piccole modifcazione di pH

- Sistema di trasporto antiporto potassio/protoni (neutrofili)

- Sistema di trasporto antiporto sodio/protoni (Alcalofili estremi)

- Sistemi-tampone interni

Nella prima fase della fermentazione c’è una piccola variazioni del pH. A

 questo punto molti microorganismi attivano alcuni geni che codificano per

proteine di membrana che fanno da antiporto. Aumentano H e rilasciano K +

+

così permettono di rimettere apposto il pH

2) Shock acido:

- a pH<4,5: sintesi di chaperonine (‘’accompagnatori molecolari’’) proteine da

shock acido (ASP) che impediscono la denaturazione acida delle proteine e

modulano il ripiegamento e l’assemblaggio delle proteine denaturate.

- Sotto il pH 5,5-6,0: Salmonella thyphiumurium e Escherichia coli sintetizzano

nuove proteine tra cui una ATPasi di traslocazione protonica = aumento di ATP

o maggiore espulsione di protoni.

Il meccanismo più importante è quello che usa l’ATP-asi di traslocazione

 protonica.

Dentro la membrana citoplasmatica dei batteri del latte non ci sono i

trasportatori fissi di elettroni (si trovano solo negli aerobi))

Interazione acidi deboli con la cellula microbica



Mettiamo cellule microbiche a pH acido (es. pH 4) e aggiungiamo un acido

organico debole (Si dissociano in funzione del pH in cui si trovano)

Quindi in questo caso non è dissociato. CH COOH nella forma indissociata è

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anche lipofilico quindi entra spontaneamente nel doppio strato perché è

piccolo, neutro e lipofilico. Entrando inizia a dissociarsi perché trova il pH 7.

Quindi per mantenere costante il pH rilascia gli H attraverso la pompa ATP-asi.

+

Così si rialza il pH intra.

Questo meccanismo può continuare a lungo. Se non ho nutrienti però cessa la

produzione di ATP e la cellula muore.

Questo meccanismo è in correlazione con la conserva di molti alimenti (un

conservante è l’acido citrico e acido acetico che servono a far morire i

microorganismi per la fatica)

PH e patogeni



Generalmente i patogeni non sviluppano sotto pH 4,0.

Eccezione: Escherichia coli verocitossico (pH 3,9)

Principi di bioenergetica: metabolismo e formazione di

o energia

L’insieme delle reazioni che producono/ rilasciano energia si chiamano

cataboliche, sono reazioni esoergoniche.

I microorganismi crescono con la respirazione che può essere

1) Respirazione aerobia: l’accettore terminale di elettroni è l’ossigeno

molecolare che viene ridotto ad acqua

2) Respirazione anaerobia: l’accettore terminale di elettroni è rappresentato

da composti inorganici (nitrato, ferro ferrico, solfato) o alcuni composti organici.

Nella respirazione l’ATP si forma a spese della forza proton-motrice

(Fosforilazione ossidativa) mentre nella fermenta