Domande di Microbiologia

ATP

motrice del protone alla sintesi di ATP (il flusso di elettroni comporta il trasporto di protoni

attraverso la membrana)

Come fanno i batteri ad avere potere riducente?

Ci vuole una strategia per fare uscire gli elettroni dal sistema ciclico:

1) Batteri verdi ed helicobacterium: utilizzano la ferrodossima per far uscire un elettrone

acquisisce elettroni e poi li cede (produzione NADPH)

2) Batteri purpurei : si ha flusso inverso di elettroni, cioè gli elettroni vanno contro gradiente

e questo comporta un aumento di protoni che genera una forza promotrice che genera

NADPH

Entrambi necessitano di un donatore di elettroni (per esempio i solfuri, composti ridotti dello

zolfo).

Quali organismi fanno fotosintesi anossigenica

1) Proteobacteria che comprendono batteri rossi solfuri e non solfuri

2) Batteri verdi solfuri

3) Batteri verdi non solfuri

4) Alcuni batteri gram +

Dove li troviamo? Ambienti ricchi di solfuri (che usano come donatori di elettroni) , che sono

esposti alla luce (per esempio corpi idrici superficiali). Possono vivere sia in condizioni

anossiche, sia in presenza di limitate quantità di ossigeno.

Lo zolfo può anche essere usato attraverso un processo di riduzione del solfato, attraverso un

processo dissimulativo (usandolo come ossidante) producendo solfuri.

2. Metabolismo microbico; Fototrofia. Fotosintesi ossigenica: aspetti metabolici, significato

ecologico e microrganismi coinvolti

La fotosintesi ossigenica è un processo di fotosintesi che produce ossigeno come prodotto di

scarto.

La troviamo in eucarioti autotrofi e cianobatteri.

Le principali differenze da quella anossigenica sono: processo di fotofosforilazione non

ciclica (elettroni usati nella riduzione di NADP+ a NADPH ) e che ci sono due fotosistemi

(fotosistema 2 produce ATP , fotosistema 1 accumula NADPH)

Quando la luce colpisce il fotosistema 2 avviene una riduzione con un inizio di passaggio di

elettroni in una catena che porta alla produzione di ATP e porta anche a una riduzione del

fotosistema 1.

fotosistema 1 invece c’è una produzione di NAPH.

Nel

I cianobatteri che sono gli organismi più conosciuti che fanno questa tipologia di fotosintesi

sono organismi molto particolari che si trovano in tutti i climi, dai ghiacciai al deserto. Alcuni

di questi sono degli azoto fissatori, che quindi trasformano l’azoto atmosferico in azoto

organico, per fare questo (che è un processo che non può avvenire in presenza di ossigeno) ci

sono delle cellule specializzate (dette eterocisti) che presentano per esempio un grande

dell’ossigeno dentro la

ispessimento delle membrane che rende più difficile la diffusione

possibile l’azoto fissazione.

cellula e quindi creando dentro un ambiente anossico e rendendo

3. Metabolismo microbico; Chemiolitotrofia. Ossidazione delle forme ridotte di zolfo: aspetti

metabolici, significato ecologico e microrganismi coinvolti

Lo zolfo presenta vari stadi di ossidazione,. I composti dello zolfo più utilizzati come donatori

di elettroni sono idrogeno solforato (H2S), zolfo elementare (S) , tiosolfato(SO3-2) e solfito

(SO32-) .

i più ridotti sono i solfuri e il più ossidato sono i solfati.

I composti dello zolfo possono fungere sia da eletron-donatori che da eletron accettori a

seconda delle condizioni ambientali in cui si trovano, se l’ambiente è ossidante sono

accettori, se l’ambiente è riducente diventano donatori.

Inoltre i metabolismi variano a seconda di quale stato fisico si troverà lo zolfo

del solfuro si verifica in fasi con la prima che produce zolfo elementare

L’ossidazione

passando quindi da una forma gassosa solubile a una forma solida insolubile.

zolfo elementare può essere accumulato da parte delle cellule, con depositi all’interno o

Lo

all’esterno.

A seconda della coppia redox che consideriamo si può parlare di una differente resa

energetica.

Il composto più ossidato che noi vogliamo ottenere è il solfato e il più ridotto è il solfuro e

quindi la coppia che ci da più energia è solfuro/solfato. (delta G di -798). Nella reazione si ha

la produzione di solfato e di protoni liberati e liberazione di protoni, e questo porta a

un’acidificazione del mezzo in cui vivono (definiti quindi batteri acido-tolleranti o acidofili).

L’ossidazione spontanea con ossigeno è sfavorita, quindi l’ambiente vitale per loro ideale è

l’interfaccia ossica/anossica.

di questo batteri è condotta attraverso il ciclo di

L’autotrofia Calvin e gli elettroni per la

fissazione autotrofica di CO2n vengono da un flusso elettronico inverso (riduzione NAD+ a

NADH)

Sono note almeno 3 vie di ossidazione dello zolfo:

1) Prima via : partiamo dal solfito che viene trasformato in solfato attraverso solfito ossidasi

con accettore finale l’ossigeno.

ma questo avviene attraverso fosforilazione ossidativa

ATP ottenuto dalla forza protein motrice.(via di tipo respirativa)

2) Seconda via: solfito trasformato in solfato attraverso solfato riduzione attraverso azione

inversa enzima adenosina fosfosolfato reduttasi producendo legame fosfato ricco di

energia trasformando AMP a ADP. Sempre via fosforilativa ma di diversa origine, con

fosforilazione a livello del substrato.

3) Terza via: passato da solfuri a solfato senza formazione intermedia di solfito. Intervento

della solfato idrossilasi. Intervengono i geni SOX per il passaggio di elettroni .(sono gli

stessi geni che servono anche per la fotosintesi)

I composti ridotti dello zolfo non sono abbastanza elettron donatori da ottenere potere

riducente e quindi per ottenere ciò gli elettroni provengono da un flusso inverso di elettroni

(questo per permettere il passaggio da NAD+ a NADH permettendo fissazione CO2).

4. Metabolismo microbico; Chemiolitotrofia. Ossidazione del ferro: aspetti metabolici, significato

ecologico e microrganismi coinvolti

In natura possiamo trovare principalmente Fe2+ (solubile e ridotto) e il Fe3+ (forma più

ossidata, non solubile) l’ossidazione aerobica del ferro per ottenere energia . l’ossidazione

I chemiolitotrofi sfruttano

del fe2+ porta alla produzione solo di poca energia e quindi per produrre un’adeguata quantità

di energia se ne deve fare molta di ossidazione di Fe2+.

del ferro in presenza di ossigeno avviene spontaneamente (tranne che in

L’ossidazione

ambiente acido) cosa che non vogliamo, ma in ambiente acido il potenziale redox si abbassa

ulteriormente.

I ferro batteri sono batteri che vivono principalmente in ambienti acidi e ricchi di ferro come

alcuni scarichi delle miniere.

Utilizzano il ferro come donatore di elettroni ma sono in grado di organicare la CO2 come

fonte di carbonio.

Come avviene il metabolismo che coinvolge il ferro

di Fe2+ aFe3+ in presenza di ossigeno avviene a livello

L’ossidazione della membrana esterna

portando al rilascio di un elettrone e dissipando due protoni (ambiente acido) gli elettroni

rilasciati non passano nei chinoni ma vanno direttamente alla catena respiratoria che contiene

i citocromi C e aa3 e una proteina periplasmatica fino ad arrivar alla catena di trasporto che

trasforma ossigeno in acqua.

Il potere riducente lo prendono dal trasporto inverso di elettroni.

Il ferro può anche subire anche metabolismo in condizioni anossiche (Fe2+ ossidato in

condizioni anossiche). In condizioni anossiche il ferro potrebbe anche subire riduzione

usando come accettori di elettroni clorati e nitrati). Per i chemiolitotrofi l’accettore di elettroni

è il nitrato.

5. Metabolismo microbico; Chemiolitotrofia. Ossidazione dell' idrogeno molecolare: aspetti

metabolici, significato ecologico e microrganismi coinvolti

sfruttano l’ossidazione dell’idrogeno per ottenere energia

Alcuni microorganismi

I chemiolitotrofi aerobici sono in grado di sfruttare H2 come donatore di elettroni ma possono

anche essere anaerobi H2 ossidanti che differiscono in base a quale accettore di elettroni

utilizzano.

Alcuni idrogeno batteri sintetizzano due tipologie di deidrogenasi

di tipo citoplasmatico che coinvolge nell’ottenere potere riducente (NADH)

1) Una

2) Una integrata nella membrana che è coinvolta nella vera fosforilazione ossidativa

permettendo la scissione di H2 in elettroni e protoni (producono ATP)

La maggior parte dei degli idrogeno batteri può anche crescere come chemoorganotrofo o

mixotrofo (usando sostanze organiche come fonte di carbonio)

Quando crescono chemiolitotroficamente fissano CO2 con il ciclo di Calvin.

I batteri H2 sono chemiolitotrofi facoltativi(quindi il metabolismo dipende dalle condizioni

ambientali)

I batteri H2 crescono meglio microaerobicamente e sono probabilmente più competitivi

all’interfaccia ossica anossica )H2 molto presente.

1. Guardare i microrganismi: dai primi microscopi di Hooke e Van Leeuwenhoker alla

colorazione di Gram

Con la prima rivoluzione tecnologica (seconda metà del 1665) si sviluppò il primo microscopio

(grazie a Hooke) , molto elementare infatti era composto da una sola lente, che permise di vedere

i corpi fruttiferi dei funghi.

Van Leeuwenhoker era un commerciante e appassionato di microscopi che riuscì a raggiungere

ingrandimenti dai 50 alle 300 volte che gli permise di disegnare e descrivere le cellule di alcuni

organismi.

Gram nel 1800 circa ideò la colorazione di Gram.

È un metodo che serve per distinguere i microorganismi in due famiglie, gram positivi e gram

negativi a seconda di come reagiscono a un colorante specifico: se si colorano si dicono gram

positivi, se non si colorano si dicono gram negativi.

2. La disputa sulla generazione spontanea: gli esperimenti di Spallanzani e Pasteur

Questi due studiosi cercarono di dimostrare in modo inequivocabile che la teoria della

generazione spontanea (che affermava che da un elemento in putrefazione si potevano generare

organismi e microorganismi dal nulla) era sbagliata e che ogni organismo ne aveva uno prima che

lo generava.

Esperimento di Spallanzani:

dimostra che un brodo di carne se viene sottoposto a bollitura e viene posto in un contenitore

chiuso non svilupperà più crescita di microorganismi, se invece il contenitore viene lasciato aperto

si avrà una crescita di microorganismi.

Quindi Spallanzani afferma che la bollitura uccide la forza vitale.

Esperimento di Pasteur:

stato l’esperimento che ha confutato del tutto la teoria della generazione spontanea.

è

Si svolge in questo modo:

7) in una fiasca con un collo a bottiglia viene versato un brodo non sterile

8) il brodo viene sterilizzato tramite bollitura

9) il collo della fiasca viene stirato con una fiamma (e quindi sterilizzato)

10) dopo di che si attende del tempo e la prima parte del collo di gallina si riempirà di

microorganismi e polvere provenie