Microbiologia

Comprenderne le caratteristiche e il comportamento è essenziale per sfruttarne i benefici e

limitarne i rischi.

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Membrana Citoplasmatica

La membrana citoplasmatica rappresenta una struttura fondamentale e universale, presente in

tutte le forme viventi. La sua funzione principale è quella di fungere da barriera selettiva tra

l'interno della cellula e l'ambiente esterno, permettendo un controllo preciso sul passaggio di

molecole e ioni. Questa struttura è altamente dinamica e adattabile, caratterizzata dal cosiddetto

modello a mosaico fluido, che descrive la disposizione di fosfolipidi e proteine all'interno della

membrana.

La fluidità della membrana è essenziale per numerose funzioni cellulari e dipende dalla

composizione lipidica. Per adattarsi alle variazioni ambientali, le cellule possono modificare la

lunghezza e la saturazione degli acidi grassi, introducendo doppi legami o ramificazioni nelle

catene lipidiche. La membrana citoplasmatica è inoltre coinvolta in numerosi processi

metabolici, tra cui il trasporto di elettroni, la fosforilazione ossidativa e la costruzione della

parete cellulare.

Nei procarioti, la membrana citoplasmatica assume un ruolo particolarmente rilevante in

assenza di compartimenti intracellulari specializzati come mitocondri o cloroplasti. Qui, i

mesosomi favoriscono la divisione cellulare e la sintesi lipidica, mentre nei batteri fotosintetici i

cromatofori ospitano i pigmenti necessari alla fotosintesi. Negli archea, la membrana presenta

caratteristiche peculiari, con legami etere anziché estere nei lipidi, garantendo una maggiore

resistenza agli ambienti estremi.

Parete Cellulare

La parete cellulare è una struttura rigida che fornisce supporto meccanico e protezione ai

batteri, agendo come una sorta di esoscheletro. È costituita principalmente da peptidoglicano

o mureina , un polimero complesso formato da due zuccheri acetilati (N-acetilglucosamina e

acido N-acetilmuramico) e una catena peptidica. Questa struttura è altamente variabile tra le

diverse specie batteriche, con oltre 100 chemiotipi differenti di mureine. Negli eubatteri , il

peptidoglicano è essenziale per mantenere l'integrità cellulare, mentre negli archea, la parete

può essere composta da pseudomureina, caratterizzata dall'assenza di acido N-acetilmuramico

e dalla presenza di un legame glicosidico β-1,3, più resistente all'azione di enzimi come il

lisozima.

Differenze tra Batteri Gram-positivi e Gram-negativi

La classificazione dei batteri in Gram-positivi e Gram-negativi si basa sulla diversa

composizione della loro parete cellulare, evidenziata dalla colorazione di Gram. Nei Gram-

positivi , la parete è spessa e costituita prevalentemente da peptidoglicano (50-90% del peso

secco), spesso associato ad acidi teicoici che conferiscono stabilità strutturale. 3 di 11

Nei Gram-negativi , invece, il peptidoglicano è molto sottile (5-10% del peso secco) ed è

ricoperto da una membrana esterna contenente lipopolisaccaridi (LPS).

I LPS sono composti da tre parti:

- Lipide A, un dimero di glucosammina con acidi grassi legati, che funge da ancoraggio nella

membrana.

- Oligosaccaride centrale , formato da 9-12 unità di zuccheri.

- Antigene O, una sequenza ripetitiva di zuccheri variabile tra le specie batteriche.

Questa struttura conferisce ai batteri Gram-negativi una maggiore resistenza agli antibiotici e ai

sistemi immunitari degli ospiti. Infatti, il peptidoglicano può essere degradato dal lisozima,

mentre la sintesi della parete può essere inibita dalle penicilline, con maggiore efficacia nei

Gram-positivi a causa della maggiore esposizione del peptidoglicano.

Capsula Batterica

Alcuni batteri producono una capsula esterna alla parete cellulare, costituita da polisaccaridi o

proteine. La capsula è una struttura compatta e ben definita, mentre uno **strato mucoso** è

più lasso e diffuso. Non è essenziale per la sopravvivenza, ma conferisce numerosi vantaggi, tra

cui protezione dalla fagocitosi, resistenza agli agenti litici e adesione alle superfici.

Le capsule possono essere composte da:

- Polipeptidi, come nel caso di Bacillus anthracis , che produce una capsula di acido D-

glutammico.

- Omopolisaccaridi, come nel Leuconostoc mesenteroides, che sintetizza destrano a partire dal

glucosio.

- Eteropolisaccaridi, come nello Streptococcus pneumoniae (ramnosio, glucosio, acido

glicuronico) o nella Klebsiella aerogenes (glucosio, galattosio, fucosio, acido glicuronico).

La capsula svolge un ruolo chiave nella virulenza batterica, facilitando la colonizzazione e

l'invasione dei tessuti ospiti. Ad esempio, batteri capsulati come Streptococcus pneumoniaen

sono particolarmente resistenti alla fagocitosi, aumentando la loro capacità di causare infezioni.

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Flagelli e Motilità Batterica

I flagelli sono appendici filamentose che permettono ai batteri di muoversi. La loro struttura è

composta principalmente da tre parti: filamento, uncino e corpo basale. Il filamento è

costituito dalla proteina flagellina, che forma una spirale attorno a un nucleo centrale cavo. Il

movimento del flagello è rotatorio e la direzione di rotazione influisce sul movimento del

batterio. Quando i flagelli ruotano in senso antiorario, il batterio avanza in linea retta, mentre la

rotazione oraria causa un cambiamento nella direzione, portando a un movimento chiamato

"tumble" (capovolgimento), che è essenziale per la risposta a stimoli esterni come la

chemiotassi (movimento in risposta a gradienti chimici) e la fototassi (movimento in risposta alla

luce).

Esistono diversi tipi di movimenti flagellari nei batteri, che dipendono dalla disposizione dei

flagelli. Ad esempio:

Spirillum volutans ha due fasci di flagelli polari che girano in maniera conica e a spirale,

• fornendo propulsione.

Treponema primatia possiede flagelli periplasmatici che si estendono lungo tutta la

• lunghezza della cellula e, ruotando, generano movimento a livello della membrana

esterna. 4 di 11

Leptospira illini ha flagelli che generano un movimento ondulatorio, deformando la

• cellula.

Borrelia burgdorferi, il batterio responsabile della malattia di Lyme, ha motori flagellari a

• entrambe le estremità che causano il movimento a onda e rotolamento della cellula.

Altri batteri, come il Flavobacterium, si muovono mediante scivolamento, mentre alcuni batteri

fotosintetici (come i cianobatteri) usano il rilascio di sostanze mucose per muoversi o per aderire

alle superfici.

Pili e Fimbrie

I pili (o fimbrie) sono strutture proteiche più corte e numerose rispetto ai flagelli. Non sono

coinvolte nel movimento, ma sono fondamentali per l'adesione alle superfici e per la

colonizzazione di tessuti. I pili sessuali, come il pilo F, sono anche importanti nel trasferimento

genico tra batteri durante la coniugazione, un processo di scambio di materiale genetico tra

batteri che avviene attraverso il contatto diretto.

Strutture di Protezione e Adesione

Le cellule batteriche presentano diverse strutture superficiali con ruoli cruciali:

Capsule: strutture mucose che rivestono la cellula, proteggendola dall'attacco del

• sistema immunitario e aiutando l'adesione alle superfici.

Pareti cellulari: le pareti cellulari dei batteri Gram- e Gram+ differiscono nella

• composizione chimica. Nei Gram+, la parete è composta principalmente da

peptidoglicano e acidi teicoici, mentre nei Gram- la parete cellulare contiene una

membrana esterna ricca di lipopolisaccaridi (LPS).

Involucri esterni: presenti nei batteri Gram- oltre alla parete cellulare, forniscono

• protezione meccanica e permeabilità selettiva.

Citoplasma e Componenti Interni

Il citoplasma è una parte fondamentale della cellula batterica. È composto per l'80% da acqua e

ospita una varietà di strutture, tra cui i ribosomi, che sono coinvolti nella sintesi proteica. I

ribosomi batterici sono più piccoli (70S) rispetto a quelli delle cellule eucariotiche (80S). L'RNA

16S, che si trova nei ribosomi batterici, è una sequenza di RNA conservata, spesso usata per

studi filogenetici per identificare e classificare i batteri.

Nel citoplasma si trovano anche granuli di riserva, che contengono materiali come lipidi (per

esempio il polimero dell'acido beta-idrossi-butirrico), polisaccaridi (come il glicogeno), zolfo

e ferro, utilizzati per immagazzinare energia o per sopravvivere in ambienti privi di nutrienti.

Nucleoide e Genoma Batterico

Il nucleoide è la regione all'interno della cellula batterica in cui il DNA è concentrato. Poiché i

batteri non hanno un nucleo vero e proprio, il DNA è organizzato in una singola molecola

circolare di DNA a doppio filamento, che è superavvolta e priva di una membrana nucleare. Il

cromosoma batterico può contenere da 3 a 6 mila geni, a seconda del batterio. I plasmidi sono

piccole molecole di DNA extracromosomiale che si replicano autonomamente e contengono

geni non essenziali, ma che possono conferire vantaggi selettivi (ad esempio, la resistenza agli

antibiotici).

Vacuoli Gassosi e Corpi di Inclusione

I vacuoli gassosi sono strutture che si trovano in molti batteri acquatici e permettono loro di

galleggiare. Queste strutture sono formate da vescicole proteiche che sono permeabili ai gas

ma impermeabili all'acqua, consentendo al batterio di posizionarsi in condizioni ottimali per la

fotosintesi o la respirazione.

I corpi di inclusione sono granuli che immagazzinano risorse come glicogeno, zolfo e

polifosfati. Questi corpi aiutano a mantenere l'equilibrio osmotico all'interno della cellula.

Strutture Speciali 5 di 11

Carbossisomi: sono inclusioni contenenti enzimi che fissano l'anidride carbonica, cruciali

• per la fotosintesi nei batteri che utilizzano il ciclo di Calvin.

Magnetosomi: cristalli di magnetite che permettono ai batteri di orientarsi lungo un

• campo magnetico, una caratteristica comune nei batteri microaerofili (che necessitano di

basse concentrazioni di ossigeno).

Clorosomi: strutture presenti nei batteri verdi fotosintetici, contenenti batterioclorofille

• che catturano l'energia luminosa per la fotosintesi.

In generale, i batteri sono organismi estremamente adattabili, con una varietà di strutture e

meccanismi che li aiutano a rispondere e adattarsi ai cambiamenti nel loro ambiente, dai

movimenti di motilità alla gestione delle risorse energetiche.

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Le spore batteriche rappresentano una forma di vita ametabolica, ovvero priva di attività

metabolica, che consente ai batteri di sopravvivere a condizioni ambientali estremamente

avverse. Queste spore sono prodotte da batteri definiti sporigeni e hanno la straordinaria

capacità di resistere a vari stress, come essiccazione, congelamento, mancanza di ossigeno, e

altre cond