La parete cellulare di Saccharomyces cerevisiae

La parete cellulare di Saccharomyces cerevisiae
• Spessore 100-200 nm
• 15-25% della massa secca
• nei lieviti la composizione della parete è distintiva delle specie
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La parete cellulare di S. cerevisiae
•
80-90% polisaccaridi (glucani e mannani anche ramificati) organizzati in un network di
microfibrille
•
2-4% chitina (polimero di N-acetilglucosammina). La chitina è presente in % maggiori nei
lieviti filamentosi (Candida albicans) mentre in altre specie è del tutto assente. In
Saccharomyces cerevisiae la chitina svolge diverse funzioni: i) recettore di tossine killer, ii)
mantenimento dell’integrità osmotica e morfologica, iii) è il maggior costituente delle
cicatrici di gemmazione
•
Le mannoproteine rappresentano la parte superficiale della parete. Esse presentano dei
legami crociati mediati da interazioni idrofobiche e/o da ponti disolfuro. Le mannoproteine
sono inoltre legate alle microfibrille di glucano mediante legami covalenti
•
La composizione della parete di S. cerevisiae influenza le caratteristiche di flocculazione e
flottazione dei diversi ceppi utilizzati nelle fermentazioni alcoliche. Sulla base di questa
caratteristica i lieviti si dividono in bottom yeast e top yeast
- La Flocculazione è legata alle glicoproteine di superficie e alla
carica elettrostatica superficiale (bottom yeast)
- La Flottazione è legata alle caratteristiche di idrofobicità di
superficie, in particolare alla capacità di intrappolare la CO2
determinando il galleggiamento delle cellule (top yeast)
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Saccharomyces cerevisiae
al microscopio…
elettronico a scansione
(SEM)
OTTICO
elettronico a trasmissione
(TEM)
parete cellulare
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Le cicratici di gemmazione di Saccharomyces cerevisiae
Cicatrici di gemmazione (sono rigide poiché ricche di chitina)
La CHITINA è un
omopolimero di unità di
acetilglucosammina (più
specificamente, N-acetil-Dglucos-2-ammina) legate tra di
loro con un legame
glucosidico di tipo β-1,4
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La struttura dei batteri
#
X#
#
X
X
#
(enzimi)
#
# = non sono presenti in tutti i batteri
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Strutture esterne della cellula batterica
Capsula e strato mucoso: è un involucro
mucoso esterno alla parete che viene detto CAPSULA
se è tenace e adeso alla cellula, mentre è detto
STRATO MUCOSO se è meno adeso (distinzione non
netta). È spesso costituita da polisaccaridi ad alto
peso molecolare (anche detti ESOPOLISACCARIDI,
EPS); talvolta è un polimero di aminoacidi (per es. il
glutammato in Bacillus antharcis)
Visualizzazione della capsula
con inchiostro di china
Conferisce adesività, protegge dalla essicazione, ostacola la fagocitosi
Permette a patogeni come Haemophilus influenziae o
Neisseria meningitidis di raggiungere gli organi bersaglio
Esempio classico è quello di Streptococcus mutans,
che scinde il saccarosio in fruttosio e glucosio, usando
quest’ultimo per la sintesi di un polimero viscoso detto
destrano che contribuisce alla formazione della placca
dentaria
La capsula o lo strato mucoso contribuiscono alla
formazione dei BIOFILM (un biofilm è una comunità
strutturata di cellule batteriche racchiuse in una matrice
polimerica frequentemente autoprodotta e adesa a una
superficie inerte o vivente)
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Alcuni esempi di
ESOPOLISACCARIDI
Importanza tecnologica degli
ESOPOLISACCARIDI
Sin dagli anni ’50, produzione di destrano da
Leuconostoc
mesenteroides,
utilizzato
nell’industria alimentare come addensante,
stabilizzante ed emulsificante, per modificare le
proprietà reologiche dei prodotti, e nell’industria
farmaceutica come sostituto del plasma
sanguigno
Gli EPS prodotti dai batteri lattici possono
contribuire considerevolmente alla consistenza
(texture) di yogurt, formaggi e prodotti da
forno (cremosità, trattenimento di acqua, etc)
Effetti positivi degli
ESOPOLISACCARIDI
Recentemente gli EPS sono studiati per il loro
ruolo positivo nei riguardi della salute umana
(principalmente dovuto al loro effetto
PREBIOTICO e immunomodulatorio)
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Altre strutture esterne della cellula batterica
Flagelli e cilia: sono strutture filamentose presenti sulla superficie esterna di
alcuni batteri (ancorati alla parete), costituite da filamenti di una proteina
denominata FLAGELLINA e permettono il movimento del batterio
I flagelli sono lunghe strutture che permettono un movimento “a elica” o “a cavatappi” o
“a frusta”
Flagelli in posizione polare
Flagelli peritrichi
Le ciglia sono strutture più corte e numerose dei flagelli, che permettono un movimento
“a remi”
Il movimento (tassi) batterico avviene grazie al consumo di molecole di ATP e permette
alla cellula di spostarsi verso condizioni ambientali più favorevoli (meno pericolose o
più ricche di nutrienti)
http://www.kbg.fpv.ukf.sk/studium_materialy/cytologia/biciky%20a%20riasinky.swf
http://web.biosci.utexas.edu/psaxena/MicrobiologyAnimations/Animations/BacterialMotility/micro_motility.swf
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PILI: sono strutture proteiche filamentose che si ritrovano sulla superficie di alcune
cellule batteriche
Il termine PILO viene spesso usato come sinonimo di FIMBRIA, anche se
alcuni ricercatori riconoscono una differenza ed utilizzano la parola "pilo" solo
per indicare un particolare tipo di fimbria impiegata nella CONIUGAZIONE
BATTERICA, più precisamente detta "pilo sessuale" o "pilo coniugativo"
I pili (o fimbrie) sono strutture costituite da filamenti di una proteina denominata
PILINA; possono essere cavi (permettono il passaggio di DNA nei pili coniugativi;
vedremo più avanti i pili coniugativi F) o non cavi (permettono l’ancoraggio a
substrati nutritivi)
SONO PREVALENTEMENTE ORGANI DI ANCORAGGIO
pili sulla
superficie di
cocchi
pilo coniugativo
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Flagelli e pili osservati al microscopio elettronico
si noti la
lunghezza del
flagello!
FLAGELLI POLARI
PILI SULLA SUPERFICIE DI UN BATTERIO
La struttura tridimensionale del flagello
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L’endospora batterica
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La spora batterica
L’endospora batterica è una struttura cellulare dormiente, di resistenza e NON
RIPRODUTTIVA, prodotta solo da alcuni membri della divisione Firmicutes (in
particolare i
generi Bacillus e Clostridium) (vanno ricordati!!!)
La funzione primaria delle endospore è quella di assicurare la sopravvivenza del
batterio durante periodi di stress ambientali estremi
Esse sono resistenti ai raggi UV e gamma, alla carenza di acqua, al lisozima, a
temperature estreme, alla carenza estrema di nutrienti e a molti disinfettanti chimici
Le spore batteriche sono agenti finalizzati alla sopravvivenza della cellula, NON
agenti di dispersione o il risultato di riproduzione come le spore fungine
SPORULAZIONE
Forma Sporale
Forma Vegetativa
GERMINAZIONE
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Il processo di formazione dell’endospora
specifici segnali
ambientali di tipo
chimico e fisico
1 - citoplasma e materiale genetico si
concentrano in una precisa parte della cellula
(polare, sub-polare, mediana)
2 - la cellula si disidrata
3 - l’attività metabolica rallenta e il consumo di
energia diminuisce
4 - si formano gli involucri o pareti sporali
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Involucri o pareti sporali
INVOLUCRI O PARETI SPORALI
SPORANGIO
Contengono peptidoglicano, proteine,
e complessi di acido dipicolinico
associato a ioni Ca2+ (DONANO
TERMORESISTENZA)
ENDOSPORA
Le spore al microscopio ottico in contrasto di fase
appaiono come strutture rifrangenti (molto
luminose) libere o ancora all’interno dello
sporangio
Osservazione al microscopio
ottico di un batterio sporigeno
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Endospore terminali
Endospore subterminali
Endospore centrali
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http://www.youtube.com/watch?v=NAcowliknPs
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Le spore batteriche sono così resistenti agli stress ambientali che si ritiene possano
essere le uniche strutture biologiche adatte alla diffusione della vita nello spazio, tra i
pianeti e tra le galassie…
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Esempi di batteri sporigeni importanti per l’uomo
I batteri più noti (da ricordare assolutamente!) in grado di formare ENDOSPORE sono
i microrganismi Gram positivi dei generi Bacillus e Clostridium
Bacillus thuringiensis. È un batterio del suolo. Quando viene ingerito da un insetto
mediante vegetali contaminati, il batterio sporula nell'ospite liberando delle tossine in
forma cristallina (innocue per gli esseri umani) (tossine Bt) che danneggiano il tratto
digerente delle larve di ditteri come le zanzare o causando nei bruchi di molti
lepidotteri una malattia paralitica. Per questo è usato per il biocontrollo in agricoltura.
endospora
tossina (è in
forma cristallina)
N.B.: il mais transgenico Bt è stato
ingegnerizzato con sequenze geniche
provenienti da Bacillus thuringiensis,
per fargli esprimere proteine (la
tossina Bt) a effetto insetticida in
risposta all’attacco di insetti fitofagi, tra
cui Ostrinia nubilalis o piralide.
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