Metabolismo batterico File

METABOLISMO
BATTERICO
METABOLISMO
! Catabolismo: produzione di E
! Anabolismo: consumo di E
rispetto alle cellule eucariote…..
Classificazione in base a:
"  fonte di
energia
"  fonte di
carbonio
Patogeni
per l’uomo
catabolismo
anabolismo
Costo energetico delle biosintesi
" ATP
ATP
" NAD(P)H
ADP + P
da reazioni redox del catabolismo
Chemiorganotrofi
"  L’energia deriva da reazioni di ossido-riduzione
"  2 meccanismi principali per la produzione di ATP:
•  FERMENTAZIONE: l’ossidazione del substrato (es
glucosio) è accoppiata con la riduzione di un
composto da esso derivato (es. ac. piruvico)
Fosforilazione
a livello
di substrato
• RESPIRAZIONE: l’ossidazione del substrato (es
glucosio) è accoppiata con la riduzione di un
accettore di elettroni esterno (O2, ma anche CO32-,
NO3-, SO42-… )
Fosforilazione
ossidativa
Esempi di fermentazione
"  lattica
Lattato DH
"  alcolica
Piruvato decarbossilasi
Alcol DH
respirazione
•  Ossidazione #
per gradi
•  elettroni trasportati lungo una catena di
molecole (prevalentemente proteine)
inserite nella membrana citoplasmatica
•  queste proteine conservano parte
dell’energia rilasciata trasportando H+
all’esterno della cellula
•  La membrana viene “energizzata”
# FORZA PROTON-MOTRICE
Forza proton-motrice
utilizzata per :
"  Funzionamento ATP sintetasi
ATPsintetasi
"  Direttamente, per molti processi: es. trasporto e motilità
Meccanismo di sintesi dell’ATP
fermentazione
ossidazione
$  completa ossidazione del substrato
$  produce più energia
Bilancio energetico
respirazione
fermentazione
Esempi di fermentazioni microbiche
CRESCITA BATTERICA
Per crescere, i batteri necessitano di
sostanze indispensabili per il loro
metabolismo
" Fonte di Carbonio
" Fonte di Azoto (anche inorganico)
" Ioni inorganici
" Acqua
Condizioni che
influenzano la crescita
•  temperatura
$ psicrofili < 37°C
$ mesofili
37°C
$ termofili > 37°C
Condizioni che
influenzano la
crescita
• Rapporti con O2 e CO2
$ aerobi
$ anaerobi
$ microaerofili
$ aer/anaer facoltativi
Derivati tossici dell’O2
ed enzimi detossificanti
BATTERI ANAEROBI #
spesso non hanno enzimi che detossificano
i prodotti del metabolismo aerobio
Condizioni che
influenzano la crescita
• temperatura
$ mesofili 37°C
$ termofili > 37°C
$ psicrofili < 37°C
• presenza/assenza O2 e CO2
$ aerobi
$ anaerobi
$ microaerofili
$ aer/anaer facoltativi
• pH
$ acidofili
$ basofili
• concentrazione di sali
$ alofili
$ alotolleranti
Disponibilità d’acqua
• 
I processi enzimatici avvengono in soluzione acquosa # la cellula
ha bisogno d’acqua per svolgere tutte le sue attività
• 
Normalmente l’acqua passa (per diffusione o tramite acquaporine)
dal mezzo esterno (a minore conc) verso il citoplasma
#  l’aggiunta di molto sale o zucchero nel terreno inibisce la crescita
(es.: metodi di conservazione dei cibi)
E’ possibile coltivare i batteri in
opportuni terreni di coltura
substrati che contengono
tutte le sostanze indispensabili per
la vita e la moltiplicazione dei batteri
" Fonte di Carbonio
" Fonte di Azoto (anche inorganico)
" Ioni inorganici
" Acqua
" Fattori di crescita
Fattori di crescita:
metaboliti essenziali che un batterio
non riesce a sintetizzare in proprio
$ Enterococcus faecalis:
Acido folico
$ Proteus vulgaris:
Acido nicotinico (Vit. PP)
$ Neisseria gonorrhoeae: Vitamina B1
Vengono forniti come sostanze specifiche
o come aggiunte del tipo:
sangue, siero, estratto di lievito o di carne
Terreno Liquido
AGAR
Terreno Solido
Brodo normale:
• soluzione di peptoni (prodotti della
digestione enzimatica della carne)
• sali a pH 7,2
AGAR (agar-agar)
•  è un polisaccaride che si ricava dalle alghe rosse
•  non viene metabolizzato dalla maggior parte dei batteri
•  serve come gelificante nei terreni solidi
•  fonde alla t di ebollizione
•  solidifica a circa 40°C
•  trattiene l’umidità
IN TERRENO SOLIDO
la moltiplicazione batterica rimane localizzata,
dando luogo a raggruppamenti di cellule
che prendono il nome di
COLONIE
(1 colonia #circa 108-109 cell. batteriche)
COLONIA:
prodotto della moltiplicazione di una singola cellula
# è una popolazione CLONALE
Morfologia delle colonie
" Diametro
" Bordo
" Rilievo
" Colore
" Trasparenza
" Azione sul terreno
Produzione di
pigmento
batteri
cromogeni
$ Terreni base
$ Terreni ricchi (es.: agar sangue, agar cioccolato)
$ Terreni selettivi
$ Terreni differenziali
$ Terreni di arricchimento
Terreni selettivi
Contengono sostanze che:
$  inibiscono certe specie batteriche
$  consentono la crescita di altre
Terreni differenziali
la crescita delle varie specie batteriche assume
aspetti diversi (es: fermentazione di zuccheri)
Terreni di Arricchimento
Terreno liquido in grado di:
$ favorire la crescita di qualche specie batterica
$ non consentire la crescita di altre
Brodo-selenite: Salmonelle
Acqua peptonata pH 9: Vibrioni
Misura della crescita batterica
Metodi fisici
Peso secco
Volume
"  Metodi Turbidimetrici
Contatori elettronici
Tubi di opacità
Conteggio diretto
Concentrazione proteica
Metodi Chimici
Metodi Biologici
Concentrazione DNA
Incorporazione
"  Determinazione UFC/ml
Most probable number
Determinazione UFC/ml
Distribuzione omogenea
delle UFC sulla piastra
MOLTIPLICAZIONE CELLULARE
Se tempo medio di duplicazione cellulare = 30 min
CURVE DI CRESCITA
in recipiente chiuso
In tarda fase logaritmica/inizio fase stazionaria il
metabolismo si modifica:
•  Produzione di spore
(sopravvivenza)
•  Produzione di batteriocine
(competizione)
•  Sviluppo della competenza (diversificazione)
•  …
COLTURE CONTINUE
%
il chemostato
Conservazione dei batteri
& Infissione in terreno semisolido
terreno diluito + agar 0.4%
Conservazione dei batteri
&  Infissione in terreno semisolido
breve termine
terreno diluito + agar 0.4%
&  Crioconservazione
brodocoltura ON
+
crioconservanti
-20°C
medio termine
-80°C
N2 liquido
lungo termine
tra -150 e -190°C
&  Liofilizzazione
lunghissimo termine