Metabolismo batterico

Metabolismo batterico
La somma di tutte le
reazioni chimiche che
avvengono nella
cellula.Questa è resa
possibile dal flusso dell’
energia e dalla
partecipazione di enzimi.
• Funzione principale della
cellula batterica è la
crescita.
Metabolismo batterico
Consiste in una serie di reazioni biochimiche che
sono distinte in due classi:
• Anabolismo: Reazioni di biosintesi di
macromolecole (hanno bisogno di energia).
• Catabolismo: Reazioni di demolizione o di
degradazione delle macromolecole (producono
energia).
• Fornisce parte delle molecole necessarie per la
biosintesi dei componenti cellulari.
Metabolismo batterico
In base alla sorgente di
carbonio usata nella
biosintesi i batteri si
raggruppano in 2 classi:
• Eterotrofi: incapaci di
utilizzare la CO2 atmosferica
e perciò usano il Carbonio
derivato da molecole
organiche.
• Autotrofi: capaci di
utilizzare la CO2 atmosferica
per la sintesi di strutture
cellulari (Fotosintesi).
In base alla sorgente di energia che la cellula utilizza per
generare ATP, i microrganismi vengono suddivisi in:
• Fototrofi: utilizzano come sorgente di energia la luce
(fotosintetizzanti).
utilizzano l’energia da reazioni di
• Chemiotrofi:
ossidoriduzione.
• Litotrofi: utilizzano come sorgente di elettroni,
sostanze inorganiche ridotte.
• Organotrofi: ricavano elettroni o idrogeno da
composti organici.
• I batteri patogeni per l’uomo sono tutti
chemiorganotrofi.
In base al ruolo dell’ossigeno nel metabolismo
cellulare abbiamo:
• Aerobi obbligati: Metabolismo respiratorio. Non sono
capaci di fermentare nessun substrato. Richiedono
ossigeno per la loro replica.
• Anaerobi obbligati: Metabolismo fermentativo o
attraverso la respirazione anaerobica. Crescono in
assenza di ossigeno.
• Aerobi-anaerobi facoltativi: Crescono sia in assenza che
in presenza di ossigeno.Hanno un metabolismo sia
fermentativo che di tipo respiratorio.
• Microaerofili : Crescono in presenza di ossigeno ma
hanno bisogno di CO2 al 5-10%
Metabolismo batterico
• Respirazione aerobica,
• Respirazione anaerobica
• Fermentazione
• Fotosintesi
Respirazione:
sono prodotte 38 molecole di ATP per ogni molecola
Metabolismo
di glucosio utilizzata.
Respirazione aerobica: L’ATP
è prodotto per fosforilazione
ossidativa e a livello di
substrato. Il donatore di
elettroni è un composto
organico ed un composto
inorganico (H2,H2S,NH3,
FE++).
• L’accettore di elettroni è l’O2.
• I batteri che utilizzano questo
metabolismo sono:
i chemiorganotrofi aerobi o
anaerobi facoltativi, i
chemioautotrofi aerobi.
• Il metabolismo energetico di tipo
respiratorio
è
tipico
dei
germi
aerobi
e
Metabolismo batterico
anaerobi facoltativi.
• Nella respirazione aerobica l’ossidazione del
substrato sia organico che inorganico è
accoppiata alla riduzione dell’ossigeno
molecolare che funge da accettore finale di
elettroni e protoni.
Componenti della catena respiratoria sono:
flavoproteine (FMN, FAD) e chinoni
(benzochinone) come trasportatori di
idrogeno.
Ferro -zolfo proteine e citocromi come
trasportatori di elettroni.
• I citocromi si distinguono in base a caratteristiche
spettrofotometriche e funzionali. Nei batteri si
parla di citocromi b,a,c,a3. Il citocromo c e a3
costituiscono il sistema della citocromossidasi.
• Alcuni batteri mancano del citocromo c, tale
mancanza viene messa in evidenza con il test
dell’ossidasi.
• Ossidasi + contengono citocromi c.
Ossidasi - non contengono il citocromo c.
• Negli Eucarioti il trasporto di elettroni è localizzato
nei mitocondri ; nei procarioti sono associati alla
membrana cellulare.
Respirazione anaerobica: L’ATP è prodotto
per fosforilazione ossidativa.
• Il donatore di elettroni è un composto organico
(C2-C4) o un composto inorganico (H2, H2S)
composto inorganico ( H2) o composto
organico (C1-C2).
• L’accettore di elettroni è l’NO2
(denitrificanti), la SO4-- (desulfuricanti), la
CO2 (metanogeni anaerobi).
•
•
•
•
Fermentazione:
vengono prodotte 2 molecole di ATP per ogni molecola
utilizzata.
Fermentazione:
dove l’ATP è prodotto per fosforilazione a livello di
substrato.
Dove il donatore di elettroni è un composto organico
(zuccheri, aminoacidi, acidi organici).
L’accettore finale di elettroni è un composto organico.
I batteri che utilizzano questo processo sono i
chemiorganotrofi anaerobi o anaerobi facoltativi.
Fermentazione del glucosio porta alla produzione
dell’acido piruvico.
Metabolismo
batterico
Il glucosio può essere fermentato secondo queste
vie:
a) Glicolisi o Via di Embden-Meyerhof
b) Via dei Pentosi fosfati
c) Via di Warburg e Dickens
d) Via di Entner -Doudoroff
e) Via del Bifidobacterium
Fermentazione degli zuccheri attraverso
la via di Embden-Meyerhof (1)
Fermentazione degli zuccheri attraverso
la via di Embden-Meyerhof (2)
• Fermentazione alcolica :
• Produce alcol etilico.
• E’ la fermentazione caratteristica nella
produzione di bevande alcoliche come la
birra, vino, liquori.
• Da una miscela di glucosio e fruttosio si
ottengono 2 molecole di etanolo e 2 di CO2.
Metabolismo batterico
Fermentazione
propionica:
• E’ tipica del Gen.
Propionibacterium. I
prodotti della
fermentazione sono:
Acido propionico,
Acido acetico, CO2.
Fermentazione omolattica:
• E’ la più semplice poiché porta alla
produzione di solo acido lattico.
• L’acido piruvico viene ridotto ad acido
lattico per ossidazione del NADH, è tipica
dello Streptococcus e Lattobacilli.
Metabolismo batterico
Fermentazione acido-mista:
• E’ tipica degli Enterobatteri, Aeromonas, Vibrio. Prodotti
finali sono: l’acido lattico, acetico, succinico, formico,
etanolo e CO2.
• Fermentazione 2,3 glicolbutilenica:
• E’ tipica dei Coliformi, Enterobacter, Serratia,
Aeromonas.
• Oltre a questi prodotti finali tipici della fermentazione acido
mista , i prodotti sono 2,3 glicolbutilenica e piccole quantità
di diacetile e CO2.
Metabolismo batterico
Fermentazione butirrica e isopropilica:
• E’ tipica dei batteri anaerobi sporigeni del Gen.
Clostridium e porta alla formazione di:
acido acetico, butirrico, alcol isopropilico,
acetone, alcol butilico, CO2 e H2.
• Nella butirrica si ottiene la sintesi di altre
molecole di ATP oltre a quelle che si formano nella
Via di Embden-Meyerhof.
Produzione di ATP per
fosforilazione ossidativa
utilizza la forza
protonmotrice.
Tale forza viene usata per una
serie di processi che
richiedono energia:
a) Trasporto di nutrienti
contro gradienti di
concentrazione
b) Mantenimento del turgore
cellulare
c) Mantenimento del pH
intracellulare
d) Movimento dei flagelli
e) Flusso di elettroni contro
potenziale ossidoriduttivo
f) Generazione di ATP da
ADP
Trasferimento di atomi di
idrogeno da un composto
donatore di elettroni
all’accettore finale di
elettroni.
Fotosintesi:
• L’ATP è prodotto per
fosforilazione.
• Il donatore di elettroni è
L’H2S o un composto
organico.
• I microrganismi
responsabili sono: i
fotoautotrofi obbligati
anaerobi, fotoautotrofi
facoltativi,anaerobi
facoltativi.