Metabolismo batterico
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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.
