Trasporto passivo

per la crescita e la duplicazione cellulare, così come per far avvenire tutte
le reazione del metabolismo, è necessaria la disponibilità di nutrienti
si definiscono nutrienti le sostanze utilizzate per le biosintesi e la
produzione di energia
• esigenze nutrizionali dei microrganismi
• meccanismi di assunzione dei nutrienti
• metodi di coltivazione dei microrganismi in laboratorio
• esigenze nutrizionali dei microrganismi
• meccanismi di assunzione dei nutrienti
• metodi di coltivazione dei microrganismi in laboratorio
MACROELEMENTI: necessari in elevate quantità
il 95% del peso secco (senza H2O) di una cellula è costituito da
carbonio
ossigeno
idrogeno
carboidrati, lipidi,
proteine, acidi nucleici
azoto
zolfo
macroelementi
fosforo
potassio
calcio
cofattori di enzimi
magnesio
ferro
gli elementi necessari in quantitativi ridotti (presenti in tracce) si
dicono micronutrienti e sono:
manganese
zinco
cobalto
nei siti attivi di molti enzimi o
cofattori enzimatici
molibdeno
nickel
rame
Sono componenti essenziali per la vita di una cellula ?
microrganismi classificati in gruppi nutrizionali
AUTOTROFI sono organismi che utilizzano l'anidride
carbonica (CO2) come fonte di carbonio
Fonte di carbonio
ETEROTROFI sono organismi che utilizzano come fonte di
carbonio molecole organiche ridotte
FOTOTROFI sono organismi che utilizzano la luce solare
come fonte di energia
Fonte di energia
CHEMIOTROFI sono organismi che utilizzano l'ossidazione di
composti chimici organici o inorganici come fonte di energia
LITOTROFI
sono organismi che utilizzano
l'ossidazione di composti chimici
inorganici come fonte di elettroni
ORGANOTROFI
sono organismi che utilizzano
l'ossidazione di composti chimici organici
come fonte di elettroni
mentre i MICROELEMENTI necessari alla crescita cellulare vengono
acquisiti come impurità di altri composti, i MACROELEMENTI che
entrano a far parte di molecole organiche devono essere acquisiti dalla
cellula specificamente
carbonio
ossigeno
idrogeno
azoto
zolfo
fosforo
azoto
zolfo
fosforo
molecola organica, H2O
proteine / acidi nucleici / lipidi
proteine / cofattori / vitamine
acidi nucleici / fosfolipidi / cofattori
Tutte le molecole organiche essenziali per la vita della cellula
(componenti cellulari o loro precursori) che l'organismo è incapace di
sintetizzare autonomamente si dicono FATTORI DI CRESCITA e sono
principalmente AMINOACIDI, BASI AZOTATE o VITAMINE
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Trasporto passivo: avviene secondo il gradiente di concentrazione e non
richiede un consumo di energia
Trasporto attivo: avviene contro il gradiente di concentrazione e richiede
consumo di energia.
Trasporto passivo
diffusione passiva
(CO2, H2O, O2)
diffusione facilitata
(mediata da un carrier)
(glicerolo)
Figura 4.1 Diffusione
passiva e diffusione
facilitata. Dipendenza del
tasso di diffusione dal
gradiente di concentrazione
del soluto (il rapporto tra
concentrazione extra- e
intracellulare). Si noti l’effetto
di saturazione – evidenziato
dal plateau nel grafico – che
si verifica al di sopra di uno
specifico valore del
gradiente, nel caso di
diffusione facilitata da una
proteina carrier. L’effetto di
saturazione si osserva ogni
volta che nel trasporto è
coinvolto un carrier.
Figura 4.2 Modello della
diffusione facilitata. La
proteina di membrana con
funzione di carrier può
cambiare conformazione in
seguito al legame con una
molecola di soluto esterna, che
poi viene rilasciata all’interno
della cellula.
Successivamente la proteina
riacquista la forma originale,
orientata verso l’esterno, ed è
pronta a legare un’altra
molecola di soluto. Poiché il
tutto avviene senza apporti di
energia, il soluto continuerà a
penetrare soltanto finché la
concentrazione esterna resterà
superiore a quella interna.
Trasporto attivo: contro gradiente. L'energia richiesta per trasportare una molecola
è tanto maggiore quanto maggiore è la differenza di concentrazione di quella
molecola ai due lati della membrana citoplasmatica
trasporto simultaneo di due
sostanze in direzioni opposte (es.
Na+ all’esterno e H+ all’interno)
trasporto simultaneo di due
sostanze nella stessa direzione
(es. lattosio + protone)
Figura 4.5 La traslocazione
di gruppo: il
trasporto mediato dal PTS batterico. Il sistema
fosfotransferasico fosfoenolpiruvato: zucchero (PTS) di E.
coli e di S. typhimurium. Il sistema è formato dalle
seguenti componenti: il fosfoenolpiruvato, PEP; l’enzima
I, EI; la proteina termostabile a basso peso molecolare,
HPr; e l’enzima Il, EIl. Il fosfato ad alta energia viene
trasferito da HPr a EIIA, una componente solubile
dell’enzima EII. EIIA è unito a EIIB nel sistema per il
trasporto del mannitolo, mentre è separato da EIIB nel
sistema del glucosio. Durante il trasporto attraverso la
membrana, il fosfato viene trasferito da EIIA a EIIB quindi
allo zucchero, in entrambi i sistemi. Sono possibili anche
altre forme di relazione tra le componenti di EII. Per
esempio, IIA e IIB possono formare una proteina solubile
separata dal complesso della membrana; anche in questo
caso il fosfato passa da IIA a IIB e poi al dominio (o ai
domini) di membrana.
Trasporto e assunzione del ferro
ferro essenziale perchè presente
nella struttura dei citocromi e di
molti ezimi
ione ferrico (Fe3+) poco solubile
e quindi poco disponibile per il
trasporto
secrezione di SIDEROFORI
(formano complessi con Fe3+
Figura 4.6 I complessi sideroforo-ione ferrico.
(a) Il ferricromo è una molecola di idrossamato
ciclico [—CO—N(O−)—] prodotta da molti funghi.
(b) E. coli produce l’enterobactina, un
catecolato ciclico. (c) Lo ione ferrico
probabilmente si complessa con tre siderofori a
formare un complesso esacoordinato ottaedrico;
qui è illustrato il complesso ferro-enterobactina.
• esigenze nutrizionali dei microrganismi
• meccanismi di assunzione dei nutrienti
• metodi di coltivazione dei microrganismi in laboratorio
Terreni sintetici (definiti): a composizione chimica definita; contengono il
minimo indispensabile per consentire la crescita di una particolare specie
batterica
Terreni complessi: a composizione chimica non definita; contengono
estratti di altre cellule (lievito) o di tessuti animali (Brain-Heart Infusion
Broth) o di piante (tryptic soy broth)
Terreni solidi: terreni liquidi sintetici o complessi + 1-2% di agar
AGAR: polisaccaride estratto dalle alghe che
gelifica a temperature inferiori ai 40°C.
Non tossico, non metabolizzabile dai microrganismi
uso dei terreni solidi
Terreni selettivi: terreni arricchiti con particolari composti per favorire la
crescita di specifici microrganismi o per sfavorire la crescita di altri
Terreni differenziali: terreni che permettono di differenziare alcune specie
batteriche da altre mettendo in evidenza particolari caratteristiche
metaboliche
- secrezione di proteasi: terreno contenente albumina (opaco).
alone chiaro intorno alla colonia che
degrada l’albumina
- attività emolitica:
(agar-sangue)
isolamento colture pure (striscio su piastra)
osservazione morfologia delle colonie (caratteristica di ogni specie)
conta batterica (conta vitale)
Figura 4.7 Tecnica della piastra per diffusione. Preparazione di una piastra per diffusione. (1)
Deporre con una pipetta una goccia di materiale al centro di una piastra contenente agar. (2)
Immergere un’apposita bacchetta di vetro in un beaker contenente etanolo. (3) Flambare per breve
tempo la bacchetta bagnata di etanolo e lasciarla raffreddare. (4) Distribuire uniformemente,
strisciando, il campione sulla superficie dell’agar mediante la bacchetta sterile. Incubare.
isolamento batteri da colture miste
Figura 4.9 Tecnica della
piastra per inclusione. Il
campione originale è sottoposto
a diluizioni seriali, in modo da
ridurre in misura sufficiente il
numero delle cellule microbiche
presenti. I campioni con la
diluizione più alta vengono
poimescolati con agar caldo,
quindi la miscela viene versata
in piastre di petri. Le cellule
isolate crescono formando
colonie e possono essere usate
per costituire colonie pure. Le
colonie in superficie sono
circolari, quelle al di sotto della
superficie in genere hanno
forma lenticolare.