Regno Monera

Regno Monera
Prof.ssa Elena Truffo
Anno scolastico 2004/05
I procarioti
• Sono di gran lunga i viventi più numerosi e
diffusi sulla terra
• Vivono in ogni tipo di ambiente, anche in quelli
più estremi (all’interno delle rocce, sotto il
permafrost, nel fondo degli oceani, nei
deserti, in sorgenti di acqua bollente, in
soluzioni con pH 1-2, …)
• Sono organismi unicellulari privi di organuli
delimitati da membrane e provvisti di un
singolo cromosoma che contiene tutto il loro
DNA
•
La cellula procariote
E’ caratterizzata soprattutto dalla
mancanza di organuli delimitati da
membrane da ribosomi più piccoli, da
flagelli diversi. Le reazioni
biochimiche avvengono su pieghe del
plasmalemma. Il DNA si trova in una
struttura a forma di anello
(nucleoide) o anche in frammenti più
piccoli (plasmidi). La parete cellulare
negli eubatteri è costituita in genere
da peptidoglicani (polimeri di
carboidrati con corte catene di
aminoacidi) associati a proteine e
altre sostanze mentre mancano negli
archeobatteri. Quasi sempre la
parete è avvolta da un rivestimento
di polisaccaridi o proteine (capsula o
glicocalice), che dà protezione alla
cellula e la fa aderire al substrato.
Ha in genere dimensioni dell’ordine di
pochi micron (mm). I batteri possono
formare cellule quiescenti di
resistenza, con pareti ispessite
(endospore), che possono resistere
alla bollitura e restare dormienti per
millenni.
Metabolismo
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Batteri aerobi: utilizzano ossigeno libero come accettore di elettroni nella
respirazione.
Batteri anaerobi: non necessitano della presenza di ossigeno. Svolgono la
fermentazione. Possono essere anaerobi obbligati (che vengono uccisi
dall'ossigeno) o facoltativi.
Batteri eterotrofi: incapaci di sintetizzare zuccheri a partire dalla CO2
Comprendono batteri in massima parte saprofiti (decompositori), ma anche
parassiti (compresi i patogeni) e simbionti.
Batteri autotrofi fotosintetici: utilizzano energia luminosa per ridurre la CO2 a
carboidrati. Comprendono batteri che usano H2O come fonte di elettroni e
producono O2 e batteri sulfurei e verdi che usano in genere H2S come fonte di
elettroni e producono S.
Batteri autotrofi chemiosintetici: utilizzano l’energia derivante dall’ossidazione
di composti inorganici per ridurre la CO2. Comprendono i batteri nitrosanti e
nitrificanti, che mineralizzano l’N della sostanza organica decomposta,
ossidandolo da NH4+ a nitrito (NO2-) e nitrato (NO3-). Comprendono anche ferrobatteri che ossidano ferro, solfo-batteri che ossidano S, idrogeno-batteri che
ossidano H, e altri (chemiosintetici che ossidano rame, molibdeno, arsenico, ecc.).
Batteri azotofissatori: fissano l’N2 atmosferico. Azotofissatori si trovano nei più
diversi gruppi di microrganismi: batteri liberi nel substrato (sia aerobi che
anaerobi) e batteri simbionti (noduli radicali di piante leguminose simbionti con
varie spp. di Rhizobium; simbiosi nelle radici di Alnus).
Riproduzione
• Le cellule batteriche si
moltiplicano per scissione
binaria: il materiale genetico si
duplica e si distribuisce ai due
poli della cellula batterica, la
quale si allunga e alla fine si
divide in due cellule figlie
identiche alla cellula madre.
Alcuni batteri si riproducono
ogni 20-40 minuti.
Ricombinazione genetica
• I batteri possono scambiare geni
mediante:
– coniugazione: i plasmidi possono essere
trasferiti da un batterio a un altro
attraverso un contatto tra due cellule.
– trasduzione: il DNA viene trasferito dai
virus batterici o batteriofagi
– trasformazione: il DNA viene inglobato
nella cellula batterica direttamente
dall'ambiente esterno.
Batteri e malattie
• Sono note circa 200 specie di batteri
patogeni, responsabili di numerose malattie
dell'uomo. Il grado di patogenicità può variare
a seconda della virulenza della specie
batterica e delle condizioni generali
dell'organismo ospite. Fra le malattie
batteriche più gravi vi sono colera, tetano,
gangrena gassosa, lebbra, peste,
dissenteria, tubercolosi, sifilide, febbre
tifoide, difterite, brucellosi e polmonite.
• Alcuni batteri causano malattie producendo
sostanze velenose dette tossine
Tossine
• Le esotossine sono costituite da proteine
prodotte dai batteri gram + e secrete
nell’ambiente circostante. Ad es. il tetano è
una malattia causata da una esotossina
• Le endotossine sono costituite da lipidi e
carboidrati associati alla parte esterna della
membrana dei batteri gram – e non sono
rilasciate finchè il batterio muore. Causano
febbre, debolezza, dolori,…
Deterioramento dei cibi
• Alcuni batteri sono responsabili del
deterioramento di cibi come la carne, il vino,
la verdura, il latte e i latticini. L'azione di
questi microrganismi produce un'alterazione
delle caratteristiche chimiche dell'alimento, il
quale in alcuni casi presenta semplicemente
una variazione di aspetto o di gusto, mentre in
altri casi può causare gravi forme di
avvelenamento alimentare, come ad es. nel
botulismo
Batteri utili
• Alcuni batteri svolgono ruoli importanti
in numerosi processi industriali, come
nella fermentazione necessaria alla
produzione di formaggi e yogurt. I
batteri sono, inoltre, utilizzati per la
concia delle pelli, l'insilamento del
foraggio, la produzione di tabacco, fibre
tessili, farmaci, enzimi e detergenti
Antibiotici
• Diversi microrganismi, tra cui alcune
specie di funghi e batteri, producono
sostanze chimiche in grado di
interferire con i processi vitali di
determinati ceppi batterici. Queste
sostanze, che comprendono la
pennicillina e la streptomicina, sono
chiamate antibiotici e possono uccidere i
batteri o impedire loro di crescere e di
riprodursi.
La sistematica
• Vengono suddivisi in
due domini:
– Archeobatteri
– Eubatteri
Differenze tra i 2 domini
Principali
caratteristiche
Eubatteri
Archeobatteri
Sequenze di RNA
molte sono specifiche molte sono uguali a
degli eubatteri
quelle eucariote
RNA polimerasi
relativamente piccola complessa; simile agli
e semplice
eucarioti
Introni
assenti
presenti in alcuni
geni
Sensibilità agli
antibiotici
inibita
non inibita
Peptidoglicani nella
parete
presente
assente
Lipidi di membrana
catene di C non
ramificate
catene di C
ramificate
Archeobatteri
• Sono i più antichi organismi viventi sulla terra.
• Vivono in condizioni estreme
• Si dividono in 3 phyla:
– Metanobatteri (producono energia convertendo H2
e CO2 in metano)
– Alofili (vivono in luoghi con un alto contenuto di
sali)
– Termoacidofili (vivono in luoghi con temperature
elevate e con pH inferiore a 2)
Eubatteri
• Sono più complessi e comuni degli
archeobatteri
• Si dividono nei seguenti phyla:
– Cianobatteri (sono fotosintetici)
– Spirochete (sono gram -, a forma di spirale e
eterotrofi. Una specie causa la sifilide)
– Batteri gram + (comprendono batteri utili come i
lattobacilli e altri che causano malattie come la
scarlattina)
– Proteobatteri (comprendono gli azotofissatori, i
batteri enterici e i chemioautotrofi)
– Chlamidie
Proteobatteri
Chlamidie
Spirochete
Gram Positivi
Cianobatteri
    
Ai domini
archaea ed
eucarya
Antenato comune
Classificazione
• Gli eubatteri possono essere classificati
in base:
–
–
–
–
Alla forma
Ai raggruppamenti
Alla respirazione
Alla colorazione gram
… in base alla forma e al
raggruppamento
•
•
•
•
•
•
Cocchi di forma sferica
Bacilli con forma a bastoncino
Spirilli con forma ondulata
Diplo se raggruppati in due
Strepto se formano una catena
Stafilo se formano una colonia
… in base alla colorazione gram
• Tecnica
– Cellule su un vetrino sono colorate
con un colorante viola
(cristalvioletto)
– Le cellule sono lavate con acqua
– Una soluzione di ioduro è applicata
sulle cellule
– Il vetrino è lavato con alcol
– Infine le cellule sono ricolorate con
un colorante rosa (safranina)
Risultati
- Gram + appaiono viola perché hanno
trattenuto il cristalvioletto
- Gram – appaiono rosa perché hanno
trattenuto il colorante rosa
La colorazione dipende dalla struttura
della parete cellulare
I batteri gram positivi hanno uno strato di peptidi spesso
che trattiene il cristalvioletto, i gram negativi hanno uno
strato di peptidi sottile
… in base alla respirazione
• Batteri aerobi: utilizzano ossigeno
libero come accettore di elettroni
nella respirazione.
• Batteri anaerobi: non necessitano
della presenza di ossigeno. Svolgono
la fermentazione. Possono essere
anaerobi obbligati (che vengono
uccisi dall'ossigeno) o facoltativi.
Evoluzione
• Si ritiene che i primi viventi apparsi sulla terra, circa
3.5 miliardi di anni fa o anche più, fossero del tipo
degli attuali procarioti. I primi organismi
fotosintetici, simili agli attuali cianobatteri,
sarebbero apparsi in seguito, probabilmente tra 2 e
3.4 miliardi di anni fa. A loro si deve la massiccia
produzione di ossigeno che portò alla trasformazione
della primitiva atmosfera riducente in atmosfera
ossidante in grado di ospitare la vita degli organismi
eucarioti aerobi, che necessitano di ossigeno per la
respirazione. Conseguenza dell’abbondanza di O2
nell’atmosfera fu anche la formazione dello strato di
ozono che schermando le letali radiazioni UV consentì
l’emersione dei viventi dall’acqua.
Dai procarioti agli eucarioti
• Gli eucarioti sono apparsi circa 1,8 miliardi di
anni fa. Queste prime cellule si sono evolute
da cellule procariote dopo che la membrana
plasmatica si è ripiegata e ha formato organuli
delimitati da membrana. Cloroplasti e
mitocondri probabilmente si sono evoluti da
procarioti fotoautotrofi e chemioautotrofi
inglobati dalle prime cellule eucariote (teoria
dell’endosimbiosi)
Origine cellula eucariote