Lez01 microorganismi Archivo

Biodegradation - "Transformation of a substance into new compounds through biochemical reactions
or the actions of microorganisms such as bacteria." - U.S. Geological Survey, 2007
Biodegradation - "A process by which microbial organisms transform or alter (through metabolic or
enzymatic action) the structure of chemicals introduced into the environment." - U.S. Environmental
Protection Agency, 2009
Biodegradation – “Breakdown of a substance catalyzed by enzymes in vitro or in vivo. This may be
characterized for purpose of hazard assessment as:
1. Primary. Alteration of the chemical structure of a substance resulting in loss of a specific property
of that substance.
2. Environmentally acceptable. Biodegradation to such an extent as to remove undesirable properties
of the compound. This often corresponds to primary biodegradation but it depends on the
circumstances under which the products are discharged into the environment.
3. Ultimate. Complete breakdown of a compound to either fully oxidized or reduced simple molecules
(such as carbon dioxide/methane, nitrate/ammonium, and water). It should be noted that the products
of biodegradation can be more harmful than the substance degraded.” – International Union of Pure
and Applied Chemistry, 1993
Biodegradability (or biodegradation potential) - "The relative ease with which chemicals [petroleum
hydrocarbons] will degrade as a result of biological metabolism." - U.S. Environmental Protection
Agency, 2009
Biodegradation ~ Biotransformation – in genere il primo termine più usato se substrati di partenza
sono xenobiotici / inquinanti
•Microorganismi: archea (archeobatteri), batteri (eubatteri) ed
eucarioti
•La membrana
•Classificazione
•Metabolismo
Eucarioti hanno nucleo e
organelli, procarioti no
Eucarioti hanno DNA lineare e
cromosomi, procarioti hanno
DNA circolare
Origine del mitocondrio:
Teoria Endosimbiotica
Phylogenetic relationships among mitochondria and alpha -Proteobacteria. A concatenated, aligned
data set of amino acid sequences corresponding to respiratory chain proteins apocytochrome b (Cob)
and cytochrome oxidase subunits 1 to 3 (Cox1-3) was used in the analysis.
Color coding indicates animals (light blue), fungi (purple), stramenopiles (orange), red algae (red),
green algae and land plants (green), jakobid flagellates (dark blue), proteobacteria (black)
CELL WALL
Gram-positive
Gli animali non hanno cell wall.
Le piante sì ma di cellulosa
Gram-negative
Saggio di Gram
L'esame si basa sulla colorazione delle cellule in coltura con un
colorante basico (per esempio cristal violetto) e lavaggio.
Successivamente il materiale organico viene trattato con una soluzione
decolorante (alcool etilico). A questo punto i batteri gram+ hanno
trattenuto il colorante basico, mentre i gram- sono grigiastri, privi di
colorazione. Per far risaltare meglio la differenza si colora quindi il
materiale con un colorante di contrasto. Dopo questo passo finale, i
batteri gram+ hanno colore violetto, mentre i gram- hanno color
giallo, rosso o arancio.
NAM: N-acetylmuramic acid
NAG: N-acetylglucosamine
I micoplasmi sono fra i
pochissimi batteri senza cell wall
Il peptidoglicano è chimicamente diverso fra Gram+ e GramLa penicillina inibisce la sintesi dei peptidoglicani
Nei Gram-negativi vi sono due sequenze
direttamente legate: [L-Ala / D-Glu /
DAP / D-Ala] lega con il gruppo
amminico del DAP il gruppo
carbossilico della D-Ala terminale della
sequenza [L-Ala / D-Glu / DAP / DAla].
Nei Gram-positivi invece due sequenze
in parte simili sono collegate da un
ponte peptidico, costituito nel caso più
semplice da glicine:[ L-Ala / D-Glu/ LLys / D-Ala] il ponte si instaura tra la LLys e la D-Ala terminale della catena
[L-Ala / D-Glu/ L-Lys / D-Ala].
Archea
Diversa composizione della
membrana cellulare
Diversa struttura chimica del cell wall
(no acido muramico, no D-aminocidi)
Eucarioti
Piante, animali, funghi, protisti
La classificazione degli organismi (tassonomia) è gerarchica
Dominio
Regno
Phylum
Classe
Ordine
Famiglia
Genere
Specie
Il moscerino della frutta:
Eukarya Animalia Arthropoda Insecta Diptera Drosophilidae
Drosophila melanogaster
Classificazione convenzionale: sulla base di alcune caratteristiche
Cell shape
Cell wall constituents
Cell size
Energy sources
Colonial morphology
Fermentation products
Ultrastructural
characteristics
Growth temperature optimum & range
Staining behaviour
Osmotic tolerance
Mechanism of motility
Oxygen relationships
Cellular inclusions
pH optimum & growth range
Carbon & nitrogen
sources
Sensitivity to metabolic inhibitors &
antibiotics
Evoluzione delle specie è legata alla tassonomia
P.es.
Moscerino: Eukarya Animalia Arthropoda Insecta Diptera
Drosophilidae Drosophila melanogaster
Zanzara: Eukarya Animalia Arthropoda Insecta Diptera
Nematocera Aedes aegypti
Storia dell’evoluzione
La crescita batterica
Nella fase esponenziale N(t)= N0*2n dove n è il numero di
generazioni trascorse
Quest’equazione può essere usate per esempio per calcolare
la velocità di riproduzione
Diluizione 10-2
Conta dei batteri
Diluizione 10-6
Tipi nutrizionali
•Fonti di energia
•Fonti di carbonio
•Fonti e Accettori di elettroni
Fonte di Carbonio
CO2
Autotrofi
Carbonio Organico
FOTOAUTOTROFI
CHEMIOAUTOTROFI
Eterotrofi
cianobatteri
streptococchi
Nutritional Types:
Major Nutritional
Types:
Sourges of Energy,
Hydrogen/Electrons, Carbon:
Representative Microorganisms:
Photolithotrophic
autotrophy:
Light energy
Inorganic hydrogen/electron (H/e) donor
CO2 carbon source
Algae; purple & green sulphur
bacteria; blue-green bacteria
(Cyanobacteria)
Photoorganotrophic
heterotrophy:
Light energy
Organic (H/e-) donor
Organic carbon source (CO2 may
also be used)
Purple non-sulphur bacteria; green
non-sulphur bacteria
Chemolithotrophic
autotrophy:
Chemical energy source
(inorganic)
Inorganic (H/e-) donor
CO2 carbon source
Sulphur-oxidizing bacteria;
hydrogen bacteria; nitrifying
bacteria; iron bacteria
Chemoorganotrophic
heterotrophy:
Chemical energy source (organic)
Organic (H/e-) donor
Organic carbon source
Protozoa; fungi; most
nonphotosynthetic bacteria
Anaerobic
Respiration
• uses electron
carriers other
than O2
• generally yields
less energy
because E0 of
electron acceptor
is less positive
than E0 of O2
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Metabolismo batterico
• Donatore di elettroni
• Composto organico
• Composto inorganico
chemioorganotrofi
litotrofi
• Accettore di elettroni
• Ossigeno
• Altro accettore inorganico
• Intermedio organico
aerobi
anaerobi
fermentanti
The processes used by organisms to obtain energy and to do
chemical work are the basis of the functioning of ecosystems.
2
Summary of Metabolism
Opp. composti
inorganici
ossidati
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Fotosintesi
•Ossigenica e non (anossigenica)
Fototrofi
Utilizzano la luce come fonte di
energia
Fotoautotrofi
CO2 come fonte di carbonio
Fotoeterotrofi
usano carbonio organico
Fotoautotrofi
A ossidante
5 tipi di batteri fotosintetici
1.
batteri purpurei non sulfurei
2.
solfobatteri verdi
3.
solfobatteri purpurei
4.
cianobatteri
5.
eliobatteri
potere riducente
prodotto ossidato
fonte di carbonio
crescita eterotrofa
batteri purpurei
non sulfurei
H2, organica ridotta
organica ossidata
CO2, mat organica
comune
Sofobatteri
purpurei
H2S
SO42CO2
limitata
Solfobatteri
verdi
H2S
SO42CO2
limitata
Cianobatteri Eliobatteri
H2O
O2
CO2
limitata
Lattato, mat organica
organica ossidata
Lattato, piruvato
necessaria
Fotosintesi
Batterioclorofilla*
nei batterei
verdi
sulfurei
Chl a
FeS
Fd
E (V)
NADH
Chinoni
bc1
c553
Batterioclorofilla
Fotosintesi e fissazione della CO2
Fotosintesi
nei batterei
purpurei
P870*
Bph
NAD(P)H
E0(V)
Chinoni
bc1
c2
P870
Luce
Batterioclorofille e
Bacteriofiofitina del
centro di reazione
Gradiente
protonico
Flusso di protoni
Arrangiamento dei complessi proteici nella membrana fotosintetica di un batterio purpureo
fotosintetico. Il gradiente protonico generato dalla luce è usato nella sintesi di ATP dalla
ATS sintasi.
LH, Light-harvesting bacteriochlorophyll complexes; RC, reaction center; Bchl,
bacteriochlorophyll; Bph, bacteriopheophytin; Q, quinone; FeS, iron-sulfur protein; bc1,
cytochrome bc1 complex; c2, cytochrome c2.
La fotosintesi ossigenica parte dalla acqua e genera O2.
I fototrofi ossigenici ottengono la loro energia dalla luce.
Sempre la luce fornisce L’energia che consente di
ossidare l’acqua a ossigeno e fissare la CO2 producendo carbonio
organico.
Cianobatteri
• Fotosistema I, PSI, simile a quello dei solfobatteri
verdi, Intervallo redox da NADP/NADPH
• FotosistemaII, PSII. simile a quello dei batteri
purpurei non sulfurei. Intervallo redox da H20/O2,
fotolisi, attraverso il sistema S, che assorbe 4 cariche
positive che estraggono 4 elettroni dall’acqua.
Il NADPH è
usato nel
Ciclo di
Calvin per
fissare la CO2
Fotosintesi nelle
piante