MOD: 1 DALLA CELLULA AI MICRORGANISMI
Cellula animale
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Cellula vegetale
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UD: 1 LA CELLULA
Dove si trovano le cellule?
Le cellule sono le unità strutturali e funzionali degli esseri viventi. Il nostro mondo è popolato
da numerosissimi organismi viventi, alcuni sono unicellulari (cioè costituiti da una sola
cellula), altri pluricellulari (costituiti da più cellule).
Gli organismi unicellulari, come batteri e protozoi, sono invisibili all’occhio, ma avvertibili per
i fenomeni a cui danno origine (ad esempio, l’azione dei lieviti o le malattie provocate proprio
da batteri e protozoi).
Non vi è goccia d’acqua o particella di terreno che non contenga centinaia di organismi
unicellulari. Molti vivono autonomamente, mentre alcuni sono parassiti (vivono a spese degli
altri).
Amoeba proteus: questo organismo si muove fluendo attraverso gli pesudopodi,estensioni
del citoplasma.
Vorticella: questo organismo unicellulare possiede una appendice retrattile che gli consente
di muoversi
Lungo l’arco di vita della Terra, per oltre due miliardi e mezzo di anni, gli organismi unicellulari
dominarono la biosfera. Le singole cellule di alghe e batteri erano piccoli organismi
completamente autonomi e dovevano fare da sole ogni cosa: catturare il cibo, trasformarlo
per assimilarlo, muoversi, eliminare le scorie, reagire agli stimoli, etc…
Perfezionandosi, l’organismo unicellulare cominciò ad aumentare le proprie dimensioni e, in
risposta, spesso aumentò il numero di nuclei che, in alcune amebe (organismo unicellulare),
arriva fino a 50 per cellula (cellule polinucleate).
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Una forma intermedia tra quella unicellulare e quella pluricellulare è l’associazione di singole
cellule in colonie. Le colonie di cellule differiscono dai veri organismi pluricellulari in quanto
le singole cellule mantengono un elevato grado di indipendenza funzionale.
Ad un certo punto l’evoluzione puntò su un nuovo tipo di vivente: l’organismo pluricellulare.
Preludio alla sua comparsa fu l’associazione di organismi unicellulari in piccole colonie, nelle
quali, attraverso una certa suddivisione dei compiti, fu possibile raggiungere una migliore
funzionalità dell’insieme.
Alcune cellule si dedicarono alla riproduzione, altre alla nutrizione, altre ancora al
galleggiamento della colonia, fino a che le singole cellule non seppero più vivere
isolatamente, segnando così la nascita e le ragioni del successo dell’organismo pluricellulare.
Quali sono le dimensioni e le forme delle cellule?
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Il mondo della cellula sfugge alla nostra osservazione diretta perché le cellule sono molto
piccole. Per misurarle si deve ricorrere ad unità di misura appropriate, come il micrometro (1
μm = 10-6 m), il nanometro (1 nm = 10-9 m).
Di norma le dimensioni della cellula si aggirano tra i 10 e i 50 μm; ma non mancano esempi
che superano questi valori (per esempio la cellula del lievito, che provoca il fenomeno della
lievitazione del pane, si aggira sui 5 mm) o che si collocano al di sotto (per esempio la cellula
batterica, la più piccola in assoluto, può avere dimensioni anche inferiori al micrometro).
Perché le cellule sono piccole?
Nel corso dell’evoluzione le dimensioni delle cellule si sono conservate relativamente piccole
per la necessità di mantenere un rapporto ottimale con l’ambiente, da cui ogni cellula trae le
sostanze nutritive. La cellula, attraverso la sua superficie, introduce le sostanze nutritive
dall’ambiente esterno ed elimina le sostanze di rifiuto. In una cellula troppo grande, le
sostanze nutritive richiederebbero tempi troppo lunghi per diffondere dalla superficie
all’interno e altrettanto inefficace risulterebbe l’allontanamento delle sostanze di rifiuto. Si è
visto infatti che, nella maggior parte delle cellule, l’attività biochimica si limita a 15-25 μm al di
sotto della superficie cellulare. Trova così una spiegazione il fatto che quando la cellula è
sede di un’intensa attività metabolica e quindi ha bisogno di rapidi scambi con l’ambiente,
essa è tendenzialmente più piccola rispetto alle cellule meno attive.
Quando infatti una cellula si accresce, il volume aumenta più rapidamente della superficie; se,
per esempio, si ipotizza che la cellula abbia una forma sferica, il rapporto superficie/volume
diminuisce rapidamente all’aumentare del raggio.
Ciò determina uno squilibrio ‘nutrizionale’ sempre maggiore perché la superficie non riesce
più a garantire scambi con l’ambiente adeguati alla massa cellulare.
Come è fatta una cellula?
Tre importanti caratteristiche accomunano tutte le cellule:
1. Una membrana racchiude la cellula e la separa dall’esterno;
2. Tutte le cellule contengono DNA.
3. Nell’interno della cellula si trova una matrice semi-liquida, il citoplasma, che contiene, le
sostanze necessarie alla vita della cellula (zuccheri, amminoacidi, proteine e compartimenti
specializzati chiamati orfanelli).
Le membrane in generale sono associazioni lipo-proteiche in cui i componenti sono tenuti
assieme, in un foglietto sottile, da legami non covalenti.
La membrana plasmatica separa la cellula dall’ambiente in cui vive; inoltre:
• fornisce una barriera selettiva che consente lo scambio di certe sostanze ma impedisce il
passaggio di altre;
• contiene i recettori per rispondere all’ambiente esterno;
• fornisce una struttura di sostegno.
• Nei procarioti (batteri) la maggior parte del materiale genetico risiede in un DNA circolare:
tipicamente si trova in un area non separata dal resto della cellula.
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• Il DNA degli eucarioti, invece, è contenuto in un nucleo.
• Il nucleo è pertanto l’organello che contiene il materiale genetico negli eucarioti; ha una
struttura complessa, circondata da un involucro nucleare (membrana).
Il citoplasma è tutto ciò che si trova all’interno della cellula, escluso il nucleo per le cellule
eucariotiche o il nucleoide (area non separata da resto della cellula) per le cellule
procariotiche.
Quindi le cellule procarioti si trovano solo fra i batteri e, viceversa, tutti i batteri sono
procarioti.
Tutti gli altri tipi di organismi (protisti, funghi, piante, ed animali) sono composti da cellule
eucarioti.
Come si riproducono le cellule?
La riproduzione è un meraviglioso processo attraverso il quale si determina la continuità delle
specie: gli organismi, infatti, inevitabilmente muoiono, ma possono "trascendere" il tempo
producendo discendenti a loro volta in grado di riprodursi, garantendo in tal modo la
autoconservazione della materia vivente..
Fra tutte le caratteristiche degli esseri viventi quella della riproduzione è sicuramente la più
importante: una specie che non si riproduce è destinata inevitabilmente all’ estinzione. La
funzione riproduttiva tuttavia non è indispensabile al benessere del singolo individuo poiché
se uno qualsiasi degli organi riproduttori, o anche l’intero apparato venisse rimosso,
quell’individuo continuerebbe tranquillamente a vivere. La riproduzione, in altri termini, serve
a conservare la specie non il singolo individuo.
Come le altre funzioni della vita anche la riproduzione ha assunto nel corso dell’evoluzione
forme diverse e sempre più complesse. Tuttavia, nonostante la grande varietà del processo
riproduttivo, esso può riportarsi a due soli tipi fondamentali: riproduzione asessuata e
riproduzione sessuata.
La riproduzione asessuata è il più comune e frequente processo riproduttivo in molti (per es:
i batteri, lieviti e funghi).
Nella riproduzione asessuata un individuo produce discendenti geneticamente simili tra loro e
all'individuo che li ha generati. In definitiva, la riproduzione asessuata è un processo
"conservativo" in grado di trasmettere invariate le caratteristiche parentali ai discendenti.
Questo processo risulta particolarmente efficiente nel caso che le condizioni interne ed
esterne (ambientali) rimangono favorevoli: in questo caso le generazioni successive si
adattano e sopravvivono bene come le precedenti.
Tra le più comuni forme di riproduzione asessuata vi sono:
- scissione (per es: nei batteri)
- gemmazione (per es: nei lieviti)
- spore riproduttive (per es: nei funghi)
La scissione è un meccanismo molto semplice di divisione; il DNA si duplica e le due copie
ottenute vengono separate dalla membrana cellulare che cresce e si interpone fra di esse. E’
il meccanismo usato dai batteri che consente loro di proliferare molto velocemente: una
popolazione di batteri può raddoppiare la consistenza numerica ogni 20 -40 minuti.
Anche se una vera e propria riproduzione sessuale è assente, alcuni batteri sono capaci di
coniugazione per cui un frammento di DNA passa da una cellula all’altra.
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cui un fra
La gemmazione consiste nella produzione di piccoli gruppi di cellule (gemme) in diverse
regioni del corpo del genitore; successivamente tali gemme si sviluppano in adulti, che
possono restare attaccati al corpo del genitore (colonie) o separarvisi e condurre vita libera.
La sporulazione consiste nella formazione di particolari cellule riproduttive, munite di una
spessa parete di protezione che permette loro di resistere a condizioni avverse, in grado di
generare un nuovo individuo in contesti ambientali favorevoli.
La riproduzione sessuata avviene per fusione di due apposite cellule riproduttive provenienti
da genitori geneticamente differenti.
Come si classificano gli organismi?
Ci sono due modi con cui classificare gli organismi, uno in base all’ambiente in cui vivono e
l’altro in base a come ottengono energia e carbonio necessari per sintetizzare il materiale
cellulare.
Classificazione in base all’ambiente: organismi aerobici vivono in presenza di ossigeno,
organismi anaerobici vivono in assenza di ossigeno.
Classificazione in base a come ottengono energia e carbonio.
Ci sono due grandi categorie in cui suddividere gli organismi in base alla loro fonte di energia:
i fototrofi: usano come energia la luce del sole
i chemiotrofi: usano come energia composti chimici che vengono ossidati
Lo schema seguente chiarisce meglio la suddivisione:
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Quando si parla di ambiente in cui vive un organismo non ci si limita a valutare la presenza o
meno di ossigeno, ma si considera anche la temperatura, il pH, la concentrazione salina.
Questi fattori sono importanti per valutare le condizione di crescita di un organismo.
Come osservare una cellula?
L’inadeguatezza del nostro occhio nell’osservazione della cellula va addebitata al suo scarso
potere risolutivo, cioè la distanza minima al di sotto della quale non siamo più in grado di
vedere due punti distinti (circa 1/10 di millimetro).
Per poter risolvere e quindi ‘vedere’ oggetti le cui dimensioni sono inferiori al potere risolutivo
dell’occhio, dobbiamo ricorrere a strumenti ottici dotati di potere risolutivo maggiore. Il più
semplice tra essi è, senza dubbio, la comune lente di ingrandimento.
Più complessi, ma con prestazioni molto superiori così da consentirci di indagare nelle intime
strutture biologiche, sono i microscopi, capaci di scrutare sempre più a fondo, in quel mondo
infinitamente piccolo che sfugge alla nostra percezione visiva.
La comprensione che ogni essere vivente è costituito da cellule e l’introduzione in un mondo
fino ad allora invisibile avvennero grazie alla realizzazione nel ‘600, del primo strumento
capace di amplificare notevolmente le capacità risolutive dell’occhio umano: il microscopio.
Dal microscopio messo a punto da Leeuwenhoek (1632-1723) a oggi, la cellula ha rivelato in
modo sempre più completo la propria architettura interna grazie al perfezionarsi degli
strumenti: al microscopio ottico si è aggiunto quello elettronico.
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UD: 2 I MICRORGANISMI
I microrganismi sono organismi talmente piccoli da non poter essere osservati ad occhio
nudo, ma tramite l’utilizzo di un microscopio. I microrganismi comprendono: virus, batteri,
funghi, protozoi ed alcuni tipi di alghe.
I microrganismi possono essere:
- causa di malattie che colpiscono il regno vegetale ed animale;
- causa di degradazione degli alimenti;
- essenziali per la vita;
- necessari per i cicli geochimici e la fertilizzazione del suolo;
- utilizzati come biomassa e produttori di farmaci e molecole per uso industriale.
Quest’ultimo punto è quello che ci interessa.
I microrganismi impiegati nella fermentazione industriale sono essenzialmente funghi e
batteri. In particolare, dei funghi vengono impiegate alcune specie appartenenti sia alle forme
unicellulari, chiamati comunemente lieviti, sia ad altre pluricellulari a struttura filamentosa
chiamate con il nome generico di muffe.
Dal punto di vista pratico, i microrganismi utilizzabili devono avere le seguenti caratteristiche:
- crescita (intesa come riproduzione) rapida su substrati economici
- coltura facile ed abbondante
- rese elevate e minimo consumo di energia
1.1 Funghi
I funghi o miceti costituiscono un gruppo di organismi eterotrofi. Vi sono forme unicellulari
come i lieviti, ma la maggior parte delle specie è costituita da masse di filamenti pluricellulari
dette ife (tra cui troviamo le muffe).
Da un punto di vista cellulare, i funghi hanno cellule con una parete cellulare costituita da
chitina (un polisaccaride della N-acetil-glucosammina, presente anche nell’esoscheletro degli
insetti). Invece i vegetali hanno una parete costituita da cellulosa (un polisaccaride del
glucosio). La chitina, rispetto alla cellulosa è molto più resistente alla degradazione da parte
dei microbi, al caldo, al freddo e alla siccità.
I lieviti sono funghi unicellulari eucarioti. I lieviti industriali presentano cellule di varie forme:
ovali o anche filiformi. La loro riproduzione avviene per via asessuata con formazione di
alcune gemme sulla superficie della cellula (gemmazione). I lieviti sono organismi aerobi
facoltativi, cioè in grado di vivere anche in condizioni anaerobiche.
Tra loro ricordiamo: Saccharomyces cerevisiae utilizzato nella panificazione e nella
fermentazione alcolica per la produzione di etanolo; Saccharomyces carlsbergensis utilizzato
nella produzione della birra
Le muffe sono microrganismi eucarioti. Le muffe hanno una struttura filamentosa. Le loro
riproduzione è per via asessuata. Le muffe sono aerobi stretti e per svilupparsi necessitano di
molto ossigeno.
Tra loro ricordiamo: aspergillus niger produzione di acido citrico; penicillum ed altri per la
produzione di antibiotici
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1.2 I batteri
I batteri sono microrganismi unicellulari procarioti; si distinguono in due gruppi principali:
archeobatteri ed eubatteri. I primi vivono spesso in situazioni di temperatura e pH molto
inospitali, ma hanno caratteristiche (metaboliche, genetiche, strutturali) simili agli eucarioti. Gli
eubatteri comprendono la maggior parte dei restanti batteri.
A seconda della forma si distinguono:
- Bacilli: a bastoncino
- Cocchi: a sfera; se si dispongono a coppia si chiamano diplococchi, a catena si chiamano
streptococchi, a grappolo si chiamano stafilococchi.
- Spirilli: a spirale
- Vibrioni: a virgola
- Spirochete: con più curve
I batteri hanno in comune una struttura di base, che comprende una parete cellulare e, al di
sotto della parete, una membrana cellulare: su di essa si trovano quasi tutti gli enzimi che
svolgono le reazioni metaboliche, poiché i batteri sono privi di organuli intracellulari, tranne i
ribosomi (in cui si sintetizzano le proteine). Manca una membrana nucleare, poiché il
materiale genetico è a contatto col citoplasma (infatti sono procarioti). Possibile presenza di
uno o più flagelli, atti al movimento. La parete cellulare può essere rivestita esternamente da
una capsula, formata di regola da polisaccaridi secreti dai batteri. La presenza della capsula
conferisce alle colonie batteriche un aspetto "liscio", mentre quelle prive di capsula
manifestano un aspetto "rugoso". La funzione della capsula è di proteggere la cellula
procariota dalla fagocitosi e dai virus.
La membrana cellulare (o citoplasmatica) ha una struttura a mosaico fluido come quella
degli eucarioti e contiene lipidi e proteine. Le principali funzioni della membrana sono:
barriera semipermeabile, piattaforma di supporto per enzimi della catena respiratoria e delle
biosintesi di fosfolipidi di membrana, di polimeri della parete e del DNA.
La parete cellulare presenta una struttura notevolmente diversa a seconda che si tratti di
batteri gram-positivi o gram-negativi, anche se il peptidoglicano costituisce la sostanza
universalmente presente nella parete cellulare dei batteri. Nei batteri gram-negativi lo strato di
peptidoglicano è piuttosto sottile, con uno spessore di circa 50-100 Å ed esternamente al
peptidoglicano hanno una membrana esterna di spessore di circa 75-100 Å. La maggioranza
dei batteri gram-positivi ha invece una parete cellulare relativamente spessa (circa 200-800
10
Å), in cui al peptidoglicano sono covalentemente legati altri polimeri, quali acidi teicoici,
polisaccaridi e peptidoglicolipidi.
I batteri vengono industrialmente utilizzati nella fermentazione acetica (produzione di aceto
per uso alimentare); fermentazione lattica (produzione di acido lattico per uso industriale,
tessile, farmaceutico e nelle materie plastiche); produzione di amminoacidi e produzione di
vitamina C.
1.3 Coltivazione e crescita dei microrganismi
La popolazione microbica presente nel nostro ambiente è grande e complessa. Molte
differenti specie microbiche abitano normalmente varie parti del nostro corpo (orale,
intestinale, cutanea) ed in modo analogo il nostro ambiente (aria, suolo, acqua).
I batteri o gli altri microrganismi, quando crescono su un terreno di laboratorio, sono chiamati
coltura. Una coltura pura è costituita da una popolazione di cellule derivate tutte da un’unica
cellula madre. Essa rappresenta una condizione artificiale per l’accrescimento dei batteri ed è
una condizione imposta da manipolazioni di laboratorio.
Una condizione per poter studiare i microrganismi è poterli coltivare nelle condizioni di
laboratorio. Per questo scopo si devono conoscere quali sostanze nutritizie e quali condizioni
fisiche essi richiedono. Tali informazioni hanno consentito di sviluppare numerosi terreni o
mezzi per la loro coltura.
Le esigenze nutrizionali dei microrganismi riguardano:
Energia: gli organismi fototrofi necessitano di energia luminosa, mentre gli organismi
chemiotrofi traggono l’energia dall’ossidazione dei composti chimici.
Sorgente di carbonio: gli organismi autotrofi necessitano di CO2, mentre gli organismi
eterotrofi di composti organici
Sorgente di azoto: azoto atmosferico, azoto inorganico, azoto proteico.
Sorgente di zolfo e fosforo: composti organici ed inorganici dello zolfo, zolfo elementare e
fosfati.
Elementi metallici: Mg, Na, Fe, K, ecc…
Acqua: tutte le sostanze nutritizie devono essere in soluzione acquosa.
Esigenze gassose: aerobi (crescono in presenza di ossigeno libero), anaerobi (crescono in
assenza di ossigeno libero), anaerobi facoltativi (crescono sia in presenza che in assenza di
ossigeno libero), microaerofili (crescono in presenza di piccole quantità di ossigeno).
Crescita cellulare
La crescita è la risposta delle cellule viventi alle caratteristiche dell’ambiente in cui si trovano;
la crescita di cellule viventi, che si manifesta con un aumento della concentrazione (nel senso
del numero di individui) e/o delle dimensioni delle cellule, può avvenire in condizioni fisiche,
chimiche e nutrizionali assai diverse ed è sostanzialmente accompagnata da due fenomeni:
- assunzione di nutrienti dall’ambiente esterno
- rilascio dei prodotti del metabolismo.
Studiare la crescita batterica significa analizzare come il numero di individui di una
popolazione varia rispetto al tempo. Quindi sarà rappresentata da un grafico che avrà in
ordinata la concentrazione ed in ascissa il tempo.
Il mezzo di crescita è un sistema complesso, perché la composizione comprende molte
sostanze, le caratteristiche chimico-fisiche fisiche (pH, temperatura, forza ionica, proprietà
reologiche), che servono per la crescita, sono molte ed inoltre tutte queste variabili cambiano
mentre la coltura cresce.
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Per esempio: le cellule consumano nutrienti, sottraendoli al mezzo di crescita e convertendoli
in prodotti che vengono rilasciati nel mezzo stesso; inoltre, le cellule generano calore e la
temperatura del mezzo condiziona la crescita. Infine, esistono interazioni meccaniche, nel
senso che il mezzo esercita una pressione idrostatica e forze di flusso, mentre l’accumulo di
cellule e di prodotti provoca una variazione nella viscosità e nella densità dell’ambiente.
In secondo luogo, non si può trascurare il fatto che ogni singola cellula rappresenta un
sistema a molti componenti con un alto livello di complessità e non necessariamente
omogeneo nello spazio; all’interno di ogni cellula, poi, avvengono simultaneamente molte
reazioni chimiche tipiche del metabolismo cellulare, soggette a controlli interni che
determinano la capacità della cellula stessa di adeguarsi - più o meno prontamente - alle
condizioni ambientali esterne.
Oltre a ciò, vanno considerate le diversità tra cellula e cellula non solo rispetto a posizioni
diverse nel sistema di reazione, ma anche rispetto alla diversa età.
Quando si devono studiare dei sistemi complessi è necessario fare delle approssimazioni, in
questo modo ci si allontana dalla realtà ma si semplifica lo studio del sistema e la previsione
del suo comportamento. Se il tutto funziona vuol dire che le approssimazioni sono efficaci.
La prima approssimazione introdotta riguarda la composizione del mezzo di crescita: si ritiene
infatti che tutti i componenti, tranne uno, siano presenti in concentrazione elevata, la cui
eventuale variazione non comprometta la velocità globale del processo; il solo componente in
grado di condizionare la cinetica è detto nutriente limitante o substrato limitante.
Va da sé che in alcuni casi non possono essere trascurati gli effetti di inibizione prodotti da
altri componenti che si accumulano nel mezzo.
Per quanto riguarda le caratteristiche chimico-fisiche, si può assumere che esse non
subiscano variazioni significative, almeno nell’intervallo di tempo considerato ai fini dello
studio e/o della conduzione del processo; nella pratica, si cerca di controllare il sistema di
reazione in modo che pH, temperatura e ossigeno disciolto mantengano valori costanti per
l’intera durata del processo. Se traduciamo questo per adattarlo a d un impianto è necessario
avere dei controlli delle grandezze fisiche (temperatura, pH, ossigeno disciolto, ecc…) ed
opportuni accorgimento per mantenere le condizioni costanti (ingressi si sostanze che
mantengono costante il pH, ingresso di aria, serpentine refrigeranti, ecc…)
Supponiamo poi di considerare la crescita dei microrganismi in discontinuo (in batch).
Alimentando con un inoculo un reattore batch (discontinuo) contenente un adeguato mezzo di
crescita, si verifica che la concentrazione delle cellule inizialmente introdotte varia nel tempo
secondo un andamento del tipo riportato in figura; sono riconoscibili almeno cinque fasi
diverse.
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Lag phase
Inizialmente la concentrazione delle cellule introdotte come inoculo non varia: questa fase è
chiamata fase lag, cioè fase di latenza ed è dovuta al processo di adattamento delle cellule al
nuovo ambiente.
Le cellule devono infatti riconoscere quali nutrienti siano presenti e quindi selezionare le
adeguate reazioni metaboliche: tutto ciò richiede un periodo, più o meno breve, di
assestamento. In alcuni casi si può assistere ad una pseudo-fase lag, nel senso che la
mancanza di una crescita istantanea iniziale è dovuta principalmente alle piccole dimensioni
dell’inoculo e/o alla carenza di fattori di crescita nel mezzo.
La durata della fase lag è altresì condizionata dall’età dell’inoculo e, generalmente, più a
lungo sono state conservate le cellule prima di essere introdotte nel reattore, più lungo è il
periodo di adattamento.
Quando il mezzo di crescita contiene più fonti di carbonio, si verificano più periodi di latenza
dovuti ai successivi adattamenti del metabolismo cellulare rispetto ai diversi nutrienti; questo
fenomeno è noto con il nome di diauxia.
Growth phase
Una volta assestati i meccanismi metabolici, ha inizio la fase di crescita esponenziale o fase
logaritmica, durante la quale la cinetica è del primo ordine nella concentrazione delle cellule,
ovvero:
X = concentrazione di cellule (numero di cellule per unità di volume)
t = tempo
μ = costante di proporzionalità
Deceleration phase
Man mano che la crescita cellulare sottrae nutrienti all’ambiente e causa il rilascio e
l’accumulo di prodotti tossici, la fase di crescita esponenziale subisce una decelerazione:
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l’ambiente comincia a diventare ostile e la fisiologia delle cellule si predispone a questo
cambiamento riducendo la velocità di crescita.
Stationary phase
Segue una fase stazionaria durante la quale la crescita cellulare netta è nulla, a causa del
preminente effetto legato alla scomparsa di nutrienti e/o all’accumulo di tossine. Nel corso di
questa fase si possono verificare i seguenti fenomeni:
- la concentrazione totale di cellule rimane invariata, ma diminuisce il numero di cellule in
grado di riprodursi;
- la lisi cellulare prende il sopravvento provocando un rapido crollo nel numero di cellule in
grado di riprodursi: può seguire una nuova fase di crescita che sfrutta come nutrienti i
prodotti liberati dalla lisi;
Death or decline
Quando infine i fenomeni di inibizione prendono il sopravvento, la crescita della popolazione
cellulare diminuisce fino a fermarsi completamente nella fase di declino.
Se invece vogliamo coltivare il microrganismo per averne grandi quantità si utilizzano i reattori
in continuo, come il chemostato.
Il chemostato è un sistema aperto nel senso che scambia materia ed energia con l’esterno.
In questo sistema c’è un apporto di terreno sempre nuovo, l’allontanamento di cataboliti
(tossici o prodotti utili) e l’allontanamento di batteri in eccesso (molti già morti).
In questo modo la coltura rimane costantemente in fase di crescita esponenziale (coltura
giovane). La velocità di crescita è regolata dal flusso del terreno. Il tipo di moltiplicazione
assomiglia a quello che si verifica nel orso di infezioni negli organismi animali superiori.
Opportunamente modificati, questi reattori divengono fermentatori e vengono utilizzati per la
produzione industriale di: antibiotici, enzimi e farmaci.
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1.4 Terreni di coltura
I microrganismi, in quanto esseri viventi, hanno bisogno di nutrimento da cui trarre energia e
materia per vivere e riprodursi.
Gli elementi chimici che sostituiscono la cellula sono sempre gli stessi: escludendo l'acqua,
presente in percentuale variabile ma sempre largamente prevalente (80-96% circa), il peso
secco della cellula è formato da C (50% circa), N (4-10%), P (1,5-3%), O, H, S, K, Ca, Mg, Fe
ed altri elementi presenti in quantità minori (microelementi: B, Zn, Cu etc). Questi elementi
possono essere assunti sotto diverse forme chimiche e vengono rielaborati dalla cellula con i
processi metabolici, catalizzati dalle proteine enzimatiche. La conoscenza del comportamento
nutrizionale consente di preparare il mezzo nutritivo appropriato quando si voglia coltivare
una popolazione microbica per la ricerca o la produzione.
Quindi, il nutrimento contenuto nel terreno di coltura, deve essere composto da: carbonio,
azoto, fosforo, zolfo, ioni di vari metalli ed alcuni composti specifici detti fattori di crescita.
Tutti i terreni di coltura devono contenere acqua, perché fonte di idrogeno ed ossigeno per il
metabolismo e perché scioglie tutti i composti presenti nel terreno di coltura. Se il
microrganismo è aerobio è necessario apportare ossigeno.
La conoscenza del fabbisogno di nutrienti da parte dei microrganismi risponde a due criteri
basilari:
- il primo è quello di rispondere alle esigenze poste dalla composizione percentuale
- il secondo è quello della conoscenza e della utilizzazione delle specificità metaboliche.
Per il primo criterio, è evidente che se la composizione cellulare di un certo microrganismo
richiede percentuali definite di C, N, S etc questi elementi debbono essere presenti nel
terreno colturale nelle quantità richieste ed in forma utilizzabile. Se un elemento manca, il
microrganismo non può crescere. Ciò comporta una importante conseguenza: quando la
composizione di un mezzo colturale sia sbilanciata ed un elemento è presente in quantità
insufficiente, la crescita ha luogo regolarmente fino a che l’elemento deficitario è comunque
abbondante, poi rallenta quando l’elemento diventa raro e difficile da assimilare ed infine si
arresta quando l’elemento sia esaurito. L’elemento che determina questo comportamento si
chiama elemento (o fattore) limitante. Le proprietà espresse dal fattore limitante consentono
pertanto di controllare la velocità di crescita e per questa ragione esse hanno un grande
rilievo tecnologico oltre che di regolazione degli equilibri ambientali.
Per il secondo criterio è necessario conoscere il metabolismo del microrganismo per sapere
quali sono i nutrienti che fanno prediligere una via metabolica piuttosto che un’altra.
I nutrienti sono di norma distinti in macronutrienti e micronutrienti. I primi (carbonio, ossigeno,
idrogeno, azoto, zolfo, fosforo, potassio, sodio, calcio, magnesio, ferro) sono peraltro i
componenti più abbondanti non solo dei microrganismi ma di tutti gli esseri viventi. Sono
considerati microelementi quelli presenti in tracce (citiamo manganese, molibdeno, zinco,
rame, cobalto, nickel, vanadio, boro, cloro, selenio, silicio, tungsteno) che, peraltro non sono
gli stessi per tutti gli organismi. Per determinati microrganismi, sodio, calcio, magnesio, ferro
possono essere micronutrienti .
I micronutrienti sono richiesti in tracce minime tanto che sono sufficienti le impurità presenti
nei sali dei macronutrienti o nelle particelle di polvere depositate sulla vetreria di laboratorio o
infine nell’acqua. Questi fatti rendono difficile stabilire quali elementi siano davvero
micronutrienti e quali concentrazioni di essi siano richieste. Inoltre alcuni micronutrienti (Ag,
Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Se, Zn) diventano tossici a concentrazioni superiori a quelle
necessarie per la crescita.
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Preparazione dei terreni colturali
I terreni colturali possono essere formati mettendo assieme composti chimici puri, oppure
utilizzando materie prime già naturalmente complesse, integrate da composti puri.
L’enorme diffusione della coltura di microrganismi ha portato alla diffusione commerciale di
terreni colturali già pronti. Il ricorso alla fornitura da parte di ditte specializzate oltre che
consentire un risparmio di tempo garantisce l’uniformità nel tempo della fornitura. Questi
vantaggi ripagano di norma la maggiorazione di costo che si deve sopportare.
Fonti di carbonio
I microrganismi sanno utilizzare fonti carboniose di ogni tipo: si va dai ceppi che utilizzano
molecole di substrato a due carboni, come acetato o etanolo, fino a quelli che utilizzano
sostanze a molti atomi di carbonio, come composti aromatici e polisaccaridici.
Una fonte elettiva di carbonio sono sempre gli zuccheri e fra questi soprattutto il glucosio ed il
saccarosio, ma il loro prezzo allo stato puro è troppo elevato; per tale ragione si fa ricorso a
mezzi zuccherini generici, più economici, soprattutto quando costituiscono scarti di
lavorazione. Fanno parte di questa categoria le melasse provenienti dalla produzione di
zucchero di canna o di barbabietola, i sieri delle lavorazioni lattiero-casearie, la cellulosa, le
liscive solfitiche residue delle cartiere, gli amidi contenuti in cereali o nelle acque di
macerazione del mais (corn-step liquor).
Tutte queste categorie commerciali contengono i monosi necessari per il microrganismo e di
questi monosi si conosce il metabolismo. Naturalmente il problema maggiore è quello di
rendere disponibile il monoso.
a) Idrolisi dei materiali cellulosici ed emicellulosici
La trattazione prioritaria della utilizzazione delle cellulose e delle emicellulose è dovuta al
fatto che esse rappresentano la più abbondante sorgente di energia per la biosfera, che si
rinnova ad un ritmo valutato, in termini energetici, intorno ad un milione e mezzo di litri
equivalenti di petrolio per secondo. La maggior parte di questa energia sarà utilizzata dai
microrganismi. Le cellulose sono in genere almeno il doppio in quantità e contenuto calorico
rispetto alle emicellulose e si assumono come valori di riferimento per la composizione media
della biomassa vegetale, 50% di cellulose, 25% di emicellulose e 25% di lignine. Tra questi,
le cellulose sono i componenti la cui idrolisi è relativamente più facile ed esse sono quindi le
prime ad essere utilizzate, dopo zuccheri semplici, lipidi, proteine ed altri componenti solubili
o prontamente solubilizzabili in acqua.
I primi studi sull'attacco microbico alle cellulose furono condotti per chiarire ed evitare il
deterioramento di prodotti a base di pasta di legno e derivati, come carte, cartoni, tessuti,
cordami, imballaggi, dipinti etc. Questo gruppo di prodotti rappresenta in questi anni la quinta
maggiore attività industriale a livello mondiale. Altro motivo di interesse è, nelle prospettive
più recenti, la possibilità di conseguire tramite l'idrolisi della cellulosa, una maggiore
disponibilità di glucosio a costi più contenuti. Si tenga presente che il glucosio è la materia
prima d'elezione per diverse importanti settori di attività, dall'alimentazione umana ed
animale, alle diverse produzioni biotecnologiche (fermentazioni, biopolimeri, farmaci,
combustibili e solventi etc).
Gli agenti microbici capaci di idrolizzare le cellulose e le emicellulose sono abbastanza
ampiamente distribuiti sia tra i procarioti (clostridia: anaerobio; mixobatteri aerobio) che tra gli
eucarioti (funghi).
L'idrolisi enzimatica della cellulosa cristallina richiede tipicamente la partecipazione di tre
diversi enzimi: (1) uno che rompe la molecola in modo casuale producendo catene con
estremità libere (2) uno che stacca unità di cellobiosio, dimero del ß-glucosio, dalle estremità
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non-riducenti delle catene lineari e (3) uno che idrolizza da cellobiosio a glucosio. I primi due
di questi enzimi sono extracellulari oppure legati sulla superficie cellulare esterna. L’ultimo è
invece intracellulare.
La cellulosa, quindi, potrebbe essere utilizzata come una fonte a basso costo, praticamente
inesauribile di glucosio.
Fonti di azoto
I microrganismi utilizzati nell’industria sono in generale in grado di metabolizzare l’azoto sia in
forma inorganica (nitrati, nitriti, Sali d’ammonio) sia in forma organica (amminoacidi, proteine,
basi azotate, urea). Per le fonti di azoto organico generalmente si cerca di usare lisati proteici
(mezzo contenete proteine parzialmente idrolizzate) perché sono economici. Per alcune
produzioni, per es: per la produzione di vaccini umani, è necessario usare amminoacidi puri e
ben definiti per evitare prodotti collaterali e dannosi.
Fattori di crescita
I fattori di crescita sono sostanze che alcuni organismi non riescono a sintetizzare partendo
dalle semplici unità fondamentali. I fattori di crescita rientrano in tre categorie di sostanze:
amminoacidi, purine e pirimidine, vitamine. Amminoacidi, purine e pirimidine vanno a
comporre le proteine e gli acidi nucleici; le vitamine, invece, sono le componenti di coenzimi o
di gruppi prostetici e quindi rivestono funzioni enzimatico-catalitiche e vengono richieste solo
in quantità molto piccole. Gli organismi che necessitano di sostanze supplementari vengono
definiti anche auxotrofi e vengono contrapposti ai prototrofi, che non dipendono dai fattori
crescita.
Fonti di ossigeno
L’ossigeno è a disposizione delle cellule sotto forma di acqua; inoltre è contenuto nell'anidride
carbonica e in molti composti organici. Oltre a ciò, molti esseri viventi dipendono
necessariamente dall'ossigeno molecolare O2. La funzione principale dell'O2 è quella di
accettore finale di elettroni nel processo della respirazione aerobia; in questo caso l'O 2 viene
ridotto ad H2O. Nella sostanza cellulare vengono incorporate molecole di ossigeno
provenienti dall'O2 soltanto quando le fonti di carbonio sono presentate da metano, da
idrocarburi aromatici o altri idrocarburi che no contengono ossigeno.
In relazione al rapporto con l'ossigeno si possono distinguere almeno tre gruppi di organismi:
- gli aerobi obbligati sono in grado di produrre energia solamente con la respirazione e
dipendono dall’O2;
- gli anaerobi obbligati possono crescere unicamente in ambienti privi di ossigeno; per
loro l'O2 è tossico;
- gli anaerobi facoltativi si sviluppano sia in presenza, sia in assenza di O2; per esempio
molti lieviti sono in grado di passare dalla respirazione (in presenza di O 2) alla
fermentazione (in assenza di O2).
Molti batteri aerobi - se non la maggior parte - sono microaerofili, cioè richiedono O2 per il
ricavo dell'energia, però non tollerano la pressione parziale dell'aria (0,20 bar): possono
sopportare soltanto 0,01-0,03 bar.
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Terreni di coltura e condizioni di crescita
I terreni di coltura possono essere liquidi (brodi) o solidi (agarizzati). L’agar è un polisaccaride
contenente zolfo estratto da un’alga marina, non è un nutriente ma è usato come agente
solidificante. Liquefa a 100°C e solidifica a 45°C.
Una importante miglioramento nella coltura dei microrganismi fu introdotto, per fortuna molto
tempestivamente già dal 1883 da un collaboratore di Koch, con la aggiunta di fattori
addensanti (agar, gelatina, gel di silice, quando il terreno non debba contenere nessuna
sostanza organica, etc) per formare i cosiddetti terreni solidi. Nei terreni solidi l’acqua del
mezzo viene intrappolata in una matrice ad elevata viscosità e pertanto le cellule microbiche
non vengono disperse e possono dar luogo a colonie localizzate che facilitano enormemente
l’isolamento in coltura pura.
La coltura su mezzo solido viene fatta tipicamente nelle cosiddette piastre o capsule Petri, dal
nome del microbiologo che per primo le ha usate. Si tratta di due dischi a bordo rialzato che
fanno una da fondo e l’altro da coperchio. Nel fondo viene versato il mezzo agarizzato liquido
(l’agar diventa fluida a 60-80°C e solidifica a temperatura inferiore; la quantità usata per i
mezzi colturali varia da 15 a 20 g/l)).
Se, nella figura, il disco rappresenta la piastra, le macchie interne rappresentano le colonie
microbiche cresciute laddove inizialmente era una cellula.
L'agar, un polisaccaride molto ramificato, di composizione complessa, che si ricava da alghe
marine, è sicuramente il prodotto addensante più utilizzato per la sua economicità, per la
relativa rarità dei microrganismi che lo depolimerizzano e per la semplicità di uso.
La crescita su terreno solido da quindi luogo alla formazione di colonie che, se la densità di
semina è sufficientemente bassa, sono tra di loro distinte e separate. Le cellule che formano
una colonia, quando derivano da una singola cellula, costituiscono un clone a tutti gli effetti (in
microbiologia si preferisce il termine “ceppo” ad indicare la discendenza riferibile ad una
singola cellula capostipite).
La successiva coltivazione del ceppo isolato può essere fatta su mezzo liquido e su mezzo
solido. In mezzo liquido, in particolare se il mezzo è agitato, le cellule in accrescimento si
trovano, per ogni dato tempo, tutte in condizioni nutrizionali simili. Le cellule che compongono
una colonia su mezzo solido invece si trovano invece in condizioni diverse da punto a punto
della colonia.
colonia
variazioni di concentrazione
All’interno di una colonia, quale quella che sviluppa su di un mezzo agarizzato, le cellule si
trovano in condizioni diverse tra di loro. Nella figura, ad. es.: quelle al centro stanno in un
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ambiente impoverito di nutrienti (incluso l’ossigeno) ed eventualmente arricchito di escreti;
quelle ai bordi trovano ossigeno nell’aria e sono le prime ad essere interessate dal flusso di
diffusione dei nutrienti richiamato dal gradiente di concentrazione negativo tra la zona sotto il
centro della colonia ed il mezzo che circonda la colonia stessa.
Queste differenze nelle condizioni nutrizionali e chimico-fisiche in generale si ritrovano valide
per le cellule microbiche che formano le popolazioni microbiche in natura e ne governano il
comportamento. In natura pertanto le condizioni generali medie, rilevabili attraverso le analisi,
non sono applicabili a tutte le cellule microbiche presenti. Ad es., un suolo che abbia un pH
misurato pari a 6,0 ed una pO2 pari a 3 mm di Hg, che evidenzi una concentrazione di azoto
nitrico di 1 mg/ml ed una concentrazione di cellulosa di 5 mg/ml può ospitare microrganismi
acidofili, anerobici, azotofissatori e cellulosolitici o meno che vivono nei microambienti in cui
ognuna delle proprietà suddette possa essere fattore positivo di selezione. Infatti una analisi a
livello di micronicchie (quelle in cui nella realtà le colonie microbiche si sviluppano) può
rivelare anche microambienti a pH molto basso, anaerobici, privi di azoto combinato e di
cellulosa. Su questa variabilità delle micronicchie, a sua volta, si articola la differenza tra le
diverse localizzazioni delle cellule all’interno delle singole microcolonie, analoga a quella
sopra descritta.
pH
Gli ioni H+ ed OH- sono da una parte quelli più mobili in assoluto e dall’altra quelli più
abbondanti negli ambienti (acquosi) in cui gli esseri viventi possono vivere ed in cui,
all’interno del citoplasma in larga parte formato da acqua, si verificano le trasformazioni
metaboliche.
Le condizioni di pH ottimali per la maggior parte degli organismi sono prossime alla neutralità.
L’elevato rapporto superficie/volume dei microrganismi, ed in particolare dei batteri, rende
questi esseri viventi particolarmente esposti all’azione degli ioni presenti nell’ambiente
immediatamente circostante e per questo il pH e la salinità sono condizioni molto efficaci
della crescita ed eventualmente anche della sopravvivenza dei microrganismi.
A questo riguardo sono definite alcune categorie comportamentali di microrganismi:
- i neutrofili, che esigono pH prossimi alla neutralità;
- gli acidofili, che vivono solo a pH molto bassi (fino ad 1) (tipico, Thiobacillus);
- gli acidotolleranti, che possono crescere a pH fino a 3,0-3,5 sia pure talora con adattamenti
dell’assetto metabolico (ad es., fermenti lattici, acetobatteri);
- i basofili, che preferiscono ambienti leggermente alcalini (ad es. molti microrganismi marini,
gli ureolitici);
Nella biosfera non sono rari gli ambienti a reazione acida, soprattutto in conseguenza delle
attività metaboliche che sintetizzano molecole organiche e minerali a reazione acida (acidi
organici, amminoacidi e proteine a reazione acida, acido nitrico, acido solforico etc). Per
questa ragione, soprattutto i microrganismi di interesse tecnologico, sono spesso
acidotolleranti o acidofili. Si pensi ai lattofermenti, agli acetobatteri, ai lieviti, ai tiobacilli. In
linea di massima i miceti (filamentosi o lievitiformi) sono acidofili in maggiore o minor misura. I
lattobacilli, le rodobatteriacee ed alcuni pseudomonadi producono acidi ai quali sono tolleranti
in misura limitata. In natura la rimozione degli acidi prodotti avviene per diffusione
nell’ambiente o per utilizzazione metabolica da parte di altri microrganismi, in coltura è
necessario usare mezzi tamponati e neutralizzare l’eccesso di acidità prodotta.
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Crescita in discontinuo (batch)
La fermentazione in discontinuo è l’apparato più usato nell’industria, ed è costituito da un
sistema chiuso rispetto allo scambio di materiali con l’esterno: dopo l’inoculo non si ha
apporto di nutrimenti né prelievo di brodo esausto, sino a quando non si ha il recupero finale
del prodotto.
In questo sistema si ha la moltiplicazione del microrganismo per un certo tempo, e la
contemporanea variazione della concentrazione del substrato; lo sviluppo cessa per
mancanza di un nutrilita o per il raggiungimento di un’elevata concentrazione di metabolici
tossici. Alla fine del processo la coltura viene raccolta e si procede al recupero del prodotto
ottenuto.
E’ evidente che nella coltura in batch si realizzano tutte e tre le fasi di crescita dei
microrganismi, in tempi successivi, passando da una fase lag di crescita nulla a quella
esponenziale, di crescita illimitata, per concludere il processo con la fase stazionaria di
crescita limitata.
Per quanto concerne la formazione del prodotto da parte dei microrganismi, si possono avere
tre casi:
1) la biosintesi del prodotto è associata allo sviluppo delle cellule: cioè il prodotto si ha in
tutte e tre le fasi di sviluppo del microrganismo e si ha una produzione continua ma più
abbondante nella fase esponenziale, sino all’arresto, corrispondente alla fase stazionaria.
I prodotti che si formano in questo modo sono: etanolo,vitamine.
2) La biosintesi del prodotto inizia dopo che lo sviluppo è già in fase avanzata: cioè i
metaboliti primari iniziano a formarsi dopo che lo sviluppo cellulare è iniziato, con un
ritardo nel tempo che è specifico del processo. I prodotti sono:acido lattico, acido citrico.
3) La biosintesi del prodotto inizia quando lo sviluppo è cessato: cioè i prodotti si formano
dopo che la crescita del microrganismo è cessata. I prodotti sono:antibiotici.
Crescita in continuo
Con questa fermentazione si introduce nutrilita fresco e si sottrae un ugual volume di
biomassa e di prodotto, in questo modo si mantiene la crescita dei microrganismi regolare e
sempre in fase esponenziale. (vedi chemostato)
Confronto tra i modelli di crescita
Vantaggi della fermentazione continua rispetto a quella discontinua:
- la produzione della biomassa e degli altri prodotti avviene in condizioni costanti ed
ottimali
- non ci sono tempi morti e quindi la produttività della fermentazione è maggiore
Vantaggi della fermentazione discontinua rispetto a quella continua:
- mantenere condizioni di sterilità per lunghi periodi
- evitare generazione dei ceppi dei microrganismi per mutazione spontanea
- recuperare il prodotto da grossi volumi di brodo, in cui esso è presente in
concentrazione molto bassa
- ottenere prodotti solo associati allo sviluppo dei microrganismi (metabolici primari) e
mai formatisi durante lo stadio stazionario di crescita (metabolici secondari).
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Esercizi U.D. 1
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Quali sono le caratteristiche di un essere vivente?
Che cos’è la cellula?
Differenza tra procarioti ed eucarioti
Quale è la funzione dei ribosomi?
sede della sintesi proteica
sede della catena respiratoria
sede della fotosintesi
non hanno alcuna funzione
Che cosa significa organismi chemiolitrotofi?
Che cosa significa organismi fotorganotrofi?
Il candidato illustri la suddivisione dei microrganismi in base alla nutrizione e alla
necessità o meno di ossigeno
9. Considerando che i batteri si riproducono per via asessuata, come possono avvenire
modifiche al loro patrimonio genetico?
10. Le cellule procariote si distinguono dalle cellule eucariote anche perché hanno:
- il DNA racchiuso da una membrana nucleare che lo separa dal resto del citoplasma
- il DNA non è separato dagli altri corpuscoli citoplasmatici
- il DNA procariotico ha una composizione non nucleotidica
- tutto il DNA procariotico svolge un ruolo biologico diverso
11. Quali sono i componenti fondamentali di una cellula eucariota?
12. Per eterotrofo s’intende:
- un organismo in grado di sintetizzare sostanze organiche da sostanze inorganiche
- un organismo che utilizza, come fonte di C, le sostanze organiche
- un organismo che utilizza le sostanze organiche come fonte di energia
- un organismo che utilizza la luce come fonte di energia
21
Esercizi UD 2
1. Terreni colturali: definizione, composizione ed utilizzo dei terreni liquidi e solidi (max 8 righe)
2. Disegnare la curva di crescita batterica, descrivere le varie fasi ed indicare i fattori che ne
determinano l’andamento
3. Il candidato precisi per quali motivi la crescita esponenziale di una popolazione batterica non
prosegue per un tempo illimitato.
4. Classifica i batteri in base alle loro esigenze nutrizionali ed in base alle loro necessità nei
confronti dell’ossigeno (max 8 righe)
5. Il flagello ha:
a- funzione motrice
b- di aderire al sito di attacco
c- di trasporto del materiale genetico
d- difensiva
6. Indicare quali principi nutritivi deve contenere il terreno colturale e quando questi devono
essere presenti in quantità ideali?
7. Indicare la composizione minima di un terreno di coltura, specificando quali fonti di carbonio
ed azoto sono prevalentemente utilizzate.
8. Quale delle seguenti affermazioni è falsa riguardo la coltivazione dei microrganismi:
a- la composizione del terreno colturale dipende dal tipo di microrganismo
b- non si deve affatto sterilizzare perché altrimenti si uccidono i microrganismi da coltivare
c- il terreno deve essere tamponato
d- nel caso di microrganismi anaerobi si lavora in corrente di azoto
9. Gli Acetobacter sono microrganismi aerobi che ossidano l’etanolo con formazione di:
a- acido acetico
b- acido piruvico
c- acido lattico
d- acido itaconico
10. I batteri vengono coltivati:
a) su sabbia
b) su muffe e lieviti
c) su terreni di coltura
d) su terriccio
11. Il terreno di coltura è:
a- sostanze contenute nella capsula di Petri
b- appezzamento limitato di terreno
c- insieme delle sostanze che necessitano alla crescita dei microrganismi
d- sostanza contenuta nella capsula di Petri
12. La composizione del terreno di coltura:
a- non influenza la produttività dei microrganismi
b- influenza la produttività degli organismi
c- può essere casuale
d- è sempre costante indipendentemente dai microrganismi utilizzati
13. Nella fase lag, come risulta la crescita dei microrganismi?
a) minima
b) massima
c) intermedia d) nulla
14. Che cosa accade nella fermentazione continua?
a- si mantiene per lungo tempo la crescita nella fase stazionaria
b- si mantiene per lungo tempo la crescita nella fase esponenziale
c- si mantiene per lungo tempo la crescita nella fase lag
d- si mantiene una bassa produttività rispetto alla fermentazione discontinua
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15. Nel seguente diagramma rappresentante una curva di crescita batterica, in quale tratto è
maggiore la produzione di metabolici primari?
16. Come vengono classificati i microrganismi e qual è la differenza fondamentale tra batteri, lieviti
e muffe.
17. I ribosomi si trovano:
A) all'interno del nucleo
B) solo nei procarioti
C) solo nel regno vegetale
D) solo negli eucarioti
E) quesito senza soluzione univoca o corretta
18. La membrana plasmatica delle cellule è costituita da:
(A) amminoacidi e glicidi
(B) cellulosa
(C) lipidi, proteine e glucidi
(D) glucidi e proteine
(E) quesito senza soluzione univoca o corretta
19. La cellula è un laboratorio chimico microscopico. Spiega, in base alle tue conoscenze, questa
affermazione.
20. Descrivi gli elementi presenti in un fermentatore in continuo.
21. Descrivi in generale come avviene una fermentazione in discontinuo ed in continuo ed
evidenzia vantaggi e svantaggi (motivandoli).
22. Composizione dei terreni di coltura.
23. Cosa sono i metabolici primari e secondari?
24. Quali sono i parametri di cui tener conto nella crescita cellulare?
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