3- Microb. Gen. B2 2016

UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II
DIPARTIMENTO DI AGRARIA
Sezione di Microbiologia
Le strutture esterne della cellula Procariotica
“FLAGELLI e PILI”
Pili e Fimbrie
ü 
ü 
ü 
ü 
Non tutti i batteri le presentano
Struttura non indispensabile alla vita del
batterio
Non sono coinvolte nel movimento
Struttura simile a quella dei flagelli (3-10
nm; ∅ 4-35 nm) costituita da subunità di
pilina disposte ad elica
Funzioni:
ü  Sono appendici di adesione
(superfici e tessuti)
ü  Possono essere coinvolti nella
coniugazione batterica (pili sessuali; 10
nm; da 1 a 10 per cellula; subunità di pilina
diverse)
Pili
Flagell
Flagelli e pili in Proteus vulgaris
Coniugazione batterica
I PLASMIDI ELEMENTI GENETICI ACCESSORI
Piccole molecole di DNA a doppia elica, circolare covalentemente chiuso che si
replicano autonomamente.
-Non tutte le cellule ne sono provviste; li possono perdere senza
compromettere la vitalità della cellula;
-Possono essere eliminati artificialmente (curing);
-Possono vivere liberi nel citoplasma o intergrati nel cromosoma (episomi)
-Possono portare geni che codificano per:
resistenza ad antibiotici e a metalli pesanti (plasmidi R)
degradazione di composti organici (plasmidi metabolici)
trasferimento di DNA tra batteri (plasmidi coniugativi)
plasmide
MAPPA DI PLASMIDI
plasmide
La coniugazione
batterica
Coniugazione
F+ x F-
Coniugazione F+ x F-
Coniugazione HFR x F-
-Cellule ad alta frequenza di
ricombinazione (Hfr) nelle quali il
plasmide F è integrato nel
cromosoma batterico (episoma).
-L’interazione fra donatore e ricevente
non è poi così forte e la quantità di
DNA
trasferito
è
direttamente
proporzionale alla durata del contatto
fra le cellule. -Se l’intero cromosoma del
donatore viene trasferito al
ricevente, esso diventa Hfr e quindi
in grado di trasferire il suo DNA.
Coniugazione F‘ x F-
UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI NAPOLI
FEDERICO II
FACOLTÀ DI AGRARIA
DIPARTIMENTO DI SCIENZA DEGLI ALIMENTI
Sezione di Microbiologia agraria, alimentare ed ambientale e di igiene
Le strutture interne della cellula Procariotica
“Il citoplasma Il nucleosoma” Cellula Procariotica
Flagello
Organelli
DNA plasmidico
Ribosomi
Parete
cellulare /altra
membrana
(se presente)
Membrana
citoplasmatica
Capsula
Pili
Citoplasma
Nucleoide
Mesosoma
IL CITOPLASMA
Composto da una parte viscosa e molto fluida, il citosol, costituito di
acqua (75-85% del peso totale della cellula).
I principali costituenti del citoplasma delle cellule batteriche sono:
Proteine, Acidi Nucleici, Carboidrati, Lipidi ed altre sostanze
inorganiche dissociate in forma ionica (K+, Na+, Ca++ e Mg++).
Le proteine rappresentano circa il 50 % del peso secco della cellula.
tuttavia sono i principali costituenti del
Il DNA (nucleoide) e l’RNA
citoplasma
Inoltre nel citoplasma si ritrovano: i ribosomi batterici,
citoplasmatiche ed altri
organelli
le inclusioni
Nucleoide
Il nucleoide appare come una struttura dal contorno irregolare, priva di
forma specifica e localizzata al centro o lungo l’asse maggiore della cellula.
Nucleoide: DNA batterico
Le funzioni del nucleo nei batteri sono svolte dal nucleiode o nucleoplasma,
dove è presente generalmente una sola molecola di DNA: il cromosoma
batterico.
Il DNA è una doppia elica, circolare, covalente chiusa e fortemente avvolta
(superavvolta), tenuta raggomitolata da proteine presenti nel nucleoide
Il nucleoide è spesso attaccato ai mesosomi o alla membrana citoplasmatica
per la separazione del DNA nelle cellule figlie durante la divisione cellulare
Nucleoide o Nucleoplasma
-In
Escherichia coli (0,5 x 2 micron) il cromosoma è lungo 1,5 mm.
-Contiene dai 3000 ai 6000 geni.
-Il numero di coppie di basi che formano il cromosoma è variabile
tra le varie specie microbiche:
• 5,8 x 105 coppie di basi nucleiche (bp) in Mycoplasma
• 9,5 x 105 bp in Borrelia
• 4,5 x 106 bp in Escherichia coli
• 3 x 105 e 9,1 x 105 bp in Rhodobacter spheroides: questa specie
ha 2 cromosomi
MEMBRANE INTERNE E
INCLUSIONI CITOPLASMATICHE
MESOSOMA
-derivano da invaginazioni della membrana
citoplasmatica;
-possono essere in forma di vescicole, tubuli
o lamelle;
-spesso associati al nucleoide poiché implicati
nella divisione cellulare (ripartizione del DNA
nelle cellule figlie);
- la loro funzione é quella di fornire una più
ampia superficie alle intense attività
metaboliche (microrganismi fotosintetici o in
quelli fortemente aerobi come i nitrificanti).
mesosoma in Bacillus subtilis
INCLUSIONI CITOPLASMATICHE
All’interno del citoplasma possono essere presenti granuli
o inclusioni citoplasmatiche di diversa composizione
generalmente costituiti da materiale di riserva.
§  GRANULI DI POLIFOSFATO;
§  GRANULI DI LIPIDI (POLIMERI DELL’ACIDO BETA-IDROSSIBUTIRRICO);
§  GRANULI DI POLISACCARIDI (GLICOGENO e AMIDO);
§  GRANULI DI ZOLFO (SOLFOBATTERI);
§  GRANULI DI FERRO (FERROBATTERI).
Inclusioni citoplasmatiche:
riserve di sostanze non azotate
I granuli di amido e glicogeno con o senza membrana e
svolgono una funzione di riserva di carbonio e energia.
Granuli di glicogeno
I granuli di polifosfato, anche chiamati granuli metacromatici
o di volutina (Spirillum volutans), svolgono la funzione
di riserva di fosfato.
GRANULI DI POLI-BETA-IDROSSIBUTIRRATO (PHB)
Sono strutture di deposito di componenti di natura
lipidica. Sono riserva di carbonio ed energia.
Sono presenti in 90 differenti generi batterici es.
Bacillus, Pseudomonas, Azotobacter, Spirillum,
Alcaligenes.
Sono stati riscontrati nelle cellule in fase di
sporulazione.
Polimero biodegradabile dotato di termoplasticità,
biocompatibilità, e possibilità di sintesi da fonti
rinnovabili.
Utilizzato per la produzione di bioplastiche
Colorazione con nero Sudan
Globuli di grasso nei lieviti oleaginosi
Produzione di biocarburanti di seconda generazione
Microrganismi per il bio-diesel
Batteri
cellulolitici
Granuli di
zolfo Thiomargarita
100-750 μm
Thiothrix
GRANULI DI ZOLFO
svolgono la funzione di
riserva di zolfo inorganico,
riserva energetica per i
solfobatteri.
Sezione sottile di Thiothrix
Beggiatoa
Inclusioni citoplasmatiche:
riserve di sostanze azotate
Nei Cianobatteri...
Granuli di cianoficina: accumulo di aminoacidi
sottoforma di grossi polipeptidi di arginina e acido
aspartico
Sono presenti anche i vacuoli gassosi
Inclusioni citoplasmatiche:
vacuoli gassosi
I vacuoli gassosi sono delle formazioni tubolari vuote, costituite da un’insieme di vescicole
proteiche impermeabili all’acqua ma permeabili ai gas.
Garantiscono il galleggiamento della cellula microbica, permettendole di disporsi nei livelli
d’acqua dove la luce, il tenore d’ossigeno ed i nutrienti consentono il loro sviluppo.
I batteri possono modificare la loro posizione in acqua per regolare l’intensità di luce, di
O2 etc. di cui hanno bisogno semplicemente collassando e risintetizzando le vescicole
gassose.
Sono presenti in molti procarioti acquatici (cianobatteri, solfobatteri purpurei e verdi).
Ancylobacter aquaticus
Vacuolo gassoso
Vescicole gassose Bottiglie contenenti cianobatteri dotati di vacuoli gassosi Vacuoli gassosi Vacuoli gassosi
collassati
integri
Vacuoli gassosi Vacuoli gassosi
collassati
integri
Inclusioni citoplasmatiche:
clorosomi dei batteri verdi fotosintetici
Sono presenti solfobatteri verdi (Clorobium)
e batteri verdi non sulfurei (Cloroflexus), i
quali contengono le batterioclorofille.
Captano l’energia luminosa; 50 x 100 nm).
Clorosomi
Clorosomi
Chlorobium sp.
Chloroflexus aurantiacus
Inclusioni citoplasmatiche:
carbossisomi
n 
n 
n 
Presenti nei cianobatteri, nei
tiobacilli e nei nitrificanti.
Sono corpi poliedrici di circa
100 nm (da 50 a 500 nm).
Sono il luogo dove viene
fissata la CO2 (Ciclo di Calvin)
o si accumula l'enzima
carbossilasi (ribulosio 1-5 difosfato carbossilasi).
Thiobacillus neapolitanus
Inclusioni citoplasmatiche:
magnetosomi
§ 
§ 
Sono formati da membrane di natura proteica
ripiene di un composto ferroso.
Sono presenti nei microaerofili o negli anaerobi
obbligati.
Cristalli di magnetite
Magnetospirillum magnetotacticum
I RIBOSOMI BATTERICI
-Strutture comuni a tutte le cellule sia procariote che eucariote
-Sono costituiti essenzialmente da RNA e proteine
-Nei Procarioti è del genere 70S (∅ = ∼14-15 nm)
-Il ribosoma è formato da due subunità (30S e 50S), la cui interazione è
indispensabile per il processo della sintesi proteica
Differenza tra i ribosomi batterici ed eucariotici
Origine
Ribosoma
Subunità
RNA
N° proteine
Procarioti
70S
30S*
16S
21
50S
5S e 23S
34
40S
18S
33
60S
5S, 5.8S e 28S
45
Eucarioti
80S
* S = costante di sedimentazione Svedberg.
S = coefficiente di sedimentazione o velocità di sedimentazione nel campo gravitazionale
di un'ultracentrifuga. E’ funzione del peso molecolare, della forma e del volume. Ribosomi Batterici
Ribosomi Eucariotici
70S
80S
Peso molecolare 2.500.00
50S
60S
30S
Peso molecolare 900.00
Peso molecolare 1.600.00
5S rDNA
120 bp*
Peso molecolare 4.200.000
23S rDNA
2900 bp
34 proteine
16S rDNA
1540 bp
21 proteine
40S
Peso molecolare 2.800.000
5S rDNA
120 bp
Peso molecolare 1.400.00
28S rDNA
4700 bp
45 proteine
*bp, coppie di nucleotidi
18S rDNA
1900 bp
5.8S rDNA
160 bp
33 proteine