3)Batteri struttura-xSTU
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SCOPERTA DEI MICRORGANISMI Teoria generazione spontanea Postulati di Koch ALCUNE DATE IMPORTANTI DELLA MICROBIOLOGIA Dal 384 a.C. al 1884 ALCUNE DATE IMPORTANTI DELLA MICROBIOLOGIA Dal 1902 al 1997 • DIVERSITA’ MICROBICA i.e. LA SIMILARITA’ DI TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI • TUTTE LE CELLULE CODIFICANO INFORMAZIONE IN FORMA DI DNA. • IL DNA E’ COMPOSTO DELLE STESSE 4 BASI (G, A, T, C), LO STESSO ZUCCHERO (Dribosio), ASSEMBLATO CON LA STESSA STRUTTURA CHIMICA. • L’INFORMAZIONE NEL DNA E’ IMMAGAZZINATA USANDO UN CODICE UNIVERSALE A 3 LETTERE (e.g. AAA=Lys IN TUTTE LE CELLULE) • LA SINTESI DEL DNA PROCEDE NELLO STESSO MODO IN TUTTI GLI ORGANISMI. LA FUNZIONE DEL DNA E’ PORTATA AVANTI ATTRAVERSO LA TRASCRIZIONE IN RNA, USANDO RNA POLIMERASI SIMILI. • L’RNA è usato per dirigere la sintesi proteica basata sull’informazione contenuta nel DNA • L’RNA in tutte le cellule ha la stessa struttura - stesse 4 basi, zuccheri. Tutte le cellule hanno gli stessi tipi di RNA: ribosomale, transfer, messangero. Gli RNA sono molto simili in sequenza e struttura in tutte le cellule. Le proteine sono utilizzate nella maggior parte delle catalisi e delle sintesi.Le Proteine in tutte le cellule usano gli stessi 20 amino acidi nella stessa conformazione stereochimica, sintetizzati nello stesso modo, e usano le stesse modificazioni post-traduzionali. CON POCHE ECCEZIONI, TUTTE LE CELLULE – animali, vegetali e microbiche - USANO LE STESSE VIE METABOLICHE: • Ciclo di Krebs/TCA • glicolisi • biosintesi degli amino acidi • biosintesi di purine e pirimidine • metabolismo dei lipidi • transporto di elettroni • stessi cofattori, e.g. ATP, NAD • ATP sintesi via gradiente di electroni • Tutte le cellule sono circondate da una membrana lipoproteica che controlla l’assorbimento cellulare. DIVERSITA’ DI EUCARIOTI E PROCARIOTI Eucarioti 20 - 100 microns nucleo molti cromosomi lineari organelli diploidi mitosi riproduzione sessuale o gemmazione citoscheletro aerobi multicellulari cicli vitali complessi mRNA poliadenilati geni con introni DNA con istoni Procarioti 1 - 5 microns no nucleo 1 cromosoma circolare no organelli aploidi no mitosi fissione binaria no citoscheletro anaerobi o aerobi unicellulari no differentiazione no poliadenilati no introni DNA senza istoni Schaechter et al., MICROBIOLOGIA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007 Dimensioni dei microrganismi Impossibile visualizzare l'immagine. La memoria del computer potrebbe essere insufficiente per aprire l'immagine oppure l'immagine potrebbe essere danneggiata. Riavviare il computer e aprire di nuovo il file. Se viene visualizzata di nuovo la x rossa, potrebbe essere necessario eliminare l'immagine e inserirla di nuovo. Dimensioni dei genomi Organism Domain Chromosome size (base pairs) Predicted polypeptide coding regions Mycoplasma genitalium Bacteria 0.58 Million bp 470 proteins Hemophilus influenzae Bacteria 1.83 Million bp 1740 proteins Methanococcus jannaschii Archaea 1.66 Million bp 1682 proteins Escherichia coli Bacteria 4.64 Million bp 4288 proteins Bacillus subtilis Bacteria 4.21 Million bp Streptomyces coelicolor Bacteria 8.66 Million bp Largest yeast chromosome Eukarya 1.55 Million bp Entire yeast genome Eukarya 15 Million bp Smallest human chromosome (Y) Eukarya 50 Million bp Largest human chromosome (1) Eukarya 250 Million bp Entire human genome Eukarya 3000 Million bp ca. 6000 ca. 35000 Reduction of cholera in Bangladeshi villages by simple filtration Colwell et al. (2003) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 1051-1055 Based on results of ecological studies demonstrating that Vibrio cholerae, the etiological agent of epidemic cholera, is commensal to zooplankton, notably copepods, a simple filtration procedure was developed whereby zooplankton, most phytoplankton, and particulates >20 m were removed from water before use. Effective deployment of this filtration procedure, from September 1999 through July 2002 in 65 villages of rural Bangladesh, of which the total population for the entire study comprised 133,000 individuals, yielded a 48% reduction in cholera (P < 0.005) compared with the control. EUCARIOTI: dimensioni delle cellule Muffe o micromiceti : corpo vegetativo costituito da filamenti di ca 5 µm diametro (2-20 µm) Attinomiceti (procarioti) : corpo vegetativo costituito da filamenti di < 1 µm diametro Valutazione Multimodale della diversità microbica DIVERSITA’ MORFOLOGICA I BATTERI NON SONO SOLO BACILLI, COCCHI E SPIRILLI, MA ASSUMONO TUTTE LE FORME E DIMENSIONI, INCLUDENDO I FILAMENTI. POSSONO ESSERE AMORFI, PLEOMORFI (differenti forme in differenit condizioni, o anche nella stessa coltura), a forma di stella, peduncolati. LE CELLULE SONO ORGANIZZATE IN FILAMENTI, ROSETTE ETC. LA MAGGIOR PARTE DEI BATTERI SONO 1-5 microns in DIAMETRO, MA POSSONO VARIARE DA 0.1 A 660 microns PER CELLULA. Forme dei batteri Parete cellulare dei batteri Funzioni principali: - Struttura rigida che conferisce alla cellula la sua forma. - Protezione da danni di tipo meccanico ed osmotico. Rappresentata da uno strato uniforme denso e spesso (da 10 a 80 nm). Costituisce una parte notevole del peso secco della cellula (10-40%). Hans Christian Joachim Gram Inventore della colorazione che ha preso il suo nome 1884 Medico danese, nato a Copenhagen nel 1853 COLORAZIONE DI GRAM • I batteri che trattengono il colore appaiono viola al microscopio • Sono denominati pertanto Gram Positivi • I batteri che non trattengono il colorante viola appaiono rossi e sono denominati Gram Negativi http://www.microbelibrary.org/ASMOnly/details.asp?id=2020&Lang= The Gram Stain: An Animated Approach Created using Macromedia Flash version MX2004 Parete cellulare componenti del filamento glicanico Parete cellulare Struttura del dimero peptidoglicanico Parete cellulare Il peptidoglicano è presente in tutti i procarioti Eccezioni 1. Assenza di peptidoglicano nella parete cellulare Archea Bacteria Planctomyces Chlamidia 2. Assenza di parete cellulare Archea Thermoplasma Bacteria Mycoplasma negli EUCARIOTI in un piccolo gruppo di alghe? Archaebacteria Assenza di peptidoglicano nella parete cellulare a) eteropolisaccaridi (o pseudomureina) b) proteine o glicoproteine NB Thermoplasma: assenza di parete ANTIBIOTICI PEPTIDOGLICANO Endospore batteriche Si formano quando le condizioni diventano inadatte alla replicazione Notevole resistenza nel tempo e a trattamenti con: - alte temperature - solventi organici Contengono dipicolinato di calcio Bacillus e Clostridium Endospore • Exosporium (costituito da proteine) • Coat (costituito da strati proteici) conferisce resistenza a enzimi, sost. chimiche e disturbi meccanici. • Cortex (struttura peptidoglicanica) mantiene lo stato disidratato del core sporale, conferendo resistenza al calore. • Core (protoplasto sporale circondato da normale parete cellulare) CAPSULE E STRATI MUCOSI Le componenti più esterne di molte cellule batteriche Polisaccaridi – raramente polipeptidi - escreti o sintetizzati direttamente all esterno da cellule microbiche caratteristica genetica, ma influenzata dalla disponibilità di nutrienti Funzioni principali della capsula Protezione dal disseccamento Deposito di materiali energetici Mezzo di adesione a superfici e formazione di biofilm Protezione della cellula da fattori ambientali ostili Può avere un ruolo importante nella patogenesi (fattore di virulenza) FLAGELLI Disposizione dei flagelli CHEMOTASSI Movimento batterico su superfici • mediato da flagelli: sciamaggio (swarming) in Proteus, Serratia, etc... mediato da pili: twitching (movimento a scatti) (Pseudomonas) • scivolamento (sliding) mediato da • pili in Myxococcales, Cyanobacteria • secrezione polisaccaridi (slime) in Cyanobacteria • proteine di membrana in Cytophaga PILI Citoplasma batterico • Mancano mitocondri, cloroplasti e sistema vacuolare. • Sono presenti ribosomi e granuli di varia natura, costituiti da sostanze di riserva (lipidi -polimeri dell acido beta- idrossi-butirrico-, polisaccaridi, zolfo (solfobatteri) e ferro (ferrobatteri). • È sede di processi biosintetici • area citoplasmatica (di aspetto granulare e ricca di RNA) • area cromatica o nucleare (ricca di DNA) • porzione liquida (sostanze nutritive in soluzione) Il mesosoma funziona da guida nella divisione cellulare, nella sintesi dei lipidi e nel trasporto degli esoenzimi. La membrana cellulare svolge diverse funzioni: 1- separa l'ambiente cellulare da quello esterno 2- permette lo scambio selettivo di sostanze tra ambiente interno ed ambiente esterno 3- è il sito di molte funzioni metaboliche respirazione, fotosintesi, etc... 4- ospita i recettori per comunicare con l esterno chemiotassi, quorum sensing, etc... 1) Lipidi: 20-30% 2) Proteine: 60-80% I lipidi (fosfolipidi, steroli, opanoidi) e le proteine sono nella proporzione di 1:5 e costituiscono il 10-26% del peso secco batterico. La struttura è costituita da un doppio strato di fosfolipidi, da catene di acidi grassi, orientate in modo perpendicolare al piano della membrana, e da due strati esterni di proteine globulari. Meccanismi di trasporto di soluti attraverso le membrane citoplasmatiche. Membrana : barriera selettiva tra esterno e citoplasma. Natura idrofoba del doppio strato lipidico responsabile dell elevato grado di permeabilità selettiva. I soluti, polari, amimoacidi e zuccheri attraversano la membrana aiutate da un meccanismo di trasporto. Acqua passa liberamente. Meccanismi di trasporto: diffusione facilitata, trasporto attivo, traslocazione di gruppo. Processo mediati da trasportatori (carrier) indispensabili perché la semplice diffusione consente di raggiungere una concentrazione interna dei nutrienti uguale a quella esterna, e non favorisce la crescita. La diffusione passiva richiede un gradiente di concentrazione (esterno + elevata): i composti liposolubili come il glicerolo entrano in questo modo nella cellula. Diffusione facilitata Trasporto mediato da carrier (proteine di membrana = permesai). Non richiede energia, dipende da modificazioni a carico della conformazione del carrier. La concentrazione interna dei soluti non supera quella esterna. Trasporto attivo Meccanismo che permette a un soluto di di entrare nella cellula contro un gradiente di concentrazione. Coinvolte proteine specifiche di trasporto. Vale per zuccheri, aminoacidi, acidi organici, ioni inorganici. Richiede energia, derivata da ATP. Traslocazione di gruppo Processo di trasporto in cui il composto trasportato è modificato chimicamente. Es. glucosio, fruttosio, purine, pirimidine, acidi grassi. Gli zuccheri sono fosforilati a spese del fosfoenolpiruvato (PEP).
