SCIENZE - CAPITOLO 13

SCIENZE - CAPITOLO 13
MICRORGANISMI
→ organismi non visibili a occhio nudo:
- batteri: cellule procariote
- protisti: eucarioti unicellulari
- virus (veleno): non considerati viventi a tutti gli effetti
Primo virus identificato TMV (Tobacco Mosaic Virus) responsabile malattia mosaico che colpisce
foglie della piante di tabacco. Esaminando le foglie osservati dei bastoncini (agenti infettivi malattia)
→ da un involucro cilindrico costituito da subunità proteiche (capsomeri) che protegge RNA o DNA
Struttura virus
→ capside proteico e un acido nucleico all’interno che può essere DNA o RNA
Forma capside varia e a volte è presente un ulteriore involucro protettivo di natura
lipidica (pericapside) da cui possono spuntare delle spine glicoproteiche
→ acido nucleico a filamento singolo o a doppio filamento (sia DNA sia RNA)
→ mancanza capacità di riprodursi, ciò non lo rende una vera forma di vita
→ definiti parassiti endocellulari obbligati (per costruire proprie strutture e per
riprodursi sono costretti a introdursi come parassiti in una cellula ospite (batterica,
vegetale o animale) e a sfruttarne sistemi metabolici)
→ chiamati virioni se all’esterno delle cellule ospiti
Struttura batteri
→ cellule procariote, senza nucleo e utilizza acido folico
→ materiale genetico (DNA) nel citoplasma sotto forma di un cromosoma con
struttura circolare
→ plasmidi: anelli di DNA + piccoli che portano l’informazione genetica per
caratteri particolari
→ ribosomi (+ piccoli degli eucarioti) nel citoplasma (cellula in grado di effettuare
sintesi proteica)
→ sistemi enzimatici proteici svolgono le funzioni che dovrebbero svolgere
organuli rivestiti da membrane
→ membrana circondata da una parete e in alcuni casi da una capsula protettiva
→ questi componenti lo rendono una cellula autonoma in grado di svolgere le funzioni vitali
RIPRODUZIONE VIRUS
Ciclo riproduttivo virus
1) Virus entra nella cellula ospite per endocitosi, per fusione del pericapside lipidico con la
membrana cellulare o per “iniezione” del solo acido nucleico
2) Acido nucleico virale prende comando del metabolismo della cellula inducendola a usare il
genoma virale per costruire nuovi virus
3) Nuovi virus escono dalla cellula e infettano altre cellule
Differenze nelle tappe a seconda del tipo di acido nucleico e del tipo di cellula ospite
Riproduzione batteriofagi
Batteriofagi: virus che colpiscono le cellule batteriche
Ciclo riproduttivo in 2 modalità:
1) Ciclo litico (o virulento): termina con rottura della cellula
ospite e la liberazione dei nuovi fagi
2) Ciclo lisogeno: comporta l’integrazione del genoma virale in
quello del batterio
1) Fago inietta il proprio acido nucleico nel batterio lasciando fuori la
capsula protettiva → DNA virale prende il controllo dei sistemi
metabolici cellulari e dirige la sintesi proteica al posto del genoma
batterico → ribosomi batterici producono proteine necessarie per
costruire nuove capsidi e DNA duplicato più volte → ogni filamento
DNA virale neosintetizzato viene inserito in un capside formando nuovi virus → indotta lisi cellulare,
virioli liberati all’esterno della cellula e possono infettare altre cellule
2) Genoma dei fagi (temperati) attivato quando entrato nella cellula ospite e integrato in quello
batterico e rimane latente (senza provocare effetti immediati). Genome del fago integrato nel
cromosoma batterico → profago
Alcuni fagi possono alternare i cicli (fago lambda che infetta escherichia coli)
Genoma virale, integrato in quello batterico, viene duplicato ogni volta che si riproduce
Ciclo lisogeno → ciclo litico “in differita” (rinviato nel tempo)
Nel DNA virale → 2 sequenze con funzioni di promotori: una controlla l’avvio del ciclo litico e l’altra
l’avvio dell’altro ciclo; a loro volta controllati da 2 proteine virali antagoniste
Quando batterio in buona salute → sintetizzata proteina virale che avvia il ciclo lisogeno
Quando cellula danneggiata → sintetizzata l’altra proteina che avvia il ciclo litico
Riproduzione virus che infettano gli animali
Virus a DNA che infettano gli animali → ciclo litico simile a quello dei batteriofagi con l’eccezione che
nell’ospite non entra solo l’acido nucleico ma l’intero virus
Ingresso per endocitosi o per fusione con la membrana cellulare (se il virus ha pericapside lipidico) →
virus utilizza macchinari molecolari della cellula ospite per riprodursi
Altri virus animali a DNA compiono un ciclo simile a quello lisogeno e si integrano nel genoma
cellulare come provirus
Virus a RNA (esempio influenza) → formati da un singolo filamento di RNA avvolto da un capside
proteico e da un pericapside glicoproteico; all’interno del capside è presente anche una RNA
polimerasi. Invasione cellula ospite per endocitosi con
formazione di vescicola contenente il virus → membrana
della vescicola si fonde con il pericapside virale e enzimi
cellulari degradano il capside → genoma virale liberato nel
citoplasma → RNA polimerasi virale (utilizzando i nucleotidi
della cellula ospite) sintetizza un secondo filamento di RNA
(complementare) che funge da mRNA (acido nucleico
contenente informazioni per sintetizzare i componenti del
virus) → sintetizzate nuove proteine per fabbricare capside
e pericapside e duplicato in parallelo l’RNA virale → nuovi
virus montati inserendo un filamento di RNA in ogni capside
*glicoproteine del pericapside prodotte nell’apparato di Golgi
glicoproteine che servono alla costruzione del pericapside → trasportate all’interno di vescicole verso
la membrane cellulare e incorporate sulla sua superficie → quando un capside virale si avvicina alla
membrana cellulare si verifica fenomeno simile alla gemmazione → capside si riveste di involucro
glicoproteico e si stacca dalla cellula che lo ha prodotto
Retrovirus
→ virus a RNA che contengono al loro interno l’enzima trascrittasi inversa
Dogma centrale della biologia che sancisce l’unidirezionalità del flusso messaggio genetico, dal DNA
all’RNA e infine alle proteine:
DNA → RNA → proteine
In base a questo, messaggio genetico contenuto nel DNA → trascritto in un mRNA che i ribosomi
utilizzano per sintetizzare le proteine; passaggio inverso non possibile
Questo enzima permette il passaggio inverso da RNA a DNA, usando un filamento di RNA come
stampo per sintetizzare un filamento di DNA; virus che lo posseggono → operare la trascrizione
inversa
HIV → provoca sindrome da
immunodeficienza acquisita
(AIDS); colpisce i linfociti T
→ difese immunitarie
compromesse e morte a causa
della non difesa da altre malattie
→ contiene 2 filamenti identici RNA, 2 molecole di trascrittasi inversa, un capside proteico e un
pericapside glicoproteico. Dopo che il virus penetrato nella cellula ospite per endocitosi → trascrittasi
liberata nel citoplasma dove catalizza sintesi filamento di DNA complementare all’RNA virale (cDNA)
→ RNA virale si degrada mentre trascrittasi inversa produce un secondo filamento di DNA che viene
unito al primo → si forma molecola di DNA a doppio filamento che entra nel nucleo e si va a integrare
nel genoma della cellula ospite come provirus; situazione inalterata per anni senza che il genoma
virale integrato provochi danni → se le condizioni cambiano e l’individuo subisce uno stress fisico o
riceve stimoli biologici → virus latente si può attivare improvvisamente
Virus patogeni per esseri umani
Virus influenzali → a tre ceppi differenti (A, B, C) e più diffuso è ceppo A
→ capacità di mutare e di scambiarsi informazioni genetiche producendo ceppi nuovi → ogni anno
sviluppati nuovi vaccini antinfluenzali perchè i virus mutano di continuo
Di tipo A → responsabili pandemie umane; oncovirus → virus in grado di causare tumori
RIPRODUZIONE BATTERI
Batteri si riproducono per scissione binaria (asessuata) → permette loro di moltiplicarsi in modo
esponenziale originando numero elevato di nuovi organismi in poco tempo
→ genera copie di batterie uguali (colonie)
Batteri → riproduzione sessuata attraverso meccanismi che porta uno scambio di informazioni
genetiche tra cellule diverse con un sistema simile a ciò che avviene negli eucarioti con crossing over
Trasformazione
Griffith scoprì 2 ceppi diversi del batterio della polmonite →
Ceppo S (virulento) originava colonie dalla superficie liscia;
Ceppo R (non virulento) colonie ruvide
La virulenza del ceppo S dovuta alla capsula protettiva del
batterio che li difendeva dal sistema immunitario dell’ospite,
mentre i batteri del ceppo R non possedendola venivano
neutralizzati. Nel terzo esperimento, Griffith trovò nei topi dei
batteri S vivi → fattore trasformante che era passato dai batteri
S morti a quelli R vivi → trasformazione batterica (quando
muore un batterio, parti del suo DNA possono essere rilasciate
all’esterno e incorporate ad altri batteri
Esperimenti di Avery, Hershey, Chase → A studia fenomeno
della trasformazione batterica e fa esperimenti per capire
sostanza trasferita da un batterio all’altro; ripete con G l’esperimento inserendo ogni volta enzimi
diversi nel materiale inoculato dei topi → inserendo proteasi che demoliscono proteine trasformazione
avveniva lo stesso; quando utilizza DNAsi, trasformazione non avviene → fattore dimostrante è DNA
Ipotesi che la portatrice del messaggio genetico è DNA confermato più avanti dopo vari esperimenti
H e C utilizzano negli esperimenti batteriofago T2 (fago a DNA che infetta cellule di Escherichia coli
con un ciclo litogenetico); trattano alcuni fagi con un isotopo radioattivo dello zolfo (35) affinchè
venisse incorporato nelle proteine del capside e altri
fagi con un isotopo radioattivo del fosforo (32) di
modo che venisse incorporato nel DNA; con questi
2 gruppi di fagi marcati, H e C infettano cellule
batteriche che sottoposero a centrifugazione →
batteri infettati sul fondo → precepitato o pellet
→ solo nel caso dei fagi marcati con fosforo
radioattivo il pellet risult radioattivo → i fagi avevano
iniettato nei batteri il loro DNA e non il capside
proteico → messaggio genetico è veicolato dal DNA
Trasduzione
→ meccanismo di ricombinazione genetica;
trasferimento di un frammento di DNA
batterico effettuato per mezzo dei fagi
durante il ciclo riproduttivo virale
Quando si infettano le colonie batteriche
con fagi che avevano precedentemente
infettato batteri resistenti alla streptomicina
→ resistenza all’antibiotico veniva trasferita
Fagi litici effettuano trasduzione generalizzata → un frammento qualsiasi del cromosoma di un
batterio infettato può essere trasferito in un altro batterio
Quando fago inietta un batterio → frammentazione del suo cromosoma; quando eseguito il montaggio
dei nuovi fagi → frammento DNA può casualmente inserirsi in un capside originando virione anomalo
Dopo la lisi del batterio ospite, nuovi virioni vanno ad infettare altri batteri: virione anomalomporta un
pezzo di DNA proveniente da un altro batterio. Frammento trasdotto → incontro a ricombinazione
(suoi geni inseriti nel cromosoma del secondo batterio → acquisice nuove informazioni genetiche)
Fagi lisogeni → trasduzione specializzata in cuiviene trasferito un frammento particolare del
cromosoma batterico (quello vicino al punto di inserzione del genoma fagico (non casuale)
Coniugazione
→ riproduzione sessuata che avviene attraverso un ponte citoplasmatico che unisce i due batteri
Una delle due cellule batteriche (batterio donatore) produce pilo sessuale che usa per agganciare un
altr batterio (ricevente); tra le due cellule viene costruito un tubo di coniugazione (ponte citoplasmatico
che permette il passaggio del materiale genetico. Per poter passare attraverso il ponte, cromosoma
circolare del batterio donatore viene aperto e vengono separati i 2 filamenti che lo compongono →
solo uno di essi trasferito; trasferimento interessa solo una parte del genoma batterico; quando
frammento giunto nel batterio ricevente → ricombinazione con il cromosoma di quest’ultimo
Non tutti i batteri in grado di produrre pilo sessuale e costruire un tubo → devono possedere specifici
geni che costituiscono il fattore F (fattore di fertilità) → o all’interno del cromosoma batterico oppure
nei plasmidi. Batteri che lo possiedono sono F+ (maschi) e F- (femmine)
Se F integrato nel cromosoma batterico, durante coniugazione può essere trasferito
insieme ad esso; Cromosoma batterico aperto nel punto F → si avvia nel ponte
citoplasmatico portando in coda fattore; Se ponte si interrompe prima che tutto il
filamento sia passato → batterio ricevente ottiene solo un frammento di DNA che si
ricombina con quello già presente ma non acquisterà fattore F
se tutto filamento viene trasferito → batterio F- riceve fattore F e diventa F
Se fattore F in un plasmide (plasmide F) durante la coniugazione l’anello del plasmide
viene aperto in corrispondenza regione Ori (origine di replicazione) e uno dei 2
filamenti → inviato attraverso ponte
Giunto nella cellula ricevente → filamento duplicato e forma un nuovo plasmide.
Cellula F- diventa F+
Plasmidi
→ possono contenere vari tipi di informazioni genetiche → quando vengono trasferiti
determinano l’acquisizione di particolari caratteristiche nelle cellule riceventi
- plasmidi F → fattori di fertilità che controllano capacità di produrre tubi di coniugazione
- plasmidi metabolici: permettono trasferimento di capacità metaboliche (batteri capaci di
metabolizzare idrocarburi del petrolio)
- plasmidi R: portano fattori di resistenza a particolari sostanze (antibiotici)
Abuso antibiotici → insorgenza di batteri super-resistenti (resistenti a un ampio spettro di antibiotici
difficili da neutralizzare. Esempio di evoluzione di atto → contatto con l’antibiotico agisce da fattore
selettivo nei confronti dei batteri a esso resistenti che sono gli unici a sopravvivere; resistenza poi
passata da un batterio all’altro e dopo un periodo → tutti i batteri risultano resistenti