Scarica Caratteristiche di una cellula batterica: struttura, funzioni e differenze con le archea e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity!
Cellula procariotica: La grandezza varia dai 5 ai 10 micron.
il materiale genetico è chiuso ad anello ed 'è attaccato alla membrana plasmatica. Si possono distinguere in base alla forma:
- sferica → cocchi
- cilindrica → bacilli
- virgola → vibrioni
- spirale → spirilli
- più forme → plemorfi A volte quando si dividono si originano degli aggregati di cellulare:
- diplo/strapto-cocchi → a 2 a 2
- diplo/strepto-bacilli → catenelle
- tetradi → 4 cellule
- stafilococchi → grappoli Nella membrana cellulare non sono presenti le molecole di colesterolo ma ci sono gli steroli. Il lipide di base è l'acido grasso ed può essere più o meno solido. Sono presenti le proteine integrali e quelle transmembrana. La membrana ha il compito di recepire i messaggi, regolare i flussi int e est, mantenere tutto all'interno e compiere l'osmosi. La parete dei batteri è formata da mureina (peptidoglicano) che è data dall'unione di 2 amminozzuccheri: - NAG= molecole di glucosio dove in C2 è presente un OH e legato all'NH c'è l'acido acetico. - NAM= all'ossigeno si lega un residuo di acido lattico con a sua volta legati 4 amminoacidi di serie D. Questi amminozzuccheri si legano tramite un legame beta glucosidico. Le subunità di mureina possono legarsi in modo diretto (tra un amminoacido di una catena e quello di un'altra) o in modo indiretto (catena di 4 amminoacidi). Il NAG e il NAM e l'unione dei filamenti vengono sintetizzati dentro al citoplasma e spostati nella parete interna dove vengono uniti (transpeptidosi).
Distinzione batteri: ogni batterio ha la propria forma, metabolismo e sono
patogeni o meno. Si distinguono in:
- Gram+ (stafilococchi, streptococchi...): parete formata per il 90% da mureina. Il 10 % è formata da acidi teicoici che sono polimeri del glicerolo o ribitolo uniti al gruppo fosfato a cui si legano gli amminoacidi. Possono essere acidi teicoici di parete (legati alla mureina) o lipoteicoici (legati ai lipidi di membrana). Questi acidi hanno la funzione antigenica e facilitano l'assunzione. In uno strato detto PERIPLASMA agiscono le proteine che digeriscono le molecole nutritive prima che entrino nella cellula. - Gram- (salmonella, escherichiacoli): il 10% della parete è formato da mureina. All'esterno per il 90% è presente un doppio strato lipidico, ovvero la MEMBRANA ESTERNA. I lipidi inferiori sono fosfolipidi, quelli superiori sono lipopolisaccaridi. In mezzo ci sono le porine. - Lipopolisaccaride: 3 componenti= lipide A (funzione tossica), nucleo centrale polisaccaridico, catena laterale (antigene).
Capsula: avvolge una o più cellule, costituita da materiale di natura
polisaccaridica(raramente polipeptidica) secreto dalla cellula e depositato a ridosso della parete. E' dotata di potere antigenico e favorisce l'adesione delle cellule ai substrati per facilitare l'assunzione dei nutrienti, protegge la cellula dalla disidratazione, impedisce di far fagocitare le cellule. Per le forme patogene è un fattore di virulenza.
Strato mucoso: rivestimento esterno legato alla parete.
Strato S: rivestimento sottile, composto da subunità proteiche o glicoproteiche
ripetute a formare una struttura regolare che ricopre le cellule, Si dispone attorno alla parete dei Gram+ e nella membrana esterna nei Gram-. Ha funzione interattiva fra le cellule e l'ambiente esterno, stabilizza la forma, fa aderire i substrati, contribuisce alla virulenza per le specie patogene.
Flagelli: sistemi di movimento nei procarioti. Sono filamenti sottili e il numero e la
disposizione di essi può variare. Sono formati da un filamento di flagellina, dal corpo basale (motore del flagello, permette l'ancoraggio alla cellula), dall'uncino che unisce il corpo basale. La sintesi dei flagelli è controllata dai diversi geni, si forma prima il corpo e poi le subunità di flagellina.
Fimbrie: filamenti rigidi di proteine, corti e numerosi, distribuiti sopra la
superficie cellulare. Fanno aderire i substrati, il che è importante nei processi infettivi.
Pili: pili sessuali, strutture filamentose rigide, ce ne sono pochi. Sono formati da
monomeri di pilina. Permettono il contatto fisico fra 2 batteri e il trasferimento dei geni da una cellula all'altra. Possono anche servire da recettori per l'adesione dei virus batterici.
Strutture interne
Citoplasma: 70% H2O+ 15-20% proteine + in quantitativi minori altre
biomolecole. Al microscopio ha un aspetto granulare grazie alla presenza dei ribosomi.
DNA: il DNA si ammassa in una zona detta nucleoide. La maggior parte dei batteri
possiede una sola molecola di DNA cromosomico, contenente tra i 3000 e i 6000 geni. Genoma aploide → un solo tipo di cromosoma Genoma diploide → 2 cromosomi che portano lo stesso tipo di corredo
Plasmidi: piccole molecole di DNA extracromosomico a 2 filamenti superavvolti.
Sono circolari e repliconi perché si duplicano in modo indipendente dal cromosoma. Non contengono geni essenziali, ma informazioni accessorie.
strutture di rivestimento, parete e membrana. Le pareti non contengono peptidoglicano e sono eterogenee. La membrana ha una parte idrofobica dei lipidi caratterizzata da catene carboniose ramificate con strutture ad anello; legame tra catene di carbonio e glicerolo di tipo etere e monostrati lipidici dovuti a fosfolipidi fissati al glicerolo. Queste caratteristiche rendono più rigido il doppio strato lipidico. La capacità di resistere alle alte temperature richiede le proteine che non si denaturano a 60° (grazie ai termoenzimi). Gli archea inoltre sono sensibili in modo diverso agli antibiotici.
Microrganismi:
- acellulare: vi sono particelle più piccole delle comuni cellule e di tipi diversi. Nei virus esse sono i virioni, composti da un involucro che avvolge il genoma virale. In altri sono i viroidi che infettano le piante. Sono formati da una molecola di DNA circolare. Ci sono i pirioni che provocano malattia neurodegenerative, sono delle proteine prioniche. - unicellulari: riassume in un'unica cellula tutte le funzioni vitali. Un esempio sono i batteri. Si trovano anche i protozoi, le alghe e le microalghe e i lieviti. - coloniale: associazione di organismi unicellulari che non si separano completamente dalla cellula madre. E' una forma di cooperazione per la sopravvivenza. Ogni cellula della colonia ha vita autonoma. - pluricellulare semplice: più cellule che formano l'individuo che può diventare microscopico o macroscopico. L'apparato corporeo della alghe e dei funghi è chiamato tallo, la cui pluricellularità si basa su 2 diverse modalità di sviluppo (disposizione filamentosa e laminare).
Vantaggi: i vantaggi che le piccole dimensioni comportano sono la capacità di
adattamento, scambio rapido di sostanze con l'ambiente, capacità di riprodursi velocemente.
Varietà metabolica e trasformazioni della materia: i microrganismi sono
caratterizzati dalla loro varietà metabolica. Con il termine metabolismo si intende l'insieme delle reazioni chimiche che un organismo compie. Con varietà metabolica si intendono i microrganismi in grado di svolgere più reazioni diverse tra loro per le componenti. Alcune di queste reazioni sono esclusive del mondo dei batteri. Su queste differenze metaboliche si basa la biodiversità microbica, ovvero i batteri si possono differenziare per il loro metabolismo. L'attività metabolica dei microrganismi si manifesta per l'uso di sostanze, dette substrati, che vengono modificate e trasformate in prodotti detti metaboliti. Le reazioni impiegate per assimilarli sono quelle di ossidazione e di degradazione. La varietà metabolica dei microrganismi si evidenzia con le reazioni cataboliche in quanto essi usano le variazioni ambientali disponibili. A livello anabolico usano le reazioni simili a quelle di tutti gli essere viventi.
Diversità dei substrati nutritivi: in base alla specie i microrganismi possono
utilizzare composti organici semplici che vengono rapidamente assimilati, oppure
dei polimeri, che essendo troppo grandi per attraversare la membrana vengono scomposti in monomeri assorbibili. I composti organici possono essere di origine naturale o dall'immissione nell'ambiente di prodotti dell'attività umana. E' stata quindi adottato il termine 'biodegradabile' per specificare quei composti che i microrganismi sono in grado di degradare. Alcuni microrganismi sono capaci di degradare degli idrocarburi per utilizzarli come fonte di carbonio ed energia. Ci sono poi i composti xenobiotici che sono prodotti dall'uomo e non possono essere degradabili dai microrganismi. Le specie organiche possono usare i composti inorganici in diversi modi: assimilandoli nella costruzione delle macromolecole, ossidandoli per ottenere energia, usandoli al posto dell'ossigeno come accettori finali di elettroni. I microrganismi possono utilizzare substrati e riprodursi a condizione che anche i fattori ambientali siano favorevoli alla divisione cellulare.
Trasformazioni: alcune trasformazioni utili sono quelle effettuate dai
microrganismi negli ecosistemi naturali=
- microrganismi a cantena trofica: (o catena alimentare) si indica la sequenza degli organismi attraverso cui si realizza il trasferimento di nutrienti nell'ecosistema. Il funzionamento primario è garantito dal sole. In base al ruolo alimentare svolto gli organismi fotosintetici sono dei PRODUTTORI, in quanto costituiscono la fonte primaria di composti organici per tutti gli altri organismi. Gli animali e i protozoi che ingeriscono i batteri sono invece dei CONSUMATORI poiché si riforniscono di composti organici mangiandone altri. In base al tipo di alimentazione si distinguono in consumatori PRIMARI (si nutrono di vegetali) e consumatori SECONDARI (mangiano i primari). I funghi vengono classificati come decompositori, demolendo i composti organici assorbiti e restituendo piccole molecole inorganiche all'ambiente. - produzione di cibi e bevande: l'uomo ha sfruttato i processi fermentativi per ottenere bevande alcoliche, pane, formaggi e yogurt. I principali microrganismi usati nella produzione di bevande e alimenti fermentati sono i lieviti e i batteri lattici. I lieviti sono gli agenti della fermentazione alcolica e si possono usare anche nella lievitazione dei prodotti da forno. I batteri lattici sono invece agenti delle fermentazione lattica (formaggi e yogurt). A volte si usano dei microrganismi selezionati, detti colture starter che vengono aggiunti in momenti precisi alle materie prime. Le colture starter possono essere pure (formate da un solo tipo di microbico) o miscele miste. Spesso nella lavorazione di alcuni alimenti si aggiungono altri microrganismi che danno determinate caratteristiche, ad esempio i batteri propionici (emmental) o le muffe (gorgonzola). - fabbricazione di prodotti chimico-farmaceutici: i microrganismi generalmente vengono coltivati a livello industriale, in modo che la specie microbica sintetizzi il metabolita di interesse che viene poi purificato per poter essere commercializzato. Numerosi sono i composti chimici ottenuti dai microrganismi e impiegati in più settori (enzimi, amminoacidi, polisaccaridi extracellulari, acidi organici, vitamine, integratori alimentari, bioinsetticidi in agricoltura). - fonti energetiche dai microrganismi: un biocarburante prodotto dalla
svolge attività metaboliche specifiche.
Strategie di sopravvivenza, forme di resistenza e biofilm: a volte le
caratteristiche ambientali non sono costanti nel tempo e quindi i microrganismi devono adeguare le proprie attività cellulari alle variazioni esterne. Quando le cellule microbiche sono esposte a innalzamenti di temperatura, si formano delle proteine dello stress termico (chaperonine) che proteggono le proteine cellulari dalle denaturazione e riparano quelle danneggiate dal calore. Le forme di sopravvivenza più note sono le spore batteriche, che proteggono il proprio genoma con strutture di rivestimento resistenti. Possono restare quiescenti per molto tempo e in condizioni favorevoli riprendono le loro funzioni vitali. I batteri che hanno queste capacità sono detti SPORIGENI. I biofilm sono comunità di di microrganismi procariotici ed eucariotici tenuti in stretto contatto fisico da una matrice extracellulare prodotta da loro stessi e forma vari tipi di macromolecole. Serve a evitare l'essiccamento, la penetrazione di composti tossici e a trattenere le molecole utili. A volte dei cambiamenti ambientali possono essere determinanti per le popolazioni microbiche che si sviluppano e consumano/producono sostanze. Si possono formare così delle successioni di comunità microbiche.
Relazioni tra le specie: le specie possono compiere interazioni tra di loro che
possono essere positive se favoriscono la sopravvivenza e negative se comportano uno svantaggio per una delle due popolazioni. Possono causare la morte di singoli organismi ma difficilmente l'estinzione di una popolazione. Sono meccanismi di autoregolazione della densità di popolazione microbica.
- interazioni positive: sono il commensalismo (una popolazione ricava vantaggi nutritivi dall'ospitalità di un'altra che resta indifferente), il mutualismo (due organismi di due specie diverse traggono vantaggi reciproci e sono a stretta associazione e contatto, si tratta di simbiosi), la protocooperazione (interazione non obbligatoria in cui due popolazioni si avvantaggiano reciprocamente). - interazioni negative: sono la competizione (quando due popolazioni di specie diverse o della stessa si contendono le risorse ambientali essendo limitare, è interspecifica se la crescita di una è avvantaggiata e l'altra limitata), l'antagonismo (una popolazione sintetizza e rilascia nell'ambiente sostanze che danneggiano la crescita dell'altra specie), il parassitismo (un microrganismo viva a spese di un organismo che viene danneggiato), la predazione (una popolazione si nutre degli individui di un'altra causandone la morte o la parziale distruzione).
