Classificazione Linneana: Sistematica, Tassonomia e Nomenclatura Binomia, Dispense di Microbiologia

Scarica Classificazione Linneana: Sistematica, Tassonomia e Nomenclatura Binomia e più Dispense in PDF di Microbiologia solo su Docsity!

CLASSIFICAZIONE LINNEANA

LINNEO  - Dominio

• Regno  Animalia e Plantae
• Phylum
• Classe
• Ordine
• Famiglia
• Genere
• Specie

TASSONOMIA  regole per la classificazione di organismi viventi ad estinti sulla base delle loro somiglianze e differenze

SISTEMATICA  relazioni evolutive tra gli organismi, classificazione in un sistema gerarchico composto di gruppi e sottogruppi (vd sopra)

NOMENCLATURA BINOMIA  nome scientifico composto da genere (sempre in maiuscolo) e specie di appartenenza all’interno del genere (in minuscolo perché è una qualità aggettivante).

Unità tassonomica è la specie: es. insieme di ceppi batterici che mostrano caratteristiche fenotipiche comuni che ne permettono la distinzione da altre specie. Ceppo  cellule geneticamente identiche, derivate dalla subcoltura di una singola colonia isolata pura Ceppo tipo ( type strain )  coltura da cui è stata descritta originariamente la specie In una stessa specie, distinguiamo: biotipi (o Biovars)  ceppi che differiscono per caratteristiche biochimiche o fisiologiche; sierotipi (o serovars)  ceppi che differiscono per caratteristiche antigeniche

Negli organismi superiori, la specie è definita come un gruppo di individuo in grado di accoppiarsi in natura o essere potenzialmente in grado di farlo e capaci di dare origine a prole fertile (tale definizione non è applicabile ai batteri  insieme di ceppi isolati in habitat diversi ed in tempi diversi che hanno una similarità fenotipica, omologia genetica, omologia filogenetica).

Carl Woese (1977 ) = due domini e sette regni:

• Eukaryota  animalia, fungi, plantae, chromista, protista
• Prokaryota  bacteria e archea

ARCHEA 

• Senza peptidoglicano
• Metanogeni
• Lipidi con legame etere
• Insensibili alla rifamicina
• Vivono in condizioni simili a quelle “della terra primitiva”
• Alofili, termofili ed acidofili estremi

BACTERIA 

• Con parete di peptidoglicano
• Sensibili alla rifamicina che blocca la trascrizione
• Lipidi con legami estere

I batteri differiscono per morfologia e caratteristiche metaboliche, genetiche e antigeniche; le dimensioni di una cellula batterica procariotica sono molto inferiori a quelle di una cellula eucariotica.

I batteri si possono presentare come cocchi  diplococchi, streptococchi (a catenella), tetradi, a grappolo(staphylococchi).

Possono anche presentarsi come bacilli.

Altre forme comuni sono: vibrione, spirillo e spirocheta. Ma esistono anche batteri di forma variabili che vengono chiamati pleiomorfici.

CELLULA PROCARIOTICA

Molto semplice e piccola, circa 1 micron; manca di compartimentazione interna. Gli organismi procariotici hanno un’organizzazione cellulare molto semplice che è comunque in grado di completare moltissime reazioni metaboliche sfruttando diverse fonti energetiche e sopravvivendo anche in condizioni estreme.

La cellula procariotica ha:

• Flagello  organi di movimento, consentono un movimento orientato (chemiotassi positiva o negativa a seconda degli stimoli fisica, quali luce, calore e chimici, quali nutrienti o sostanza dannose); sono costituiti da flagellina, una proteina contrattile e formati da un unco filamento senza membrana. Possono essere persi e rigenerati e la loro sintesi è regolata da almeno 20 geni.
• Pili  strutture proteiche ( pilina ) rigide (0,2 – 20 micron), codificati da plasmidi; sono soprattutto presenti nei Gram (-). Mediano l’adesione e l’aggregazione batterica favorendo la colonizzazione e la formazione di pellicole superficiali, alcuni utili anche per la coniugazione tra batteri. Insieme al flagello permettono anche il movimento della cellula stessa
• Capsula batterica
• Parete cellulare
• Membrana citoplasmatica
• Citoplasma
• Ribosomi
• Mesosoma
• Nucleoide (DNA)

A differenza della cellula eucariotica, la cellula procariotica:

• non ha compartimenti interni  il cromosoma circolare (depositario dell’informazione genetica, in base al quale la cellula e in grado di sintetizzare proteine ed enzimi in grado di svolgere determinate reazioni chimiche) è immerso direttamente nel citoplasma senza essere

• Lipidi
• Ioni organici
• Composti a basse peso molecolare

MEMBRANA CITOPLASMATICA

Struttura dinamica e fluida (modello a mosaico fluido); si trova tra la parete e il citoplasma ed è molto simile a quella delle cellule eucariotiche.

È costituita dal 40% di lipidi e dal 60% di proteine (i carboidrati sono in piccolissime quantità). È formata naturalmente da un doppio strato fosfolipidico nel quale sono immerse proteine anfipatiche responsabili delle diverse funzioni della membrana.

Le proteine possono essere integrali o intrinseche o interne  sono anfipatiche e difficilmente separabili dalla membrana; sono anche dette proteine transmembrana perché si estendono attraverso l’intera membrana alla quale sono fortemente legate, perché i 20-25 aa che le lega sono apolari e quindi generano interazione non covalenti con le code lipidiche dei fosfolipidi della membrana. Proteine periferiche o estrinseche o esterne sono moderatamente adese alla membrana e quindi facilmente removibili. Non attraversano l’intero spessore della membrana cellulare. Queste comprendono alcuni enzimi e alcune proteine strutturali che ancorano il citoscheletro alla membrana.

Proteine ancorate ai lipidi  sono legate covalentemente a code lipidiche che si inseriscono nel doppio strato. Molte sono in associazione con sfingolipidi di membrana e danno luogo alla formazione di zattere lipidiche, porzioni della membrana specializzate al trasporto.

A differenza degli eucarioti che hanno gli steroli all’interno della matrice, nei procarioti sono presenti gli opanoidi che hanno lo stesso ruolo degli steroli, di stabilizzare la struttura della membrana.

Funzioni:

• Delimita il citoplasma
• Funge da barriere selettiva
• Sede di citocromi e proteine sensori per il processo di trasduzione del segnale
• Sede di diversi processi: fotosintesi, respirazione, sintesi lipidica e di elementi per la costituzione della parete cellulare (peptidoglicano, fosfolipidi, etc), chemiotassi, formazione di endospore, eliminazione di rifiuti metabolici.
• Interviene nella segregazione cromosomica e divisione cellulare
• Sede di scambi con l’esterno (trasporto passivo: diffusione semplice, osmosi; trasporto attivo: mediato da carrier proteici e traslocazione di gruppo).
• Responsabile del comportamento della colorazione Gram
• Determina la forma del batterio
• Punto di attacco di antibiotici e virus batteriofagi
• Protezione nei confronti della lisa

Struttura fosfolipide:

testa polare  etanolammina e fosfato

glicerolo  estremità polare

acidi grassi a catena lunga  estremità apolare

• Nei Gram positivi i lipidi sono di diversi tipi;
• i Gram negativi sono costituiti da fosfatidiletanolammina;
• gli eucarioti hanno la fosfatidicolina

MESOSOMI

Le cellule procariotiche contengono delle invaginazioni della membrana plasmatica o sistemi di membrane interne dette mesosomi, che vanno a formare vescicole, tubuli o lamelle. Sono molto più presenti nei Gram -.

Sono coinvolti nella formazione della parete durante il processo di divisione e nella replicazione dei cromosomi e nella loro distribuzione alle cellule figlie, e infine sono coinvolti anche in alcuni processi enzimatici.

Nei microrganismi fotosintetici o in quelle fortemente aerobi tali sistemi sono molto sviluppati probabilmente perché la loro funzione è quella di fornire una più ampia superficie alle intense attività metaboliche.

PARETE CELLULARE

Tutte le cellule procariotiche (eccetto micoplasmi e archeobatteri) hanno una parete cellulare esterna alla membrana plasmatica.

Ha funzione di sostegno e protezione e ha anche il compito di prevenire l’esplosione per pressione osmotica.

Il componente più importante della parete cellulare è il peptidoglicano , polimero costituito da subunità identiche che sono amminozuccheri, quali NAM (acido N-acetil muramico) e NAG (acido N- acetilglucosammina), legati ad una catena tetrapeptidica formata da D e L amminoacidi (L-alanina, D- acido glutammico, acido meso-diamminopimelico, D-alanina) a formare un’unica molecola.

I NAM e i NAG, detti frazione glicanica , sono uniti da legami β 1-4 e si dispongono in lunghe file affiancate.

Al gruppo carbossilico del NAM si lega la catena tetrapeptidica.

GRAM NEGATIVI

La parete dei Gram negativi presenta un peptidoglicano con uno spessore molto inferiore, non ha acidi teicoici, ma presenta una complessa membrana esterna , che funge da ulteriore protezione per i batteri.

Nei Gram negativi tutte le catene tetrapetidiche dei peptidoglicani sono trasversalmente unite da un legame peptidico che coinvolge il gruppo carbossilico terminale della D-alanina e il gruppo amminico dell’acido diamminopimelico dell’unità adiacente.

La membrana esterna ha tre strutture principali:

CELLULA EUCARIOTICA

Unità fondamentale degli organismi viventi unicellulari e pluricellulari (protozoi, piante, funghi, animali); è grande 10micron, circa 1000 volte di più della procariotica.

Durante l’evoluzione le dimensioni della cellula si sono conservate relativamente piccole per mantenere elevata la loro efficienza; fondamentale è infatti il rapporto superficie/volume che deve rimanere alto.

Ha il DNA racchiuso da una membrana nucleare  nucleo

Possiede diversi organuli immersi nel citoplasma, ognuno deputato ad una specifica funzione (più complessa della procariotica); ribosomi  sintesi delle proteine; mitocondri  sede della respirazione cellulare. Il citoplasma infatti è organizzato in settori, ad ognuno dei quali compete una certa funzione. Ogni regione è delimitata da una membrana interna, ciò permette:

• Aumento della superficie
• Formazione di microambienti (per deposito, reazioni enzimatiche, etc.)
• Suddivisione delle funzioni all’interno della cellula (respirazione, digestione, etc.)

Principali componenti:

 Sistema delle membrane interne  membrana plasmatica (contiene il citoplasma); reticolo endoplasmatico liscio e rugoso  Apparato del Golgi  Lisosomi, vacuoli, vesciche  Nucleo, cromosomi, nucleolo  Mitocondri  Perossisomi (microtubuli, microfilamenti, filamenti intermedi)  Citoscheletro

MEMBRANA PLASMATICA

Doppio strato fosfolipidico, modello a mosaico fluido, asimmetrica.

Formata da: lipidi (fosfolipidi e glicolipidi); colesterolo; proteine (integrali e periferiche: glicoproteine).

Le proteine possono essere intrinseche  contatto con la regione idrofoba della membrana; intrinseche  contatto solo con la regione idrofila.

TRASPORTO DI MEMBRANA

Proteine deputate al trasporto: proteine carrier  struttura tridimensionale che consente loro di legare il soluto. Legatosi, determina un cambio conformazionale della molecola, con conseguente diminuzione dell’affinità della proteina carrier per il soluto che verrà rilasciato.

e proteine channel  costituiscono un canale che attraversa la membrana, che possiede condizioni chimico-fisiche adatte al passaggio di specifici soluti.

TRASPORTO PASSIVO

Le molecole attraversano la membrana secondo gradiente di concentrazione, quindi senza l’utilizzo di ATP.

Questo tipo di trasporto può avvenire in tre modi differenti: diffusione semplice, diffusione facilitata e osmosi.

• Diffusione semplice  non necessita di proteine. Le sostanze passano da una regione della cellula in cui sono più concentrate ad una dove sono meno concentrate. Tipico di molecole come ossigeno, anidride carbonica, acqua.
• Diffusione facilitata  necessita di proteine trasportatrici ( permeasi ) per aumentare la velocità del passaggio di una molecola attraverso la formazione di legami deboli, per facilitarne il rilascio. Solitamente la proteina è un canale transmembrana selettivo, quindi trasporta soltanto molecole specifiche. Anche qui la molecola viene trasportata secondo gradiente di concentrazione. Trasporto tipico del glucosio in S. cerevisiae.

TRASPORTO ATTIVO

Permette l’ingresso di un nutriente indipendentemente dal gradiente di concentrazione. Si distingue in trasporto attivo primario e trasporto attivo secondario.

• Trasporto attivo primario  genera un gradiente ci concentrazione e un gradiente elettrico a cavallo della membrana. Es. pompa H+, pompa sodio-potassio.
• Trasporto attivo secondario  si attiva quando il trasporto di una molecola è permesso dal gradiente formato da un’altra molecola mediate trasporto attivo primario. Deve verificarsi prima un trasporto endoergonico di una molecola con consumo di energia. Successivamente si verifica il trasporto esoergonico dell’altra molecola nella direzione del gradiente formato in precedenza. Questo accoppiamento è detto cotrasporto ed è realizzato da proteine intrinseche alla membrana; esistono tre tipi di cotrasporto: 1. Uniporto  passaggio di un solo ione o molecola in un’unica direzione 2. Antiporto  passaggio contemporaneo ma in direzione opposta di due ioni o molecole differenti 3. Simporto passaggio contemporaneo e nella stessa direzione di due ioni e molecole differenti. Es. Na+/glucosio (simporto); Na+/aa (simporto); Na+/Ca2+ (antiporto); Na+/H+ (antiporto). Questi trasporti sono guidata dalla forza proton-motrice che viene generata a livello della membrana durante la respirazione e/o la fermentazione attraverso il complesso della ATP sintasi.

RETICOLO ENDOPLASMATICO

È un sistema continuo di vescicole, sacchetti appiattiti e tubuli circondati da membrana. Esistono due tipi di reticolo endoplasmatico:

• RE Rugoso  associati i Ribosomi, responsabili della sintesi proteica. Ricco nelle cellule che producono proteine di secrezione.
• RE Liscio  non presenta ribosomi; ruolo nella sintesi lipidica necessari per la formazione delle membrane cellulari e plasmatica; responsabile della detossificazione da farmaci, del metabolismo dei carboidrati, del deposito di calcio. Ricco nelle cellule che producono ormoni steroidei

MITOCONDRI

Composti da proteine, lipidi e acidi nucleici; sono sferici o ovoidali.

È la centrale energetica della cellula in quanto contiene un sistema per produrre ATP (molecola energetica) dalla degradazione del glucosio. È inoltre coinvolto anche in altri processi: regolazione del ciclo cellulare, dello stato redox della cellula, della sintesi dell’eme, del colesterolo e nella produzione di calore.

Le idrolasi sono: nucleasi, proteasi, glicosidasi, lipasi, fosfatasi, solfolipasi, fosfolipasi. Esse insieme alle proteine di membrana dei lisosomi sono sintetizzate nel RER e attraverso il Golgi vengono trasportate agli endosomi tardivi (precursori dei lisosomi) mediante vescicole che gemmano dalla porzione trans del Golgi.

ARCHEA

Sono organismi unicellulari privi di nucleo; si è sempre creduto che colonizzassero gli ambienti più estremi, ma poi si è visto che invece sono in grado di colonizzare ogni tipo di habitat.

Distinguiamo:

• Termofili estremi  devono vivere a T superiori a 55°C e a pH molto bassi (0.9 – 2.0)
• Metanogeni  producono metano per riduzione di CO
• Alofili  vivono in ambienti estremamente salati

Pur essendo molto simili ai procarioti, a causa delle condizioni estreme in cui devono svilupparsi, presentano una composizione biochimica diversa, così come le strutture di rivestimento, il che li distingue notevolmente sia dai batteri sia dagli eucarioti. Per cui distinguiamo due regni: Eubacteria e archeabacteria (poi modificati in Bacteria e Archea).

Come sappiamo, le reazioni chimiche ed enzimatiche procedono velocemente in un determinato range di T oltre il quale però non si può andare, in quanto a T molto elevate enzimi e proteine vengono denaturati.

Si distinguono infatti:

• T minima, oltre la quale non si ha crescita
• T ottimale, alla quale si ha la massima velocità di crescita
• T massima, al di sopra della quale non si ha crescita.

In base alla temperatura i batteri possono essere divisi in:

I batteri e gli archea sono gli organismi con uno spettro di T° più ampio (O° - 115°C):

• Psicrofili  crescono bene a O° C; temperatura ottimale a 15°C; temperatura massima a 20°C. vivono bene in habitat artici o antartici, in quanto gli enzimi sono efficienti a basse temperature. La loro membrana inoltre è ricca di lipidi insaturi, per cui restano fluide anche a T molto basse.
• Psicrofili facoltativi  crescono bene tra O°C e 7°C; T ottimale: 20-30°C; T massima: 35°C. di questi fanno parte batteri e funghi responsabili del deterioramento dei cibi refrigerati.
• Mesofili  crescono bene a 15-20°C; T ottimale: 20-40°C; T massima: 45°C. questi comprendono la maggior parte dei microrganismi, inclusi i patogeni che vivono bene a T corporea: 37°C.
• Termofili  crescono bene a 45°C; T ottimale 45-65°C. Hanno membrane ricche di lipidi saturi spesso uniti da legami etere, il che alza il punto di fusione.
• Ipertermofili  crescono alla T ottimale di 80-100°C

PARETE CELLULARE ARCHEA

Negli archea è presente una sostanza simile al peptidoglicano, chiamata pseudopeptidoglicano (pseudomureina)  unità ripetute di NAG (N-acetilglucosammina) e NAT (N-acetil talosamminuronico) uniti tramite legame β 1-3. Gli amminoacidi legati al NAT sono tutti in conformazione L.

La parete è costituita da:

• Polisaccaridi
• Glicoproteine
• Proteine

ad es. i Methanosarcina contengono una spessa parete polisaccaridica formata da glucosio, acido gluronico, galattosamina e acetato.

Esistono membrane costituite da un monostrato di Difitanile  tetraeteri gli glicerolo. Sono membrane più rigide, tipiche degli ipertermofili. Controllano la fluidità variando il numero di anelli ciclopentanici.