I Batteri: struttura cellulare, classificazione e colorazione di Gram

I Batteri: Organismi Unicellulari

Sono organismi unicellulari procarioti. Vivono isolati o in colonie e sono presenti in tutti gli ambienti terrestri. La cellula è molto piccola, il DNA non è protetto dalla membrana nucleare e pertanto è immerso nel citoplasma. Gli unici organuli presenti sono i ribosomi che hanno il compito di produrre le proteine, molecole che permettono lo svolgimento delle funzioni vitali della cellula.

DNA: cromosoma batterico Pili Ribosomi Granulo di cibo Flagello Capsula Parete DNA plasmide citoplasma Membrana cellulare

Capsula: (non presente in tutti i batteri) ulteriore rivestimento esterno che protegge i batteri dalla disidratazione

Pili o fimbrie: strutture cave con funzione di migliorare l'adesione dei batteri al substrato o di favorire il passaggio di materiale genetico durante la ricombinazione batterica (pili sessuali).STRUTTURA DELLA PARETE CELLULARE La parete cellulare dei batteri è rigida, posta sopra la membrana cellulare, da forma al battere e ha funzione di regolazione dell'assorbimento idrico; è costituita da diverse sostanze tra queste quella presente in modo significativo è il peptidoglicano. Questa molecola se presente in notevole quantità (> del 10%), forma uno spesso strato sopra la membrana cellulare. Se la quantità di peptidoglicano è inferiore al 10%, lo strato soprastante la membrana cellulare si riduce e su di esso si forma una struttura simile alla membrana cellulare indicata come membrana esterna.

Gram Positive Gram Negative Techoic acid Lipotechoic acid Polysaccharides Porins Lipids Peptidoglycan Outer membrane layer Protein Peptidoglycan Periplasmic space Cell membrane Membrane protein Cell membrane Membrane protein + La spiccata struttura fosfolipidica della membra esterna la rende impermeabile a molte sostanze. La differente composizione della parete fa si che i batteri si suddividano in due gruppi: Gram+ e Gram -.MEMBRANA CELLULARE La membrana cellulare: posta sotto la parete cellulare, racchiude il citoplasma; la sua struttura è molto simile a quella delle cellule eucariote e svolge le stesse funzioni. Nei batteri la membrana cellulare presenta delle pieghe che formano delle strutture vescicolari dette mesosomi dove si svolge la respirazione cellulare e/o la fotosintesi (processi che nella cellula eucariote si svolgono nei mitocondri e nei cloroplasti DNA: cromosoma batterico Pili Ribosomi Granulo di cibo 8 Flagello 1 Capsula Parete DNA plasmide citoplasma Membrana cellulare

Citoplasma e Flagello

Citoplasma Batterico

Il citoplasma contiene i ribosomi (organuli dove si svolge la sintesi delle proteine) e il DNA formato da un cromosoma ad anello. In molti batteri oltre al cromosoma sono presenti dei piccoli anelli di DNA detti plasmidi: essi possono contenere informazioni genetiche proprie, come i geni di resistenza agli antibiotici (presenti in alcuni plasmidi) ed inoltre sono in grado di duplicarsi in modo autonomo o passare da un battere all'altro.

Flagello e Classificazione

Il flagello si origina da un corpuscolo basale posto sotto la parete cellulare e ha funzione motoria, una delle classificazioni dei batteri riguarda proprio il numero e la posizione dei flagelli.Classificazione dei Batteri FLAGELLO A seconda del numero e della posizione dei flagelli i batteri vengono così classificati:

• Batteri monotrichi: 1 flagello posto a un polo della cellula
• Batteri anfitrichi: 1 flagello posto su entrambi i poli della cellula
• Batteri lofotrichi: un ciuffo di flagelli localizzato su un polo della cellula
• Batteri peritrichi: i flagelli sono distribuiti su tutta la parete della cellula
• Batteri afotrichi: senza flagelli

MONOTRICO LOFOTRICO ANFITRICO PERITRICOClassificazione dei Batteri

Parete Cellulare e Colorazione di Gram

Colorazione di Gram: Procedura

LA PARETE CELLULARE E LA COLORAZIONE DI GRAM La colorazione di Gram è un esame di laboratorio che permette di verificare a livello qualitativo la quantità di peptidoglicano presente nella parete cellulare. Come si procede

• disperdere una piccola quantità di materiale sul vetrino porta oggetti;
• passare velocemente il vetrino nella zona più calda della fiamma del becco Bunsen per almeno 3 volte;
• depositare il vetrino su una vaschetta per la colorazione e coprire il preparato essiccato con il colorante cristal violetto e lasciare agire per 1 minuto;
• lavare con acqua distillata e poi coprire con il liquido di Lugol e lasciare agire per 1 minuto poi lavare con acqua distillata;
• decolorare con alcool - acetone e sciacquare immediatamente;
• colorare con safranina lasciare agire per 1 minuto poi lavare con acqua distillata e asciugare il vetrino;
• osservare il preparato al microscopio.Classificazione dei Batteri

Risultati della Colorazione di Gram

LA PARETE CELLULARE E LA COLORAZIONE DI GRAM Di colore blu/viola (Gram +) In questo caso il primo colorante (cristalvioletto) ha una elevata affinità con il peptidoglicano e penetra nella parete, mentre non ha affinità con i fosfolipidi della membrana e quindi rimane all'esterno dello strato fosfolipidico. Il liquido di Lugol fissa il cristalvioletto al peptidoglicano. La decolorazione con alcool non ha effetto perchè non è presente la struttura lipopolisaccaridica della membrana esterna che l'alcool è in grado di sciogliere pertanto la parete non assorbirà il secondo colorante Al microscopio ottico i batteri si possono presentare Gram positivi processo di fissazione chimica Gram negativi Fissazione al calore Cristal violetto Trattamento con iodio 1 Decolorazione 1 Colorante di contrasto (safranina) Di colore rosa/rosso (Gram-) In questo caso il cristal violetto non ha affinità con i fosfolipidi della membrana e quindi rimane all'esterno dello strato fosfolipidico. La decolorazione con alcool ha effetto positivo perchè attacca le strutture lipopolisaccaridiche della membrana esterna che, disciogliendosi portano con se anche il primo colorante. A questo punto i gram negativi sono incolore e saranno visibili soltanto con il secondo colorante (safranina) che li farà apparire di colore rosa.Classificazione dei Batteri in base alla

Morfologia dei Batteri

Forme dei Batteri

MORFOLOGIA I batteri hanno forme diverse. In base alle forme che assumono acquistano nomi differenti. Forma sferica: Cocchi Se vivono in colonia il nome è legato alla forma della colonia:

• In coppia: diplococco
• A catenella: streptococchi
• A grappolo: stafilococchi

coccus diplococci Staphylococci streptococciClassificazione dei Batteri

Forme a Bastoncino e a Spirale

Forma a bastoncino: Bacilli Se vivono in colonia il nome è legato alla forma della colonia:

• In coppia: diplobacilli
• A catenella: streptobacilli

bacilli diplobacilli StreptobacilliClassificazione dei Batteri

S Forma a virgola vibrione Forma a spirale singola spirillo Forma a spirale doppia spirochete - 20µm IClassificazione dei Batteri in base a

Utilizzo dell'Ossigeno

Classificazione in base all'Ossigeno

Come utilizzano l'ossigeno I Batteri possono vivere sia in presenza che in assenza di ossigeno. Sono detti aerobi quelli che vivono in presenza di ossigeno e anaerobi quelli che vivono in assenza di ossigeno. Questi batteri possono essere:

• aerobi obbligati: hanno un metabolismo ossidativo, vivono solamente in presenza di ossigeno e in questo caso le molecole organiche usate per ricavare energia sono demolite fino a produrre anidride carbonica e acqua. Tra questi i più importanti sono i batteri decompositori presenti nel terreno: trasformano l'azoto ammoniacale in azoto nitrico.
• anaerobi obbligati: vivono solamente in assenza di ossigeno e in questo caso le molecole organiche usate per ricavare energia sono parzialmente demolite fino a produrre anidride carbonica, alcool etilico o acido lattico
• anaerobi facoltativi: possono tollerare basse concentrazioni di ossigenoClassificazione dei Batteri in base a

Metabolismo Batterico

Batteri Autotrofi Fotosintetici

Come si nutrono (metabolismo) I batteri autotrofi fotosintetici Per produrre molecole complesse necessarie per svolgere le funzioni vitali usano:

• l'energia solare per ricavare energia chimica;
• l'anidride carbonica per produrre molecole complesse;

I batteri fotosintetici più diffusi sulla terra sono i cianobatteri che nelle acque dolci, insieme alle microalghe, formano il fitoplancton. Possono vivere sia in presenza che i assenza di ossigeno Colonie di ciano batteri cianobatterio 00Classificazione dei Batteri in base a

Batteri Autotrofi Chemiosintetici

Come si nutrono (metabolismo) I batteri autotrofi chemiosintetici Per produrre molecole complesse necessarie per svolgere le funzioni vitali:

• demoliscono composti inorganici(acido solfidrico, ammoniaca, lo zolfo ... ) per ricavare energia chimica;

usano l'anidride carbonica per produrre molecole complesse; Tra i batteri chemiosintetici più diffusi sulla terra abbiamo i batteri nitrificanti che per ricavare energia trasformano l'ammoniaca presente nel suolo o nelle acque in azoto nitrico che la pianta può facilmente assorbire. Vivono in presenza di ossigeno, ma possono vivere per brevi periodi anche i assenza di ossigeno.Classificazione dei Batteri in base a

Batteri Eterotrofi

Come si nutrono (metabolismo) I batteri eterotrofi Per produrre molecole complesse necessarie per svolgere le funzioni vitali usano:

• composti organici (zuccheri, proteine, grassi, ecc. ) che demoliscono per ricavare energia chimica.
• composti organici derivati dalla rottura di molecole organiche più complesse per produrre altre molecole complesse necessarie per il loro metabolismo.Classificazione dei Batteri in base a

Sopravvivenza alle Condizioni Avverse

Endospore e Sporulazione

Come sopravvivono alle condizioni avverse In base alla capacità di produrre endospore i batteri si suddividono in:

• b. asporigeni: non producono endospore
• b. sporigeni: producono endospore

Il batterio sporigeno produce l'endospora quando le condizioni ambientali sono sfavorevoli per il suo metabolismo. La spora contiene citoplasma e una copia del cromosoma batterico; la parete risulta più compatta ed è rivestita da uno strato che la protegge dalle avversità ambientali una volta uscita dal batterio. Formazione della spora: il cromosoma batterico si duplica, le due molecole di DNA si separano e contemporaneamente a livello della membrana cellulare si forma una introflessione che porta alla formazione di un involucro distinto contenente la copia del cromosoma batterico. Tale struttura si trasforma in una spora che resta all'interno del battere finché questo non muore liberando la spora nell'ambiente. Quando le condizioni ambientali ritornano favorevoli, la spora rigenera il batterio che l'ha prodotta pertanto il processo di sporulazione non è un processo riproduttivo, ma una modalità di sopravvivenze che solo alcuni batteri sono in grado di attivare.