I Batteri: scoperta e meccanismi di riproduzione

I Batteri: Esseri Viventi Fondamentali

I BATTERI Piccoli esseri viventi fondamentali per la vita! L'insulina che viene assunta ogni giorno da milioni di persone è prodotta dai batteri :)

Insulina 16 10 ml

... ma non facciamoci ingannare .. Ad esempio, pochi grammi della tossina botulinica prodotta da un batterio molto comune possono sterminare tutta la popolazione umana!

La Scoperta dei Batteri

Come sono stati scoperti? Dall'olandese Antoni van Leeuwenhoek. Si tratta di un grande scienziato? No, si trattava di un commerciante di stoffe molto pignolo e molto curioso. Per riconoscere le stoffe scadenti o contraffatte escogitò un modo per osservare meglio la struttura delle stoffe, ripensò al lavoro eseguito da Galileo e pensò: «se Galileo riesce a osservare oggetti così lontani, posso modificare la sua scoperta e utilizzarla per osservare oggetti piccoli.»

soporte del material biológico lente material biológico placa de metal tornillos de regulación

Fu così che attorno al 1668 nasce il primo microscopio della storia, incuriosito da ciò che riusciva ad osservare inizio ad esaminare diversi campioni, tra cui l'acqua di stagno e la saliva.

Osservazioni Microscopiche di Anton Van Leeuwenhoek

Microscopic observations by Anton Van Leeuwenhoek La descrizione della sua osservazione è scritta in una lettera resa pubblica: "C'erano molti minuscoli esseri viventi che si muovevano graziosamente"

White blood cells Red blood cells Yeast cells Sperm cells Bacteria cells

Come vennero prese inizialmente? Con scetticismo. Grazie al suo microscopio van Leeuwenhoek ha aperto la strada a molte delle scoperte fatte in ambito medico, anatomico e anche botanico

Come si Nutrono i Batteri

Come si nutrono? AUTOTROFI VS ETEROTROFI Possiamo dividere i Batteri in due grandi categorie, i batteri autotrofi e i batteri eterotrofi

1. I batteri autotrofi riescono a produrre energia senza bisogno di cibo organico.
2. I batteri eterotrofi hanno bisogno delle stesse sostanze nutritive di cui abbiamo bisogno noi, glucosio, oppure lipidi e proteine.

Batteri Autotrofi e le Loro Categorie

1. Batteri Autotrofi Riescono a produrre energia senza bisogno di cibo organico. Gli autotrofi si dividono a loro volta in due categorie:

• Chemioautotrofi: Ricavano l'energia necessaria per il loro metabolismo dall'ossidazione di sostanze minerali. Ad esempio i batteri azoto fissatori
• Fotoautotrofi: Sfruttano la luce per ricavare l'energia necessaria per la sintesi delle molecole organiche. Ad esempio i cianobatteri

Siamo abituati a pensare che siano le piante gli organismi che compiono la fotosintesi, in realtà i cianobatteri sono estremamente più importanti da questo punto di vista. Si dice che le piante siano il polmone del pianeta, ma anche questo non è per niente vero. L'ossigeno nel nostro pianeta era presente ben prima che comparissero le piante sulla terra, infatti i cianobatteri sono comparsi molto tempo prima!

Cianobatteri e il Polmone del Pianeta

Lo strato superficiale dell'acqua di mare è pieno di cianobatteri, ma anche di alghe monocellulari: alghe e cianobatteri stanno in superficie perché riescono a prendere più luce. In particolare quando fa molto caldo i ciano-batteri proliferano, e l'acqua diventa del mare assume un colore verdognolo. Il vero polmone del pianeta non sono i boschi ma è il mare.

Batteri Eterotrofi e Processi Energetici

2. I batteri eterotrofi necessitano di molecole organiche complesse come carboidrati, lipidi e proteine. In presenza di ossigeno possono portare avanti la «respirazione cellulare» per ricavare energia C6H1206 + 02 -+ CO2 + H2O + 32ATP In assenza di ossigeno portano avanti la fermentazione, la quale può essere:

a) Fermentazione lattica: Una molecola di glucosio viene convertita in due molecole di acido lattico e due molecole di ATP. C6H1206 + 2 C3H603 + 2ATP

a) Fermentazione alcolica: Una molecola di glucosio viene convertita in due molecole di alcol etilico, due molecole di anidride carbonica e due molecole di ATP. C6H1206 > 2 CH3 CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP

Struttura della Cellula Procariotica

Struttura della cellula procariotica La struttura dei batteri è estremamente più semplice se paragonata alla struttura delle nostre cellule eucariotiche. PROCARIOTI EUCARIOTI VS O Tuttavia è importante conoscerla! Determinate caratteristiche di tossicità e patogenicità dipendono proprio dalla struttura batterica Anche i medicinali che possiamo somministrare per le infezioni batteriche agiscono in base a determinate caratteristiche cellulari.

Flagelli Batterici e Mobilità

1. Flagelli Osservando un batterio dall'esterno non possiamo non notare i flagelli. Flagello Si tratta di filamenti che possono essere più o meno lunghi e che vengono utilizzati per muoversi, in particolare per nuotare! I batteri vivono solo dove c'è acqua, senza acqua non si possono muovere! Ne basta anche un piccolissimo strato, come quello presente sulle nostre mani «asciutte» Da questo punto di vista esiste un'enorme differenza tra Virus e batteri, i virus infatti non possiedono nessun sistema per muoversi.

• I flagelli sono lunghe estroflessioni cellulari che permettono la mobilità della cellula in ambiente liquido
• Contengono un filamento composto da diverse subunità proteiche di flagellina
• Non sono strutture tipiche della cellula procariote, tante che possono essere presenti anche in alcune cellule eucarioti!

Pili o Fimbrie e Adesione Batterica

4. Pili o fimbrie I pili sono molto più piccoli dei flagelli e sono molto più numerosi, possono essere a centinaia o a migliaia a seconda della specie del batterio. La loro funzione principale NON è motoria ma di adesione ... Grazie ai pili un batterio può aderire al suolo, a una cellula o a un altro batterio. Quando i batteri formano una colonia parliamo di biofilm. Il biofilm si forma grazie ai pili, i batteri in questo caso si uniscono tramite i pili formando delle colonie più o meno grandi molto difficili da debellare!

Funzioni dei Pili di Membrana

Funzioni dei pili di membrana I pili della membrana sono essenziali per la creazione di comunità batteriche (biofilm) possono fungere da condotti per lo scambio di materiale genetico (plasmidi) tra batteri (processo che prende il nome di coniugazione) servono da ancoraggio per il movimento da contrazioni, che differisce da quello del flagello perché avviene su una superficie solida e non in un fluido. possono anche fungere da recettori per batteriofagi.

Motility Adhesion DNA uptake Food particle Protein secretion Other functions: phage binding, etc. Biofilm Mucus layer IEC Lumen Trends in Microbiology

Membrana Plasmatica Batterica

3. Membrana plasmatica La membrana plasmatica, anche detta membrana fosfolipidica, è un compartimento in grado di contenere il citoplasma del batterio. Si tratta di una struttura molto morbida costituita da fosfolipidi, una categoria di grassi. Si tratta di una struttura molto importante perché permettere il passaggio selettivo delle sostanze all'interno e all'esterno della cellula.

lipid bilayer (5 nm) (A) lipid molecule protein molecule (C) (B) lipid molecule protein molecules

Parete Cellulare Batterica

4. Parete cellulare Esternamente alla membrana cellulare troviamo una struttura molto rigida: la parete batterica. È costituita da sostanze molto particolari che prendono il nome di peptidoglicani, chimicamente si tratta di molecole particolari, costituite da carboidrati e proteine legati assieme, sono molecole molto resistenti. La parete batterica è una corazza, la cui funzione è quella di proteggere il batterio dallo stress meccanico. Ma non solo, la seconda importante funzione della parete batterica è quella di produrre tossine, ovvero sostanze velenose. La produzione di tossine è ciò che rende determinati batteri estremamente pericolosi.

O-polysaccharide Core polysaccharide Membrana esterna Protein Lipid A Porin Out Lipopoly- saccharide (LPS) Outer membrane 8 nm Lipoprotein Phospholipid Periplasm Peptidoglycan Cytoplasmic - membrane In

Citoplasma Batterico

5. Citoplasma

Cell wall Plasma membrane Genetic information encoded by DNA Circular chromosomes in nucleoid Cytosol Ribosomes for protein synthesis Pilus Inclusion Capsule Cytoplasm Ribosomes Cell wall Plasma membrane Capsule Nucleoid containing DNA Cell wall Plasmid Plasma membrane TEM Fimbriae Flagella 0.5 um

All'interno della cellula troviamo il citoplasma. La parola citoplasma vuol dire semplicemente liquido cellulare, sta ad indicare ciò che è presente all'interno delle cellule, questo nome lo ritroveremo identico nella cellula eucariotica. Il citoplasma è costituito fondamentalmente da acqua che funge da solvente per le moltissime sostanze disciolte tra cui il glucosio, ma anche zuccheri di diverso tipo, enzimi, sali, molecole biochimiche etc.

DNA Circolare e Ribosomi Batterici

6. DNA circolare e Ribosomi

Cell wall Plasma membrane Genetic information encoded by DNA Circular chromosomes in nucleoid Cytosol O O O Ribosomes for protein synthesis

Nel citoplasma batterico è presente un'unica molecola di DNA circolare e numerosi ribosomi per la sintesi proteica. Possono essere presenti anche inclusioni di glicogeno o altri metaboliti utili alla cellula La presenza o l'assenza di un nucleo segna una differenza enorme tra le cellule eucariotiche e procariotiche. Ciò rende le cellule procariotiche più delicate e maggiormente esposte ai rischi! Nucleo cellula eucariotica

Plasmidi: Materiale Genetico Accessorio

8. Plasmidi Minuscoli filamenti di DNA circolare situati all'interno del citoplasma delle cellule procariotiche. Sono chiaramente distinguibili per dimensioni dal cromosoma circolare batterico, ma differiscono da esso soprattutto per la funzione! Rappresentano del materiale genetico accessorio, poiché al loro interno essi non contengono informazioni essenziali alla vita o alla replicazione del batterio, bensì includono delle regioni che codificano per geni non indispensabili alla sopravvivenza, ma che la rendono migliore. Un unico batterio può contenere più plasmidi, di diverse dimensioni e funzioni, che possono essere presenti anche in più copie.

DNA plasmidico DNA batterico (DNA cromosomico) Flagelli (non sempre presenti)

Durante la divisione cellulare i plasmidi Ogni specie batterica possiede un corredo plasmidico a se. Tuttavia questi vengono spesso scambiati tra cellule batteriche tramite diversi processi, tra cui anche la divisione cellulare. presenti in più copie vengono ripartiti in modo randomico tra le cellule figlie.

Funzionalità dei Plasmidi in Condizioni Sfavorevoli

I plasmidi risultano estremamente funzionali e utili in condizioni di vita sfavorevoli per il batterio, come ad esempio in un ambiente competitivo e spesso in presenza di antibiotici. I plasmidi possono contenere informazioni riguardanti:

• La resistenza agli antibiotici o a farmaci antibatterici, a metalli pesanti o a raggi UV;
• La produzione di tossine
• La produzione di pili sessuali o altri tipi di adesine
• La produzione di batteriocine (ovvero proteine "tossiche" in grado di uccidere altri batteri in casi di elevata competitività).

Ad esempio, la coniugazione batterica permettere il passaggio dell'informazione genetica, non solo de plasmidi, ma talvolta anche dell'intero corredo genetico del batterio.

cellula Hfr cellula F b ponte citoplasmatico Figura 5 - Illustrazione del funzionamento del plasmide F e delle cellule Hfr [Fonte aiutoperstudiare.altervista.org]