La cellula procariotica, Sintesi del corso di Microbiologia

Scarica La cellula procariotica e più Sintesi del corso in PDF di Microbiologia solo su Docsity! 9 LA CELLULA PROCARIOTICA LA PARETE CELLULARE  Il citoplasma avendo un’elevata concentrazione di soluti disciolti, provoca una notevole pressione osmotica che può raggiungere le 2 atm, per questo queste cellule hanno bisogno di un ulteriore struttura di protezione: la parete cellulare.  Conferisce: o forma e dimensione o protezione da lisi osmotica. o contribuisce alla patogenicità; o conferisce protezione verso le sostanze tossiche; o rappresenta il sito d’azione di molti antibiotici o ha valore tassonomico; o è alla base della distinzione tra Gram-positivi e Gram- negativi BACTERIA PEPTIDOGLICANO  è il polisaccaride che compone la parete cellulare dei Bacteria.  Composizione: 2 amino zuccheri (N-acetilglucosammina e l’acido N-acetilmuramico) E da pochi aminoacidi rappresentati da L-alanina, D-alanina, Acido D-glutaminico o in alternativa da L-lisina o da acido diaminopimelico (DAP).  Questi costituenti sono assemblati in modo da formare un’ unità strutturale di ripetizione: il glican tetrapeptide  Le lunghe catene sono sintetizzate adiacenti le une alle altre in modo da formare una lamina che circonda la cellula. Sono tenuti insieme da legami crociati tra aminoacidi. I legami glicosidici che legano gli zuccheri nelle catene glicanidiche sono di tipo covalente ma conferiscono rigidità alla struttura solo in una direzione. Sono proprio i legami crociati a conferire rigidità in entrambe le direzioni.  Può essere distrutto dall’enzima lisozima, una proteina che taglia i legami β-1,4-glicosidici tra i due amido zuccheri del glicano. Quando questo avviene può entrare acqua e provocarne la lisi oppure può avvenire la formazione di protoplasti.  Non tutti i bacteria esaminati hanno il DAP nel loro peptidoglicano alcuni al suo posto hanno la lisina.  BIOSINTESI: La sintesi di nuovo peptidoglicano durante la crescita richiede il taglio controllato del peptidoglicano preesistente da parte di autolisine contemporaneamente all’inserzione di precursori di peptidoglicano.  Transglicosazione: formazione dei legami glicosidici. 1. Il bactoprenolo è un alcol idrofobico C55 che lega un precursore di peptidoglicano composto di N- acetilglucosamina acido N-acetil muraminico e un pentapeptide nei batteri gram positivi. Questo legame Prende i precursori sufficientemente idrofobici per attraversare la membrana citoplasmatica. 10 2. Le autolisine creano piccole lacune nel peptidoglicano esistente Idrolizzato i legami Che collegano i 2 amino zuccheri. 3. Gli enzimi transglicosilasi inseriscono il precursore nel punto di accrescimento della parete e catalizzano la formazione del legame glicosidico con il filamento di peptidoglicano preesistente che si inserirà all’interno delle lacune.  Transpeptidazione: formazione dei legami crociati tra le catene peptidiche.  FUONZIONI: o Definisce le caratteristiche chimico-fisiche dell’involucro (elasticità, porosità resistenza alla tensione) o Spiega il comportamento alla colorazione di Gram (il complesso idrofobo colorante-iodio non può uscire dallo strato di mureina) o Impedisce il passaggio dei composti idrofobi o Controlla l’assunzione dei cationi metallici e di altre molecole (antibiotici inclusi) o Media l’adesione, il riconoscimento da parte dei batteriofagi, e le interazioni con l’ambiente esterno GRAM POSITIVI  Durante la colorazione di Gram la parete delle cellule viene disidratata dall’azione dell’alcol provocando la chiusura dei pori nella parete e impedendo l’uscita del complesso insolubile di cristal-violetto e iodio.  Oltre 90% della parete cellulare è composta da peptidoglicano spesso impilate l’una sull’altra.  Viene sintetizzato dalla cellula in forma di cavi di diametro di circa 50 nm, dove ciascun cavo contiene diverse catene glicaniche tenute insieme da legami crociati.  Molti batteri gram positivi hanno molecole acidiche chiamate acidi teicoici inseriti nella parete cellulare, ovvero tutti i polimeri della parete cellulare, della membrana citoplasmatica e della capsula, costituiti da glicerofosfato o ribitolfosfato. Sono legati covalentemente all’acido muramico nel peptidoglicano. Dato che I fosfati sono carichi negativamente gli acidi teicoici sono responsabili della carica elettrica negativa complessiva della superficie cellulare. Inoltre Inoltre svolgono una funzione di legare ioni Ca2+ Mg2+ per il loro trasporto all’ interno della cellula. Se sono legati covalentemente ai lipidi di membrana sono chiamati lipoteicoici.  I legami crociati spesso si formano indirettamente attraverso un corto ponte peptidico; Ad esempio nello Stafilococco Aureus Il ponte peptidico è costituito da 5 residui di glicina. 13 STRUTTURE ESTERNE ALLA PARETE FLAGELLI  I flagelli batterici sono appendici lunghe e sottili libere a un’estremità, attaccate alla cellula dall'altra estremità.  i flagelli sono così sottili (15-20 nm), che un singolo flagello non può essere visualizzato al microscopio ottico, a meno che non sia stato colorato con coloranti specifici, ma sono invece osservabili al microscopio elettronico.  la disposizione dei flagelli ha valore tassonomico: o polare: quando sono attaccati a uno o entrambi i poli di una cellula.  Monotrica: un flagello è disposto in un solo polo.  Lofotrica: un gruppo di flagelli chiamato ciuffo può svilupparsi un’estremità della cellula  Anfitrica: un ciuffo di flagelli emerge da entrambi i poli. o Peritrica: i flagelli sono distribuiti su tutta la superficie. STRUTTURA  I flagelli non hanno forma lineare, ma elicoidale;  mostrano una distanza costante tra 2 curvature adiacenti, chiamata lunghezza d'onda.  BACTERIA: o il filamento di un flagello batterico è costituito da numerose copie di una proteina, chiamata flagellina, essa presenta una sequenza aminoacidica altamente conservata tra i bacteria e ciò suggerisce che la motilità flagellare si sia voluta precocemente e abbia radici evolutive profonde o il flagello consiste di diverse componenti e ruota in maniera simile all'elica del motore di una barca: La regione basale del flagello ha una struttura diversa da quella del filamento ed è costituito da una regione ampia chiamata uncino, formato da un solo tipo di proteina con la funzione di connettere la base del flagello al suo motore. Il motore del flagello è ancorato alla membrana citoplasmatica e alla parete cellulare ed è formato da una regione bastoncellare centrale che passa attraverso una serie di anelli. o Batteri gram-negativi: Un anello esterno chiamato anello L è ancorato al substrato lipopolisaccaridico, un secondo anello chiamato anello P, è ancorato nello strato di peptidoglicano della parete cellulare. Una terza serie di anelli si estende dalla membrana citoplasmatica nel per il plasma, anello MS, e nel citoplasma, anello C. o Batteri gram-positivi: Non hanno la membrana esterna quindi è presente solo la coppia interna di anelli: anello C, anello MS. o Proteine: La coppia interna di anelli è circondata da una serie di proteine, chiamate proteine Mot, ancorate alla membrana citoplasmatica. Sono proprio queste proteine ad azionare il movimento, tramite il flusso di circa 1000 protoni. Un’ ultima serie di proteine, chiamate proteine Fli, funziona come interruttore del motore ed è responsabile dell’inversione della direzione di rotazione del flagello in risposta a segnali intracellulari.  ARCHAEA: o Sono noti diversi tipi di proteine flagellina, e le loro sequenze aminoacidiche, così come i geni che le codificano, non sono correlate con quelli della flagellina batterica. o Il diametro del loro flagello è significativamente più piccolo in confronto a quello batterico, è normale quindi aspettarsi una velocità inferiore. 14 o I flagelli sono alimentati direttamente da ATP piuttosto che dal flusso protonico. BIOSINTESI  In filamento flagellare non si accresce dalla sua base, come fanno i peli animali, ma dal suo apice.  L'anello MS viene sintetizzato per primo e inserito nella membrana citoplasmatica, poi vengono sintetizzate altre proteine di ancoraggio insieme all'uncino prima che si formi filamento.  le molecole di flagellina vengono sintetizzate nel citoplasma, passano attraverso un canale di 3 nm all'interno del filamento e vengono assemblate all'estremità terminale.  Per formare il flagello maturo sono necessari circa 20.000 molecole di flagellina e la crescita flagellare avviene in maniera più o meno continua fino a che il flagello raggiunge la sua lunghezza finale.  I flagelli rotti sono ancora in grado di ruotare e possono essere riparati con nuova unità di flagellina che passano attraverso il canale del filamento e rimpiazzando le unità perdute. FIMBRIE E PILI  Le FIMBRIE consentono alle cellule di aderire a superfici, inclusi tessuti animali (nel caso di batteri patogeni) o di formare pellicole o biofilm sulle superfici solide. Esempio: Salmonella, Neisseria Gonorrhoeae, Bordetella Pertussis.  I PILI sono simili alle fimbre ma tipicamente sono più lunghi e presenti sono in una o poche copie sulla superficie di una cellula. o possono essere recettori per certi tipi di virus batterici. o Funzioni: la facilitazione del processo di scambio genetico orizzontale tra cellule, chiamato coniugazione, e l'adesione di patogeni a tessuti specifici dell’ospite, con conseguente invasione. o I pili di tipo IV, si trovano ai poli delle cellule batteriche a bastoncello, e aiutano la cellula nell'adesione ma permettono soprattutto una forma di motilità, chiamata motilità a scatti: è una modalità per scivolamento. L'estensione dei pili seguita dalla loro retrazione fa muovere la cellula su una superficie solida utilizzando ATP come fonte di energia. Esempio: Pseudomonas e Moraxella; Vibrio Cholerae e Neisseria Gonorrhoeae: La motilità scatti di questi patogeni probabilmente aiuta a localizzare siti specifici di adesione sull’ospite per iniziare il processo infettivo. CAPSULE E STRATO MUCOSO  La CAPSULA è uno strato organizzato in una fitta matrice che non permette il passaggio di piccole particelle come quelle di inchiostro di china.  Lo STRATO MUCOSO è uno strato più facilmente deformabile, non è in grado di impedire il passaggio di particelle e pertanto è più difficile da visualizzare,  Possono fungere da aggreganti cellulari.  Funzioni: 1. Favoriscono il movimento per scivolamento. 2. Proprietà antigeniche: possono agire come fattori di virulenza in alcune malattie batteriche. 3. Impermeabilità. 4. Protezione da: batteriofagi, antibiotici, metalli pesanti e dalla fagocitosi. 5. Possono aderire a superfici solide. 6. Possono agire come fattori di prevenzione della disidratazione delle cellule.  Questi strati sono formati da polisaccaridi (glicocalice) o da polipeptidi. 15 MOTILITA’ FLAGELLARE  Nei flagelli il motore è formato da un rotore e uno statore. il rotore è costituito dal corpo basale, ovvero della struttura centrale e dagli anelli L,P,C,MS. lo statore è costituito dalle proteine Mot, che circondano il corpo basale.  la rotazione del flagello è impartita dal corpo basale, il flusso dei protoni attraverso la membrana citoplasmatica è mediato dal complesso Mot che aziona alla rotazione del flagello (per una rotazione servono 1000 protoni). il flusso di protoni attraverso i canali delle proteine Mot esercita una forza elettrostatica sulle cariche disposte elicoidalmente delle proteine del rotore, l'attrazione tra cariche positive e negative causerebbe quindi la rotazione del corpo basale durante il flusso dei protoni attraverso le proteine Mot.  nei bacteria i flagelli non ruotao a una velocità costante, ma aumentano o diminuiscono la loro velocità di rotazione in relazione alla forza Proton motrice  i flagelli possono ruotare fino alla velocità di 300 rivoluzioni al secondo  il movimento di organismi con una disposizione dei flagelli polare o lofotrica è diverso da quello degli organismi con disposizione peritrica: o gli organismi con flagelli peritrichi si muovono in linea retta in modo lento e uniforme, infatti i movimento in avanti è impartito dalla rotazione antioraria di tutti i fratelli riuniti in un fascio, la rotazione in senso orario provoca il capovolgimento della cellula e successivamente il ritorno alla rotazione antioraria guida la cellula in una nuova direzione. o gli organismi con flagelli polari hanno movimento più rapido e apparentemente vivace. le cellule cambiano direzione invertendo la rotazione flagellare o nel caso di fratelli unidirezionali fermandosi periodicamente per riorientarsi e muovendosi poi in avanti mediante rotazione oraria dei flagelli.  la velocità di nuoto è una proprietà controllata geneticamente perché diverse specie utili anche con le stesse dimensioni cellulari possono raggiungere velocità massime diverse PER SCIVOLAMENTO  la motilità per scivolamento è ampiamente diffusa tra i Bacteria, ma è considerevolmente più lenta rispetto alla propulsione mediante flagelli.  i procarioti che si muovono per scivolamento sono filamentosi o bastoncellari  il processo richiede che le cellule siano in contatto con la superficie solida  il fenomeno dello sciame è un fenomeno che colpisce le colonie di un tipico batterio, i quali componenti si muovono per scivolamento allontanandosi dal centro della colonia.  E’ un fenomeno di differenziamento cooperativo, organizzato, e relativamente rapido osservato in molti Gram-negativi e in qualche Gram-positivo. E’ dipendente dalla presenza di flagelli o di pili di tipo IV. Proteus, Aeromonas, Escherichia, Pseudomonas; Rhodospirillum, Salmonella, Serratia, Vibrio, Yersinia. Bacillus, Clostridium  ci sono diversi tipi di motilità o la secrezione di una sostanza mucosa polisaccaridica sulla superficie esterna della cellula che viene a contatto sia con la superficie cellulare sia con la superficie solida su cui si muove la cellula, a mano a mano che questa sostanza viene secreta aderisce alla superficie solida e la cellula viene spinta lungo di essa, movimento tipico dei cianobatteri 18 MEMBRANE DEGLI ARCHEA  Il glicerolo e le loro catene laterali idrofobiche sono allegati da legami etere.  Lipidi degli archea di per se sono privi di acidi grassi sebbene le catene laterali idrofobiche svolgano lo stesso ruolo funzionale. Sono formati da unità ripetute di isoprene, un idrocarburo idrofobico a 5 atomi di carbonio.  La membrana citoplasmatica degli archea può essere costruita sia con i dieteri del glicerolo, che hanno catene laterali di 20 atomi di carbonio, sia con i tetraeteri del glicerolo, che hanno catene laterali di 40 atomi di carbonio.  Nel lipide tetraetere le estremità delle catene laterali di fitanile (5 unità di isoprene), rivolte verso l’interno da ciascuna molecola di glicerolo, sono legate covalentemente: in questo modo si forma una membrana a monostrato lipidico. È estremamente resistente alla denaturazione da calore, quindi ampiamente diffuse tra gli archea ipertermofili (organismi che crescono in maniera ottimale a temperature superiori a 80°).  È anche possibile trovare membrane formate da miscele di monostrati e doppi strati, con alcuni dei gruppi idrofobici opposti rivolti verso l’interno legate covalentemente mentre altri no.  Molti lipidi degli archea possiedono anche anelli all’interno delle catene laterali di idrocarburi: Thaumarchaeota possiede 4 anelli a 5 atomi di carbonio e uno a sei atomi di carbonio.  Nei lipidi degli archea possono essere presenti anche zuccheri: negli Euryarchaeota i lipidi sono glicerol-dieteri glicolipidi. FUNZIONI ✓Barriera di permeabilità: previene la dispersione di sostanze e funziona con una sorta di controllo per il trasporto di nutrienti verso l’interno (es.acqua) e di sostanze di scarto verso l’esterno. ✓Sito di trasporto di specifici soluti (nutrienti e ioni) ✓Produzione di energia (vi si trovano i sistemi di trasporto di elettroni coinvolti nella respirazione e nella fotosintesi; luogo di formazione della forza proton motrice e della sintesi di ATP) ✓Sintesi dei lipidi di membrana (incluso il lipopolisaccharide dei Gram-negativi) ✓Sintesi di mureina ✓Assemblaggio e secrezione delle proteine extracitoplasmatiche ✓Coordinamento nella replicazione e segregazione del DNA durante la divisione cellulare ✓Chemiotassi (percezione degli stimoli e sede di rotazione del flagello) ✓Localizzazione di sistemi enzimatici specializzati TRASPORTO  Le proteine di trasporto hanno anche la funzione di accumulare i soluti contro un gradiente di concentrazione Le proteine di trasporto spostano nutrienti dalle basse concentrazioni verso quelle alte e questo costa energia alla cellula.  I trasportatori di membrana sono tipicamente costituiti da 12 e segmenti transmembrana che procedono avanti indietro nello spessore della membrana per formare un canale; è attraverso questo canale che un soluto è trasportato.  Implica che la proteina di membrana vado incontro a un cambiamento conformazionale a seguito del legame con il suo soluto.  Proprietà: 1. Effetto di saturazione: se la concentrazione del substrato è abbastanza alta da saturare il trasportatore, la velocità di captazione è massima e non aumenta ulteriormente anche aumentando isoprene 19 la concentrazione di substrato. Questa caratteristica delle proteine è essenziale per concentrare nutriente in un ambiente in cui sono molto diluiti. 2. Elevata specificità: Molte proteine di trasporto portano un solo tipo di proteine mentre poche altre trasportano una classe di molecole correlate come molti diversi zuccheri o aminoacidi; questa economizzazione riduce la necessità di proteine di trasporto distinte per ciascun diverso amminoacido o zucchero. 3. Biosintesi altamente regolata: Significa che la presenza di specifici trasportatori nella membrana citoplasmatica è funzione sia della natura sia della concentrazione delle risorse disponibili nell’ambiente. TRASPORTO SEMPLICE  utilizza solo una proteina di trasporto che attraversa lo spessore della membrana  utilizza energia proton-motrice.  le proteine chiamate porter, possono essere di 3 tipi: o Uniporter: Trasportano una sostanza in una sola direzione attraverso la membrana sia verso l’interno che verso l’esterno, o Symporter: Sono co-trasportatori, cioè trasportano nella stessa direzione una molecola insieme con un'altra sostanza, di solito un protone. o Antiporter: Sono proteine che trasportano una sostanza nella cellula e simultaneamente trasportano un'altra sostanza fuori dalla cellula, TRASLOCAZIONE DI GRUPPO  coinvolge una serie di proteine  Durante il trasporto la sostanza trasportata viene modificata chimicamente.  l’evento di trasporto è azionato da un composto organico ricco di energia (es. gruppo fosfato)  Es. E.coli: trasporto di glucosio, mannosio e fruttosio, che durante il processo vengono fosforilate. Questo sistema consiste di una famiglia di 5 proteine Che vengono anche se alternativamente fosforilate e de fosforilate con meccanismo sequenziale a cascata fino a che l’effettivo trasportatore l’enzima IIc fosforila lo zucchero durante l’evento di trasporto. Lavorano le proteine citoplasmatiche Enz I, HPr (non specifiche), Enz IIa (specifico), la proteina Enz IIb (specifica) associata all’interno della membrana e l’Enz IIc proteina integrale. SISTEMA DI TRASPORTO ABC  È costituito da 3 componenti: una proteina che lega il substrato, un trasportatore integrato nella membrana e una proteina idrolizza ATP.  Il trasporto ABC (ATP-binding-cassette) nei procarioti sono state identificate più di 200 diversi sistemi, che servono per il trasporto di composti organici come zuccheri e aminoacidi, di nutrienti inorganici come solfato e fosfato, e di alcuni metalli.  Nei gram-negativi: Poiché il periplasma contiene varie proteine, molte delle quali svolgono la funzione di trasporto, sono chiamate proteine di legame periplasmatiche. La proprietà caratteristica è la loro alta affinità per il substrato: possono legare i loro substrati anche quando questi sono a concentrazione estremamente basse. Una volta che ha legato il substrato, la proteina periplasmatica interagisce con il suo rispettivo trasportatore di membrana, per trasportare il 20 substrato all’interno della cellula grazie all’energia attivata da ATP.  Nei gram-positivi, il ruolo delle proteine periplasmatiche (assenti) è ricoperto da proteine di legame al substrato, che sono ancorate alla superficie esterna della membrana citoplasmatica. Dopo aver legato il substrato, queste proteine interagiscono con i trasportatori di membrana per catalizzare l’assunzione del substrato a spese dell’ATP. SECREZIONE DELLE PROTEINE  Le proteine sintetizzate da poco devono potersi spostare attraverso la membrana plasmatica per farlo servono delle proteine chiamate traslocasi, che trasportano specifiche proteine all’interno e all’esterno delle membrane.  La sintesi delle proteine inizia nel citoplasma a livello dei polisomi  Il peptide neosintetizzato (completo o incompleto) si lega alla membrana citoplasmatica attraverso la sequenza leader (SL): o Sequenza amminoacidica presente all’estremità amminoterminale delle proteine a localizzazione extracellulare, dopo il trasporto viene rimossa da una proteasi. o Le SL differiscono da proteina a proteina, ma hanno in comune alcune caratteristiche: -lunghezza di 15-40 aminoacidi -sequenza carica positivamente all’estremità amminica (uno o due aa basici) -sequenza idrofoba seguita da una serie di circa sei aa polari (probabilmente responsabile di un ripiegamento della catena)  Esistono almeno 3 proteine che trasportano la proteina con la SL: o SRP: è una particella di riconoscimento del segnale che lega le proteine destinate ad essere inserite nella membrana o Tat: è una traslocasi dipendente da coppie di arginine, che trasporta le proteine già ripiegate nel citoplasma verso il periplasma usando la forza proton-motrice. o Sec: la proteina più importante e che svolge la maggior parte dei trasporti, lega e trasporta le proteine non ripiegate verso il periplasma. SISTEMI NEI GRAM-NEGATIVI  TIPO II: Sec dipendente. Veicolata da una proteina che funziona come un pistone che spinge la proteina secreta. Es. Tossina colerica.  TIPO V: Sec dipendente. È un autotrasportatore in grado di attirare a se la proteina da trasportare.  TIPO IV: Sec dipendente o indipendente. Trasporta sia proteine che t-DNA. Es. A. tumefaciens trasporta t-DNA che rilascia nucleoproteine oncogeniche all’interno della cellula vegetale. Altri patogeni come B. pertussis, L. pneumophila, H.pylori utilizzano il sistema di secrezione di tipo IV per esportare proteine effettrici nel mezzo extracellulare o nel citoplasma delle cellule dei mammiferi. 23 guidare queste cellule acquatiche in discesa verso i sedimenti dove i livelli di O2 sono più bassi  il singolo magnetosoma ha un diametro di 50 nm ed è circondato da una sottile membrana contenente fosfolipidi, proteine, glicoproteine. le proteine della membrana del magnetosoma sono funzionali e catalizzano la precipitazione dello ione Fe3+ durante la sintesi del magnetosoma. generalmente sono disposti in colonna lungo la cellula. Le vescicole gassose  la maggior parte degli organismi planctonici sono capaci di galleggiare grazie alla presenza di vescicole gassose  sono strutture che conferiscono galleggiabilità e che permettono alle loro cellule di posizionarsi a un certo livello in una colonna d'acqua  sono struttura a forma conica costituite da proteine, sono vuote, rigide e di lunghezza e diametro variabili. il numero per cellula delle vescicole gassose può variare da poche unità a centinaia. le vescicole gassose sono impermeabili all'Acqua e ai soluti ma permeabili ai gas. Hanno un diametro di 100 nm.  sono costituiti da due tipi di proteine: o a proteina più rappresentata chiamata GvpA, forma l’involucro a tenuta stagna della vescicola ed è una proteina piccola idrofobica, è molto rigida, le sue copie si allineano a formare le nervature parallele della vescicola. la rigidità è essenziale affinché la struttura possa resistere alle pressioni esercitate dall'esterno. la struttura che assumono è a β- foglietto. o la proteina meno rappresentata chiamata GvpC, ha la funzione di rafforzare l'involucro della vescicola mediante formazione di legami crociati e di raggruppare insieme molte molecole di GvpA, vincolando le nervature secondo una certa angolazione. presentano una struttura α-elica.  all'interno di una vescicola gassosa la composizione e la pressione del gas sono le stesse di quelle dell'ambiente in cui l'organismo è sospeso  poiché è una vescicola contenente gas, ha una densità di circa 10% di quella della cellula vera e propria, una vescicola gassosa diminuisce la densità della cellula aumentandone di conseguenza le capacità di galleggiamento Cristalli parasporali: sono accumuli di proteine; funzione ancora sconosciuta ma sappiamo che sono tossici per gli insetti quindi vengono usati come bio insetticidi; li troviamo negli sporigeni dei bacillus. Carbossisomi: sono siti di fissazione di CO2 che verrà organizzata in glucosio, contiene infatti gli enzimi per la fissazione di carbonio, li troviamo negli autotrofi. Ficobilisomi: sono pigmenti per la cattura di energia luminosa, presentano una λ diversa dalla clorofilla, sono di natura proteica, li troviamo nei ciano batteri. Clorosomi: sono pigmenti fotosintetici composti da lipidi, proteine e batterio clorofilla, li troviamo nei batteri Verdi. Granuli di cloroficina: è una riserva di azoto che presenta accumuli di polipeptidi, lo troviamo in moltissime specie batteriche. CITOSCHELETRO  è formato da proteine contrattili simili a quelle delle cellule eucariotiche che interagiscono con il meccanismo di biosintesi della parete  in particolare troviamo: o MreB simile alla actina, si avvolge addossandosi alla membrana citoplasmatica la sua inattivazione aumenta il diametro cellulare o addirittura la sua totale mancanza conferisce una forma ha cocco. o FtsZ simile alla tubulina, coordina la sintesi del setto divisorio durante la divisione cellulare, causa la produzione di cellule filamentose, in assenza di questa proteina non avviene la divisione cellulare. 24 o Crescentina presente nei procarioti con forma curvata ne determina infatti insieme a MreB la tipica forma, si dispone su un lato della membrana citoplasmatica. ENDOSPORE  Sono quasi 20 i generi di bacteria che formano endospore, in particolare le specie di bacillus, clostridium e sporosarcina.  da un punto di vista filogenetico la capacità di produrre endospore si ritrova in una particolare linea evolutiva dei batteri gram positivi  i batteri che formano endospore svolgono attività fisiologiche molto diverse e del gruppo fanno parte anaerobi, aerobi, fototrofi e chemiotrofi  non è stata trovata alcuna specie di archea in grado di formare endospore  i batteri che formano endospore si trovano comunemente nel suolo  questi batteri producono strutture chiamate endospore, durante un processo chiamato sporulazione  le endospore sono cellule altamente differenziate, estremamente resistenti al calore, agli agenti chimici tossici e alle radiazioni.  le endospore rappresentano strutture di sopravvivenza si possono considerare quindi come uno stadio quiescente di un ciclo cellulare batterico del tipo: cellula vegetativa>endospora>cellula vegetativa.  le endospore sono anche dispersibili facilmente dal vento, dall'acqua o attraverso gli animali.  La diversa dislocazione della spora all’interno della cellula batterica ha valore tassonomico ed è caratteristica della specie. STRUTTURA  le endospore sono visibili al microscopio ottico come strutture fortemente rifrangenti, hanno sempre la forma di cocco, sono impermeabili alla maggior parte dei coloranti, proprietà che le evidenzia come regioni incolori all'interno di cellule colorate con coloranti basici. nel protocollo classico di colorazione delle endospore viene usato un colorante, il verde malachite, la cui penetrazione della spora è ottenuta bollendo il campione per 4-5 minuti.  la struttura dell'endospora differisce profondamente da quella della cellula vegetativa. a partire dall'esterno possiede diversi strati: o esosporio: uno strato non presente in tutti i batteri, formato da un sottile rivestimento proteico il cui funzionamento non è ancora stato chiarito. o tunica sporale: contiene l’ 80% delle proteine della spora, costituisce il 30-60% del peso secco dell'intera spora. è lo strato più spesso e quello che permette l'impermeabilità e la resistenza alle sostanze tossiche. o corteccia o Cortex: costituita da uno strato di peptidoglicano lasso, è divisa in due parti:  20% più interno è formato da componenti uguali a quello della cellula vegetativa, è il primer di biosintesi di peptidoglicano  80% di parte esterna invece è formato da peptidoglicano spora-specifico corticale, con basso numero di legami crociati che provocano struttura lassa, flessibile, elastica.. questo strato richiama fortemente acqua, quindi è quello che causa la disidratazione della cellula vegetativa o core o protoplasto: costituito da strutture cellulari convenzionali quali la parete la membrana citoplasmatica, il citoplasma, il nucleotide, ribosomi, e altri costituenti cellulari necessari, ma non presenta mRNA per via del fatto che le endospore non hanno metabolismo. all'interno del protoplasto troviamo una serie di componenti chimiche: la più caratteristica è l'acido dipicolinico e il calcio che insieme formano un complesso che rappresenta il 10% circa del peso secco dell'endospora e svolge la funzione di legare acqua libera all'interno dell'endospora, facilitando la sua disidratazione. il protoplasto è molto diverso dal citoplasma della cellula vegetativa e sto contiene infatti Meno di un quarto dell'acqua che si trova in una cellula vegetativa E pertanto ha la consistenza di un gel. il complesso si inserisce tra le 25 basi del DNA che aiuta a stabilizzarlo contro la denaturazione per riscaldamento. la disidratazione del protoplasto unita a enzimi termostabili e alla mineralizzazione, aumenta fortemente la resistenza al calore, grazie a questo alcune endospore batteriche sopravvivono al riscaldamento fino a 150 ° sebbene la temperatura standard di sterilizzazione microbiologica sia di 121°. nel protoplasto troviamo anche una serie di piccole proteine acido solubili SASP, queste proteine sono prodotte solo durante il processo di sporulazione e svolgono due funzioni importanti: legano il DNA e lo proteggono dai danni delle radiazioni ultraviolette, dall’essiccamento e dal calore. SPORULAZIONE  con la formazione dell'endospora una cellula vegetativa viene trasformata in una struttura incapace di crescere, resistente al calore, rifrangente alla luce.  le cellule non sporulano quando sono nella fase attiva di crescita, ma solo quando la crescita cessa a causa dell'esaurimento di un nutriente essenziale come il carbonio o l'azoto  il processo di sporulazione può essere diviso in diversi stadi, dura circa 8 ore e inizia con una divisione cellulare asimmetrica.  la sporulazione richiede la sintesi differenziale di molte proteine con un intenso turnover, inoltre è necessaria la sintesi di sostanze antimicrobiche, come bacitracine, gramicidina e polimixina, che probabilmente regolano l'espressione genica.  in una coltura dopo 17 ore l'ambiente diventa sfavorevole e inizia la sporulazione, dopo due ore la rifrangenza e il dipicolinato di calcio sono al massimo livello, dopo 3 ore la resistenza al calore è max, dopo un totale di 8 ore si conclude il processo, in totale servono 25 ore circa per ottenere una endospora da una cellula vegetativa. DA SPORA A CELLULA VEGETATIVA le endospora può restare nella fase quiescente per anni ma può essere riconvertita abbastanza rapidamente a cellula vegetativa, questo processo implica tre stadi: ATTIVAZIONE  Processo reversibile  Esposizione ad un agente fisico, chimico o meccanico, invecchiamento;  Modificazione delle strutture superficiali che le rendono permeabili agli induttori della germinazione;  Non comporta l’idratazione del protoplasto  Nel giro di poche ore la spora può tornare allo stato originario GERMINAZIONE  Processo irreversibile, si completa pochi min. dopo l’esposizione all’agente germinante;  Assunzione di acqua e ingrossamento della spora;  Depolimerizzazione della corteccia e dei componenti spora-specifici;  Escrezione del 30% circa del peso secco della spora  Danneggiamento della tunica  Idrolisi delle proteine di riserva  Formazione di ATP dall’acido 3-P-glicerico  Perdita della termoresistenza  Rilascio di DPA e Ca++  Permeabilità ai coloranti  Perdita di rifrangenza ESOCRESCITA  Si attua quando vengono forniti nutrienti a concentrazioni non limitanti  Serie coordinata di eventi che ripristinano le condizioni metaboliche della cellula vegetativa