Microbiologia: Citologia e Organelli, Appunti di Microbiologia

Scarica Microbiologia: Citologia e Organelli e più Appunti in PDF di Microbiologia solo su Docsity! CITOPLASMA E ORGANELLI I principali componenti racchiusi all’interno della membrana plasmatica sono il citoplasma, i ribosomi, il nucleoide e i corpi di inclusione. Questa apparente semplicità ridotta organizzazione della cellula procariota ( mancano, infatti, tutti gli elementi tipici della cellula eucariota quali il nucleo, l’apparato del Golgi, il reticolo endoplasmatico, i mitocondri, i plastidi e l’apparato mitotico) non impedisce un’elevata funzionalità dei processi che si svolgono al suo interno. L’insieme della membrana plasmatica e di tutte le sue componenti interne viene definito protoplasto. CITOPLASMA L’acqua costituisce il 70-80% della matrice citoplasmatica; gli altri costituenti sono le proteine (enzimi inclusi), gli aminoacidi e i loro precursori, gli acidi nucleici e i loro precursori, gli zuccheri e i loro derivati, i grassi e i loro derivati, le vitamine, gli ioni inorganici. Il citoplasma appare denso, trasparente ed elastico. La struttura granulare del citoplasma è causata dall’elevata concentrazione di ribosomi. Grazie allo sviluppo della microscopia elettronica a fluorescenza si è potuta osservare una localizzazione organizzata e dinamica di specifiche proteine, smentendo così l’opinione comune che il citoplasma fosse una semplice “sospensione” di enzimi e ribosomi. Un aspetto da sottolineare è l’estrema viscosità del citoplasma determinata dalla presenza di macromolecole. La macromolecole sono principalmente rappresentate dall’insieme dei macchinari metabolici preposti alla sintesi delle proteine e delle altre componenti cellulari. Le proteine costituiscono il 20% (peso umido) del contenuto citoplasmatico, il 7-20% è costituito da RNA. Le proprietà del citoplasma sono differenti da quelle di una soluzione-sospensione ottenuta con le stesse componenti in una provetta. Quindi la cinetica delle reazioni enzimatiche e la velocità dei movimenti delle macromolecole in vivo sono molto diverse da quelle che osserviamo in vitro. In sintesi il Citoplasma contiene: - Proteine (enzimi) ed amminoacidi - Nutrienti (zuccheri, acidi grassi, vitamine, ioni, … ) - Sostanze di scarto - Granuli di sostanze di riserva, generalmente circondati da una sottile membrana costituita da un monostrato lipidico - Organelli (tilacoidi, clorosomi, vacuoli, carbossisomi, magnetosomi) - Ribosomi (RNA e proteine) - Nucleotidi e DNA cromosomale: un unico cromosoma circolare - DNA plasmidico NUCLEOIDE I procarioti, non possiedono un nucleo definito da una membrana e il DNA che costituisce il loro genoma, associato a proteine, è addensato nel citoplasma formando il cosiddetto nucleoide. Il nucleoide è visibile anche al microscopio ottico in seguito a trattamento con le colorazioni di Feulgen e Giemsa, che reagiscono specificamente con il DNA. CORPI DI INCLUSIONE Molti batteri possiedono depositi di sostanze di riserva che sono definiti corpi di inclusione. Le sostanze di riserva sono accumulate in presenza di nutrienti e utilizzate in condizioni di carenza. L’accumulo sotto forma di inclusioni evita l’incremento della pressione osmotica che si avrebbe se le molecole fossero disperse nel citoplasma. La maggior parte delle inclusioni cellulari, inoltre è circondata da un sottile strato di lipidi che le separa dal citoplasma. SOSTANZE DI RISERVA Le sostanze di riserva sono disperse nel citoplasma, e racchiuse in granuli e possono essere di natura organica o inorganica. REGIME ECOLOGICO DEI POLIMERI DI RISERVA Sono dei composti polimerici intracellulari insolubili, e possono essere: - Glicogeno - Polifosfati - Poli-idrossialcanoati = “ MICROBIAL FAT” Regime “Feast Famine” (pulse feeding) e composizione sbilanciata favorisce la crescita dei microrganismi che producono polimeri di riserva GRANULI DI RISERVA Molto spesso le inclusioni sono costituite da granuli di polisaccaridi (polimeri di glucosio) quali glicogeno e amido, che costituiscono una riserva di carbonio ed energia; il glicogeno costituisce anche une riserva delle cellule animali mentre l’amido è accumulato anche dalle alghe e dalle piante. I granuli di amido o glicogeno possono essere visualizzati al microscopio elettronico. L’accumulo di polimeri di poli-Beta-idrossialcanoati (PHA), come ad esempio il Beta-Idrossibutirrato (PHA), è una caratteristica specifica di batteri appartenenti ad alcuni generi quali Mycobacterium. Al microscopio a contrasto di fase queste sostanze lipidiche appaiono come granuli sferici luminosi e rifrangenti possono essere colorate con coloranti liposolubili. Altri batteri accumulano Triacilgliceroli e cere. L’unico polimero di azoto organico accumulato dai procarioti è la Cianoficina, un polimero costituito da acido aspartico e arginina presente solo nei cianobatteri. I polifosfati, generalmente chiamati TILACOIDI - Circondati da una membrana elementare - Contengono l’apparato fotosintetico dei cianobatteri ( i cianobatteri sono i batteri più simili alle piante ma a differenza di cellule vegetali, fissano anche l’azoto). Simili ai tilacoidi dei cloroplasti, sono dispersi nel citoplasma CARBOSSISOMI - Corpi poliedrici circondati da membrana semplice - Contengono la ribulosio carbossilasi (Rubisco), enzima necessario agli autotrofi che usano come unica fonte di carbonio la CO2. Questi fissano la CO2 attraverso il ciclo di Calvin-Benson. MAGNETOSOMI - Sono formati dalla Biomineralizzazione di minerali sintetizzati dai batteri per la navigazione geomagnetica negli habitat acquatici - Cristalli di magnetite (Fe3O4) - Orientano la cellula lungo il campo magnetico terrestre e determinano la direzione del movimento - Hanno utilità biologica, usati per capire quali microrganismi vivevano in una data era. PIGMENTI - Presenti in molte specie - Hanno composizioni chimiche svariatissime - Hanno diverse funzioni: o respiratoria o enzimatica o vitaminica o antibiotica o fotosintetica… Questi pigmenti possono essere: - Pigmenti endocellulari: carotenoidi e batterioclorofille - Pigmenti esocellulari: pioverdina e piocianina, pigmenti degli pseudomonas fluorescenti aventi funzioni siderofore Avere funzioni siderofore significa la presenza di molecole che legano il ferro con elevata affinità, i dicono “chelanti” ossia che legano per chelazione un atomo o uno ione. Quando ha la struttura a chete un atomo metallico si comporta da acido di Lewis ed è legato per coordinazione. INCLUSI CRISTALLINI - Presenti nella specie Bacillus thurigiensis - Durante la sua sporulazione si riproducono producendo la spora. - Sono cristalli proteici (corpi parasporali), costitutiva da una pro-tossina immatura che è l’endotossina S. o Quando vengono ingeriti da una larva di insetto: i succhi intestinali a pH alcalino della larva dissolvono i cristalli e la tossina è idrolizzata da proteasi intestinali della larva. La tossina matura diffonde attraverso la parete intestinale, si lega a specifici recettori sulla membrana di cellule epiteliali, e forma dei pori o Nei fori della membrana vi è il flusso incontrato di ioni H+ e ciò porta alla lisi della cellula e quindi la cellula epiteliale dell’intestino è danneggiata e la larva non può più nutrirsi. - Attività insetticida nei confronti di diverse classi di insetti e di conseguenza hanno un attività biologica NB: La Pianta BT è una pianta di cotone, di mais, di patata o di soia geneticamente modificata che contiene uno o più geni dal Bacillus Thurigiensis. Producono le tossine mortali per insetti. RIBOSOMI Un’importante componente presente nel citoplasma batterico è costituita dai ribosomi, piccole strutture ribonucleoproteiche che insieme all’RNA messaggero e al tRNA sono deputati alla sintesi delle proteine. I ribosomi possono anche essere debolmente legati alla membrana plasmatica; i ribosomi citoplasmatici sintetizzato proteine destinate a rimanere all’interno della cellula, mentre quelli legati alla membrana producono le proteine da trasportare all’esterno. Nei batteri in crescita possono essere presenti migliaia di ribosomi, per la maggior parte impegnati nella traduzione man mano che l’mRNA viene allungato ad opera dell’RNA polimerasi, i ribosomi iniziano a legarvisi dando luogo a strutture definite poliribosomi o polisomi, legati al nucleotide tramite l’mRNA nascente. I ribosomi batterici differiscono per alcuni dettagli strutturali e funzionali da quelli degli archei e, anche per dimensione, da quelli degli eucarioti. Grazie a queste differenze numerosi antibiotici o altre molecole che interferiscono con la traduzione sono attivi selettivamente solo verso i ribosomi batterici e non verso quelli di archei ed eucarioti ( e viceversa). RIBOSOMI - Piccole particelle composte da proteine e RNA - Coinvolti nella sintesi proteica - I ribosomi legati alla membrana sono coinvolti nella sintesi delle proteine per il trasporto di membrana verso l’esterno - I ribosomi della matrice citoplasmatica sono coinvolti nella sintesi delle proteine interne alla cellula - In tutte le cellule i ribosomi sono formati da 2 subunità, una piccola ed una grande, con diverso coefficiente di sedimentazione - La struttura dei ribosomi è diversa tra procarioti ed eucarioti - Ci sono differenze strutturali anche tra batteri ed archei: diversa sensibilità agli antibiotici che agiscono sulla sintesi proteica IPOTESI EVOLUTIVA DI LYNN MARGULIS cloroplasti e mitocondri dele cellule eucariotiche contengono ribosomi 70s L’ipotesi evolutiva afferma che vi sia stata endosimbiosi tra un batterio fototrofo e/o il metabolismo respiratorio ed il progenitore della cellula eucariotica - I mitocondri sono discendenti di batteri capaci di ottenere energia dalla sostanza organica grazie alla respirazione aerobica. Questi vengono fagocitati da una cellula primitiva che non aveva questo metabolismo - I cloroplasti ( che sono responsabili della fotosintesi) sono discendenti di antichi cianobatteri (fototrofi) ➔ E così nacque la cellula eucariota: Per endosimbiosi e mutuo beneficio: 1- Dal punto di vista energetico 2- Per vivere in un ambiente protetto