per la crescita e la duplicazione cellulare, così come per far avvenire tutte le reazione del metabolismo, è necessaria la disponibilità di nutrienti

si definiscono nutrienti le sostanze utilizzate per le biosintesi e la produzione di energia

• esigenze nutrizionali dei microrganismi• meccanismi di assunzione dei nutrienti• metodi di coltivazione dei microrganismi in laboratorio

• esigenze nutrizionali dei microrganismi• meccanismi di assunzione dei nutrienti• metodi di coltivazione dei microrganismi in laboratorio

il 95% del peso secco (senza H2O) di una cellula è costituito da carbonio ossigeno idrogeno azoto zolfo fosforo potassio calcio magnesio ferro

macroelementi

carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici

cofattori di enzimi

MACROELEMENTI: necessari in elevate quantità

gli elementi necessari in quantitativi ridotti (presenti in tracce) si dicono micronutrienti e sono: manganese

zincocobaltomolibdenonickelrame

Sono componenti essenziali per la vita di una cellula ?

nei siti attivi di molti enzimi o cofattori enzimatici

microrganismi classificati in gruppi nutrizionali

AUTOTROFI sono organismi che utilizzano l'anidride carbonica (CO2) come fonte di carbonio

ETEROTROFI sono organismi che utilizzano come fonte di carbonio molecole organiche ridotte

Fonte di carbonio

FOTOTROFI sono organismi che utilizzano la luce solare come fonte di energia

CHEMIOTROFI sono organismi che utilizzano l'ossidazione di composti chimici organici o inorganici come fonte di energia

Fonte di energia

LITOTROFI sono organismi che utilizzano

l'ossidazione di composti chimici inorganici come fonte di elettroni

ORGANOTROFI sono organismi che utilizzano

l'ossidazione di composti chimici organici come fonte di elettroni

mentre i MICROELEMENTI necessari alla crescita cellulare vengono acquisiti come impurità di altri composti, i MACROELEMENTI che entrano a far parte di molecole organiche devono essere acquisiti dalla cellula specificamente

carbonio ossigeno idrogeno azoto zolfo fosforo

molecola organica, H2O

azoto proteine / acidi nucleici / lipidizolfo proteine / cofattori / vitaminefosforo acidi nucleici / fosfolipidi / cofattori

Tutte le molecole organiche essenziali per la vita della cellula (componenti cellulari o loro precursori) che l'organismo è incapace di sintetizzare autonomamente si dicono FATTORI DI CRESCITA e sono principalmente AMINOACIDI, BASI AZOTATE o VITAMINE

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Trasporto passivo: avviene secondo il gradiente di concentrazione e non richiede un consumo di energia

Trasporto attivo: avviene contro il gradiente di concentrazione e richiede consumo di energia.

Trasporto passivo

diffusione passiva diffusione facilitata(CO2, H2O, O2) (mediata da un carrier)

(glicerolo)

Figura 4.1 Diffusione passiva e diffusione facilitata. Dipendenza del tasso di diffusione dal gradiente di concentrazione del soluto (il rapporto tra concentrazione extra- e intracellulare). Si noti l’effetto di saturazione – evidenziato dal plateau nel grafico – che si verifica al di sopra di uno specifico valore del gradiente, nel caso di diffusione facilitata da una proteina carrier. L’effetto di saturazione si osserva ogni volta che nel trasporto è coinvolto un carrier.

Figura 4.2 Modello della diffusione facilitata. La proteina di membrana con funzione di carrier può cambiare conformazione in seguito al legame con una molecola di soluto esterna, che poi viene rilasciata all’interno della cellula. Successivamente la proteina riacquista la forma originale, orientata verso l’esterno, ed è pronta a legare un’altra molecola di soluto. Poiché il tutto avviene senza apporti di energia, il soluto continuerà a penetrare soltanto finché la concentrazione esterna resterà superiore a quella interna.

Trasporto attivo: contro gradiente. L'energia richiesta per trasportare una molecola è tanto maggiore quanto maggiore è la differenza di concentrazione di quella molecola ai due lati della membrana citoplasmatica

trasporto simultaneo di due sostanze nella stessa direzione (es. lattosio + protone)

trasporto simultaneo di due sostanze in direzioni opposte (es. Na+ all’esterno e H+ all’interno)

Figura 4.5 La traslocazione di gruppo:

il trasporto mediato dal PTS batterico. Il sistema fosfotransferasico fosfoenolpiruvato: zucchero (PTS) di E. coli e di S. typhimurium. Il sistema è formato dalle seguenti componenti: il fosfoenolpiruvato, PEP; l’enzima I, EI; la proteina termostabile a basso peso molecolare, HPr; e l’enzima Il, EIl. Il fosfato ad alta energia viene trasferito da HPr a EIIA, una componente solubile dell’enzima EII. EIIA è unito a EIIB nel sistema per il trasporto del mannitolo, mentre è separato da EIIB nel sistema del glucosio. Durante il trasporto attraverso la membrana, il fosfato viene trasferito da EIIA a EIIB quindi allo zucchero, in entrambi i sistemi. Sono possibili anche altre forme di relazione tra le componenti di EII. Per esempio, IIA e IIB possono formare una proteina solubile separata dal complesso della membrana; anche in questo caso il fosfato passa da IIA a IIB e poi al dominio (o ai domini) di membrana.

Figura 4.6 I complessi sideroforo-ione ferrico. (a) Il ferricromo è una molecola di idrossamato ciclico [—CO—N(O−)—] prodotta da molti funghi. (b) E. coli produce l’enterobactina, un catecolato ciclico. (c) Lo ione ferrico probabilmente si complessa con tre siderofori a formare un complesso esacoordinato ottaedrico; qui è illustrato il complesso ferro-enterobactina.

Trasporto e assunzione del ferro

ferro essenziale perchè presente nella struttura dei citocromi e di molti ezimi

ione ferrico (Fe3+) poco solubile e quindi poco disponibile per il trasporto

secrezione di SIDEROFORI (formano complessi con Fe3+

• esigenze nutrizionali dei microrganismi• meccanismi di assunzione dei nutrienti• metodi di coltivazione dei microrganismi in laboratorio

Terreni sintetici (definiti): a composizione chimica definita; contengono il minimo indispensabile per consentire la crescita di una particolare specie batterica

Terreni complessi: a composizione chimica non definita; contengono estratti di altre cellule (lievito) o di tessuti animali (Brain-Heart Infusion Broth) o di piante (tryptic soy broth)

Terreni solidi: terreni liquidi sintetici o complessi + 1-2% di agar

AGAR: polisaccaride estratto dalle alghe che gelifica a temperature inferiori ai 40°C. Non tossico, non metabolizzabile dai microrganismi

Terreni selettivi: terreni arricchiti con particolari composti per favorire la crescita di specifici microrganismi o per sfavorire la crescita di altri

Terreni differenziali: terreni che permettono di differenziare alcune specie batteriche da altre mettendo in evidenza particolari caratteristiche metaboliche

- secrezione di proteasi: terreno contenente albumina (opaco). alone chiaro intorno alla colonia che degrada l’albumina

- attività emolitica: (agar-sangue)

isolamento colture pure (striscio su piastra)

osservazione morfologia delle colonie (caratteristica di ogni specie)

conta batterica (conta vitale)

uso dei terreni solidi

Figura 4.7 Tecnica della piastra per diffusione. Preparazione di una piastra per diffusione. (1) Deporre con una pipetta una goccia di materiale al centro di una piastra contenente agar. (2) Immergere un’apposita bacchetta di vetro in un beaker contenente etanolo. (3) Flambare per breve tempo la bacchetta bagnata di etanolo e lasciarla raffreddare. (4) Distribuire uniformemente, strisciando, il campione sulla superficie dell’agar mediante la bacchetta sterile. Incubare.

isolamento batteri da colture miste

Figura 4.9 Tecnica della piastra per inclusione. Il campione originale è sottoposto a diluizioni seriali, in modo da ridurre in misura sufficiente il numero delle cellule microbiche presenti. I campioni con la diluizione più alta vengono poimescolati con agar caldo, quindi la miscela viene versata in piastre di petri. Le cellule isolate crescono formando colonie e possono essere usate per costituire colonie pure. Le colonie in superficie sono circolari, quelle al di sotto della superficie in genere hanno forma lenticolare.