PROCARIOTI EUCARIOTI

Dimensioni cellulari

Generalmente da 1 a 10 m di dimensioni lineari

Maggiori e diverse a seconda del regno

metabolismo Anaerobio o aerobio Generalmente aerobio

organanuli nessuno Nucleo, mitocondri, cloroplasti, reticolo endoplasmatico, ecc..

DNA DNA circolare nel citoplasma

Molecole di DNA lineare contenenti regioni non codificanti nel nucleo

Divisione cellulare

Scissione binaria mitosi

Organizzazione cellulare

unicellulare Unicellulari o pluricellulari

Parete Cellulare

Presente Peptidoglicano nei Batteri

AssenteChitina nei Miceti Cellulosa nei vegetali

Rappresentazione schematica di una cellula

batterica tipica

I batteri differiscono per morfologia (dimensione, forma e caratteristiche di colorazione) e caratteristiche metaboliche, antigeniche e genetiche

FUNZIONI DELLE STRUTTURE FUNZIONI DELLE STRUTTURE DEI PROCARIOTIDEI PROCARIOTI

STRUTTURE FONDAMENTALI

MEMBRANA

PARETE

CROMOSOMA

RIBOSOMI

STRUTTURE ACCESSORIE

PILI

FLAGELLI

CAPSULA

Membrana citoplasmatica

MEMBRANA CITOPLASMATICA È costituita da un doppio strato di fosfolipidi e da proteine.

I lipidi e le proteine sono nella proporzione di 1:5 e costituiscono il 10-26% del peso secco batterico.

Il doppio strato di fosfolipidi è orientato in modo perpendicolare al piano della membrana e su i due strati esterni sono immerse proteine globulari. Altre proteine lo sono immerse nei fosfolipidi mentre altre attraversano l’intero spessore e possono sporgere all’esterno o all’interno della membrana

È una membrana semipermeabile e selettiva che regola il passaggio delle sostanze nutritive e dei prodotti di rifiuto.

È la principale barriera osmotica cellulare.

È centro di attività metabolica poiché è sede di processi metabolici inerenti il trasporto di elettroni, la fosforilazione ossidativa, la respirazione e la costruzione della parete cellulare.

Danni a questa membrana da agenti chimici o fisici può provocare la morte della cellula.

FUNZIONE DELLA MEMBRANA CITOPLASMATICA

1. REGOLA IL FLUSSO DEI NUTRIENTI

2. E’ SEDE DI PROCESSI BIOSINTETICI

3. E’ SEDE DI PRODUZIONE DI ENERGIA

4. E’ SITO DI ANCORAGGIO PER STRUTTURE ACCESSORIE

5. HA FUNZIONE DI SECREZIONE

6. HA FUNZIONE DI REGOLAZIONE

Sistemi di trasporto di membrana

Traslocazione di gruppo

Mesosomi

Partecipano alla formazione di setti durante il processo di divisione della cellula. Possono essere associati al cromosoma batterico e dirigere la sua replicazione.

Sono associati a processi enzimatici.

Introflessioni della membrana citoplasmatica. Intervengono nella cellula batterica in vari processi riproduttivi e metabolici.

CROMOSOMA

È costituito da un’unica molecola circolare di DNA a struttura bicatenaria con peso molecolare di circa 2109daltons. Distesa in tutta la sua lunghezza la molecola raggiunge la dimensione di 1mm. Il cromosoma batterico può contenere da 3 a 6103 geni.

Governa la trasmissione dei caratteri da una cellula alle generazioni successive. Presiede alla sintesi dei fattori che regolano il metabolismo cellulare.

RIBOSOMI

I ribosomi sono particelle citoplasmatiche che intervengono nella sintesi proteica.Sono composti dal 60% in RNA e dal 40% in proteine.Sono costituiti da due subunità: leggera o 30S e pesante o 50S. Presentano una costante di sedimentazione di 70S. Alcuni antibiotici agiscono a livello ribosomale come inibitori della sintesi proteica.

Parete battericaOrganizzazione diversa della

parete neiGram positiviGram negativiAcido –Alcool resistenti (micobatteri)Funzioni della parete batterica

PROTEZIONE

FORMA

PROCESSO DI DIVISIONE

SOLLECITAZIONI MECCANICHE

RIGONFIAMENTO OSMOTICO

PARETE CELLULARE

è una struttura a reticolo che circonda la cellula

è composta principalmente da un unico polisaccaride chiamato PEPTIDOGLICANO

avvolge la cellula, formando un involucro rigido e resistente

determina la forma, impedisce il rigonfiamento

PEPTIDOGLICANO O MUREINA E’ un lunghissimo polimero lineare, stabilizzato da fitti legami trasversi.

Unità’ fondamentale del peptidoglicano

E’ formato dall’unione di unità ripetute disaccaridiche costituite da N-ACETILGLUCOSAMMINA (GluNAc o NAG) ed acido N-ACETIMURAMICO (MurNAc o NAM).

NAG e NAM unite da un legame beta-1,4 glicosidico

Al gruppo O-lactil delll’ac. N-acetilmuramico è legato un TETRAPEPTIDE Attraverso il tetrapeptide si uniscono unità NAG e NAM adiacenti

polimeri paralleli di peptidoglicano sono uniti da ponti di PENTAGLICINA

Il monomero del Peptidoglicano

NAM= N-Acetil muramico

NAG= N-Acetil glucosoammina,

Sono degli AMMINOZUCCHERI

Transpeptidazione

Il tetrapeptide di una unità si lega al tetrapeptide di una unità adiacente attraverso un legame peptidico tra la D-alanina e l’acido diaminopimelico

Il tetrapeptide può variare nella composizione in aminoacidi.e il legame peptidico è catalizzato da specifici enzimi Questi enzimi sono chimati transpeptidasi oPBP, proteine leganti la penicillina, perché sono i bersagli primari di antibiotici beta-lattamici, come la penicillina

Circa il 90%

10-15%

PARETE di un batterio Gram-positivo

La parete dei Gram positivi è spessa circa 200 A° e contiene anche lunghe catene di polioli: Acidi teicoici e Acidi lipoteicoici. Questi ultimi attraversano la membrana citoplaspatica e si estendono nell’ambiente esterno.Gli ac teicoici e gli ac lipotecoici sono strutture antigeniche

Organizzazione della parete dei Gram positivi

PARETE di un batterio Gram-negativoLa parete dei Gram negativi e

formata solo da peptidoglicano ed è 10 volte meno spessa di quella dei Gram positivi (S=20 A°) I Gram negativi presentano all’esterno della parete cellulare una membrana esterna

Nella membrana esterna, trilaminare e simile alla membrana plasmatica, è presente il lipopolisaccaride (LPS) Nel doppio strato lipidico sono immerse delle peculiri proteine trimeriche, le porine che formano dei pori o canali di membrana. La membrana estrerna è ancorata alla parete grazie alla lipoproteina di Braun che si estende attraverso uno spazio vuoto detto spazio periplasmico

MEMBRANA ESTERNA

Organizzazione della parete dei Gram negativi

L’antigene O è noto come antigene somatico E’ un tetra-pentasaccaride e si estende dalla superficie cellulare all’ambiente esterno Ogni batterio ha un caratteristico antigene O che può essere usato per tipizzare il batterio.Il core è composto principalmente da acido 2-cheto-3deossioctulosio (KDO) l’unica funzione del core è quella di ancorare l’antigene O al lipide A.Il lipide A è un glicofosfolipide E’ la porzione tossica della molecola

LIPOPOLISACCARIDE

Rappresenta l’endotossina comune a tutti i Gram negativi E’ una molecola in cui si distinguono tre porzioni diverse per natura chimica e funzione

PARETE CELLULARE DEI MICOBATTERI

Oltre al peptidoglicano, la parete dei batteri acidi-alcool resistenti come Mycobacterium contiene grandi quantità di glicolipidi come acidi micolici, complessi arabinogalactano-lipidi, e lipoarabinomannano.

Christian Gram (1884)

SCHEMA DELLA COLORAZIONE

DI GRAM

BATTERI PRIVI DI PARETESI OTTENGONO PER AZIONE DI:

Enzimi litici Antibiotici che interferiscono con la biosintesi

della parete cellulare

INCAPACI DI MOLTIPLICAZIONE: Sferoplasti (da G-) Protoplasti (da G+)

CAPACI DI MOLTIPLICARSI: Forme L

Solo un genere di batteri, in natura, è privo di parete

MycoplasmaMycoplasma

Bersagli dei principali gruppi di farmaci

antibatterici

inattivazione reversibile o irreversibile del farmaco da parte di enzimi batterici (beta-lattamasi, enzimi modificanti gli aminoglicosidi…)

alterazione della molecola bersaglio dell’antibiotico

riduzione della concentrazione intracellulare dell’antibiotico per diminuito influsso (ridotta permeabilità membrana esterna o citoplasmatica) o per aumentato efflusso (meccanismo attivo attraverso la membrana citoplasmatica)

eliminazione della molecola bersaglio attraverso la creazione di una via metabolica alternativa

Principali meccanismi di antibiotico-resistenza

Sferici Bastoncellari

Spiraliformi

•Streptococcus pneumoniae •Staphylococcus aureus

•Neisseria gonorrhoeae•Neisseria meningitidis

•Streptococcus pyogenes

Bacilli

•Enterobacteriaceae: Escherichia coli, Salmonella,

Shigella, Yersinia pestis

•Legionella pneumophilae

•Haemophilus influenzae

•Clostridium tetani, Clostridium botulinum e

Clostridium perfrigens

•Bacillus anthracis

Vibrio cholerae

Leptospire

Treponema pallidum

Strutture accessorie della cellula

battericaFlagelliPiliCapsulaSostanze

polimeriche extracellulari

Flagelli batterici

AnfitricoMonotrico

Lofotrico Peritrico

Numero e disposizione dei flagelli

in rapporto alla cellula

Corpo basale

Uncino

STRUTTURA DEL FLAGELLO

Il corpo basale del flagello è formato da più coppie di anelli (Gram negativi) attraverso i quali passa un bastoncino. Il flagello dei batteri Gram positivi differisce da quello dei Gram negativi per la presenza di una unica coppia di dischi.

Il filamento, ad elica levogira, è formato di unità ripetute di un’unica proteina: la flagellina.

Filamento

Alla base del flagello, nella membrana citoplasmatica, ci sono le proteine Mot che servono da interruttore e motore del flagello.

CHEMIOTASSI

In assenza di agente chemiotattico un batterio dotato di appendici per il movimento si muove in maniera casuale. In presenza di un agente chemiotattico il batterio si muove in direzione della sostanza chemioattraente.In presenza di un chemiorepellente, il batterio si muoverà con direzione opposta, allontanandosi dalla sostanza.Questi meccanismi sono regolati da una serie di reazioni di metilazione e fosforilazione delle proteine Mot di membrana

La rotazione del flagello è dovuta alla forza proton motrice (un giro di rivoluzione del flagello richiede almeno 100 protoni)

COME SVELARE LA PRESENZA DEI FLAGELLI

COLORAZIONE CON FUCSINA BASICA

IMMUNOFLUORESCENZA

MICROSCOPIO ELETTRONICO

COME OSSERVARE LA MOTILITA’

MICROSCOPIO OTTICO

USO DI TERRENI DI COLTURA SEMISOLIDI

Pili o fimbrie

strutture proteiche (pilina), lineari, a centinaia intorno al batterio che favoriscono l’adesivita’ (nomi alternativi: lectine, evasine, aggressine)

Come fattore di adesivita’ le punte delle fimbrie

contengono delle proteine (lectine) che legano

specifici zuccheri (e.g., mannosio)

Funzione dei pili: adesione

strato lasso, viscoso polisaccaridico o proteico che circonda i batteri gram+ e

gram– Nel caso sia poco aderente e poco uniforme per densita’ e spessore, questo

materiale e’ definto glicocalice

Capsula

Capsula

All’esterno della parete cellulare

Ben definita: capsula

Non definita: glicocalice

generalmente polisaccaridica

Spesso assente in vitro

Presente in vivo e protettiva

COME OSSERVARE LA CAPSULA

MICROSCOPIO OTTICO:

COLORAZIONE NEGATIVA

Adesione aspecifica

In Streptococcus mutans permette di aderire e colonizzare lo smalto dentale ed innescare il processo cariogeno

FUNZIONI DELLA CAPSULA

• ADERENZA es. Streptococcus mutans

• VIRULENZA es.Streptococcus pneumoniae

• RESISTENZA ALL’ESSICCAMENTO• RISERVA NUTRIZIONALE• DEPOSITO DI SOSTANZE DI RIFIUTO• AGGREGAZIONE(BIOFILM)• PROTEZIONE(BIOFILM)