Biologia Cellulare: Domande e concetti chiave

Certo, ecco gli appunti di studio dettagliati basati sul testo fornito:

Introduzione alla Microbiologia

• I microrganismi sono stati tra le prime forme di vita sulla Terra, con un impatto notevole sulla formazione della biosfera.
• L'attività fotosintetica dei cianobatteri è considerata la principale fonte di ossigeno nell'atmosfera primordiale.
• Alcuni microrganismi, noti come estremofili, possono prosperare in condizioni ambientali estreme, come sorgenti termali, ambienti salini, deserti e ghiacciai.
• L'enzima Tac polimerasi, trovato nei batteri estremofili, è resistente al calore ed essenziale nel processo di PCR.

Tipi di Cellule Microbiche

• Cellule procariotiche: prive di nucleo e membrana nucleare, piccole dimensioni (0,5-1 μm), struttura semplice senza organelli.
• Il Thiomargarita, un batterio eccezionalmente grande, può superare i 50 μm di diametro.
• I micoplasmi sono batteri procarioti molto piccoli (0,3 μm) privi di parete cellulare ma con una membrana plasmatica trilaminare.
• Cellule eucariotiche: dotate di nucleo con membrana, morfologicamente più complesse e più grandi (5-20 μm), contengono organelli.
• Cellule vegetali e funghi hanno pareti cellulari composte di chitina.

Classificazione degli Organismi Viventi

• La classificazione include tre domini principali: bacteria (procarioti), archea (procarioti) ed eukarya (eucarioti).
• I virus non rientrano in un dominio poiché non sono considerati organismi viventi, ma strutture biologiche.
• Come parassiti endocellulari obbligati, i virus necessitano di infettare altri organismi per riprodursi.
• L'infezione virale può variare in gravità ed esiti, inclusa la morte dell'organismo ospite.
• Alcuni studiosi considerano i virus al confine tra il vivente e il non vivente, a causa della loro dipendenza da strutture cellulari complesse.

Caratteristiche dei Batteri

• I batteri sono ubiquitari e si trovano ovunque sulla Terra.
• Le piccole dimensioni dei batteri consentono un rapido scambio di nutrienti e prodotti di scarto, migliorando la loro competitività metabolica.
• L'efficienza del trasporto è legata alla superficie della membrana; le cellule più piccole hanno un rapporto superficie/volume più elevato.
• Esistono batteri pleomorfi che possono alterare la propria morfologia.

Lactobacillus bulgaricus

• Presenta complesse necessità nutrizionali e produce acido lattico dalla fermentazione del lattosio.
• Responsabile del sapore aspro dello yogurt, della coagulazione delle proteine del latte e della conservazione.
• La sua attività enzimatica facilita la digestione del lattosio negli intolleranti.
• Produce acetaldeide, un importante componente aromatico dello yogurt.

Leptospira interrogans

• Batterio con forma di filamento elicoidale ed estremità uncinate, dotato di due flagelli per la mobilità.
• Comprende sia specie patogene (leptospirosi) sia saprofitiche.
• La leptospirosi è una zoonosi sistemica acuta trasmessa tramite urina animale contaminata, che penetra attraverso la pelle o le mucose.

Componenti Chimici Cellulari

• Gli organismi pluricellulari sono composti da tessuti formati da cellule aggregate, che a loro volta creano organi. I microrganismi sono cellule autonome.
• Le proteine, polimeri di amminoacidi, sono essenziali per la struttura e la catalisi (enzimi).
• Gli acidi nucleici, DNA e RNA, sono polimeri di nucleotidi responsabili dell'informazione genetica.
• I lipidi hanno proprietà idrofobiche e sono importanti per la struttura della membrana e l'immagazzinamento di energia.
• I polisaccaridi, polimeri di zuccheri semplici, si trovano principalmente nella parete cellulare e fungono da riserva di carbonio ed energia (glicogeno).

Componenti dei Batteri: Citoplasma

• Il citoplasma, o matrice citoplasmatica, è la porzione interna della cellula, finemente granulare.
• Contiene acqua (70%), enzimi, polisaccaridi di riserva (amido e glicogeno) e piccole molecole organiche.
• Recenti scoperte hanno identificato filamenti citoscheletrici nei batteri, che intervengono nella divisione cellulare e determinano la morfologia cellulare.
• Il citoplasma ospita costituenti cellulari vitali e facilita processi di crescita, metabolismo e replicazione.

Componenti del Citoplasma

• Nucleoide: una molecola di DNA a doppia elica (cromosoma batterico) immersa nel citoplasma, non delimitata da membrana.
• Plasmidi: molecole circolari di DNA extracromosomico non essenziali per la crescita, portatrici di geni che ne favoriscono la sopravvivenza in ambienti specifici.
• Ribosomi: costituiti da RNA, incaricati della sintesi proteica.

Citoscheletro Batterico

• Nei batteri sferici, come S. aureus, FtsZ definisce il piano di divisione e recluta altre proteine necessarie.
• Nei batteri a forma di bastoncello, le proteine MreB sono essenziali per il controllo della forma.
• Nei C. crescentus è presente la crescentina necessaria per la curvatura cellulare.

Membrana Cellulare Batterica

• La membrana cellulare, uno strato di 8 nm che circonda il citoplasma, è una struttura altamente conservata ed essenziale presente negli esseri viventi.
• Ha una composizione asimmetrica con due strati di fosfolipidi e proteine.
• I fosfolipidi sono molecole anfipatiche con una testa polare idrofila e code non polari idrofobiche.
• Proteine periferiche (20-30%): associate debolmente alla membrana, facilmente rimovibili e solubili.
• Proteine integrali (70-80%): incorporate nella membrana, non rimovibili facilmente e insolubili.
• La membrana plasmatica è dinamica e adatta ai cambiamenti ambientali.
• Contiene opanoidi anziché steroli, che stabilizzano la membrana grazie alla loro struttura planare rigida.

Funzioni della Membrana Plasmatica

• Barriera protettiva che contiene il citoplasma isolando la cellula dall'ambiente esterno, essenziale per l'integrità cellulare e la sopravvivenza.
• Funge da barriera selettivamente permeabile che impedisce la fuoriuscita di componenti essenziali e regolamenta il trasporto di molecole dentro e fuori la cellula.
• Svolge un ruolo in processi metabolici fondamentali come respirazione, fotosintesi, sintesi di lipidi e costituenti della parete cellulare, oltre alla segregazione cromosomica.
• È responsabile per il rilevamento nell'ambiente dei prodotti chimici tramite recettori localizzati sulla membrana, la generazione di energia attraverso il gradiente protonico. Si occupa anche di funzioni di biosintesi come sintesi della membrana, assemblaggio della parete cellulare, secrezione di varie proteine.

Mesosomi

• Invaginazioni della membrana citoplasmatica che intervengono durante la divisione cellulare e nella segregazione del cromosoma, rilevati in procarioti con attività respiratoria ed in batteri fotosintetici.

Assorbimento dei Nutrienti

• Per l'assorbimento dei nutrienti essenziali, il microrganismo sfrutta i sistemi di trasporto nel suo ambiente
• Diffusione semplice: le molecole si muovono da un'area ad alta concentrazione a un'area a bassa concentrazione mediante agitazione termica.
• Diffusione facilitata: le molecole si muovono da un'area ad alta concentrazione a un'area a bassa concentrazione, necessitando di una proteina di trasporto specifica e si lega a una modificazione conformazionale della proteina trasportatrice.
• Trasporti attivi: I trasporti attivi muovono le molecole contro un gradiente di concentrazione utilizzando proteine carrier ed energia (ATP o forza protomotrice).
• Traslocazione di gruppo: utilizza componenti non specifici per vari zuccheri, con componenti specifici per il glucosio.
• Sistemi trasportatori ABC: il sistema trasportatore ABC utilizza ATP per trasportare le sostanze nutritive attraverso la membrana cellulare.
• Il ferro è trasportato nella cellula via siderofori chelanti a basso peso molecolare rilasciati dai batteri. Il complesso sideroforo-ferro si lega ad uno specifico recettore presente nel rivestimento cellulare.

Struttura della Parete Cellulare

• È essenziale per la sopravvivenza dei microrganismi fornendo sostegno contro la pressione osmotica.
• Conferisce forma e rigidità, protegge dagli agenti tossici e contribuisce alla patogenicità.
• La sua struttura e composizione influenzano la colorazione di Gram, che divide i batteri in Gram-positivi (viola) e Gram-negativi (rosso).
• La parete cellulare dei batteri Gram - è una struttura complessa e multistratificata, mentre quella dei batteri Gram+ consiste di un singolo tipo di molecola ed è molto più spessa. Il principale costituente della parete cellulare è il peptidoglicano o mureina.

Struttura e Funzione del Peptidoglicano

• Sottile lamina costituita da due derivati polisaccaridici: N-acetilglucosamina e acido N-acetilmuranico (derivati del glucosio).
• Si presentano in tutte le molecole: glucosamina e acido muranico, che formano lo scheletro.
• Resistenza robusta, legami trasversali formati da aminoacidi per formare l'impalcatura. I batteri gram- hanno legami peptidici diretti, i batteri gram+ hanno ponti peptidici.

Parete Gram+

• Maggiore quantità di peptidoglicano e possibili acidi teicoici, strutturati da elementi principalmente da alcol (glicerolo, ribitolo).
• Acidi lipoteicoici strutturano attraverso il peptidoglicano per collegare i lipidi della membrana citoplasmatica.
• Acidi teicoici interrompono solo nello strato peptidoglicano

Parete Gram-

• Più complessa dei batteri Gram+, strato sottile di peptidoglicano circondata da una mebrana esterna.
• Possiede carica negativa in virtù di possedere resistenza nei confronti delle difese dell'ospite.
• Membrana esterna, composto da lipidi, lipoproteine e lipopolisaccaridi (LPS) ma non contiene acidi teicoici.
• Spazio periplasmatico rappresenta il 20-40% del volume cellulare, riempito di enzimi idrolitici e proteine di trasporto essenziale
• Gli zuccheri funzionano da antigeni con l'antigene O che innesta la risposta immunitaria ma può essere modificata, da lipide A detto anche endotossina.

Capsula Batterica e Glicocalice

• Alcuni batteri formano il glicocalice, uno strato esterno viscoso e gelatinoso composto da polisaccaridi, polipeptidi o entrambi. Se organizzato e attaccato saldamente, è detto capsula; se disorganizzato e debolmente attaccato, strato di melma. L'EPS consente ai batteri di aderire per sopravvivere.

Strato Paracristallino-S-layer

• Esagonale e cristallina nei batteri gram+ e gram-, composto glicoproteiche e hanno maggiore presenza negli Archea. Adesione a superific. protezione contro ogni genere esterno

Batteri privi di parete

• I micoplasmi hanno forma di protoplasti con una membrana citoplasmatica inconsueta: mancanza di parete cellulare.

Colorazione di Gram

• Il cristallo viola penetra nel citoplasma di ambedue le cellule con la mordenzatura che forma complessi di cristallo tali da non fuori uscire. L'alcool disidrata la parete dei gram-positivi, che impedisce la fuoriuscita. Nei batteri Gram-negativi, il solvente ostacola
• E' utilizzata per la classificazione batterica, basata sulla composizione della parete.

Componenti esterni alla parete cellulare

• Implicati protezione, adesione, interazione cellulare e movimiento.

Fimbrie e Pili Batterici

• Strutture identiche formate da proteine ed eliche. Permette l'adesione per i Biofilm, motilità, scivolamento
• Possiedono recettori
• I pili portando anche a coniugazione per i procarioti

Localizzazione microbica

• Permette alle cellule di raggiungere regioni e risorse nutrizionali, processo che richiede energia
• Dotati di strutture lunghe e sottili con le seguenti composizioni
• Monotrichi: un flagello (ad un polo, detto polare)
• Anfitrichi: un flagello ad ogni polo cellulare
• Lofotrichi: un gruppo di flagelli ad ogni o ambo i poli
• Peritrichi: flagelli sull'intera superficie
• Elementi costitutivi
• Filamento, esteso in superficie come un cilindro che compone subunitò di flagellina
• Uncino di collegamento
• Corpo Basale: serie di anelli che alimentano il suo funzionamento

Struttura del flagello batterico - (gram-)

• Azionato dal flusso protonico attraverso la membrana citoplasmatica
• Rotazioni in senso orario e antiorario
• Auto-assemblaggio in un sistema che coinvolge molti geni tramite la proteina flagellina che funge da guida in posizione
• Movimenti flariali con forze proton motore che attiva grazie al corpo basale. La rotazione imparta il movimento in avanti e quello in senso anti- orario la blocca di avanzamento
• Motilità alternativa con spirochete tramite contrazione rotazione del filamento (matreiali viscosi, scivolamento
• Movimenti con risposte chemiotassi o repellenza

Chemotassi

• Movimento a risposta chimica, ovvero se attratta da un composto o respinta, processo regolato a livello genetico e biochimico.

Componenti del citoplasma

• Essenziali alla cellula, funionando come depositi di riserva quando si assimila i nutrienti tramite i sistemi di trasporto con i seguenti elementi, con le loro peculiarità:
• Granuli metacromatici (riserva da fosfato)
• Granuli di polisaccaridi,
• Inclusione di lipidi
• Granuli solforici per solfobatteri
• Magnetosomi per un campo geomagnetico
• Carbonsisomi per la fissazione di anitride carbonia
• Vacuoli gassosi cavità interne per mari e loghi che conferiscono motilità

Endospore come costituenti cellulari resistenti

• Generi Bacillus, Clostridium e Sporosarcina con periodo di quiescenza prodotti in sporulazione, resistenti al calore, radiazioni, etc
• Colorati con Verfahren speciali, verde malachite, che si libera dal lavaggio
• Due fasi principali nella crescita: Vegetativa e sporulazione

Germinazione della spora

• Rimane inattiva prima di tramutare la cellula vegetativa. Ciò comprende

1. attivazione, innescata dal danno chimico, processo reversibile
2. germinazione: gli enzimi della spora rompondo le tuniche e l'acqua entra, la catabolisa viene ripresa mediante la refrangenza
3. eso crescita: avviene di nuovo il riassorbimento di acqua e attività metabolicamente, compresa la division cellulare

Influenza condizioni ambientali sulla crescita microbica

• I microrganismi tollerando le condizioni estreme come i valori di temperatura, il PH, la disponibilità di acqua per inibire la proliferazione
• Più ci si sposta dalle temperature ottimali la moltiplicazione degli enzimi va verso l'arresto
• Temperatura massime, minime, ottimali
• La variazione di temperatura distingue i microrganismi tra psicrofili, mesofili, termofili, ipertermofili

PH

• Un PH esterno di 3-4 unità varia molto in base alla temperatura e alla classificazione di un organismo come
• Acidofili: ph acido come funghi e vegetali
• Neutrofili: la maggior pare dei batteri
• Basofili
• Pressione osmotica, più crescono i valori maggiori saranno gli effetti
• Valori al di sopra del PH danno plasmotisi

Alofili

• Organismi che si adeguano ad alte concentrazioni di salita
• Di base si servono di sistemi di trasporto osmotici
• Aerofilo, anaerobio, ossigeno per la respirazione
• L'ossigeno ha diverse forme

Pressione atmosferica

• Barotolleranti se colpiti da aumento della pressione (non come la forma di baroliti)
• Barofili, sia alte che basse

Nutrizione Microbica

• I Microrganismi si distinguono per le reazioni associate all'alimentazione, energia, sintesi basilari.

• Si sfruttano molti elementi chimici o energetici; possono utilizzare qualsiasi sostanza energetica come

  • Composti monomeri semplici
  • Proteine e polisaccaridici complessi; derivanti cellule viventi CO, metano, acido acetico, ecc
  • Composti aromatici di sintesi

• La cellula richiede Macroelementi in quantità e Microelementi.

• Il carbonio serve da macronutriente, insieme ad idrogeno ed ossigeno di base alle moelcole organica distinguendo:

• Autotrofi che adoperano carbonio inorganico tramite processo detto organicazione del C ed energia, luce chimica dal C organico o fissazione della Co2

• Eterotrofi il C in tutti i suoi livelli

• Ossigneo e idorgeno

• I primi due sempre presenti a comporre organicità, i terotrofi sfruttando le molecole organiche e ottenendo al contempo l'Ossigeno. Con gli organotismi attuando organicazione del CO, molecole come fonti di H tramite Ossigeno

Altri elementi che compongono a nutrizione

• AZOTO: (Sintesi amminoacidi, pirimidine ) viene fornito in un insieme multiplo
• FOSFORO: Acidi nucleici
• ZOLFO e POTASSIO
• CALCIO: termoresistenza dalle spore dei bateri
• SODIO importante pei batteri marini
• MAGNESIO e Ferro sono ulteriori fonti

Componenti metabolici per la crescita

• Vitamine per la formzione di coenzimi
• Amminoacidi
• purine e pirimidine
• Di base l'alimentazione è FOTOTROFIA o la CHEMIOTROFIA adoperando luce solare o Ossidazione di Composti inorganici, il carbonio con AUTOTROFIA o ETEROTROFIA ha la funzione di utilizzare il di Carbonio organico o un composto di di carbonio Organico.

Spero che questi appunti di studio siano di aiuto!