Metabolismo

La nutrizione microbica crescita-moltiplicazione Processo mediante il quale i microrganismi assumono dall’ambiente tutte le sostanze necessarie (NUTRIENTI) per: SINTESI DEL MATERIALE CELLULARE crescita-moltiplicazione

COMPOSIZIONE CHIMICA della CELLULA BATTERICA Molecole % peso umido Acqua 70 Macromolecole tot. 26 proteine 15 polisaccaridi 3 lipidi 2 DNA 1 RNA 5 Monomeri tot. 3 aminoacidi e prec. 0.5 zuccheri e prec. 2 nucleotidi 0.5 Ioni inorganici 1 TOTALE 100%

ANALISI degli ELEMENTI in una CELLULA BATTERICA Peso secco di 1 cellula ca. 3x10-13g Elemento % peso secco Carbonio 50 Ossigeno 20 Azoto 14 Idrogeno 8 Fosforo 3 Zolfo 1 Sodio 1 Potassio 1 Calcio 0,5 Magnesio 0,5 Cl 0,5 Ferro 0,2 Cu,Zn Mb,V,Se, Ni,Cr,Co,Mn,W 0,3 100 %

Microrganismi auxotrofi (necessitano di fattori di crescita Microrganismi prototrofi (non necessitano di fattori di crescita)

Fonti di energia

Fonte di carbonio Autotrofi: utilizzano come principale fonte di carbonio il carbonio inorganico Eterotrofi: utilizzano come principale fonte di carbonio il carbonio organico

Caratteristiche nutrizionali dei microrganismi

Il metabolismo energetico

Ossido-riduzione H2  2 e- + 2 H+ (semireazione della donazione degli elettroni - ossidazione) ½ O2 + 2 e-  02- (semireazione dell’accettazione degli elettroni- riduzione) H2 + ½ O2  H20

Trasportatori di elettroni Il trasferimento di elettroni da un donatore ad un accettore in una reazione cellulare di ossidoriduzione coinvolge uno o più intermedi che possono essere o liberamente diffusibili (es. NAD e NADP) o sulla membrana citoplasmatica (flovoproteine, coenzima Q, citocromi ecc.) Donatore primario di e- Accettore terminale di e- Il guadagno netto di energia nella reazione completa è dato dalla differenza nei potenziali di riduzione tra donatore primario e accettore finale

Reazioni di ossido-riduzione torre degli elettroni

Struttura chimica della nicotinamide-adenina-dinucleotide Struttura chimica della nicotinamide-adenina-dinucleotide. (potenziale di ossido-riduzione della coppia NAD+/NADH -0,32V)

Coenzimi.

ATP L’energia rilasciata nelle reazioni di ossidoriduzione non è persa ma è conservata tramite la formazione di composti che contengono legami fosfato ad alta energia, il più importante dei quali è l’ATP Fosforilazione a livello di substrato Fosforilazione ossidativa (catena di trasporto degli e-) Fosforilazione fotosintetica

Struttura chimica dell’adenosina-5-trifosfato. adenina ribosio

Composti ad alta energia.

Processi che portano alla formazione di ATP Respirazione Fermentazione Fotosintesi

Respirazione

Via del fruttosio 1,6 difosfato (glicolisi)

Via del pentoso fosfato La via dei pentoso fosfati è un processo metabolico citoplasmatico, parallelo alla glicolisi, in grado di generare NADPH e zuccheri pentosi. Costituisce una via alternativa per tutti quei batteri che non possiedono nel loro bagaglio enzimatico l'enzima fruttosio difosfato aldolasi, fondamentale per proseguire nella glicolisi con la produzione di diidrossiacetone e gliceraldede 3 fosfato

Via del 2-cheto-3-deossi-6-fosfogluconato (Entner-Doudoroff) La via di Entner-Doudoroff, analogamente alla glicolisi classica (via di Embden-Meyerhof-Parnas) e alla via del pentoso fosfato, porta alla formazione di due molecole di piruvato, a partire da una molecola di glucosio, attraverso una serie di reazioni metaboliche. Questa via è stata per la prima volta descritta, nel 1952, da Michael Doudoroff (1911-1975) e Nathan Entner. È presente solo in organismi procarioti; Utilizza 6-fosfogluconato deidratasi e 2-cheto-3-deossi-fosfogluconato aldolasi per creare piruvato da glucosio. Ha un rendimento netto di 1 ATP per ogni molecola di glucosio trasformata, nonché 1 NADH e 1 NADPH. In confronto, la glicolisi ha un rendimento netto di 2 ATP e 2 NADH per ogni molecola di glucosio.

Ciclo degli acidi tricarbossilici

Bilancio energetico della ossidazione completa del glucosio

Trasporto elettronico

https://www.youtube.com/watch?v=lRlTBRPv6xM https://www.youtube.com/watch?v=PjdPTY1wHdQ https://www.youtube.com/watch?v=Fcu_8URp4Ac

Struttura e funzione dell’ATPasi di membrana

Bilancio energetico della ossidazione completa del glucosio

Respirazione anaerobia Accettore terminale di elettroni diverso dall’ossigeno es. respirazione de nitrati, dei solfati, batteri metanogeni, ecc. Molti batteri sono in grado di respirare in presenza ed in assenza di ossigeno utilizzando accettori differenti di elettroni

Reazioni di ossido-riduzione torre degli elettroni

Fermentazione

Fermentazione Bilancio Glucosio --> etanolo + CO2 +2 ATP Bilancio Glucosio -->lattato + 2 ATP

Fermentazioni più importanti

Bilancio energetico della respirazione e della fermentazione

Batteri chemiolitotrofi

Batteri chemiolitotrofi Ammonio-ossidanti Nitrito-ossidanti

Metal ion reduction by Gram-negative bacteria Metal ion reduction by Gram-negative bacteria. (a) A hypothetical scheme showing the involvement of inner-membrane, periplasmic and outer-membrane multi-haem cytochromes in Fe(III) respiration by Shewanella frigidimarina. (b) A hypothetical electron-transfer system for soluble metal ion reduction and sulphite reduction in sulphate-reducing bacteria involving multi-haem cytochromes of the cytochrome c3 family. HmcA, B, C, E and F are the products of orfs 1, 2, 3, 5 and 6 of the hmc operon. The model is based on the data of Rossi et al. (1993) and the arguments of Berks et al.(1995) . Haem groups are represented by black ovals. OM, outer membrane; IM, inner membrane.

Fotosintesi

Fotosintesi ossigenica

Spirulina subsalsa

Spirulina maxima

Fotosintesi anossigenica

Principali relazioni tra glicolisi e TCA con i processi biosintetici lipidi carboidrati pentosi glicolisi glicerolo serina piruvato alanina Ac. nucleici Acetil-CoA pirimidine aspartato ossalacetato proteine metionina proteine α-chetoglutarato glutammato