La cellula batterica

Superficie di membrana disponibile inversamente proporzionale alla grandezza cellulare. Crescita rapida Aploidi Mutanti “vantaggiosi” espressione fenotipica rapida Bacillo Vibrione

ORGANIZZAZIONE DI UNA CELLULA BATTERICA La cellula batterica ( procariotica) si differenzia da quella eucariotica essenzialmente per l’assenza di compartimenti intracellulari separati da membrane: struttura cromosomica immersa direttamente nel citoplasma, senza l’interposizione di una membrana nucleare; Il citoplasma si presenta privo di: mitocondri, ergastoplasma, reticolo endoplasmatico, apparato del golgi; ribosomi costituiti da RNA (60%) e proteine (40%) di 70S (sintesi proteiche); membrana citoplasmatica dalla quale si dipartono, verso l’interno, invaginazioni che formano il sistema dei mesosomi; parete cellulare; capsula;

IL CROMOSOMA BATTERICO La struttura nucleare del batterio: singola molecola di DNA raggomitolata e immersa nel citoplasma; cromosoma costituito da un unico e lunghissimo filamento con struttura circolare. Il cromosoma batterico è il depositario dell’informazione genetica cellulare. - plasmidi: DNA a struttura circolare, di dimensioni minori rispetto al cromosoma batterico; sono dotati di autonomia replicativa e sono in grado di condizionare diversi caratteri come l’azione patogena dei batteri.

CITOPLASMA Mancano i mitocondri, i cloroplasti, l’ergastoplasma ed un sistema vascolare. Sono presenti ribosomi e granuli di varia natura

Inclusioni citoplasmatiche: ribosomi I ribosomi sono particelle citoplasmatiche che intervengono nella sintesi proteica. Sono composti dal 60% in RNA e dal 40% in proteine. Presentano una costante di sedimentazione di 70S.

Membrana citoplasmatica Costituita: -40% lipidi -60% proteine - carboidrati (piccole quantità) Struttura: doppio strato fosfolipidico nel quale sono immerse le proteine Funzione: - trattiene il contenuto del citoplasma -sede di trasporto attivo (scambi con esterno, secrezioni di proteine) -sede dei citocromi e di generazione e accumulo della forza promotrice -sede di enzimi importanti per la costituzione della parete -interviene nella segregazione cromosomica e nella divisione cellulare -sede di proteine sensori nel processo di trasduzione del segnale.

La membrana cellulare e’ costituita da fosfolipidi con i gruppi idrofobici rivolti all’interno e quelli idrofili all’esterno dove si associano con l’acqua. Nella matrice sono inglobate proteine che posseggono elevato potere idrofobico No steroli Presenza di opanoidi in molti batteri

PROCESSI BIOSINTETICI La membrana citoplasmatica è la sede degli enzimi e dei vettori della catena respiratoria per la fosforilazione ossidativa.

Membrana citoplasmatica Meccanismi di trasporto Diffusione passiva Avviene secondo un gradiente di concentrazione. Acqua e glicerolo. Trasporto attivo Avviene contro gradiente di concentrazione. Necessita dell’intervento di una o più proteine di membrana (proteine carrier) in grado di interagire specificamente con le varie sostanze trasferendole attraverso la membrana con processi che sono accoppiati al consumo di energia.

Sistema di trasporto ABC(ATP-binding-cassette) maltosio

Traslocazione di gruppo

Functions of the procaryotic plasma membrane 1. Osmotic or permeability barrier 2. Location of transport systems for specific solutes (nutrients and ions) 3. Energy generating functions, involving respiratory and photosynthetic electron transport systems, establishment of proton motive force, and transmembranous, ATP-synthesizing ATPase 4. Synthesis of membrane lipids (including lipopolysaccharide in Gram-negative cells) 5. Synthesis of murein (cell wall peptidoglycan) 6. Assembly and secretion of extracytoplasmic proteins 7. Coordination of DNA replication and segregation with septum formation and cell division 8. Chemotaxis (both motility per se and sensing functions) 9. Location of specialized enzyme system

Parete cellulare

(N-acetilglucosamina, acido N-acetilmuramico) La parete cellulare dei batteri, principale responsabile della rigidità della cellula è costituita da peptidoglicano o mureina (N-acetilglucosamina, acido N-acetilmuramico) E da un piccolo gruppo di aminoacidi (L-alanina, D-alanina, acido D-glutammico e lisina o in alternativa acido diaminopelico DAP)

Acidi tecoici. Polimeri della parete, della membrana e della capsula contenenti residui di ribitolfosfato e glicerolfosfato

Protoplasti o Sferoplasti La cellula batterica, se viene privata della parete, assume una forma sferica, qualunque sia la sua morfologia (bacillo, vibrione, etc.) Protoplasto o sferoplasto In ambiente isotonico

BATTERI PRIVI DI PARETE Micoplasmi Forme L

FORME L Possono essere ottenute: Per mutazione spontanea; trattando le cellule con lisozima; presenza di antibiotici che inibiscono la sintesi della parete cellulare (penicillina); abbassamento del pH; Sono capaci di moltiplicarsi pur non avendo la parete cellulare. Possono presentarsi in forma stabile o instabile.

Struttura e differenze della parete cellulare nei batteri gram-positivi e gram-negativi

LPS La molecola di LPS è costituita da 3 porzioni: Porzione lipidica, Lipide A, che rappresenta l’endotossina, ad essa è ancorata la porzione polisaccaridica composta da 2 parti; Una corta catena di zuccheri, che costituisce la parte centrale detta “CORE”, struttura costante in tutti i batteri Gram-negativi (ac. chetodeossioctonoico); Una lunga catena polisaccaridica con proprietà antigenica che rappresenta “l’antigene O” costituita da differenti zuccheri che conferiscono la specificità antigenica.

CAPSULA Sia i batteri Gram-positivi che Gram-negativi possono presentare un ulteriore involucro esterno mucoso detto capsula. Prodotto di secrezione della cellula batterica. Proprietà: adesività Antifagocitaria Resistenza agli antibiotici

Colonies of Bacillus anthracis Colonies of Bacillus anthracis. The slimy or mucoid appearance of a bacterial colony is usually evidence of capsule production. In the case of B. anthracis, the capsule is composed of poly-D-glutamate. The capsule is an essential determinant of virulence to the bacterium. In the early stages of colonization and infection the capsule protects the bacteria from assaults by the immune and phagocytic systems.

I flagelli batterici sono appendici cellulari lunghe e sottili, libere ad una estremita’ con forma solitamente elicoidale deputati al movimento della cellula

Rappresentazione schematica dell’ancoraggio di un flagello in un batterio gram-negativo

CHEMOTASSI

Dal punto di vista strutturale i pili sono simili ai flagelli ma non sono coinvolti nel movimento della cellula. Come i flagelli sono costituiti di proteine e non tutti i microrganismi sono dotati di pili. La funzione del pilo non è ancora del tutto chiara. Sembrano responsabili della capacità del microrganismo di aderire a superfici o formare pellicole o strati sulla superficie di sostanze liquide.

Bacterial species where observed Distribution on cell surface Typical number on cell Distribution on cell surface Function Escherichia coli (F or sex pilus) 1-4 uniform stabilizes bacteria during transfer of DNA during conjugation Escherichia coli (common pili or Type 1 fimbriae) 100-200 surface adherence to epithelial cells of the GI tract Neisseria gonorrhoeae surface adherence to epithelial cells of the urogenital tract Streptococcus pyogenes (fimbriae plus the M-protein) ? adherence, resistance to phagocytosis; antigenic variability Pseudomonas aeruginosa 10-20 polar surface adherence Sulfolobus acidocaldarius (an archaic) attachment to sulfur particles Table 3. Some properties of pili and fimbriae