PROCARIOTIEUCARIOTI Dimensioni cellulari Generalmente da 1 a 10 m di dimensioni lineari Maggiori e diverse a seconda del regno metabolismoAnaerobio o aerobioGeneralmente aerobio organanulinessuno Nucleo, mitocondri, cloroplasti, reticolo endoplasmatico, ecc.. DNADNA circolare nel citoplasma Molecole di DNA lineare contenenti regioni non codificanti nel nucleo Divisione cellulare Scissione binariamitosi Organizzazione cellulare unicellulareUnicellulari o pluricellulari Parete Cellulare Presente Peptidoglicano nei Batteri Assente Chitina 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 DEI 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 lintero spessore e possono sporgere allesterno o allinterno 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 ununica molecola circolare di DNA a struttura bicatenaria con peso molecolare di circa daltons. Distesa in tutta la sua lunghezza la molecola raggiunge la dimensione di 1mm. Il cromosoma batterico può contenere da 3 a 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 batterica Organizzazione diversa della parete nei Gram positivi Gram negativi Acido –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 dallunione 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 delllac. 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 lacido diaminopimelico Il tetrapeptide può variare nella composizione in aminoacidi. e il legame peptidico è catalizzato da specifici enzimi Questi enzimi sono chimati transpeptidasi o PBP, 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 nellambiente esterno. Gli ac teicoici e gli ac lipotecoici sono strutture antigeniche

Organizzazione della parete dei Gram positivi

PARETE di un batterio Gram-negativo La 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 allesterno 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

Lantigene O è noto come antigene somatico E un tetra-pentasaccaride e si estende dalla superficie cellulare allambiente 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) lunica funzione del core è quella di ancorare lantigene O al lipide A. Il lipide A è un glicofosfolipide E la porzione tossica della molecola LIPOPOLISACCARIDE Rappresenta lendotossina 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 PARETE SI 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 pareteMycoplasma

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 dellantibiotico riduzione della concentrazione intracellulare dellantibiotico 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 batterica Flagelli Pili Capsula Sostanze polimeriche extracellulari

Flagelli batterici

Anfitrico Monotrico 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 ununica 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 ladesivita (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

Allesterno 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 ALLESSICCAMENTO RISERVA NUTRIZIONALE DEPOSITO DI SOSTANZE DI RIFIUTO AGGREGAZIONE(BIOFILM) PROTEZIONE(BIOFILM)