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1 Torna alla prima pagina NOTE Questo materiale non può essere distribuito, modificato o pubblicato né in forma cartacea, né su un sito, né utilizzato per motivi pubblici o commerciali. E’ possibile utilizzare il materiale solo per motivi personali e non commerciali, purché ogni copia di questo materiale preservi tutti i diritti di copyright e di proprietà intellettuale, sempre dopo richiesta rivolta ai Docenti responsabili.

2 Torna alla prima pagina Metabolismo e crescita batterica

3 Torna alla prima pagina METABOLISMO-1 I batteri per la crescita hanno bisogno di una sorgente di carbonio e azoto, una sorgente di energia, acqua e vari ioni I batteri patogeni ricavano energia dal metabolismo di zuccheri, grassi e proteine In base alla fonte di carbonio utilizzato per la crescita: * autotrofi: utilizzano solo carbonio inorganico (CO 2 ) * eterotrofi: utilizzano carbonio di composti organici

4 Torna alla prima pagina Catabolismo da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

5 Torna alla prima pagina Richieste batteriche per la crescita ossigeno (presente o assente)ossigeno (presente o assente) energiaenergia nutrientinutrienti temperatura ottimaletemperatura ottimale pH ottimalepH ottimale

6 Torna alla prima pagina METABOLISMO-2 Aerobi obbligati: cresita solo in presenza di ossigeno, e.g., Mycobacterium tuberculosis Anaerobi obbligati: crescita solo in completa assenza di ossigeno, e.g., Clostridium tetani Anaerobi facoltativi: la maggior parte dei batteri possono crescere sia in presenza che in assenza di ossigeno

7 Torna alla prima pagina Metabolismo batterico La membrana cellulare è sede di processi biosintetici (sintesi peptidoglicano), degli enzimi e dei vettori della catena respiratoria e dei processi di fosforilazione ossidativa

8 Torna alla prima pagina Aerobic Respiration = Glycolysis + Krebs Cycle/oxidative phosphorylation Pyruvate to CO 2Pyruvate to CO 2 –NAD to NADH –glycolysis –Krebs cycle Oxidative phosphorylationOxidative phosphorylation – NADH to NAD –ADP to ATP

9 Torna alla prima pagina Anaerobic Respiration = Glycolysis + Fermentation NADNADH NADH NAD ATP

10 Torna alla prima paginaFermentation Pyruvate Pyruvate (C3) NADH NADHNAD Short chain alcohols, fatty acids (C2-C4) Alcol (etanolo), vari acidi (acido lattico) e gas

11 Torna alla prima pagina Obligate aerobes grow in presence of oxygen grow in presence of oxygen no fermentation no fermentation oxidative phosphorylation oxidative phosphorylation

12 Torna alla prima pagina no oxidative phosphorylation fermentation killed by oxygen lack certain enzymes superoxide dismutase O 2 - +2H + to H 2 O 2 catalase H 2 O 2 to H 2 0 + O 2 peroxidase H 2 O 2 to H 2 0 /NAD to NADH) Obligate anaerobes

13 Torna alla prima pagina Facultative anaerobes fermentation fermentation aerobic respiration aerobic respiration survive in oxygen survive in oxygen

14 Torna alla prima pagina Nutrient Requirements CarbonCarbon NitrogenNitrogen PhosphorusPhosphorus SulfurSulfur Metal ions (e.g. iron)Metal ions (e.g. iron)

15 Torna alla prima pagina Elementi essenziali, loro fonti e funzioni nei procarioti da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

16 Torna alla prima pagina Siderophores (S) Fe 2+ /S Receptor

17 Torna alla prima pagina Optimal growth temperature n Mesophiles: u human body temperature * pathogens * opportunists n pyschrophile u close to freezing n thermophile u close to boiling

18 Torna alla prima pagina pH Many grow best at neutral pH Some can survive/grow: - acid - alkali

19 Torna alla prima pagina Duplicazione DNA (semiconservativo ) OriC =origine di replicazione; elicasi =apre la doppia catena; primasi =sintetizza i primers; Dna polimerasi DNA dipendente da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

20 Torna alla prima pagina Divisione della cellula batterica mesosoma da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

21 Torna alla prima pagina DNA batterico Bersaglio dei fluorochinoloni (ciprofloxacina, norfoloxacina) topoisomerasi

22 Torna alla prima pagina Sintesi proteica batterica da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller Microbiologia EDISES

23 Torna alla prima pagina La sintesi proteica è il bersaglio della seconda più vasta classe di antibiotici Amminoglicosidi (streptomicina, gentamicina) = legano le proteine del ribosoma 30S Tetracicline = impediscono l’ elongazione del polipeptide a livello del ribosoma 30S Macrolidi (eritromicina) = impediscono l’ elongazione del polipeptide a livello del ribosoma 50S

24 Torna alla prima pagina 12 3 4 Operone del lattosio

25 Torna alla prima pagina Operone del triptofano

26 Torna alla prima pagina I Sistemi di Secrezione Sistemi batterici in grado di iniettare all’interno della cellula ospite molecole tossiche

27 Torna alla prima pagina Secrezione di tipo 3

28 Torna alla prima pagina Meccanismi invasivi Depolimerizzazione dell’actina

29 Torna alla prima pagina I sistemi di secrezione di tipo III

30 Torna alla prima pagina. Fase di latenza. lag: le cellule aumentano di volume ma non di numero: i batteri si adattano al nuovo ambiente. Fase esponenziale o logaritmica, log: i batteri si moltiplicano con un tempo di duplicazione che dipende dal ceppo e dall’ambiente Fase stazionaria, stat: i batteri smettono di crescere per la mancanza di metaboliti e l’accumulo di sostanze tossiche. Fase di morte cellulare, death: la fase di declino o morte cellulare è una funzione esponenziale e si manifesta come riduzione lineare del numero di cellule vitale nel tempo. Il tasso di mortalità aumenta fino a raggiungere un livello costante.

31 Torna alla prima pagina Generation time-1 n Tempo necessario per la duplicazione della massa batterica n Esempio 100 batteri presenti al tempo 0 100 batteri presenti al tempo 0 e se il tempo di generazione e’ di 2 hr e se il tempo di generazione e’ di 2 hr dopo 8 hr la massa = 100 x 2 4 dopo 8 hr la massa = 100 x 2 4

32 Torna alla prima pagina Generation time-2 Generation time-2 For many common bacteria, the generation time is quite short, 20-60 minutes under optimum conditions. For most common pathogens in the body, the generation time is probably closer to 5-10 hrs

33 Torna alla prima pagina Nt = No X 2 n (Nt): the number of bacteria in a population at a given time (No) : the original number of bacterial cells in the population (n) :the number of divisions those bacteria have undergone during that time For example For example, Escherichia coli, under optimum conditions, has a generation time of 20 minutes. If one started with only 10 E. coli (No = 10) and allowed them to grow for 12 hours (n = 36; with a generation time of 20 minutes they would divide 3 times in one hour and 36 times in 12 hours), then plugging the numbers in the formula, the number of bacteria after 12 hours (Nt) would be 10 x 2 36 = Nt = 687.194.767.360 E. coli