PROCARIOTI
EUCARIOTI
Dimensioni
cellulari
Generalmente da 1 a 10 m
di dimensioni lineari
Maggiori e diverse a
seconda del regno
metabolismo
Anaerobio o aerobio
Generalmente aerobio
organanuli
nessuno
Nucleo, mitocondri,
cloroplasti, reticolo
endoplasmatico, ecc..
DNA
Molecole di DNA lineare
DNA circolare nel citoplasma contenenti regioni non
codificanti nel nucleo
Divisione
cellulare
Scissione binaria
mitosi
Organizzazione
cellulare
unicellulare
Unicellulari 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 l’intero spessore e possono sporgere all’esterno o
all’interno 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
Introflessioni della membrana
citoplasmatica.
Intervengono nella cellula batterica in
vari processi riproduttivi e metabolici.
 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.
CROMOSOMA
È costituito da un’unica molecola circolare di DNA
a struttura bicatenaria con peso molecolare di circa
2109daltons. Distesa in tutta la sua lunghezza la
molecola raggiunge la dimensione di 1mm. Il
cromosoma batterico può contenere da 3 a 6103
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
SOLLECITAZIONI
MECCANICHE
PROTEZIONE
FORMA
RIGONFIAMENTO
OSMOTICO
PROCESSO DI DIVISIONE
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 dall’unione 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 delll’ac. 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 l’acido 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 betalattamici, come la penicillina
10-15%
Circa il
90%
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
nell’ambiente 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 all’esterno
della parete cellulare una membrana
MEMBRANA ESTERNA
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
Organizzazione della parete dei Gram negativi
LIPOPOLISACCARIDE
Rappresenta l’endotossina comune a tutti i Gram negativi E’
una molecola in cui si distinguono tre porzioni diverse per
natura chimica e funzione
L’antigene O è noto come antigene
somatico E’ un tetra-pentasaccaride
e si estende dalla superficie cellulare
all’ambiente 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)
l’unica funzione del core è quella di
ancorare l’antigene O al lipide A.
Il lipide A è un glicofosfolipide E’ la
porzione tossica della molecola
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.
SCHEMA DELLA
COLORAZIONE
DI GRAM
Christian Gram (1884)
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,
Mycoplasma
in natura, è privo di parete
Bersagli dei principali gruppi
di farmaci antibatterici
Principali meccanismi di
antibiotico-resistenza
inattivazione reversibile o irreversibile del farmaco
da parte di enzimi batterici (beta-lattamasi, enzimi
modificanti gli aminoglicosidi…)
alterazione della molecola bersaglio dell’antibiotico
riduzione della concentrazione intracellulare
dell’antibiotico 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
Sferici
Bastoncellari
Spiraliformi
•Streptococcus pneumoniae
•Staphylococcus aureus
•Streptococcus pyogenes
•Neisseria gonorrhoeae
•Neisseria meningitidis
Bacilli
•Enterobacteriaceae: Escherichia coli, Salmonella, Shigella,
Yersinia pestis
•Legionella pneumophilae
•Haemophilus influenzae
•Clostridium tetani, Clostridium botulinum e Clostridium
perfrigens
•Bacillus anthracis
Leptospire
Treponema pallidum
Vibrio cholerae
Strutture accessorie
della cellula batterica
Flagelli
Pili
Capsula
Sostanze polimeriche
extracellulari
Flagelli batterici
Numero e disposizione dei flagelli
in rapporto alla cellula
Monotrico
Lofotrico
Anfitrico
Peritrico
STRUTTURA DEL FLAGELLO
Il filamento, ad elica levogira, è formato di unità ripetute di un’unica
proteina: la flagellina.
Filamento
Uncino
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.
Alla base del flagello, nella
Corpo
membrana citoplasmatica,
basale
ci sono le proteine Mot che
servono da interruttore e
motore del flagello.
CHEMIOTASSI
La rotazione del
flagello è dovuta alla
forza proton motrice
(un giro di rivoluzione
del flagello richiede
almeno 100 protoni)
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
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 l’adesivita’
(nomi alternativi:
lectine, evasine,
aggressine)
Funzione dei pili: adesione
Come fattore di adesivita’ le punte delle fimbrie
contengono delle proteine (lectine) che legano specifici
zuccheri (e.g., mannosio)
Capsula
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
 All’esterno 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
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ADERENZA es. Streptococcus mutans
VIRULENZA es.Streptococcus pneumoniae
RESISTENZA ALL’ESSICCAMENTO
RISERVA NUTRIZIONALE
DEPOSITO DI SOSTANZE DI RIFIUTO
AGGREGAZIONE(BIOFILM)
PROTEZIONE(BIOFILM)