3
3.1.
LLE ESIGENZE MICROBICHE
INTRODUZIONE
Dato che le cellule microbiche possiedono dimensioni
piuttosto modeste, lo studio condotto sulle singole unità
cellulari comporta notevoli difficoltà ed è di fatto impossibile. Per questo motivo, di norma, si ricorre all’impiego di
tecniche colturali attraverso le quali si ottengono elevate
quantità d’individui identici, che riproducono in modo fedele (cloni) le caratteristiche dei singoli individui.
L’analisi dei fattori nutrizionali necessari alle colture
microbiche è stato un settore di studio molto interessante
e proficuo, soprattutto nei primi anni della ricerca microbiologica, quando ha portato ad importanti risultanti,
come la scoperta di alcuni aminoacidi. Tale settore ha
perso gran parte della sua importanza teorica, quando si
è compreso che, anche nelle forme biologiche più semplici, la nutrizione era un elemento marginale di un meccanismo biochimico ben più complesso. Ciononostante
nella coltivazione microbica permangono aperti problemi
di ordine pratico, in quanto in vitro può essere coltivata
solo una limitata parte di tutti i microrganismi presenti in
natura, mentre molti altri crescono con difficoltà o non
crescono affatto, a meno che non siano inoculati in animale vivo.
La coltivazione microbica è un’attività piuttosto comune
in laboratorio. Piccoli contenitori, come bottiglie, piastre
FIGURA 3.1 ◗
nismi.
Piastra Petri impiegata nella coltura dei microrga-
Petri (figg. 3.1 e 3.4) provette e beute, permettono l’agevole coltivazione di una grande varietà di microrganismi, con
l’adozione di substrati nutrizionali e condizioni chimiche e
fisiche adeguate. Nell’ambito dei microrganismi i batteri
sono tra le forme più semplici da coltivare; sono dotati di
una scarsa crescita in volume, ma possiedono una rapida
proliferazione cellulare mediante un processo di riproduzione asessuata (scissione binaria). Con questo processo
proliferativo producono popolazioni d’individui identici, sia
dal punto di vista genetico, sia fenotipico. I primi ad essere
coltivati e ad essere studiati sono stati proprio i batteri,
poiché tra essi erano comprese numerose specie di grande
interesse patologico. Già nella seconda metà del 1800, Pasteur, Koch e altri ricercatori erano nelle condizioni di far
crescere numerose specie patogene, come ad esempio il
bacillo del carbonchio, gli enterobatteri, il vibrione del colera e il bacillo tubercolare.
3.2.
ESIGENZE ENERGETICHE
I microrganismi richiedono un adeguato apporto energetico che consente lo sviluppo di tutti i processi endoergonici
cellulari, come l’anabolismo (sintesi delle proteine, degli acidi
nucleici, dei polisaccaridi), le attività di trasporto attivo e il
FIGURA 3.2 ◗ Colonie microbiche cresciute su un terreno di col-
tura in piastra.
1
2
Le basi microbiologiche della Biochimica
FIGURA 3.3 ◗ Terreni di coltura pronti all’uso in piastre e provette, mantenuti in ambiente refrigerato.
movimento. Le forme d’energia utilizzate sono essenzialmente:
• la radiazione elettromagnetica solare (soprattutto in corrispondenza dello spettro visibile);
• l’energia chimica contenuta nelle molecole inorganiche
(es. nitrati e nitriti) ed organiche (es. glucidi, lipidi e protidi).
Qualunque sia la forma utilizzata, l’energia è impiegata
per la produzione di coenzimi ridotti (NADH, NADPH) e ATP
(adenosintrifosfato). Quest’ultimo composto rappresenta il
fondamentale combustibile cellulare in quanto, una volta
sintetizzato, rende rapidamente disponibile il suo contenuto energetico per tutte le attività cellulari che lo richiedono.
Gli organismi che utilizzano come fonte energetica la
luce solare, si definiscono fototrofi o fotoautotrofi: comprendono le piante, le alghe, i cianobatteri, i batteri verdi e
purpurei e alcuni archeobatteri. Tutti questi producono ATP
mediante la fotosintesi clorofilliana o processi che impiegano pigmenti diversi dalla clorofilla (carotenoidi).
Gli organismi che utilizzano l’energia contenuta nelle
sostanze organiche, vengono definiti chemioeterotrofi o
chemiorganotrofi. Comprendono animali, funghi, protozoi
e la maggior parte dei batteri. Estraggono l’energia contenuta nelle molecole organiche; queste ultime sono degradate in modo più o meno completo attraverso processi
come la respirazione aerobica, la fermentazione e la respirazione anaerobica.
Esiste anche una terza, ma limitata categoria di microrganismi procariotici, capaci di estrarre energia da reazioni
redox in cui sono coinvolti substrati inorganici. Questi organismi, per le loro caratteristiche nutrizionali, possono
essere definiti come chemioautotrofi o chemiolitotrofi.
3.2.1.
Fotoautotrofismo
È un processo bioenergetico in cui l’energia luminosa è utilizzata per trasferire il potere riducente (protoni ed elettroni)
da una molecola stabile e a basso contenuto energetico,
come l’acqua (H2O) o una sostanza equivalente (H2S), a una
molecola instabile con alto contenuto energetico, come il
carbonio inorganico rappresentato dalla CO2. La fotosintesi può essere rappresentata dalla seguente reazione, in cui
H2A è il donatore del potere riducente:
CO2 + 2H2A + E lum. → CH2O + 2A + H2O
Piante, alghe (figg. 3.5, 3.6 e 3.7) e cianobatteri, utilizzano l’acqua come fonte del potere riducente, mentre producono O2 come prodotto di scarto. Per questo motivo il
processo è definito fotosintesi ossigenica. La reazione complessiva è:
FIGURA 3.4 ◗ Coltura di lieviti in piastra.
CO2 + 2H2O + E lum. → CH2O + O2 + H2O
Capitolo 3. Le esigenze microbiche
3
La fotosintesi è fortemente endoergonica; la grande
quantità d’energia necessaria è fornita dalla luce solare. È
alla base di tutti i processi biologici presenti nella biosfera,
in quanto mette a disposizione degli organismi chemioeterotrofi una notevole quantità e varietà di molecole organiche, fondamentali per il contenuto energetico posseduto e
perché producono gli scheletri carboniosi alla base dei
processi biosintetici.
3.2.2.
Chemiotrofismo
Comprende il chemioautotrofismo e il chemioeterotrofismo.
3.2.2.1.
FIGURA 3.5 ◗ Spirogyra: un’alga eucariotica pluricellulare filamentosa.
Chemioautotrofismo
È un processo presente solamente in alcuni organismi procariotici. È caratterizzato dalla capacità di ossidare composti
inorganici in alternativa alle sostanze organiche. Nel chemioautotrofismo il processo di riferimento è rappresentato
dalla respirazione aerobica; come in quest’ultima, la sintesi dell’ATP è legata all’ossidazione dei substrati attraverso
una catena respiratoria, in cui l’accettore finale dei protoni
e degli elettroni è l’ossigeno molecolare. I substrati da cui è
ricavato il potere riducente sono inorganici e in particolare: l’ammoniaca (NH4+), i nitriti (NO2–), l’idrogeno molecolare
(H2), solfuri (S2–) e lo ione ferroso (Fe2+).
3.2.2.2.
Chemioeterotrofismo
Permette di convertire l’energia chimica contenuta nelle
sostanze organiche in ATP; comprende processi come la
respirazione aerobica, la fermentazione e la respirazione
anaerobica.
FIGURA 3.6 ◗
Un’alga verde costituita da quattro elementi cellulari.
Respirazione aerobica. È la forma di metabolismo
energetico più diffusa in natura, sia tra gli organismi eucariotici, sia tra quelli procariotici. Il processo, che è essenzialmente ossidoriduttivo, richiede come donatore del potere
riducente la sostanza organica come ad esempio: i glucidi,
i lipidi ed i protidi. L’accettore dei protoni e degli elettroni è
l’ossigeno molecolare. Il processo complessivo, partendo
dal glucosio, può essere rappresentato dalla seguente reazione:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36/38ATP
FIGURA 3.7 ◗ Una desmidiacea: alga verde unicellulare fotosintetica.
La singola cellula è suddivisa in due semicellule da un restringimento
centrale.
I batteri verdi e purpurei utilizzano H2S come fonte del
potere riducente; in questo caso non è prodotto ossigeno
molecolare come scarto, ma zolfo (S). Per la mancata produzione dell’ossigeno, il processo è definito fotosintesi
anossigenica:
CO2 + 2H2S + E lum. → CH2O + 2S + H2O
La respirazione aerobica consiste essenzialmente nell’ossidazione dei substrati organici da parte dell’ossigeno molecolare che, al contempo, si riduce ad acqua. Il processo è
fortemente esoergonico, in quanto libera almeno 2868 kJ
per ogni mole di glucosio e produce teoricamente 36-38
moli di ATP. Richiede la presenza di una catena di trasporto
in cui gli elettroni, attraverso reazioni sequenziali, fluiscono
dai substrati fino all’ossigeno molecolare; libera energia
che è impiegata per la sintesi dell’ATP (fosforilazione ossidativa).
Fermentazione. È diffusa soprattutto tra i procarioti; si
sviluppa con meccanismi molto diversi. In molti microrganismi, è attuata se manca un adeguato apporto di ossigeno
molecolare (anaerobi facoltativi, fig. 3.8); per altri, indipendentemente dalla presenza o meno dell’ossigeno molecolare, rappresenta l’unico processo metabolico in grado di
produrre ATP. Con questa modalità bioenergetica i microrganismi sono in grado di produrre una modesta quantità di
ATP (1-2 moli di ATP per ogni mole di glucosio utilizzato, fig.
3.9). Comporta la parziale degradazione dei substrati orga-
4
Le basi microbiologiche della Biochimica
Alcuni microrganismi autotrofi, come alcuni archeobatteri, se mancano le condizioni per l’attivazione della fotosintesi, modificano il proprio metabolismo impiegando
carbonio organico, al posto del carbonio inorganico (CO2).
Questa capacità è indicata come fotoautotrofismo facoltativo.
3.3.
FIGURA 3.8 ◗ Saccharomyces cerevisiae osservato dopo colorazione di Gram a 1000×. Questo microrganismo eucariotico è dotato di un metabolismo aerobico facoltativo: respiratorio in presenza di ossigeno, fermentativo in carenza di ossigeno (fermentazione
alcolica).
FIGURA 3.9 ◗ Enterobatteri. In questa famiglia sono compresi
batteri Gram negativi dotati di un metabolismo esclusivamente
fermentativo (fermentazione acido mista).
nici e la formazione di altri composti organici a contenuto
energetico più basso. Il prodotto finale definisce il tipo di
fermentazione: (alcool etilico → alcolica, acido lattico →
lattica, acido propionico → propionica, acido butirrico →
butirrica). La fermentazione lattica può essere schematizzata dalla seguente reazione:
C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP
Respirazione anaerobica. È presente in alcuni organismi procariotici. È un processo per certi versi paragonabile
alla respirazione aerobica, poiché comporta la degradazione per via ossidativa dei substrati organici; in questo caso,
tuttavia, l’accettore dei protoni e degli elettroni non è l’ossigeno molecolare, ma un composto inorganico come il
nitrato, il solfato, il carbonato. In questo caso la quantità di
ATP prodotta è di 8-10 molecole di ATP o meno. L’apporto
energetico quindi è superiore alla fermentazione, ma inferiore alla respirazione aerobica. La respirazione anaerobica
dell’acetato da parte dei solfati può essere schematizzata
dalla seguente reazione:
CH3COO– + SO42– + 3H+ → 2CO2 + H2S + 2H2O
ΔG°' = –57,5 kj/mole
ESIGENZE NUTRIZIONALI
Oltre ad un adeguato apporto energetico, ogni microrganismo deve avere a disposizione un complesso di molecole (nutrienti) con cui sviluppare i processi metabolici di cui
necessita. Le esigenze nutrizionali dipendono dal tipo di
metabolismo che i microrganismi sono in grado di attuare
(fotoautotrofismo, chemioautotrofismo o chemioeterotrofismo) e variano da specie a specie in base al patrimonio
enzimatico posseduto.
Tutto il complesso delle molecole occorrenti agli organismi, può essere schematicamente suddiviso nei cosiddetti
principi nutrizionali che permettono una visione più analitica dell’argomento in questione. Per i microrganismi autotrofi, i principi richiesti sono necessariamente: acqua, ioni
inorganici (cationi e anioni), una fonte d’azoto, una fonte di
carbonio e una fonte di zolfo; per gli eterotrofi, oltre agli
stessi principi necessari agli autotrofi, in genere sono richiesti anche fattori di crescita essenziali, vale a dire sostanze organiche di varia natura, che non riescono a sintetizzare autonomamente.
• Acqua. È il composto fondamentale della vita. Rappresenta il mezzo in cui si disciolgono le sostanze biologicamente attive e in cui si sviluppano tutti i processi
biologici. Costituisce orientativamente circa il 70% del
peso complessivo cellulare; normalmente è richiesta in
grandi quantità. Negli ambienti di crescita per i batteri,
ad esempio, deve essere presente in concentrazione superiore al 90%. Entra anche in numerose reazioni biologiche ossidoriduttive, idrolitiche e di condensazione.
• Ioni inorganici. Sono richieste quantità relativamente
elevate di alcuni ioni come ad esempio: PO43–, K+, Ca2+,
Na+, Mg2+, Cl–, e Fe2+, in quanto molti di essi sono un
elemento costitutivo della sostanza organica (PO43– ad
esempio negli acidi nucleici). Altri ioni come Cu+, Ni2+,
Co2+ e Zn2+, sono richiesti in quantità piuttosto modeste
(oligoelementi), tuttavia sono fondamentali per lo sviluppo di alcuni importanti processi, in quanto entrano nella
costituzione di numerosi enzimi.
• Carbonio. È alla base di tutte le molecole organiche.
Può essere assunto sotto forma organica o inorganica.
La CO2 è la forma normalmente utilizzata dagli organismi
autotrofi (piante, alghe e cianobatteri). I chemioeterotrofi, invece, utilizzano carbonio organico in forme che
variano, in base alle caratteristiche nutrizionali possedute dalle singole specie. Possono impiegare, ad esempio,
carboidrati, lipidi, proteine, idrocarburi e alcoli.
• Azoto. È contenuto in importanti molecole organiche
come le proteine e gli acidi nucleici; dagli autotrofi è assunto in forma inorganica (nitrati), mentre dai chemioeterotrofi in forma organica (proteine). L’azoto inorganico
è rappresentato principalmente da quello ammoniacale,
nitroso, nitrico o molecolare. L’azoto organico più frequentemente utilizzato è quello proteico. Le proteine integre o parzialmente idrolizzate (peptoni) rappresentano
la fonte di azoto più comune dei microrganismi eterotrofi.
Capitolo 3. Le esigenze microbiche
5
TABELLA 3.1. Classificazione dei microrganismi in rapporto alle esigenze energetiche e nutrizionali
Microrganismi fototrofi
Gruppi nutrizionali
Fotoautotrofi
obbligati
Fotoautotrofi
facoltativi
Chemioautotrofi
Chemioeterotrofi
Fonte energetica
Radiazione luminosa
Radiazione luminosa
Sostanze organiche
Sostanze inorganiche
Sostanze organiche
Gruppo microbico
Alghe eucariotiche
Cianobatteri
Batteri verdi
Batteri rossi
Archeobatteri
Batteri rossi non sulfurei
Idrogenobatteri
Batteri nitrosanti
Batteri nitrificanti
Solfobatteri
Ferrobatteri
Animali
Protozoi
Micromiceti
Batteri
Fonte di carbonio
CO2
CO2 e C organico
CO2
C organico
• Zolfo. Partecipa alla struttura di importanti molecole
•
Microrganismi chemiotrofi
organiche come alcuni aminoacidi solforati (metionina e
cisteina) e coenzimi (CoA). È utilizzato da alcuni microrganismi sotto forma inorganica; in questo caso i solfati
rappresentano la forma utilizzata con maggiore frequenza, mentre le forme organiche, in genere, sono rappresentate dagli aminoacidi solforati.
Fattori di crescita essenziali. Sono composti organici
di varia natura che numerosi batteri non sono in grado di
sintetizzare autonomamente; devono essere necessariamente presenti nel mezzo di crescita. Sono in particolare:
vitamine, acidi grassi (richiesti in modeste concentrazioni),
aminoacidi, basi azotate (richiesti in alte concentrazioni).
I microrganismi più esigenti in questo senso sono i patogeni; alcuni di essi possiedono esigenze nutrizionali tanto
elevate da potere essere soddisfatte solo estraendole direttamente dagli organismi che parassitano.
3.4. ASSUNZIONE DEI NUTRIENTI
Il regolare sviluppo di tutti i processi biologici impone ai
microrganismi un continuo ed equilibrato rifornimento cellulare dei principi nutrizionali necessari. Nei batteri, nei fun-
ghi microscopici e in una parte dei protozoi (sporozoi) l’assunzione dei nutrienti, in genere avviene per assorbimento
attraverso la membrana cellulare. In altri microrganismi,
come i ciliati ed i rizopodi (amebe), l’assunzione avviene
invece con l’ingestione di particelle di grandi dimensioni,
rappresentate spesso da batteri, alghe ed altre forme microbiche.
L’assunzione per assorbimento richiede sistemi di trasporto posti a livello della membrana; è in grado di veicolare nella cellula microbica tutte le molecole necessarie. Dal
momento che attraverso la membrana non è possibile il
trasporto di complessi molecolari di grandi dimensioni
(proteine, lipidi o polisaccaridi), nei microrganismi sono presenti meccanismi di digestione extracellulare. Attraverso la
liberazione all’esterno della cellula di enzimi idrolitici (lipasi, amilasi, proteasi, ecc.), le macromolecole presenti nel
mezzo di crescita vengono scisse nei loro monomeri e
quindi assorbite.
3.4.1.
Struttura della membrana
La base organizzativa della membrana cellulare è costituita
da un doppio strato fosfolipidico, nel quale sono immerse
numerose molecole proteiche (fig. 3.10). Molte di esse sono
implicate nella regolazione del passaggio dei soluti dall’ambiente esterno a quello interno della cellula e viceversa.
TABELLA 3.2. I principali composti inorganici
e organici contenenti carbonio, azoto e zolfo
3.4.1.1. Disposizione delle proteine di
membrana
Carbonio inorganico
Carbonio organico
CO2
Glucidi
Lipidi
Protidi
Alcoli
Idrocarburi
Azoto inorganico
Azoto organico
NH4+
NO2
NO3
N2
Proteine
Peptoni
Aminoacidi
Zolfo inorganico
Zolfo organico
SO42–
Cisteina
Metionina
Molte proteine membranali galleggiano nel fluido lipidico;
pertanto possono diffondere lateralmente, mantenendosi
in costante movimento. Alcune proteine si aggregano tra
loro costituendo strutture in grado di svolgere funzioni
specifiche (catena respiratoria). Il complesso delle proteine
di membrana può essere suddiviso in: proteine periferiche
(proteine estrinseche) ed integrali (proteine intrinseche).
Le proteine periferiche sono legate con interazioni deboli come legami idrogeno o interazioni elettrostatiche. In
alcuni casi tra le proteine di membrana e la componente
lipidica sono presenti legami covalenti tra acidi grassi, molecole isoprenoidi e il glicosil-fosfatidil-inositolo (GPI).
L’ancoraggio con il GPI è presente solo nella superficie
esterna (fig. 3.11); altri tipi di ancoraggio sono distribuiti
nella superficie interna.
Le proteine integrali sono legate in modo energico, mediante interazioni idrofobiche, alla componente apolare
6
Le basi microbiologiche della Biochimica
NH+3
Teste polari
C
O
NH
CH 2
Code apolari
CH 2
O
Proteine
periferiche
GlcNac–Man–Man–Man–O
P
O
O
Man
_
O
Inositolo
O
–
O
P
O
C
H2
O
Proteine
integrali
O
H2
C
CH2
O
O
C
CH2
FIGURA 3.11 ◗ Schema del legame di una proteina (in rosso) con il
Glicosil-fosfatidil-inositolo (GPI) sulla parte esterna della membrana.
FIGURA 3.10 ◗ Modello a mosaico fluido della membrana plasmatica: sul doppio strato fosfolipidico galleggiano le proteine integrali e
periferiche.
fosfolipidica della membrana (code apolari). Mentre in alcune proteine la parte idrofobica è situata al centro della
struttura proteica, in altre è localizzata all’estremità della
stessa. Questo modello è presente in tutte le cellule, tuttavia la sua composizione dipende anche dal tipo di cellula a
cui appartiene.
L’idrofobia del doppio strato fosfolipidico impedisce il
passaggio attraverso la membrana delle molecole polari,
che trovano in tale microambiente idrofobico un insormontabile ostacolo alla loro diffusione. Questo può essere
spiegato anche dal punto di vista termodinamico con il
fatto che le molecole polari, per potere oltrepassare la
membrana, devono mutare da uno stato di idratazione, al
di fuori di essa, ad uno stato di perdita della idratazione;
quindi da uno stato più stabile ad uno meno vantaggioso
dal punto di vista termodinamico.
Le uniche molecole che possono oltrepassare la barriera offerta dalla membrana sono le molecole apolari e di
piccole dimensioni (normalmente più piccole del glicerolo);
molecole di questo tipo sono, in particolare, i gas come
l’O2, la CO2, l’N2 e il CH4. Questo processo, definito diffusione
semplice, segue le leggi della fisica e permette lo spostamento delle molecole da un gradiente di concentrazione
più elevata ad uno a concentrazione più bassa. La diffusione cessa al momento in cui si raggiunge un equilibrio
nella concentrazione tra le molecole poste tra i due lati
della membrana.
Il passaggio attraverso la membrana di molecole con
dimensioni maggiori del glicerolo, di norma, è veicolato
da molecole proteiche specializzate, definite trasportatori
o carrier. Queste molecole sono capaci di riconoscere selettivamente le molecole veicolate e di trasferirle all’interno della cellula con meccanismi di varia natura. Il trasporto attraverso la membrana può avvenire secondo due
modalità: il trasporto passivo e il trasporto attivo. Il trasporto passivo, definito anche diffusione facilitata, permette il
trasferimento di molecole da un gradiente di concentrazione più elevata ad uno di concentrazione più bassa. Il
trasporto attivo è caratterizzato, invece, dalla presenza di
proteine in grado di veicolare le molecole attraverso la
membrana, contro il gradiente di concentrazione.
3.4.1.2. Trasporto delle molecole attraverso
la membrana
La membrana possiede proteine in grado di riconoscere in
modo specifico le molecole come aminoacidi, monosaccaridi
e ioni presenti nell’ambiente di crescita e trasportarle all’inter-
Capitolo 3. Le esigenze microbiche
Diffusione libera
Canale ionico
Trasporto passivo
7
Trasporto attivo
Gradiente di
concentrazione
ATP
ADP + P
FIGURA 3.12 ◗ Il passaggio delle molecole attraverso la membrana cellulare; i primi tre meccanismi sono con gradiente di concentrazione favorevole e non richiedono energia. L’ultimo processo è contro gradiente di concentrazione e richiede ATP.
Uniporto
FIGURA 3.13 ◗
Antiporto
Simporto
Le classi dei sistemi di trasporto.
no della cellula, anche contro il gradiente di concentrazione
o contro il gradiente elettrico. Se, com’è già stato indicato, il
passaggio di soluti polari attraverso la membrana è ostacolato dalla idrofobia del doppio strato fosfolipidico, le numerose
proteine presenti sulla membrana si legano in modo specifico alle molecole e ne abbassano l’energia di attivazione necessaria al trasporto. Le proteine con queste caratteristiche
vengono definite trasportatori, permeasi o carrier.
Nel trasporto passivo la direzione del passaggio molecolare avviene secondo il gradiente di concentrazione e non
richiede dispendio energetico; il trasporto cessa quanto si
raggiunge l’equilibrio tra le concentrazioni presenti sui due
lati della membrana. Il trasporto passivo delle molecole si
attua secondo due principali meccanismi:
• attraverso canali polari che rappresentano corsie preferenziali per molecole polari di adeguate dimensioni;
• mediante carrier che legano molecole specifiche e, a seguito di una modificazione conformazionale, le trasportano
nella parte opposta della membrana.
Il trasporto attivo avviene contro gradiente di concentrazione e necessita di un continuo apporto energetico
sotto forma di ATP. Permette di mantenere differenze di
concentrazione nei lati opposti della membrana (fig. 3.12).
I sistemi di trasporto che interessano singole molecole si
definiscono uniporto; quelli che sono in grado di traslocare
contemporaneamente più molecole attraverso la membrana si definiscono sistemi di cotrasporto. Qualora tali molecole si muovano in direzioni opposte, il processo è definito
antiporto; si parla di simporto, invece, se i due substrati si
muovono nella stessa direzione (fig. 3.13).
3.5.
ESIGENZE CHIMICO-FISICHE
Lo sviluppo di ogni popolazione microbica richiede, oltre
ad un continuo flusso di nutrienti dall’esterno, condizioni
ambientali favorevoli. Alcuni fattori di tipo chimico-fisico,
come la temperatura, il pH, la pressione osmotica e il potenziale redox, sono in grado di influenzare in modo significativo i processi biologici dei microrganismi. Di conseguenza,
è fondamentale che ognuno di essi sia esaminato in dettaglio, per comprenderne gli effetti prodotti sull’attività microbica.
3.5.1.
Temperatura
Si prenda in considerazione l’E. coli. Se ne esamini la velocità di crescita in funzione della temperatura (T) e si rappresenti il tutto graficamente (fig. 3.14), riportando la temperatura (T, in gradi Celsius) sulle ascisse e la velocità di crescita
(espressa come numero di generazioni/ora) sulle ordinate.
Operando in questo modo, sul diagramma possono essere
evidenziati tre punti di riferimento: la T. minima, la T. ottimale e la T. massima.
• La temperatura minima (T. min.). Rappresenta la
temperatura più bassa a cui vi è crescita microbica. Sotto
di essa le cellule microbiche normalmente sono quiescenti, poiché gli enzimi che le costituiscono sono inattivi. Le cellule batteriche possono riattivarsi qualora siano
riportate a valori compresi tra la T. min. e la T. max.
• La temperatura ottimale (T. Ott.). È la temperatura a
cui una specie microbica cresce con la massima velocità.
Le basi microbiologiche della Biochimica
Velocità di crescita espressa come numero di gen/ora
8
T. ott.
3.0
2.0
1.0
T. min.
0
10
T. max.
20
30
40
50
60
70
Temperatura in °C
FIGURA 3.14 ◗ Curva di crescita di E. coli.
• I criofili (psicrofili): possiedono una T. min. prossima
temperatura a cui è ancora possibile una crescita microbica. Sopra di essa la riproduzione cellulare si annulla,
poiché intervengono processi denaturativi delle proteine
cellulari e la morte del microrganismo.
Le temperature comprese tra la T. min. e la T. max. sono
definite eugenesiche; comprendono tutti i valori che permettono la crescita microbica. I valori termici inferiori alla T.
min. e superiori alla T. max. sono definiti temperature disgenesiche. Il mantenimento della popolazione microbica
alle temperature disgenesiche non permette la proliferazione cellulare.
L’esame delle temperature minime, ottimali e massime
di un gran numero di specie batteriche, ha evidenziato la
presenza in natura di tre gruppi fondamentali: i criofili
(psicrofili), i mesofili ed i termofili (fig. 3.15).
a 0 °C, una T. ott. intorno ai 15 °C e una T. max. intorno a
20 °C. Comprendono microrganismi procariotici (batteri)
ed eucariotici (micromiceti e microalghe) adattati a vivere in zone fredde; possono facilmente ritrovarsi negli
ambienti refrigerati artificialmente.
I mesofili: possiedono una T. min. intorno ai 15 °C,
una T. ott. intorno ai 35-37 °C e una T. max. intorno ai
50-55 °C; comprendono la maggior parte dei microrganismi ambientali adattati a vivere in climi temperati e i
simbionti degli animali a sangue caldo.
I termofili: possiedono una T. min. intorno ai 30 °C,
una T. ott. intorno ai 50 °C e una T. max. intorno ai 60-65
°C. Comprendono numerose specie procariotiche e alcune eucariotiche adattate a vivere in ambienti caldi, come
le acque termali.
Velocità di crescita espressa come numero di gen/ora
• La temperatura massima (T. max.). È la massima
•
•
Criofili
Mesofili
3.0
Termofili
2.0
1.0
0
10
20
30
40
50
60
70
Temperatura in °C
FIGURA 3.15 ◗
Curva di crescita orientativa dei microrganismi criofili, mesofili e termofili.
Capitolo 3. Le esigenze microbiche
9
numerosi archeobatteri. Questi procarioti sono ospiti abituali delle acque termali e delle profondità marine, poste in
prossimità delle dorsali medio-oceaniche; è stato accertato
che si riproducono a temperature prossime o superiori al
punto di ebollizione dell’acqua.
Na+ Cl –
(3 g/l)
Na+ Cl –
(27 g/l)
H2O
3.5.2.
H2O
Alta concentrazione di H2O
Bassa concentrazione di Na+ Cl–
Bassa concentrazione di H2O
Alta concentrazione di Na+ Cl–
Na+ Cl –
(3 g/l)
H2O
Na+ Cl –
(27 g/l)
H2O
FIGURA 3.16 ◗ Passaggio delle molecole d’acqua tra due soluzioni a
diversa concentrazione, separate da una membrana semipermeabile.
Si stabilisce un flusso di molecole d’acqua dal comparto in cui l’acqua
stessa è a concentrazione più elevata (bassa concentrazione di cloruro
di sodio) al comparto in cui è a concentrazione più bassa (alta concentrazione di cloruro di sodio); vale a dire da sinistra a destra nello schema
in alto.
Oltre a queste tre categorie di riferimento, devono essere ricordati i microrganismi adattati a vivere in condizioni
ambientali estreme. Tra questi, sono degni di menzione alcuni micromiceti che si riproducono a temperature sotto il
punto di congelamento (fino a –7; –10 °C). Al contrario, diverse specie procariotiche sono in grado di crescere a temperature molto elevate; tra queste possono essere citati
Ambiente extracellulare
Pressione osmotica
equivalente a 7-9 g/l di NaCl
H 2O
H 2O
Pressione osmotica
Si esaminino due comparti separati da una membrana
permeabile all’acqua, ma impermeabile al soluto, rappresentato ad esempio da una soluzione salina di cloruro di
sodio (Na+ Cl–). Se nei due comparti sono poste soluzioni di
cloruro di sodio a diversa concentrazione, si ha il passaggio
dell’acqua dal comparto a più elevata concentrazione acquosa (più bassa concentrazione salina) al comparto a concentrazione acquosa meno elevata (più alta concentrazione
salina); il flusso d’acqua si ha fino a che non si stabilisce una
condizione d’equilibrio. La spinta che si esercita tra i due
comparti, conseguente al passaggio dell’acqua, è indicata come pressione osmotica; essa assume valori tanto più
elevati quanto più alta è la differenza tra le concentrazioni
saline poste nei due comparti (fig. 3.16).
Molti microrganismi possiedono al loro interno una concentrazione di soluti in grado di produrre una pressione
osmotica equivalente, orientativamente, a quella prodotta
da 7-9 g/l di NaCl. Ne consegue che l’ambiente ideale per la
crescita di microrganismi con queste caratteristiche, è rappresentato da una soluzione acquosa contenente soluti in
grado di produrre una pressione osmotica equivalente.
Se la pressione osmotica ambientale è inferiore a quella
cellulare, si determina il passaggio dell’acqua dall’ambiente esterno a quello interno con aumento del volume cellulare e, in casi estremi, la lisi (plasmoptisi).
Se, al contrario, i valori della pressione osmotica esterna
sono più elevati rispetto a quelli presenti all’interno della cellula microbica, si ha il richiamo delle molecole d’acqua dall’interno verso l’esterno, con la conseguente diminuzione del
volume cellulare. Nelle cellule batteriche o in altri microrganismi dotati di parete, questa situazione comporta il distacco
della membrana dalla parete cellulare (plasmolisi) (fig. 3.17).
Oltre a microrganismi con queste caratteristiche, esistono specie che, come conseguenza dell’adattamento a
Ambiente intracellulare
Effetti prodotti
Pressione osmotica
equivalente a 9 g/l di NaCl
La cellula è in
equilibrio con l’ambiente
Pressione osmotica
equivalente a 3 g/l di NaCl
H 2O
Pressione osmotica
equivalente a 9 g/l di NaCl
La cellula
si rigonfia
Pressione osmotica
equivalente a 25 g/l di NaCl
H 2O
Pressione osmotica
equivalente a 9 g/l di NaCl
Il citoplasma si raggrinzisce
FIGURA 3.17 ◗
Rappresentazione schematica degli effetti prodotti da differenti concentrazioni di soluti presenti nel mezzo di crescita microbica.
10
Le basi microbiologiche della Biochimica
TABELLA 3.3. Livelli di activity water (Aw) a varie
concentrazioni di cloruro di sodio e di glucosio
a 25 °C
Aw
NaCl (%)
Glucosio (%)
1,00
0,00
0,00
0,99
1,74
8,90
0,98
3,43
15,74
0,96
6,57
28,51
0,94
9,38
37,83
0,92
11,90
43,72
0,90
14,18
48,54
0,88
16,28
53,05
0,86
18,18
58,45
TABELLA 3.4. Valori di Aw in alcuni alimenti
e componenti della flora microbica
concomitante
Aw
Alimenti
Flora microbica
0,93-0,85
Salsicce essiccate
Prosciutto crudo
Staphylococcus aureus
Muffe e lieviti
0,85-0,6
Frutta secca
Farina
Cereali
Funghi xerofili
Pesce sotto sale
Nocciole
Alofili
Lieviti osmofili
Dolciumi
Miele
Pasta
Nessuna crescita
microbica
< 0,6
li). Questi comportamenti sono tipici dei microrganismi
adattati a vivere in ambienti contenenti alte concentrazioni saline, come quelli che si ritrovano nelle acque marine,
sulla superficie cutanea o sulla superficie di alimenti sottoposti a salagione, quali gli insaccati e le salamoie.
La concentrazione dei soluti è in rapporto allo stato
d’idratazione dell’ambiente preso in considerazione; di conseguenza esiste anche la possibilità di esaminare il problema
focalizzando l’attenzione sulla concentrazione dell’acqua libera, piuttosto che su quella dei soluti. In particolare, il riferi-
particolari habitat, sono dotate di un diverso comportamento. In particolare, tra i batteri, i lieviti e le muffe, sono
comprese numerose specie che privilegiano concentrazioni saline normali, ma resistono a concentrazioni saline
molto elevate (aloresistenti); altre specie crescono con difficoltà alle normali concentrazioni saline, ma privilegiano
ambienti di crescita con alte concentrazioni di soluti (alofi-
TABELLA 3.5. La scala del pH; acidità e basicità sono indicate con la normalità degli acidi e delle basi
completamente dissociati
Acidità
Ioni H+
(moli per litro)
pH
Ioni OH–
(moli per litro)
1,0
100
0
10–14
0,1
10–1
1
10–13
0,01
10–2
2
10–12
0,001
10–3
3
10–11
0,0001
–4
10
4
–10
10
0,00001
10–5
5
10–9
0,000001
10–6
6
10–8
pH neutro dell’acqua
10–7
7
10–7
–8
8
–6
10
0,000001
10–9
9
10–5
0,00001
–10
10
10
–4
10
0,0001
10–11
11
10–3
0,001
10–12
12
10–2
0,01
10–13
13
10–1
0,1
10–14
14
100
1,0
10
pH basico
Alcalinità
pH acido
pH neutro dell’acqua
Velocità di crescita espressa come N gen/ora
Capitolo 3. Le esigenze microbiche
11
pH ott.
3.0
2.0
1.0
pH max.
pH min.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
10
12
13
14
Valori di pH
FIGURA 3.18 ◗
Velocità di crescita di E. coli ai diversi valori di pH.
mento che in questo caso può essere preso in considerazione è l’activity water (Aw). Questo parametro rappresenta la
concentrazione dell’acqua libera (vale a dire l’acqua disponibile per le soluzioni e non legata alle molecole) presente nel
mezzo di crescita. L’Aw è espressa matematicamente come il
rapporto tra la tensione di vapore della soluzione considerata e la tensione di vapore dell’acqua distillata.
Aw =
concentrazione è il pH, cioè il logaritmo negativo della concentrazione idrogenionica.
pH = 1/log [H+]
pH = –log [H+]
Come per la temperatura, anche per il pH esistono intervalli entro cui ogni specie microbica è in grado di attivare i
propri processi biologici e riproduttivi. Al pH ottimale, la
crescita è rapida; allontanandosi da questo valore la velocità della proliferazione diminuisce progressivamente fino
ad annullarsi, in corrispondenza di valori definiti pH max. e
pH min (fig. 3.18).
Al di fuori di questi valori si producono profonde alterazioni a livello molecolare, con conseguente arresto delle
attività metaboliche e morte cellulare. L’esame delle specie
microbiche presenti in natura evidenzia la presenza di tre
gruppi fondamentali: i neutrofili, gli acidofili e gli alcalofili
(fig. 3.19).
P
P0
dove P rappresenta la tensione di vapore dalla soluzione,
mentre P0 rappresenta la tensione di vapore dell’acqua distillata.
3.5.3.
pH
Velocità di crescita espressa come N gen/ora
Un fattore chimico-fisico che influenza in modo rilevante
l’attività microbica è sicuramente la concentrazione idrogenionica (ioni H+). Il parametro utilizzato per misurare tale
Acidofili
Neutrofili
Basofili
3.0
2.0
1.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Valori di pH
FIGURA 3.19 ◗
Velocità di crescita dei microrganismi acidofili, neutrofili e basofili ai diversi valori di pH.
12
Le basi microbiologiche della Biochimica
TABELLA 3.6. Valori limite di pH nella crescita
di alcune specie microbiche
pH di crescita
Specie microbica
Minimo
Ottimale
Massimo
Penicillium
verrucosum
2,0
5-6
10
Aspergillus flavus
2,0
5-6
11,2
Fusarium moniliforme
2,5
5-6
10,7
Saccharomyces
cerevisiae
2,3
5-6
8,6
Staphylococcus aureus
4,0
6,3-7,3
9,8
Escherichia coli
4,4
6,0-7,0
8,5
4-4,5
6,0-7,0
8-9,6
Clostridium botulinum
4,6
6,1-7,1
8,5
Bacillus cereus
4,9
6,6-7,6
9,3
Salmonella typhi
compresi tra 3,5-4,0. A questi parametri di pH si manifesta
una forte azione inibitoria nei confronti di gran parte della
flora batterica concomitante e un’efficace conservazione
dei prodotti. In questo modo sono ottenuti: dal latte lo yogurt, mentre dai cavoli i crauti.
3.5.4.
Tra le specie batteriche alcune si dimostrano alcalofile o
acidofile; tuttavia la maggior parte di esse è in grado di
crescere a valori di pH compresi tra 5 e 9 e con un pH ottimale intorno alla neutralità.
Tra i micromiceti lieviti e muffe prediligono substrati
acidi e un pH ottimale intorno a 5-6. Tra i protozoi gran
parte delle specie predilige valori di pH tra 6 e 8, mentre la
maggior parte delle alghe predilige valori di pH prossimi
alla neutralità.
L’influenza del pH sui processi metabolici è collegata alle
modificazioni che esso provoca sulla solubilità di alcune
componenti del terreno di coltura, come dei sali di ferro o
dei metalli alcalino-terrosi, che precipitano in ambiente
basico. Le variazioni di pH, inoltre, modificando lo stato di
ionizzazione delle proteine di trasporto della membrana,
alterano la permeabilità cellulare e condizionano la velocità di penetrazione delle molecole all’interno del microrganismo.
Durante le coltivazioni, i microrganismi attuano frequentemente processi metabolici in cui sono prodotti e accumulati metaboliti acidi o basici; in particolare i metaboliti finali
dei processi fermentativi dei carboidrati sono costituiti in
genere da acidi (acido lattico, butirrico, propionico, acetico ed
altri), che determinano un significativo abbassamento del
pH. Altri processi metabolici, a carico soprattutto delle proteine, producono sostanze basiche, come l’ammoniaca, con
conseguente innalzamento del pH. Dato che le alterazioni
dei valori di pH condizionano in modo significativo la velocità della crescita microbica, è necessario ridurre al minimo
le variazioni della concentrazione idrogenionica; ciò si ottiene, ad esempio, aggiungendo nei terreni di coltura sistemi
tampone costituiti da K2HPO4 e da KH2PO4. I tamponi, aggiunti in idonee concentrazioni, costituiscono un’importante fonte di fosforo e, al contempo, comportano la stabilizzazione del pH.
Durante la crescita di alcuni microrganismi, la modificazione del pH produce un effetto inibitorio sulla flora microbica concomitante; questo fatto può essere impiegato per
conservare alcuni alimenti. I lattobacilli, ad esempio, inoculati in alcuni prodotti (latte, cavoli) mettono in moto la fermentazione lattica, con cui abbassano il pH fino a valori
Potenziale redox
Il potenziale redox misura la capacità ossidante di un determinato elemento o composto. In un ambiente destinato alla crescita microbica diversi elementi e composti
influenzano il potenziale redox. Tra questi possono essere
ricordati diversi ioni inorganici, come i solfati e i nitrati; tuttavia l’elemento che assume particolare importanza sotto
questo aspetto è l’ossigeno molecolare (O2) sia perché posto al vertice dei processi metabolici ossidativi, sia per l’elevato potenziale redox che lo contraddistingue. Per questo
motivo l’O2 possiede la capacità di produrre radicali liberi
(come l’anione superossido: O2) che, per l’elevata tossicità,
condizionano in modo negativo i processi biologici cellulari. I microrganismi possono essere classificati in rapporto al
tipo di metabolismo energetico utilizzato e alla influenza
determinata su di essi dall’ossigeno molecolare; in particolare possono essere suddivisi in:
• aerobi obbligati. Attuano un metabolismo esclusivamente ossidativo (fig. 3.20) in cui i donatori del potere
riducente (protoni ed elettroni) sono composti organici
(glucidi, proteine, lipidi, ecc.), mentre l’accettore finale è
l’O2. Gli aerobi obbligati possiedono sistemi enzimatici
come la superossidodismutasi e la catalasi. Il primo converte l’anione superossido (O2) in perossido d’idrogeno
(H2O2), mentre il secondo converte il perossido d’idrogeno in acqua;
• aerobi (anaerobi) facoltativi. In presenza di O2 attuano la respirazione aerobica, mentre negli ambienti
in cui l’O2 è carente, un metabolismo fermentativo (fig.
3.21). Per questa duplice possibilità, costituiscono un
gruppo capace di adattarsi facilmente al mutare delle
condizioni ambientali. Il donatore del potere riducente, in condizioni aerobiche e anaerobiche, è la sostanza
organica; l’accettore in aerobiosi è l’O2, mentre in anaerobiosi è una molecola organica. Gli aerobi facoltativi
possiedono la superossidodismutasi per eliminare l’O2– e
la catalasi (in alternativa a questa, la perossidasi) per eliminare il perossido d’idrogeno;
• aerotolleranti. Indipendentemente dalla presenza o meno di O2 attuano un metabolismo fermentativo
(fig. 3.22). Il donatore di potere riducente è costituito
dalla sostanza organica, mentre l’accettore finale è una
sostanza organica presente lungo le vie metaboliche
percorse. Eliminano l’anione superossido con la superossidodismutasi e il perossido d’idrogeno con la catalasi o
la perossidasi;
• anaerobi obbligati. Si riproducono in ambienti strettamente anaerobici (fig. 3.23). Non possiedono enzimi in
grado di eliminare l’anione superossido e il perossido
d’idrogeno. L’O2 ha un effetto microbicida nei confronti
dei microrganismi appartenenti a questo gruppo.
Com’è già stato indicato, gli aerobi obbligati, gli anaerobi facoltativi e gli aerotolleranti, indipendentemente dal
tipo di metabolismo attuato, possiedono enzimi capaci di
eliminare l’anione superossido e il perossido d’idrogeno,
che si formano durante i processi metabolici. L’enzima in
grado di eliminare l’anione superossido è la superossidodismutasi, che lo converte in perossido d’idrogeno (HO2);
Capitolo 3. Le esigenze microbiche
13
FIGURA 3.20 ◗ I bacilli difterici sono tipici organismi aerobi obbligati.
FIGURA 3.21 ◗ I saccaromiceti sono microrganismi dotati di un metabolismo aerobico facoltativo.
FIGURA 3.22 ◗ Gli stafilococchi sono batteri aerotolleranti, in quanto
il loro metabolismo è fermentativo sia in presenza, sia in assenza d’ossigeno molecolare.
FIGURA 3.23 ◗ I clostridi sono bacilli tipicamente anaerobi obbligati.
Crescono esclusivamente in ambienti a bassissimo potenziale redox.
questo, in seguito, è trasformato dalla catalasi in acqua e
ossigeno molecolare. Le due reazioni possono essere schematizzate in questo modo:
2O2– + 2H
+ Superossidodismutasi
Catalasi
H2 O2 + O2k
Catalasi
H2 O + O 2 k
In alternativa alla catalasi, alcuni microrganismi aerotolleranti utilizzano la perossidasi, che è in grado di eliminare
il perossido d’idrogeno riducendolo ad acqua.
2O –2 + 2H
+
Superossidodismutasi
+H
+
Perossidasi
H2 O2 + O2 + NADH +
2H 2 O + NAD+
I cosiddetti microaerofili meritano un discorso a parte. Questi microrganismi costituiscono un raggruppamento eterogeneo dal punto di vista enzimatico e metabolico; in ogni caso
possiedono la caratteristica comune di crescere in ambiente
caratterizzato da una bassa tensione d’ossigeno (2-5%) e, frequentemente, da elevate concentrazioni di CO2. Tra i microaerofili sono compresi gli streptococchi e le neisserie.
TABELLA 3.7. Le principali categorie microbiche in rapporto alla presenza di ossigeno
Categoria microbica
Concentrazione
di O2 richiesta
Tipo di metabolismo
Enzimi inattivanti
O2– o H2O2
Aerobi obbligati
Respirazione aerobica
Alta
Superossidodismutasi
e catalasi
Aerobi facoltativi
Respirazione aerobica e
fermentazione
Indifferente
Superossidodismutasi
e catalasi o perossidasi
Aerotolleranti
Fermentazione
Indifferente
Superossidodismutasi
e catalasi o perossidasi
Anaerobi obbligati
Fermentazione
Assente
Assenti
14
Le basi microbiologiche della Biochimica
Nella coltivazione dei microrganismi è fondamentale
che il potenziale ossidoriduttivo ambientale sia adatto al
gruppo microbico che si sta ricercando. Per gli aerobi obbligati, gli aerobi facoltativi e gli aerotolleranti, la creazione di
un ambiente idoneo in genere non presenta particolari
problemi. Più difficoltosa è la coltivazione dei microaerofili
e degli anaerobi obbligati, per i quali è necessario ricorrere
all’impiego di sistemi di incubazione che forniscano un
basso potenziale redox. In particolare per coltivare questi
microrganismi si ricorre a terreni di coltura dotati di composti riducenti, come ad esempio la cisteina, e a contenitori per anaerobiosi (giara per anaerobi). La giara è un contenitore dotato di chiusura ermetica; in essa viene creato un
ambiente anaerobico ricorrendo a reattivi che eliminano
per via catalitica l’ossigeno contenuto (fig. 3.24).
FIGURA 3.24 ◗
Contenitori per anaerobiosi.
QUESITI DEL CAPITOLO 3
1) Per quali scopi sono coltivati i microrganismi?
2) Che cosa s’intende con il termine clone?
3) Quale composto biochimico svolge il ruolo di trasportatore intracellulare dell’energia?
4) Si evidenzino gli aspetti biochimici alla base della fotosintesi.
5) Quali elementi differenziano la fotosintesi ossigenica
da quella anossigenica?
6) Si mettano in luce gli aspetti biochimici alla base del
chemioautotrofismo.
7) Si definisca il chemioeterotrofismo (eterotrofismo).
8) Per quali aspetti si differenziano la respirazione aerobica, la fermentazione e la respirazione anaerobica?
9) Quali sono i principi nutrizionali occorrenti agli organismi fotoautotrofi?
10) Quali sono i principi nutrizionali occorrenti agli organismi chemioeterotrofi (eterotrofi)?
11) Si descriva la struttura della membrana cellulare.
12) Si illustrino le modalità con cui avviene il passaggio
delle molecole attraverso la membrana.
13) Si descriva il modo con cui varia la velocità della crescita microbica in funzione della temperatura.
14) Quali sono le principali categorie microbiche in base
alle diverse temperature di crescita?
15) Che cosa s’intende con i termini temperature eugenesiche e temperature disgenesiche?
16) In che cosa si differenziano i microrganismi criofili, mesofili e termofili?
17) Che cosa s’intende per pressione osmotica?
18) Quando si manifesta la plasmolisi nei microrganismi?
19) In che cosa si differenzia la plasmoptisi dalla plasmolisi?
20) Quali caratteristiche differenziano gli alofili dagli aloresistenti?
21) Si definisca l’Aw.
22) Si descriva il modo con cui varia la velocità della crescita microbica modificando il pH.
23) In che cosa si differenziano i microrganismi alcalofili,
neutrofili e basofili?
24) Se sono forniti valori di pH diversi da quelli ottimali,
quali effetti sono prodotti nella crescita di una specie
microbica?
25) Quando la pressione osmotica ambientale è superiore
o inferiore rispetto ai valori presenti all’interno di una
cellula, quali eventi si producono?
26) Quali funzioni svolgono la catalasi e la perossidasi?
27) Si evidenzino le diverse categorie microbiche in rapporto al tipo di metabolismo energetico utilizzato ed
all’influenza esercitata su di esse dall’ossigeno molecolare.
28) Che cosa s’intende con il termine potenziale redox?
29) In che modo i microrganismi sono in grado di eliminare
l’anione superossido ed i perossidi?