FABBISOGNO ENERGETICO
DEI MICRORGANISMI
FONTI ENERGETICHE
Energia
chimica delle
molecole
nutritive
Energia
solare
A.T.P.
REAZIONI BIOCHIMICHE DEL
METABOLISMO
FOTOTROFIA E CHEMIOTROFIA
FOTOTROFI O
FOTOSINTETICI
Piante, Alghe,
Cianobatteri e Batteri
rossi e verdi
CHEMIOTROFI O
CHEMIOSINTETICI
CHEMIOETEROTROFI
CHEMIOAUTOTROFI
Ricavano energia
dall’ossidazione di
composti organici
Ricavano energia
dall’ossidazione di
composti inorganici
quali: H2, H2S, NO2
Animali, Funghi e
Protozoi
Alcuni batteri
L’OSSIDAZIONE DEI SUBSTRATI NUTRITIVI
DA PARTE DEI CHEMIOTROFI
FERMENTAZIONE
IN CONDIZIONI DI
ANAEROBIOSI
RESPIRAZIONE
AEROBICA
con riduzione dell’Ossigeno
molecolare
ANAEROBICA
TIPICA DEI LIEVITI E DI
DIVERSI BATTERI
Gli accettori finali di
elettroni sono composti
come: nitrati, solfati, Zolfo
elementare e An. carbonica
PRINCIPALI PROCESSI DEI MICRORGANISMI PER
ESTRARRE ENERGIA DALL’AMBIENTE
FOTOSINTESI
An. Carbonica + acqua + En. Luminosa = glucosio + ossigeno
FERMENTAZIONE
Glucosio = 2 Acido Lattico + energia
RESPIRAZIONE AEROBICA
Glucosio + Ossigeno = An. Carbonica + acqua + energia
RESPIRAZIONE ANAEROBICA
Acido Acetico + 2 acqua + 4 S = 2 Anidride carbonica + 4
Idrogeno solforato + energia
MACRO- e MICRONUTRIENTI
MACRONUTRIENTI:
C, O, N, H, P, S
(95%)
MACRONUTRIENTI:
K, Ca, Mg, Fe, Na
MICRONUTRIENTI:
Co, Mn, Cu, Zn, Ni, Mo
I FATTORI DI CRESCITA
• Sono invece richiesti solo da specie particolarmente
esigenti, che non li sanno sintetizzare o, semplicemente,
perché in seguito a mutazioni, hanno perso la capacità di
produrli.
• Sono necessari in piccole quantità e, generalmente, sono:
– Aminoacidi
– Vitamine
– Basi azotate
Le vitamine, in genere, partecipano come co-enzimi alla
struttura di sostanze enzimatiche
I PRINCIPALI NUTRIENTI NECESSARI AI
MICRORGANISMI
•
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ACQUA
FONTE DI CARBONIO
FONTE DI AZOTO
FONTE DI FOSFORO
FONTE DI ZOLFO
ELEMENTI INORGANICI ESSENZIALI (K, Ca, Mg, Fe, Na)
MICRONUTRIENTI (Co, Mn, Cu, Zn, Ni, Mo)
FATTORI DI CRESCITA (VITAMINE, AMINOACIDI, BASI AZOTATE)
ACQUA
• E’ indispensabile in qualsiasi mezzo di coltura
• In laboratorio si usa acqua distillata, priva cioè
di sali
Fonte di CARBONIO
• A seconda del metabolismo del microrganismo viene assunto
carbonio inorganico od organico
• Microrganismi autotrofi come: alghe, cianobatteri e batteri rossi
e verdi sulfurei utilizzano il biossido di Carbonio che trasformano
in C organico
• Microrganismi eterotrofi come: funghi, protozoi e molti batteri
necessitano invece di C organico (zuccheri, acidi grassi, acidi
organici e aminoacidi) che utilizzano sia come fonte di Energia sia
come fonte di Carbonio (funzione plastica o costruttiva);
• Alcuni batteri (metilotrofi) eterotrofi, utilizzano C organico ma
solo di tipo monocarbonioso come il Metano (CH4) e l’Acido
Formico (H-COOH)
• Con l’assunzione di composti del Carbonio avviene anche
l’approvvigionamento di H e O.
Fonte di AZOTO
• In base al proprio metabolismo, i batteri possono
assumere N organico o N inorganico
• Le due forme di N inorganico più utilizzate dai
microrganismi sono i Nitrati (N03) e i Sali di Ammonio
(NH4)
• Caso particolare, i batteri azotofissatori, simbionti e
non simbionti, che utilizzano l’N atmosferico (N2)
• La fonte di N organico è rappresentata invece dagli
aminoacidi, dalle proteine e dalle basi azotate ma nei
terreni di coltura vengono utilizzati i peptoni, proteine
predemolite e più facilmente assorbibili.
Fonte di FOSFORO
• La maggior parre dei microrganismi utilizza il P
sotto forma inorganica, ossia come ione fosfato:
PO4
• Tale ione viene utilizzato per la sintesi dei
composti cellulari fosforilati come: l'ATP, gli acidi
nucleici e i fosfolipidi.
• E’ possibile anche usare il P organico grazie
all’opera di enzimi chiamati fosfatasi in grado di
staccare il P dal composto organico che lo
contiene.
Fonte di ZOLFO
• La forma inorganica utilizzabile è
rappresentata dai Solfati (SO4)e talvolta dai
Solfuri (HS)
• Lo Zolfo organico, invece, proviene da certi
aminoacidi solforati (Cisteina e Metionina) e
nei peptoni.
Altri Elementi inorganici essenziali
• potassio, calcio, magnesio, ferro e sodio
vengono assunti sottoforma di Sali inorganici
come MgSO4, FeSO4, CaCl2
Micronutrienti
• In genere non vengono aggiunti ai terreni di
coltura perché già presenti in piccole quantità
negli ingredienti utilizzati per la preparazione
dei terreni.
Fattori di crescita
• Vitamine, aminoacidi, basi azotate e sostanze
naturali come sangue e rosso d'uovo, sono
aggiunti ai terreni di coltura a seconda delle
esigenze particolari dei microrganismi da
coltivare.
• Le vitamine maggiormente utilizzate dai
microrganismi sono quelle appartenenti al
Gruppo B e cioè:
– Tiamina o Vitamina B1
– Piridossina o Vitamina B6
– Cobolamina o Vitamina B12
Classificazione dei microrganismi in base
alle fonti di energia e C utilizzate
CATEGORIE
NUTRIZIONALI
Sub-categorie
nutrizionali
FOTOTROFI
LUCE → ATP
FOTOAUTOTRO
FI
(FOTOLITOTRO
FI)
CHEMIOTROFI
COMPOSTI CHIMICI → ATP
FOTOETEROTR
OFI
CHEMIOETEROTR
OFI
(FOTOORGANOT
ROFI)
(CHEMIORGANOTR
OFI)
CHEMIOAUTOTR
OFI
(CHEMIOLITOTR
OFI)
Fonte di
Carbonio
Anidride
Carbonica
C organico
C organico
Anidride
Carbonica
Fonte di
Energia
Luce
Luce
Ossidaz. di
composti
organici
Ossidaz. di
composti
inorganici
Tipologie di
organismi
Alghe,
cianobatteri,
batteri sulfurei,
verdi e rossi,
piante
Batteri rossi
Funghi, Protozoi,
Batteri, Animali
Batteri
Nitrificanti,
Solfobatteri,
Ferrobatteri,
Idrogenobatteri
(Solforodobatteri)
Le “Specie esigenti”
• Diversi microrganismi sono capaci di sintetizzare tutte le
molecole organiche di cui necessitano comprese le
vitamine e aminoacidi, a partire da un solo composto
organico come il glucosio: tipico esempio è Escherichia coli.
• alcuni batteri patogeni e i batteri lattici, sono invece definiti
specie esigenti, in quanto non sono in grado di sintetizzare,
molecole come le vitamine ma devono recuperarle
dall'ambiente.
• Tale dipendenza delle specie esigenti può essere anche una
condizione acquisita in seguito a mutazioni di geni
metabolici che hanno portato alla perdita della capacità di
sintetizzare alcuni aminoacidi (ad es. Istidina). Tale
caratteristica viene indicata con il nome di auxotrofia.