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Metabolismo e
crescita batterica
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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 (CO2)
* eterotrofi: utilizzano carbonio di composti organici
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Catabolismo
da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller
Microbiologia
EDISES
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Richieste batteriche per la crescita
• ossigeno (presente o assente)
• energia
• nutrienti
• temperatura ottimale
• pH ottimale
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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
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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
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CATONSVILLE CAMPUS.
Copyright ｩ1995-2005 Gary E. Kaiser All Rights Reserved Updated: Feb. 27, 2006
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Aerobic Respiration =
Glycolysis + Krebs Cycle/oxidative phosphorylation
•
Pyruvate to CO2
–
NAD to NADH
–
glycolysis
– Krebs cycle
•
Oxidative phosphorylation
–
NADH to NAD
–
ADP to ATP
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Anaerobic Respiration =
Glycolysis + Fermentation
NAD
NADH
ATP
NADH
NAD
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Fermentation
NADH
Pyruvate
NAD
Short chain alcohols,
fatty acids
(C3)
(C2-C4)
Alcol (etanolo), vari acidi (acido
lattico) e gas
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Obligate aerobes
• grow in presence of oxygen
• no fermentation
• oxidative phosphorylation
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Obligate anaerobes
•
•
•
•
no oxidative phosphorylation
fermentation
killed by oxygen
lack certain enzymes
superoxide dismutase
O2-+2H+ to H2O2
catalase
H2O2 to H20 + O2
peroxidase
H2O2 to H20 /NAD to NADH)
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Facultative anaerobes
•
•
•
fermentation
aerobic respiration
survive in oxygen
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Nutrient Requirements
•
•
•
•
•
Carbon
Nitrogen
Phosphorus
Sulfur
Metal ions (e.g. iron)
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Elementi
essenziali, loro
fonti e funzioni
nei procarioti
da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller
Microbiologia
EDISES
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Siderophores (S)
Receptor
Fe 2+/S
Fe 2+/S
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Optimal growth temperature

Mesophiles:

human body temperature
*
*


pathogens
opportunists
pyschrophile
 close to freezing
thermophile
 close to boiling
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pH
• Many grow best at neutral pH
• Some can survive/grow:
- acid
- alkali
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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
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mesosoma
Divisione della
cellula batterica
da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller
Microbiologia
EDISES
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topoisomerasi
Bersaglio dei fluorochinoloni
(ciprofloxacina, norfoloxacina)
DNA batterico
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Sintesi proteica
batterica
da P.R. Murray, K.S. Rosenthal, G.S. Kobayashi, M.A. Pfaller
Microbiologia
EDISES
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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
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•1
•2
•3
•4
Operone del lattosio
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Operone del triptofano
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I Sistemi di Secrezione
Sistemi batterici in grado di
iniettare all’interno della
cellula ospite molecole
tossiche
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Secrezione di tipo 3
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Meccanismi invasivi
Depolimerizzazione
dell’actina
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I sistemi di secrezione di tipo III
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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.
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Generation time-1


Tempo necessario per la duplicazione
della massa batterica
Esempio
100 batteri presenti al tempo 0
e se il tempo di generazione e’ di 2 hr
dopo 8 hr la massa = 100 x 24
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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
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Nt = No X 2n
(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, 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 236 = Nt = 687.194.767.360 E. coli
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