Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
STRUTTURA E FUNZIONI DELLA CELLULA PROCARIOTE, image, image, image, image,…
STRUTTURA E FUNZIONI DELLA CELLULA PROCARIOTE
CELLULA PROCARIOTE
domini
(1)
cellula procariote e cellula eucariote
(1)
la caratteristica primaria che distingue una cellula eucariote da procariote è il nucleo: nucleo negli eukaria e nucleolo nei prokaria
secondariamente le dimensioni: procarioti sono più piccoli e anche più semplici internamente
negli eucarioti vi è una compartimentazione mentre nei procarioti non si ha distinzione interna nel citosol e tutte le funzioni avvengono al suo interno o su membrana
(2)
la divisione cellulare:
nei procarioti avviene per scissione binaria, quindi non ci sono processi di meiosi e zigosi
negli eucarioti avvengono tutti i processi riproduttivi
i microrganismi sono solitamente organismi unicellulari, e possono essere sia eucarioti (alghe funghi e protozoi), e procarioti (batteri e archea)
alcuni microrganismi si organizzano in colonie e gruppi che possono essere differenziati
(2)
batteri e archea
gli archea sono evolutivamente più vicini agli eucarioti che ai batteri
vi sono enormi differenze strutturali, genetiche e funzionali fra questi due procarioti
(3)
morfologia
(1)
i batteri sono invisibili ad occhio nudo e hanno generalmente le dimensioni lineari (lunghezza o diametro) nell'ordine dei micron
appare alcune eccezioni la tipica dimensione si aggira fra 0,2 e 2 micron
(2)
il rapporto area volume varia in base alle dimensioni
cellule piccole hanno maggiore efficienza per gli scambi molecolari tra le cellule ambiente, il trasporto nei nutrienti e la crescita
il limite inferiori nelle dimensioni dipende dal mantenere integre le strutture interne del procariote (inoltre c'è una certa dipendenza dal genoma)
(3)
suddivisione cellulare in base alla morfologia:
cocchi
: morfologia più semplice, sferica con un unico piano di divisione. possono rimanere attaccati dopo la riproduzione, quindi formare i
diplococchi
se rimangono in coppia e gli
streptococchi
se formano delle catene di più cocchi
se i cocchi si dividono su due o più piani compongono nuove morfologie:
tetradi
se si dividono su due piani,
sarcine
se si dividono su tre, infine
stafilococchi
se hanno ancora più piani di divisione e quindi formano una geometria complessa
bacilli
: sono cocchi allungati (morfologia allungata in una direzione) e anch'essi possono rimanere isolati o successivamente la riproduzione rimanere uniti, quindi formare i
coccobacilli
(unione di cocchi e bacilli),
diplobacilli
, e
streptobacilli
i bacilli possono anche andare incontro a cambiamenti conformazioni che quindi ne cambiano la morfologia in
vibrioni
, con forma a virgola,
spirillo
che consiste in un vibrione con più curve, ed infine gli
spirochete
che hanno forma a cavatappi
(4)
la morfologia batterica è determinata dalla parete cellulare costituita di peptidoglicano
(4)
citoscheletro
nelle cellule procariote sono presenti proteine simili alle pp del citoscheletro delle eucaristie (tubulina, actina), che interagiscono durante la biosintesi della parete
FtsZ
: filamentous temperature-sensitive, proteina simile alla tubulina che derange la divisione cellulare si dispone in posizione mediana
*MreB: simile all'attica, forma una struttura elicoidale a livello della membrana plasmatica
Cres
: crescentina, è responsabile delle curvature delle cellule
RIVESTIMENTO DELLA CELLULA PROCARIOTE
(1)
gli elementi fondamentali del rivestimento delle cellule procariote sono:
membrana cellulare
parete cellulare
altri strati di rivestimento ( strato S, capsula) e appendici di superficie (pili, flagelli)
la composizione e struttura varia da batteri mododermi, didermi e archea
didermi (Gram negativi): con membrana esterna ed interna (plasmatica) e nel mezzo il periplasma con lo strato di peptidoglicano rigido
monotremi (Gram positivi): possiedono una parete. formata da peptidoglicani, acidi teicoici, acidi Teicuronici, pp, hanno solo memrbana plasmatica interna, NO esterna
archea: oltre alla membrana è presente uno strato S di rivestimento, oltre ad organismi con particolari eccezioni di rivestimento
(2)
mebrana plasmatica
(1)
funzioni:
delimita il contentuto cellulare in uno spazio definito e separa la cellula all'ambiente esterno
contenere macromolecole-strutture citoplasmatiche (DNA,RNA, robosimi...)
mantenere l'omeostasi, quindi acquisire nutrienti, eliminare sostanze di rifiuto, secernere molecole specifiche
sede di importanti processi metabolici
recepire e rispondere specificamente ai diversi stimoli dell'ambiente
permeabilità selettiva:
diffusione di acqua, gas e piccole molecole apolari
impermeabile a ioni, composti polari, grosse molecole
produzione di energia:
respirazione e fotosintesi
produzione di gradiente protonico
trasduzione del segnale:
proteine sensore con domini esposti all'esterno
trasmissione segale all'interno della cellula e modificazione dei pattern di espressione
(2)
composizione della membrana plasmatica di batteri e archea:
fosfolipidi con D-glicerolo-3-fosfato esterificato in C1 e C2 con due molecole di acidi grassi non ramificati
glicerolo lega etanolammina o serina formando fosfatidiletanolammina e fosfatidilserina
gli steroidi degli eucaria nei batteri corrispondono agli opanoidi che hanno stessa funzione di stabilizzazione della memrbana
proteine di membrana:
proteine integrali di membrana: anfipatiche con regioni idrofobe incluse nella matrice lipidica e le pozioni idrofile verso citoplasma e-o esterno della cellula
proteine periferiche: associate alla memrbana tramite interazioni non covalenti con pp integrali o ancorate a foglietto lipidico tramite un domino transmembrana
lipoproteine: ancorate alla memrbana plasmatiche da dove si estendono verso l'esterno e sono ancorate tramite una coda lipidica
membrana plasmatica Archea:
differenze con batteri ed eucaria:
chiarità del glicerolo, in quanto il gruppo fosfato è legato al C1 dell'L-glicerolo
legame catene alifatiche e glicerolo con legame etere e non estere dei batteri
le catene alifatiche sono isoprenoidi ramificati (nei batteri non ramificati),isoprene: polimero saturo ramificato
i lipidi possono essere dipteri di glicerolo o tetraeteri di glicerolo
i lipidi di membrana degli archea sono principalmente bistratificati, ma anche monostratificati, possono anche contenere anelli ciclopentanici (come nel crenarcheolo, lipide monostratificato di archea marini)
la struttura lipidica determina la viscosità alle diverse temperature, nei termofori e ipertermofili non si ha mietere di glicerolo ma tetraetere a bifitanile o crearcheolo, cioè senza discontinuità della catena isoprenoica
=> nei termofili la memrbana plasmatica è un foglietto unico rigido che non si fonde ad alta T
(3)
parete batterica
(1)
in quasi tutti i batteri è presente una parete rigida posizionata esternamente alla memrbana cellulare
la parete è costituita prevalentemente da un'unica molecola polimerica chiamata sacculo di mureina
conferisce rigidità, difendendo la cellula da variazioni di pressione osmotica
può espandere il proprio volume fino a tre votle
costituita prevalentemente da
peptidoglicano
(mureina)
(2)
peptidoglicano
poliemero a strtttura reticolare formata da catene glicemiche l'N-aceti-glucosamina (NAG) e l'acido N-acetil-muramico (NAM)
al NAM è legato un tetrapeptide che lega le altre catene con ponti intrapeptidici
l'unità monometrica è il glicano tetrapeptide: un disaccaride cui è legato un tetrapeptide di amminoacidi D e L alternati
il disaccaride è costituito da acido NAM e NAG, legati da legami ß-1,4 glicosidici
acido meso-diaminopimelico è presente nei gran - mentre la lisina nei gram +
i legami trasnpeptidici si formano fra le D-alanine: DAP= legame crociato 3-4 diretto per i gran -
nei gram + in genere il legame è mediato da un ponte interpeptidico di glicine (quindi legame non diretto)
biosintesi del peptidoglicano
fase 1-stadio citoplasmatico
permette la costruzione dei precursori del polimero:
UDP-NAG
UDP-NAM + 5aa (pentapeptide)
nel citplasma avviene la sintesi dell'UDP-NAG a partire dal fruttosio 6-P e UTP
con intermedi molto disponibili nella cellula a dare prima UDP-NAG da cui si forma, con anche PEP, UDP-NAM a cui si legheranno gli aa D e L
gli enzimi che intervengono nella formazione di UPD-NAG sono GlmS: glucosamina-fruttosio-6P-aminotrasferasi e GlmU:N-acetil-glucosamina-P-uridintrasferasi/acetiltransferasi
gli aa L derivano dalle normali vie anatoliche mentre gli aa D sono prodotti da enzimi specifici
gli enzimi Mur catalizzano l'aggiunta di aa al residuo di lattato:
MurA: portano con un PEP alla formazione di UDP-NAG enolpiruvato
MurB: forma UDP-NAM, è una ligasi
MurC,E,F: diversi per l'aggiunta man mano di un amminoacido sino all'ultimo dimero di D-Alanine
=> il monomero precursore del peptidoglicano è un glicano pentapeptide
fase 2-stadio di memrbana
consiste nella sintesi del glicano pentapeptide e nel suo trasporto extramemrbanale
uso il
bactoprenolo
: alcool di 55 atomi di C coinvolto nel trasporto dei precursori del peptidoglicano attraverso la memrbana plasmatica (alifatico per il trasporto)
cosa avviene:
il NAM-peptide lega al bercaptoetanolo formando il lipide 1
il lipide 1 quindi si lega a NAG perdendo UDP formando i lipide 2
il glicano pentapeptide viene trasportato nel periplasma poiché tende a traslocare e a portare il NAG esternamente con la lisina (se gram +) oppure con il PEP (se gram -)
fase 3-stadio di parete:
si ha la formazione di legami glicosidici e legami peptidici
dopo che il bercaptoetanolo ha portato fuori il composto avvengono due legami con due enzimi ≠:
la polimerizzazione avviene tramite la transglicosilasi
la transpeptidasi invece fungono da catalizzatori dei legami peptidici fra le due catene, ovvero un legame peptidico fra la D-alanina subterminale ed il DAP
le transpeptidasi son anche chiamate peniccilin binding Protein PBP
il bercaptoenatanolo defosforilato quindi rientra nel citosol per fare nuovamente il ciclo
i passaggi devono essere coordinati tramite uso di ATP, in particolare per la rottura del 2D-alanina la cui energia viene usata per il legame di D-ala ad un altra catena
questo passaggio di taglio è mediato tramite le autolisine che appunto funzionano in maniera coordinata per non far collassare la struttura, ve ne sono di ≠ tipi:
tutte sono un complesso enzimatico con funzioni mitiche, biosintetiche e regolative che coordina l'accrescimento della parete morenica in siti specifici degradando un filamento di glicano e sostituendolo con 3 filamenti di nuova sintesi
il coordinamento è ≠ in base alla specie e tipo di procariote
Muramidasi: catalizzano il legame ß-1,4 glicosidico
Amidasi: catalizzano il legame tra NAM e L-ala
Endopeptidasi: catalizzano legame peptidici fra aa
(3)
architettura di parete
il passaggio fra peptidoglicano e l'associazione a creare un sacculo (non tutti i meccanismi sono noti)
di norma le fibre di glicano si ripiegano a spirale formando dei cavi che si avvolgono intorno alla cellula
meccanismo complesso che media la sintesi della parete contemporaneamente al controllo della rottura-inserimento dei nuovi monomeri nel complesso
uso di enzimi deputati alla rottura dei filamenti e l'inserimento dei monomeri
strato mureinico sensibile al lisozima che ne idrolizza il legame NAM-NAG destabilizzando la struttura di parete ad avere così un protoplasto (lisozima digerisce la parete con fuoriuscita del protoplasto), e una volta che esce il suo destino dipende dalla soluzione in cui è immerso (isotonica integro, iper-ipotonica lisi)
(4)
modelli di sintesi di parete
cocchi: i batteri a forma sferica sintetizzano la nuova parete solo al momento della divisione, quando il setto divide la cellula e si rimodella a formare un nuovo emisfero al centro. Ogni cellula figlia quindi possiede un nuovo emisfero prodotto durante la divisione (quindi figlie due emisferi netti, uno della madre e uno figlia)
bastoncelli: la maggior parte di questi batteri può avere due fasi di allungamento. La prima caratterizzata dall'inserimento di una nuova parete in modo sparso lungo il cilindro cellulare, tra i due poli che rimangono inerti. successivamente la prima formazione del setto nel processo di divisione avviene un allungamento durante il quale la sintesi della parete si localizza vicino all'anelli FtsZ, infine avviene la divisione cellulare
pochi battei a bastoncello non possiedono MreB e si accrescono allugandosi ai poli tra un ciclo di divisione e un altro, hanno due fasi di accrescimento, l'allungamento e la divisione. Durante la divisione il setto si divide formando due poli di nuova sintesi
(5)
apparato biosintetico di peptidoglicano e molecole antibatteriche
peptidoglicano presente solo in batteri e in quasi tutti
peptidoglicano è essenziale per la cellula
molte reazioni enzimatiche implicate nella sua biosintesi non hanno corrispettivo negli organismi degli altri domini
antibatterici prima fase
fosfomicina si lega a MurA (piruviltransferasi), quindi inibisce la sintesi di UPD-NAG enolpiruvato in quanto si lega al posto di PEP
cicloserina è un analogo strutturale a D-ala quindi interviene interrompendo la sintesi del dimmelo di D-ala
=> entrambi agiscono come inibitori di enzimi essendo analoghi strutturali
MECCANISMO RESISTENZA:
il microrganismo può rispondere con vari meccanismi generali, oppure modificando l'enzima, o ancora modificando il target dell'antibiotico in non enzimatico, in particolare con fosfomucina si risponde sull'enzima mentre per cicloserina cambiano le pompe cellulari che quindi la espellono in quantità maggiori
antibatterici seconda fase
bacitracina: massa molecolare molto grande in quanto deve legare il bactoprenolo impedendone la defosforilazione, ma è tossica nei reni
vancomicina
MECCANISMO DI RESISTENZA:
la bacitracina viene secreta e si ha sintesi di un nuovo bactoprenolo
*antibatterici terza fase
sono i più usati:
ß-lattamici
glicopeptidi
antibiotici
ß-lattamici
sono i principali inibitori della polimerizzione del peptidoglicano
inibitori competitivi delle PBP:
transglicosilasi
transpeptidasi (interrompe i crossi-link e quindi la sintesi della parete)
carbossipeptidasi
≠ tipi tutti con anello ß-lattamico, costituito da un amide ciclica a quattro atomi:
peniciline:
penicillina G prodotta da Penicillium chrysogenum agisce sui gram +, fa parte delle penicilline che hanno una struttura ciclica condensata dell'acido 6-aminopenicillanico + un gruppo variabile per le ≠ capacità antibiotiche
cefalosporine:
cefalosporina C prodotta da fungo Cephalosporium acremonium con struttura ad anello condensata e anello diidrotiaminico con due catene laterali di cui la. prima legata all'anello ß-lattamico
monobattami: motocicli Aztreonam
carbapenemi: imipenem
gli ultimi due hanno strutture complesse e l'anello ß-lattamico non è condensato
RESISTENZA AI ß-LATTAMICI:
imperbeabilità all'antibiotico: come i gram - che sono normalmente insensibili ai ß-lattami in quanto non oltrepassano la membrana
bassa affinità al bersaglio: mutazione dei geni codificanti PBP riducono l'affinità ma non l'attività
inattivazione enzimatica: le ß-lattamasi idrolizzano il legame ammidico dell'anello ß-lattamico, questi enzimi sono codificati a livello crismale o su elementi mobili come plastidi, trasposti, integrino ex: acido clavulanico scherma ß-lattami, come anche amoxicillina
glicopeptidi
sono i peptidi ciclici glicosilati
si legano al gruppo D-ala-D-ala del pentapetide legato al bactoprenolo impedendo sia il legame con altri glicini sia la transpeptidazione
la vancomicina isolata negli anni 50 contro gli stafilococchi e più recentemente la teicoplanina
RESISTENZA GLICOPEPTIDI:
nei ceppi resistenti si ha una riprogrammazione della via sintetica con un omologo di alalnina a ci manca un H, quindi l'antibiotico che agisce sui 5 legami ad H, mancandone uno non è più efficace, quindi il dipeptide terminale D-ala-D-ala è sostituito con il depsipeptide D-ala-D-lac
la resistenza avviene e si studia grazie a dei cluster genici
lantibiotici
peptidi sintetizzati per via ribosomiale e modificati a livello post-traduzionale
le modificazioni post-tradizionali portano alla formazione di lantionina o 3-metil-lantionina
sono gli antibiotici coinvolti in fase di parete
il loro target è il lipide 2 a cui si legano impedendone la polimerizzazione, inoltre i complessi lipide 2-nisina si aggregano e formano un poro nella memrbana plasmatica disintegrandone l'integrità
(6)
gram + e gram -
(1)
parete cellulare nei monodermi (gram +)
composizione:
acidi teicoici
:
acidi teicoici di parete: legati covalentemente alla mureina
acidi lipoteicoici:
presento un residuo glicolipidico che li ancora alla memrbana plasmatica
polimeri che ricoprono circa il 30-60 % della parete di glicerolo o ribitolo e sono legati al P
acidi teicuronici
:
polimeri privi di P contenenti N-acetil-galattosamina e acido D-glicoronico
funzioni:
definisce le caratteristiche chimico-fisiche dell'involucro quindi porosità, elasticità, resistenza alla tensione
controlla il movimento degli ioni e altre molecole quali antibiotici
regola il movimento e l'attività di pp extracellulari
media l'adesione delle pp di parete, il riconoscimento da parte di batteriologi e le interazioni con l'ambiente esterno
(2)
parete cellulare nei didermi (gram -)
più complessa dei monotremi
membrana esterna costituita dal lipide A al cui interno sono presenti pp transmemrbana e i lipopolisaccaridi i quali hanno un core interno ed un core esterno a cui è legato l'antigene
il periplasma è suddiviso dallo strato di peptidoglicano e al suo interno vi sono le lipoproteéne legate sia al lipide A che alla memrbana interna
infine la memrbana interna con le proteine periferiche e le lipoproteéne sul lato del periplasma
periplasma
spazio periplasmatico costituisce il 20-40% del volume cellulare
le funzioni che esso assolve sono:
trasporto nutrienti
generazione di energia
biogenesi di rivestimenti e appendici
catabolismo
detossificazione
non contiene ATP o altre molecole energetiche
membrana esterna
doppio foglietto fosfolipidico asimmetrico: nella parte esterna di memrbana vi sono i lipopolisaccaridi LPS
LPS ospita le proteine OMP: proteine transmembrana per il trasporto di componenti
LPS
molecola antipatica contenente sia lipidi che residui saccaridici
struttura complessa composta da 3 parti principali: lipide A, core polisaccaridi e polisaccaride O-specifico:
parte lipidica detta lipide A, senza glicerolo ma con dimero di N-acetil-glucosamina legata agli acidi grassi
core saccaridico interno: composto da una a tre molecole di 2-cheto-3-deossiottonato Kdo ed eptosi
core polisaccaridi esterno: zuccheri C6 o C7
catena polisaccaridica O (antigene O): è la parte più esterna, polimero di unità tetra o pentasaccaridiche ripetute, è la parte specifica per la specie
funzioni
-barriera di impermeabilità in grado di impedire l'ingresso di sali biliari e altri composti tossici
fattore di virulenza in grado di evadere le difese specifiche dell'ospite come la fagocitosi
per gli organismi ospiti è il segnale della presenza batterica:
catena polisaccaridi O induce gli anticorpi dell'ospite
il lipide A (endotossina) induce immunità innata con la produzione di citochine pro-infiammatorie
OMP: proteine della membrana esterna
porine:
sono una classe di proteine trimeriche in cui ogni monomero è rappresentato da una pp transmemrbana con una struttura a botte
permettono il passaggio di ioni e piccole molecole (E.coli OmpF ha diametro di 12 Amstrong
esistono ≠ OMP specifiche, come LamB in E.coli è una porina specifica per il maltosio e le maltodestrine
lipoproteine:
sono coinvolgente nella stabilizzazione delle strutture di superficie della cellula, nel trasporto e nella traduzione del segnale
Lpp: lipoproteina di Braun ancora la memrbana esterna allo strato di peptidoglicano
Lpp di lega alla membrana esterna nella parte N-termianle tramite la frazione lipidica
nella parte C-terminale si crea un legame peptidico con il DAP dello strato di peptidoglicano
sintesi della memrbana esterna
la costruzione della membrana esterna nei batteri ridermi è un processo complesso
componenti da trasportare sono lipolisaccaridi, fosfolipidi e pp e lipoproteine
periplasma e membrana esterna mancano di fonti di energia
sistemi di traslazione e di secrezione
esigenze:
trasferire molecole e pp per sintesi di strutture esterne (memrbana, flagelli, pili, proteine di memrbana)
secernere enzimi o tossine
differenze:
monotremi: una sola memrbana da attraversare
bidermi: due membrane, costruzione membrana esterna complesas
in comune:
sistema Sec
sequenza segnale
-energia da ATP, GTP o forza proton-motrice
sistemi Sec
sistemi specifici di batteri (alcuni ad ampia soglia) per il trasporto di pp attraverso la membrana e per l'inserimento in membrana
costituito da tre parti:
trasloco Sec
motore citoplasmatico
sistema di riconoscimento
sequenza segnale: 24 aa N-terminale specifiche con porzione centrale idrofoba e N-terminale idrofila basica e c-terminale polare
funzionamento:
SecB: lega la pp nascente post traduzione e ne rallenta il ripiegamento quindi mantiene competente per il trasporto il complesso SecYEG
SecYEG: complesso transmemrbana a cui si lega SecA che trasporta la pp , quando questa si lega SecYEG si apre e lascia passare la pp
SecA:ATPasi associata alla membrana
quando la pp fuoriesce dal canale la sequenza segnale viene rimossa
(7)
microbatteri
hanno molti acidi micolici: lunghi acidi grassi che conferiscono una consistenza di cera, in quanto contengono anche glicolipidi
sono monotremi ma legati allo strato mureinico hanno peptidoglicani nella parte basale (core) e arabinogalattano legati al NAM
gli altri strati di acidi grassi e cere non sono legati covalentemente con gli acidi micolici , quindi il foglietto esterno è simile a quello dei gram -
-lo strato di cera ne aumenta la resistenza a situazioni estreme
per riconoscerli si usa colorazione specifica acido resistenza: colora le cellule con carbofucsina e la soluzione fonde in etalo (alcol acido) ad alte T ed è permeabile solo nei microbatteri, mentre per gli altri tipi si usano blu di metilene per contrasto
(8)
parete degli Archea
hanno ≠ tipi di pareti e rivestimenti, anche se la struttura rimane simile a quella dei batteri
metanogeni (gruppo + importante) hanno composizione omologa al peptidoglicano: pseudopeptidoglicano che al posto del NAG presenta NAT: acido N-acetil-talosaminuronico
tutti gli aa sono legati in L
il legame glicosidico fra i due aminozuccheri è ß-1,3, quindi non sensibile al lisozi
altri Archea hanno una composizione totalmente ≠ (polisaccaridi, glicoproteine, pp, senza una vera parete)
quasi tutti gli Archea , ed alcuni batteri, presentano lo strato S:
composizione proteica, paracristallino ed autoassemblato
è legato non covalentemente alla parete o membrana esterna
ha ≠ configurazioni in base a dove sia localizzato: se attaccato al peptidoglicano (o altro), se parzialmente interno alla memrbana plasmatica o ancora se legato tramite lipolisaccaridi alla memrbana esterna
capsula/EPS (polisaccaridi extracellulari: strato esterno esopolisaccaridico con struttura più o meno lassa, polisaccaridi sono utili per la difesa e arrtacco con agenti esterni, oltre ad interazione
FLAGELLI E PILI
(2)
pili
(1)
appendici non flagellari
funzioni:
adesione a superfici cellulari e non
interazione fra cellule
secrezione
biofilm
coniugazione
movimento
prevalentemente gram - e posizione polare
(2)
pili di tipo IV
prevalentemente nei gram -
diametro di 5-9 nm e lunghezza di 1-4 micrometri
subunità di palina in una struttura elicoidale
sintesi di prepèilina nel citoplasma
traslazione ed inserimento nel pilo
la palina, sintetizzata come propina, nella polimerizzazione viene inserita dal basso e questo permette ai pili di accorciarsi ed allungarsi, che è ciò che permette il movimento a scatti ( o anche movimento a scivolamento)
(1)
flagello
(1)
filamenti proteici cavi
lunghezza tra 10e 15 micrometri
spessore di 20 nm
sono gli organi di propulsione, con velocità fino a 50 micrometri al secondo
il cambio direzionale è pseudocasuale ed avviene interrompendo il movimento generando una capriola, spesso accompagnato da un cambiamento della rotazione in senso orario, in quanto il moviemtno fisiologico batteri è
antiorario
(2)
organizzazione del flagello:
polare monotrica, un unico flagello su un lato
polare lofotrica: più flagelli da un solo lato
polare anfitrica: due flagelli opposti
peritrica: flagelli sparsi su tutta la superficie
(3)
struttura:
ha una struttura ancorata alla superficie batterica
corpo basale
anello L: interno alla membrana esterna
anello P: interno allo strato di peptidoglicano
anello MS: è transmemrbana sei affaccia sul citoplasma
anello C: transmembrana ed è in parte nel citoplasma
le subunità FliG, M e N permettono la rotazione quindi fungono da rotore
-le pp di memrbaan Mot: sono lo strattone ed interagiscono con FliG
uncino: struttura flessibile di connessione fra il corpo basale ed il filamento
filamento: struttura semirigida tubolare costituito da flagellino
motore flagellare
il movimento rotatorio usa la forza protonici-motrice = energia di dissipamento protonico
il flusso dei protoni attraversa le pp MotA e MotB che con cambiamento conformazionale azionano FliG facendo ruotare il flagello in senso antiorario fino a 300 rotazioni al secondo
peritrichi:
tutti i flagelli ruotano simultaneamente nella stessa direzione , nel momento in cui rotazione diventa oraria i flagelli si spettinano e porta alla capriola, quindi cambio direzionale
flagelli polari hanno moto reversibile o unidirezionale
-quindi solo nei batteri peritrichi e lofotrichi il cambiamento di rotazione in orario porta alla capriola
(4)
vi sono differenti stimoli che esercitano un moto del flagello:
chemotassi
fototassi: movimento verso la luce a determinate lunghezze d'onda, caratteristica di tutti i batteri fotosintetici
aereotassi: movimento in risposta all'ossigeno
magnetotassi: movimento lungo linee di forza geomagnetiche verso l'alto o il basso
pHtassi: movimento in risposta al pH, sia verso che lontano da condizioni di acidità o basicità
termotassi: movimento verso una temperatura ottimale
osmotassi: movimento in risposta a concentrazioni ioniche
chemotassi
si osserva una direzione preferenziale del moto dei batteri tramite l'uso di uno stimolo chimico con una sostanza attraente ed una repellente
osservo quindi in base allo stimolo se o una diminuzione o un aumento di capriole
in assenza di stimolo il movimento è casuale nello spazio
come aumenta la frequenza delle capriole:
la diminuzione di concentrazione dell'attraente fa aumentare la autofosforilazione di CheA, tramite la pp recettore MPC
CheA fosforila CheY
CheY fosforilata interagisce con FliM del motore inducendo una rotazione in senso orario
CheZ defosforila CheY interrompendone la rotazione
=> + CheY è fosforilato + ci sono rotazioni del flagello, quindi cambi direzionali
-il sistema è in grado di ricordare le concentrazioni passate:
CheA fosforila anche CheB
CheB fosforilata dimetila la pp recettore MCP, riducendone l'attività chinasica
CheR compete con CheB, metilando MCP
=> la sensibilità del recettore è determinata dal grado di mediazione che dipende dal recettore passato
(5)
biosintesi del flagello
prevede l'attivazione e inibizione di geni a cascata che attivano tre classi di speroni di cui ciascuna codifica geni ≠ e attiva i fattori trascrizionali di biosintesi e assemblaggio
l'operone flhDC è sotto il controllo di numerosi segnali regolatori che portano all'attivazione o all'inibizione dell'espressione di geni responsabili della biosintesi e assemblaggio dei flagelli, esso viene attivato per primo e attiva l'espressione degli speroni di seconda classe
i geni della seconda classe codificano per:
pp del corpo basale e dell'uncino
gli attivatori della trascrizione degli speroni della terza classe
i geni della terza classe codificano per:
pp del filamento e del motore
la flagellina traslocata e assemblata poi all'apice della pp cap
(6)
flagelli delle spirochete
sono analoghi ai flagelli normali, ma non sono periferici bensì nel mezzo delle due memrbane
flagelli periplasmatici rivestiti da una guaina
la rotazione dei filamenti flagellari induce una rotazione a cavatappi
il motore flagellare anteriore ruota in senso antiorario e quello posteriore orario
COMPONENTI DEL CITOSOL E DIFFERENZAZIONE
(1)
protoplasto
insieme della memrbana plasmatica e di tutte le sue componenti interne:
proteine
amminoacidi e i loro precursori
acidi nucleici e precursori
zuccheri e derivati
grassi e derivati
ioni inorganici
ribosomi: addensati e si legano ad mRNA nascente: poliribosomi o polisomi
nucleoide: il DNA si addensa in associazione delle pp, nei plantomiceti il DNA è delimitato da memrbana
corpi di inclusione: granuli di riserva, microcompartimenti (carbossisomi e enterosomi),magnetosomi,vescicole gassose
granuli di riserva
polisaccaridi (glicogeno e amido) e cianoficina (aa)
poli-idrossialcanoati (PHA) e poli-idrossibutirrato (PHB) sono polimeri sintetizzati in specifiche vie e sono analoghi alle plastiche (plastiche naturali)
carbossisomi ed enterosomi
i carbossisomi sono strutture proteiche poliedriche di 80-140 nm presenti in cianobatteri, autotrofi e chemiotrofi
contengono ribosio 1,5-difosfato carbossilasi (RuBisCo) e anidrasi carbonica
la concentrazione degli enzimi nei carbossisomi promuove la fissazione di CO2 e protegge gli enzimi stessi
gli eteronomi contengono enzimi per il metabolismo eterotrofico di propandiolo e etanolamina
magnetosomi
organuli che permettono di orientarsi in un campo magnetico
cristalli di magnetite rivestiti di monostrato fosfolipidico
organizzati in catene
principalemte per organismi microerofili (?) per il posizionamento corretto nelle colonne d'acqua (microrganismi che usano basse concnetrazioni di ossigeno)
vescicole gassose
strategia di movimento di compartimenti proteici e gas ambientale ed impermeabile ai liquidi
capacità di galleggiamento infatti sono molto presenti in fotografi e aerobi per collocarsi in alto dove è presente più luce e più ossigeno
due proteine specifiche: GvpA e GvpB (la prima costituisce la superficie della vescicola mentre la seconda crea i legami crociati tra i fasci di GvpA)
(2)
differenziamento cellulare
fenomeno chiave dello sviluppo di organismi pluricellulari
sono possibili casi in cui differenziamento è reversibile (sebbene negli eucarioti lo sia molto di rado):
eterocliti dei cianobatteri
batterici nei rizobi
endospore nei gram +
cellule flagellate di Caulobacter
micelio aereo degli attinomiceti
(1)
spore batteriche
forme cellulariper diffusione e sopravvivenza
negli eucarioti per riproduzione sessuale e asessuale
possono rigermogliare => differenziamento reversibile
nei procarioti:
endospore: prodotte nella cellula
esospore: stesso ruolo delle spore degli eucarioti
endospore batteriche
estremamente resistenti a ≠ agenti chimici (cloroformio, etanolo, metanolo) e fisici (temperature e pH estremi, raggi UV), per questo motivo difficile sterilizzazione e problema di disinfezione dei materiali
forma di vita più resistente, anche per lunghi periodi di tempo molto lunghi (antrace, epidemia che sta ritornando per lo scogliemtno del permafrost al cui interno risiedevano le spore)
sono incapaci di duplicarsi
sporulazione vs germinazione sono finemente regolate
≠ posizioni nella cellula (terminale, subterminale, centrale, apicale)
sporulazione
a differenza della scissione binaria la divisione è asimmetrica con la formazione di una prespora separata dal resto con il setto di divisione
=> si forma lo sporangio, modificazione morfologica irreversibile
prima si ha duplicazione del cromosoma e successivamente il trasferimento attraverso il setto
la prespora viene inglobata con l'iniziale degradazione del peptidoglicano del setto e successivamente la prespora si rigonfia, quindi flusso osmotico stimola l'inglobamento da parte della memrbana della cellula madre
successivamente all'inglobamento avviene la formazione della corteccia: tra la memrbana e la prespora si forma uno strato di peptidoglicano modificato ossia la corteccia, in cui 50% del NaM è privo di polipeptide ed è ciclizzato, quindi si forma anello lattamico
inizia quindi la sintesi dell'acido dipicolinico DAP che si accumula come sale di Ca e stabilizza gli acidi nucleici per la termoreistenza
si producono SAPS small acid soluble proteins che si legano a DNA della prespora per protezione dai raggi UV
infine si forma la tunica: strato proteico sulla superficie di 50 pp ≠ come protezione ad agenti chimici e predatori
la maturazione avviene con piccoli cambiamenti morfologici e la lisi della cellula madre
caratteristiche
core: la parte interna delimitata da membrana nella prespora, è disidratato, contiene DAP-Ca, SAPS
parete del core
tunica sporale
esosporio: ulteriore strato proteico in alcuni Bacillus
eventuali corpi parasporali, come le tossine di B.thuringiensis che soluzione al cui interno vi sono cristalli proteici per cui se la spora viene predata la tossina entra in corpo e uccide il predatore (pesticida naturale), quello che avviene specificamente è la lisi dell'intestino per la creazione di un flusso di e- dovuto all'associazione dei cristalli della tunica con le protesi intestinali. da ciò il batterio ne guadagna perchè la spora può germinare in altre zone dell'ospite
germinazione
stimolata da acqua e nutrienti
è un processo rapido di circa 10 min
idratazione del core provoca la dregradazione della corteccia e aumento del volume
uso di enzimi litigi specifici che riconoscono la forma lattaia del NAM
