Batt METABOLISMO + sintesi PEPTIDOGLICANO + SPORE Flashcards
Tipologia di metabolismo
Organismi FOTOSINTETICI -> utilizzano E elettromagnetica della luce.
Organismi CHEMIOSINTETICI -> utilizzano E ricavata dal CATABOLISMO di sostanze trasformate in prodotti con inferiore livello energetico.
Organismi ORGANOTROFI -> utilizzano composti ORGANICI PREFORMATI per ricavare E.
Organismi LITOTROFI -> utilizzano sostanze INORGANICHE come sorgente di E.
Organismi ETEROTROFI -> utilizzano composti ORGANICI come fonte di Carbonio.
Organismi AUTOTROFI -> utilizzano C INORGANICO per sintetizzare le sostanze organiche necessarie.
Batteri PATOGENI sono TUTTI CHEMIOSINTETICI, ORGANOTROFI e ETEROTROFI.
CATABOLISMO batterico
- FOSFORILAZIONE a LIVELLO del SUBSTRATO
FERMENTAZIONE
a) Via di Embden-Meyerhoff (glicolisi “classica”), presente nei batteri enterici e negli eucarioti; ottiene due molecole di ATP e 2 piruvati per molecola di glucosio ossidata. Il passaggio 7. Fosfoglicerato K opera la fosforilazione a livello substrato partendo da 1,3-bisfosfoglicerato e producendo 1 ATP + 3-fosfoglicerato.
b) Via di Entner - Douderoff, tipica dei batteri AEROBI OBBLIGATI (Pseudomonas) che non hanno la fosfofruttochinasi ; ottiene una molecola di ATP per ogni molecola di glucosio ossidata. Il glucosio viene ossidato a chetodeossifosfogluconato che viene scisso da chetodeossifosfogluconato-aldolasi in acido piruvico e 3P-gliceraldeide, quest’ultima segue il decorso della glicolisi.
c) Via dei pentoso-fosfati, tipica dei batteri acidolattici. Utilizza zuccheri a 5 atomi di carbonio come intermedi, ma può anche sfruttare direttamente zuccheri a 6 atomi di carbonio. Se il substrato è glucosio, si ottiene una molecola di ATP per molecola di substrato. Tutte queste vie portano comunque alla formazione di piruvato.
RESPIRAZIONE BATTERICA
Ciclo Krebs
Completa mineralizzazione del reagente, il trasporto di e- ceduti da NAD e FAD determina apertura delle POMPE PROTONICHE con espulsione di H+ che determinano POT. MEMB. utile per:
+ rotazione flagello
+ trasporto attivo attraverso la membrana e contro gradiente di concentrazione
+ produzione ATP
Nei batteri ANAEROBICI l’accettore di H+ è solitamente il NITRATO (NO3-) che viene ridotto a nitrito (NO2-).
Batteri AEROBI e ANAEROBI
+ AEROBI OBBLIGATI -> crescono SOLO in presenza di O2, essenziale e unico accettore utilizzato per la respirazione.
+ AEROBI-ANAEROBI FACOLTATIVI -> vivono sia in presenza di O2 che senza. Possono utilizzare sia la respirazione che il metabolismo fermentativo. Oppure sono batteri che non hanno i trasportatori per H+ => non sono danneggiati da O2, ma usano solo fermentazione (streptococchi).
+ ANAEROBI OBBLIGATI -> NON crescono né in terreni di coltura incubati con 20% O2 né in quelli con aria addizionata del 10% di CO2. NO O2, se vogliamo vederli crescere.
MICROAEROFILI -> NON crescono o lo fanno a stento in aria, ma crescono bene in colture con aria addizionata.
FATTORI che CONDIZIONANO SENSIBILITà a O2
+ Incapacità di produrre CATALASI
+ Incapacità di produrre SUPEROSSIDO DISMUTASI
Sempre presenti in COPPIA negli aerobi obb. e aerobi/anaerobi fac.
Ci sono batteri che producono catalasi e altri la SOD, ma che comunque crescono solo in stretta anaerobiosi.
+ Potenziale di ossido-riduzione dell’ambiente di crescita -> la maggior parte degli anaerobi obb. cresce solo con questo potenziale bassissimo (incompatibile con la presenza di O2), e altri crescono in colture ossigenate SOLE SE questo pot. viene mantenuto basso.
REPLICAZIONE, TRASCRIZIONE e TRADUZIONE.
REPLICAZIONE
DNA-pol III -> catalizza addizione dYTP complementari allo stampo in -OH 3’ (INNESCO) catena nascente e frammenti Okazaki sul filamento lento.
RNA-pol (PRIMASI) -> produce PRIMER (2 sequenze di RNA) nel punto origine replicazione.
DNA-pol I -> riempie buchi tra frammenti.
LIGASI -> lega tutti i pezzi.
TOPOISOMERASI -> rompe e riforma legami fosfodiesterici per modificare avvolgimento elica.
-I -> avvolgimenti postivi per rilassare DNA.
-II (GIRASI) -> avvolgimenti negativi per impacchettamento.
-IV -> inizia decatenazione tra i due cromosomi neoformati.
Cromonema mantiene forma CIRCOLARE per l’INTERA durata del processo.
Nel punto di origine viene tagliato un solo filamento
TRASCRIZIONE
RNA-pol -> formato da 5 subunità alfa, beta, beta’, omega e sigma, quest’ultima si assembla all’enzima solo all’inizio trascrizione, riconosce sito iniziatore e i TF.
mRNA sintetizzati 5’ -> 3’ e sono:
+ POLICISTRONICI = traducono per PIù proteine, devono avere segni di inizio ed arresto in corrispondenza di ogni peptide.
+ COLINEARI con il DNA di origine => NO splicing (infatti DNA non ha istoni).
+ NO sequenza poliadenilica in 3’ e NO capping (7-metilguanosina) in 5’.
+ Essendo che non c’è uno spazio nucleare delimitato e che non ci sono trattamenti posteri, la trascrizione avviene nel citoplasma e la traduzione inizia prima che la trascrizione si sia conclusa.
TRASCRIZIONE
Come eucarioti.
Aa che inizia catena è la METIONINA FORMILATA (per impedire che -NH2 formi nuovi legami peptidici).
Peptidi con formil-metionina attivano CHEMIOTASSI POSITIVA nei confronti dei macrofagi.
Controllo trascrizione Instabilità dell'mRNA per impedire che ogni volta ci sia produzione dell'intero corredo peptidico. \+ enzimi costitutivi = prodotti costantemente e indipendentemente dalle condizioni ambientali. \+ enzimi inducibili = prodotti SOLO in presenza del loro substrato. INIBIZIONE SINTESI PROTEICA da parte del SUBSTRATO Gene strutturale (codifica per enzimi) sono controllati da GENI OPERATORI. Gene strutturale + gene operatore = OPERON. L'operon è regolato dal GENE REGOLATORE che, in ASSENZA del substrato per l'enzima prodotto da quello strutturale, produce il REPRESSORE per gene operatore inibendolo. Quando arriva il SUBSTRATO, questo lega ed inibisce il gene repressore => toglie inibizione al gene operatore che può promuovere sintesi gene strutturale. INIBIZIONE da parte del PRODOTTO TERMINALE Quando il prodotto terminale di un certo enzima arriva ad una certa concentrazione, inibisce l'attività del suo produttore. Gene regolatore produce APORECETTORE, incompleto, che si completa e attiva legando il prodotto terminale (CO-REPRESSORE). INIBIZIONE da FEED-BACK Regola enzimi già prodotti. Prodotto terminale di una catena enzimatica lega uno degli enzimi della via inducendovi una modificazione allosterica che determina la sua inibizione => blocco via.
SINTESI PEPTIDOGLICANO
Nel CITOPLASMA
- N-acetilglucosamina-fosfato (NAG-P) + UTP -> UDP-NAG (+PPi)
- UDP-NAG + PEP (fosfoenolpiruvato) -> UDP-NAG-piruvato
- piruvato viene ridotto a LATTATO => formazione UDP-NAM
- UDP-NAM lega catena 5aa.
Nella MEMB. CITO.
1. UDP-NAM-catena + UNDECAPRENIL-P (memb.) -> UNDECAPRENIL-PP-NAM-catena (+UMP)
2. UNDECAPRENIL-PP-NAM-catena + UDP-NAG -> UNDECAPRENIL-PP-NAG-NAM-catena (+UDP)
PBP (Penicillin-Binding-Protein) 1A e 1B -> sono enzimi TRANSGLICOSILANTI (formano legami glicosidici beta, 1-4) e TRANSPEPTIDANTI (legano le catene dei NAM).
Undecaprenil-PP viene defosforilato e riciclato.
Nella PARETE
Vi arrivano corti polimeri di PEPTIDOGLICANI.
Nei siti di allungamento (dove PBP4 ha tagliato) si ha il distacco di D-ala per fornire E affinché PBP2 e 3 inseriscano il nuovo polimero nei tagli (o a formare setti per divisione).
Nei GRAM+ c’è sintesi peptidoglicani anche per mantenere lo spessore dato che gli strati più esterni sono esposti a continua usura.
ANTIBATTERICI che INITERFERISCONO con sintesi peptidoglicani
FOSFOMICINA -> blocca UDP-NAG + PEP
CICLOSERINA -> analogo strutturale di D-ala
PENICILLINA e BETA-LATTAMICI -> legano PBP.
BACITRICINA -> blocca defosforilazione undecaprenil-pp.
VANCOMINA e RISTOCETINA -> impediscono rilascio polimeri dalla memb. cito. legando D-ala.
L’azione batterica di tutti questi antibatterici NON è direttamente dipendente dal blocco della sintesi peptidoglicani, ma è conseguente all’attivazione degli ENZIMI AUTOLITICI (rimuovono il tratto alterato/bloccato per neosintetizzarne uno corretto).
Inibendo la sintesi del tratto nuovo o impedendone il rilascio io buco formato da PBP4 NON viene riempito => breccia => viene favorita LISI OSMOTICA.
La comparsa di mutazioni rendono inefficace questo approccio perché viene bloccatata l’attivazione del signaling per gli enzimi autolitici (TOLLERANZA).
Ho si un blocco della sintesi peptidoglicani (=> arresto crescita e divisione), ma non la morte del batterio e con la cessazione della somministrazione del farmaco ho un ripristino delle normali attività batteriche.
RIPRODUZIONE batterica
circa 1h
Avviene la duplicazione del cromonema e al contempo la duplicazione del suo punto di attacco sulla memb. cito.
Poi allungamento del batterio partendo da questo punto di attacco.
Separazione delle 2 cellule figlie avviene per SCISSIONE SEMPLICE, un setto si approfonda nel citoplasma, al suo interno si forma un ulteriore setto che può rimanere incompleto a lungo -> STRETTA CONTINUITà SPAZIALE tra figlie -> COLONIE in cui le cellule formano raggruppamenti caratterizzati dal piano di divisione (90° stafilo, 180° strepto).
FASE L
ECCEZIONE alla MODALITà di RIPRODUZIONE batterica, presente solo in ALCUNI batteri.
In questa fase i batteri hanno dimensioni inferiori alle cellule d’origine e NON hanno PARETE CELLULARE RIGIDA, ma mantengono molti caratteristici ANTIGENI delle cellule d’origine e possono dare ORIGINE a CELLULE BATTERICHE “NORMALI”.
Diverse specie entrano in fase L in CONDIZIONI SFAVOREVOLI alla SINTESI PEPTIDOGLICANI, con questo meccanismo possono dare luogo alla CRONICIZZAZIONE delle infezioni.
Ipotesi -> in fase L batteri replicano partendo con iniziali forme giganti da cui originano, con divisioni multiple del cromonema e una serie di divisioni citoplasmatiche, le forme più piccole.
SPORE
Tra i batteri di interesse microbiologico medico, SOLO ALCUNI BACILLI (BACILLUS e CLOSTRIDIUM) sono in grado di produrle.
Al microscopio appaiono come corpiccioli rifrangenti e incolori all’interno del bacillo (nel bacillus le dimensioni sono contenute, mentre il clostridium presenta un ingrossamento).
SPORANGIO = cellula madre.
In questo stato di latenza la spora può vivere anche per decenni.
Ha gli STESSI ANTIGENI dello sporangio + ANTIGENI ESCLUSIVI.
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int.
MATERIALE NUCLEARE adeso alla memb. cito.
memb. cito.
PARETE rudimentale
CORTECCIA -> peptidoglicani con inglobati residui citoplasmatici dello sporangio. Contiene AC. DIPICOLINICO -> ac. dicarbossilico che si trova SOLO nella CORTEX (permettendo di distinguere tra spora e cellula vegetativa), insieme a grosse quantità Ca2+.
RIVESTIMENTO INT.
RIVESTIMENTO EST.
Entrambi con proteine stabili ricche di ponti disolfuro.
ESOSPORIO -> fosfolipoproteine con ac. teicoici e tracce di ac. diaminopimelico e glucosamina.
est.
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Nella spora ASSENZA TOTALE di SINTESI MACROMOLECOLE e in generale l’attività enzimatica e il consumo di O2 è scarso/assente.
Numerosi involucri e scarso contenuto di H2O la rendono quasi impenetrabile e molto resistente a essicazione, raggi UV e gamma e calore.
SPOROGENESI
6-10h
- Addensamento materiale nucleare che si dispone a sbarra.
- Divisione nucleare e separazione prodotti di cui uno migra verso polo.
- Formazione SETTO memb. cito. che separa cromonema POLARE dal resto = PRESPORA.
- Deposizione altri involucri + accollamento cromonema - memb. cito.
- Si forma esosporio e liberazione spora tramite LISI cellulare.
CONDIZIONI per SPOROGENESI
Sporogenesi = particolare espressione della capacità di ADATTAMENTO cellulare alla INSUFFICIENTE DISPONIBILITà di ALIMENTI nell’ambiente.
I batteri in fase logaritmica non producono spore -> i batteri patogeni sporigeni producono spore solo quando compare necrosi locale che impedisce sufficiente apporto di nutrienti.
Calo [GTP]:
+ Induce modifica subunità omega (omegaH) dell’RNA-pol impedendo all’enzima di trascrivere geni per proteine legate alla vita vegetativa.
+ Fosforila il TF SpOA che dereprime geni per inizio sporogenesi che verranno trascritti dalla RNA-pol modificata.
GERMINAZIONE SPORE
1-2h
From spora to cellula vegetativa.
Avviene quando le condizioni ambientali (NB. DISPONIBILITà NUTRIENTI) tornano ottimali.
In vitro -> spesso ci vuole un’attivazione = esposizione a CALORE (65-80°) per qualche min.
In vivo -> l’attivazione consiste in un DANNEGGIAMENTO che rende gli involucri PERMEABILI => in grado di fare scambi con l’ambiente.
- Compare materiale organizzato come nella vegetativa -> eliminazione ac. dipinilico e Ca2+ e ripresa sintesi macromolecole.
- Produzione PARETE.
- ESOCRESCITA della vegetativa fuori dagli involucri sporali.
GERMINAZIONE SPORE
1-2h
From spora to cellula vegetativa.
Avviene quando le condizioni ambientali (NB. DISPONIBILITà NUTRIENTI) tornano ottimali.
In vitro -> spesso ci vuole un’attivazione = esposizione a CALORE (65-80°) per qualche min.
In vivo -> l’attivazione consiste in un DANNEGGIAMENTO che rende gli involucri PERMEABILI => in grado di fare scambi con l’ambiente.
- Compare materiale organizzato come nella vegetativa -> eliminazione ac. dipinilico e Ca2+ e ripresa sintesi macromolecole.
- Produzione PARETE.
- ESOCRESCITA della vegetativa fuori dagli involucri sporali.
