I BATTERI ACETICI: la metabolizzazione dell’etanolo Sono capaci di crescere utilizzando etanolo come unica fonte di carbonio ed energia producendo acido acetico L’etanolo, infatti, viene ossidato ad acetato, ed il potere riducente ottenuto si trasforma in energia per la cellula (cioè in ATP) a livello della catena di trasporto degli elettroni CH 3CH 2OH pirrolochinolin-chinone, associato all’aldeide deidrogenasi biosintesi NAD +, PQQ catena respiratoria NADH, PQQH 2 ATP CH 3COOH CH 3COSCoA KREBS acetil-CoA sintetasi rilasciato extracellularmente detta anche acetil-CoA ligasi X Il blocco del ciclo di Krebs è causato da: → presenza di etanolo in Acetobacter → carenze genetiche in Gluconobacter 1 I BATTERI ACETICI: la metabolizzazione dell’etanolo La produzione di acido acetico a partire da etanolo da parte dei batteri acetici NON è una fermentazione, ma il risultato di una semplice ossidazione parziale dell’etanolo, al fine di recuperare potere riducente Solo i membri del genere Acetobacter possono ossidare completamente l’acetato a CO2, se le concentrazioni di etanolo non sono troppo alte 2 Come distinguere Acetobacter da Gluconobacter in laboratorio Si devono preparare piastre contenenti il seguente terreno di coltura agarizzato: Estratto di lievito 50 g/l CaCO3 20 g/l rende il terreno di coltura opaco Etanolo 7% è la fonte di carbonio ed energia per il batterio Agar 20 g/l Dopo semina e incubazione a 28/30 °C per 2-3 giorni, parte dell’etanolo sarà convertito dai batteri acetici in acido acetico, che abbasserà il pH solubilizzando il carbonato di calcio: le colonie appariranno quindi con un alone di chiarificazione intorno a loro. Prolungando l’incubazione la concentrazione di etanolo diminuirà fino a una concentrazione tale da permettere agli Acetobacter di ossidare completamente l’acido acetico prodotto (poiché il ciclo di Krebs è sbloccato). Dopo altri 2-3 di incubazione, quindi, il pH sarà risalito, con conseguente riprecipitazione del carbonato di calcio. Dopo un totale di 5-6 giorni di incubazione, quindi, le colonie di Gluconobacter avranno un alone di chiarificazione, mentre quelle di Acetobacter no, poiché il carbonato di calcio riprecipitando avrà reso di nuovo opaco il terreno (sì vedrà un alone opaco di precipitazione). Acetobacter Gluconobacter colonia batterica 2-3 giorni di incubazione alone di chiarificazione 5-6 giorni di incubazione alone di precipitazione 3 La fermentazione malolattica (o meglio, conversione malolattica) NON è una fermentazione nel senso metabolicamente corretto del termine 4 CENNI DI ANABOLISMO L'anabolismo comprende tutto l'insieme dei processi di sintesi o bioformazione delle molecole organiche (biomolecole) più complesse da quelle più semplici o dalle sostanze nutritive. Questi processi richiedono energia, al contrario del catabolismo Sebbene l'anabolismo e il catabolismo siano due processi contrari, funzionano in maniera coordinata ed interdipendente Le vie cataboliche forniscono gli intermedi biochimici utili all’anabolismo per operare la biosintesi delle macromolecole 5 I PRECURSORI BIOSINTETICI DEGLI AMMINOACIDI 6 SINTESI DELLE STRUTTURE CELLULARI A PARTIRE DA GLUCOSIO I precursori metabolici formati dalla glicolisi, dal ciclo dei TCA e dalle vie correlate entrano nelle vie biosintetiche che producono… …i monomeri o i mattoni di tutte le componenti cellulari. PROTOTROFIA e AUXOTROFIA INCAPACITA’ DI SINTETIZZARE UN ... Amminoacido ... una base azotata ... Ulteriori reazioni polimerizzano i monomeri per formare macromolecole… …che interagiscono per produrre le strutture che costituiscono la cellula batterica CAPACITÀ DI SINTETIZZARE... un amminoacido... una base azotata... FABBISOGNO COLTURALE, NUTRIZIONALE 7 LA BIOSINTESI DELLE BASI AZOTATE 8 Principi di genetica microbica 9 LE BASI AZOTATE Informazioni propedeutiche supplementari Nel DNA e nell’RNA le basi azotate sono sottoforma di NUCLEOTIDI NUCLEOSIDE 10 Informazioni propedeutiche supplementari Struttura e legami chimici tra le basi azotate eliche antiparallele 11 Informazioni propedeutiche supplementari La formazione del legame fosfo-di-estere Affinchè il legame fosfodiestere possa essere formato dall’enzima DNA polimerasi, sono indispensabili un ossidrile (-OH) libero in posizione 3’ e un nucleotide trifosfato (cioè in forma energizzata). La polimerizzazione del DNA (cioè la formazione di un filamento di DNA) avviene perciò in direzione 5’ → 3’ 12 I legami tra le basi azotate 13 Informazioni propedeutiche supplementari La replicazione del DNA LA Replicazione del DNA è SEMICONSERVATIVA 14 Informazioni propedeutiche supplementari La replicazione del DNA 15 Informazioni propedeutiche supplementari La replicazione del DNA: il meccanismo molecolare (1) I tetrameri della porteina DnaA si legano in corrispondeza dell’origine di replicazione (oriC) I filamenti della doppia elica si separano in corrispondenza di una vicina regione ricca in A e T 16 Informazioni propedeutiche supplementari La replicazione del DNA: il meccanismo molecolare (2) La proteina DnaB (elicasi), che forma un complesso con DnaC, si lega alla estremità dell’apertura. Questa reazione richiede la presenza della proteina DnaT e di ATP. DnaB contribuisce allo svolgimento della doppia elica con l’enzima girasi + girasi Le proteine che legano il DNA a singolo GRAM negativo filamento (SSB) avvolgono i filamenti e ne impediscono il riappaiamento, completando la formazione del complesso iniziale La regione legata a DnaA si svolge I filamenti esposti possono ora fare da stampo per la sintesi del DNA Informazioni propedeutiche supplementari 17 La replicazione del DNA: il meccanismo molecolare (3) L’enzima primasi e molte altre proteine si localizzano nella forca replicativa PRIMASI La primasi sintetizza un innesco (primer) ad RNA sia per il filamento guida che per il filamento copia Un complesso dimerico costituito dalla DNA polimerasi III si lega a ogni forca replicativa e replica i filamenti 18 Informazioni propedeutiche supplementari La replicazione del DNA: il meccanismo molecolare (4) 19 Informazioni propedeutiche supplementari LA RIPARAZIONE DEGLI ERRORI Non sempre avviene un corretto appaiamento A:T e C:G . La DNA polimerasi commette errori che devono essere RIPARATI. Il TASSO DI ERRORE in Escherichia coli è inferiore a 10-9 per paio di basi duplicate. Il basso tasso di errore è così basso a causa dell’attività di riparazione (Proofreading) della DNA polimerasi. Gli errori non corretti dall’attività Proofreading della DNA polimerasi possono essere corretti da altri sistemi enzimatici (MutS, MutH e MutL). 20 Informazioni propedeutiche supplementari LA TRASCRIZIONE N.B.: il fattore sigma è la subunità della RNApolimerasi in grado di riconoscere il PROMOTORE del gene che deve essere trascritto N.B.: l’ mRNA dei procarioti non viene modificato dopo la sua trascrizione N.B.: un gene che nella cellula è sempre espresso è detto gene costitutivo 21 Il dogma centrale della biologia DNA polimerasi REPLICAZIONE DNA → DNA La cellula può modulare quali geni, in uno specifico contesto, possono essere espressi (cioè trascritti) e quali invece no. Questo RNA polimerasi TRASCRIZIONE DNA → RNA processo si chiama REGOLAZIONE GENICA o REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE La regolazione genica permette alla cellula di Ribosomi TRADUZIONE RNA → Proteina modulare le sue capacità (variando il pool di enzimi disponibili), facendo fronte alle specifiche esigenze ambientali, che sono in costante ed inevitabile mutazione 22 LA REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE = regolazione dell'espressione genica In una cellula è necessario che i livelli di certi enzimi siano controllati (cioè, è necessario che un certo enzima sia presente nella giusta quantità quando serve) Il modo principale con cui una cellula riesce a garantire questa necessità è attraverso la regolazione della TRASCRIZIONE di un gene Solo una piccola parte dei circa 4000 geni che compongono un tipico genoma batterico (per es. quello di E. coli) è espressa allo stesso momento Alcuni prodotti genici è indispensabile che siano espressi costantemente (geni COSTITUTIVI) (per es. i geni che codificano per le proteine e l’RNA necessari alla sintesi proteica) Altri prodotti genici, invece, devono essere presenti in quantità molto minore e solo quando serve alla cellula (geni INDUCIBILI) (per es. i geni di risposta allo stress o i geni necessari per la metabolizzazione di un certo substrato) La regolazione dell’espressione genica è ciò che spiega il fenomeno della DIAUXIA Di seguito sono riportati alcuni esempi che descrivono le principali tipologie di regolazione genica nei batteri 23 LA REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE Regolazione NEGATIVA (es. 1) operatore geni Operone: insieme di geni che vengono regolati in modo strettamente coordinato Promotore genico: regione di DNA costituita da specifiche sequenze NON CODIFICANTI (dette consenso), alla quale si lega la RNA polimerasi per iniziare la trascrizione di un gene, o di più geni (operone) Operatore: Regione del DNA (generalmente posta tra un promotore e un gene) alla quale si lega una proteina repressore per impedire la trascrizione 24 La regolazione della trascrizione Regolazione NEGATIVA (es. 2) Presenza di triptofano Assenza di triptofano il gene regolatore produce un repressore inattivo, che non è in grado di legare l’operatore Il triptofano si lega al repressore La RNA polimerasi trascrive i geni dell’operone, che vengono tradotti in enzimi della via metabolica del triptofano. .. che è in grado di legarsi all’operatore .. la sintesi dei geni della via metabolica della sintesi del triptofano è bloccata 25 La regolazione della trascrizione Regolazione POSITIVA (es. del REGULONE MALTOSIO) Assenza di maltosio Presenza di maltosio N.B.: REGULONE = insieme di operoni regolati mediante un meccanismo comune 26 Informazioni propedeutiche supplementari LA SINTESI PROTEICA IL CODICE GENETICO è degenerato (cioè, un singolo aminoacido è codificato da più tripplette) 27 LA SINTESI PROTEICA Nelle cellule procariote la trascrizione e la traduzione di una specifica regione del cromosoma avvengono contemporaneamente 28 Informazioni propedeutiche supplementari Gli RNA Transfer (tRNA) ... 29 Informazioni propedeutiche supplementari … sono “caricati” dall’enzima aminoacil tRNA sintasi 30 Informazioni propedeutiche supplementari Il ribosoma e l’inizio della sintesi proteica 31 Informazioni propedeutiche supplementari Sintesi proteica: fase di allungamento 32 Informazioni propedeutiche supplementari Sintesi proteina: fase di terminazione 33 Informazioni propedeutiche supplementari Sintesi proteica: direzione di sintesi 34 Destino delle proteine di neosintesi in una cellula eucariota Nei procarioti e negli eucarioti le proteine di neosintesi possono subire le seguenti modificazioni POST-TRADUZIONALI 35 Vita La definizione biologica di vita è una questione che ha generato secoli di discussioni scientifiche e diatribe filosofiche che tuttora non hanno portato a una soluzione univoca In linea esemplificativa si possono definire vivi quegli enti fisici che dispongono di almeno le seguenti due proprietà: 1. la capacità di contrastare l'entropia mantenendo costante nel tempo la propria struttura fisica 2. la capacità di riprodurre un’entità simile a sé stessa Un'altra definizione può essere la seguente: "Gli esseri viventi sono caratterizzati dal seguente ciclo: nascita, crescita, riproduzione, morte". Oxford Dictionary Secondo il vocabolario Lo Zingarelli 2012 36 37 Un ulteriore problema nella definizione di VITA si è avuto alla scoperta dei virus, considerati come l'anello di congiunzione tra gli esseri animati e quelli inanimati, in quanto sono sia in grado di riprodursi (caratteristica principale dei viventi) che di ridursi alla forma cristallina, diventando così non-viventi. I virus Un virus è definito come materiale nucleico (DNA o RNA) organizzato in una struttura di rivestimento proteico. Il materiale nucleico del virus contiene l’informazione necessaria alla sua replicazione e moltiplicazione ma deve usare le attività sintetiche della cellula ospite 38 Capside: involucro proteico che contiene il materiale nucleico. Un capside è composto da monomeri proteici organizzati in strutture regolari ripetute detti capsomeri. Tutti i virus esistono in due stati: EXTRACELLULARE e INTRACELLULARE. Nel primo caso si parla comunemente di virioni o particelle virali. 39 La morfologia dei Virus è molto varia, ci sono virus icosaedrici, virus elicoidali, virus con envelope e virus complessi. Questo è un virus dei batteri, detto BATTERIOFAGO 40
© Copyright 2024 Paperzz
