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ENERGIA: FORME UTILIZZATE DALLE CELLULE

- CHIMICA (ENERGIA METABOLICA): ATPATP ADP + Pi + Energiache viene utilizzata per "far andare avanti" reazioni chimiche che "vorrebbero andare indietro"

- "ELETTRICA" (POTERE RIDUCENTE): NADPHNADPH fornisce elettroni in:- reazioni chimiche che richiedono

elettroni (reazioni di "riduzione")

- in altri processi (alcuni di questi portano alla produzione di ATP)

NEI PROCESSI ANABOLICIENERGIA: FONTI DI APPROVVIGIONAMENTO

LUMINOSA:

FOTOTROFI: batteri, (archea), alghe, piante

CHIMICA:

CHEMIOTROFI

-da composti chimici inorganici: CHEMIOLITOTROFI:batteri, archea

-da composti chimici organici:CHEMIORGANOTROFIbatteri, archea, eucarioti

ENERGIA: PRINCIPALI TRASFORMAZIONI ENERGETICHE NEL MONDO BIOLOGICO

LUCECOMPOSTI

CHIMICI INORGANICI

ATP E NADPH

COMPOSTI CHIMICI

ORGANICI

BIOSINTESI(ANABO-LISMO)

"TRASPORTI MOLECO-

LARI"ECCETERA...

DIVERSI MODI DI PRODURRE ENERGIA E POTERE RIDUCENTE

A PARTIRE DA FONTI ENERGETICHE DIVERSE

CHIMICHE: ORGANICHEINORGANICHE

FISICHE: LUCE

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METABOLISMO CHEMIO-ORGANO-TROFO(METABOLISMO CHEMIOETEROTROFO)

(METABOLISMO ETEROTROFO)

SOSTANZE ORGANICHE (es.: GLUCOSIO) ASSUNTE DALL'AMBIENTE

VENGONO ELABORATE E UTILIZZATE DALLA CELLULA

(METABOLISMO)

SIA PER PRODURRE ENERGIA

(CATABOLISMO)

SIA COME MATERIALE DI PARTENZA PER LA

COSTRUZIONE DI TUTTE LE NUOVE MOLECOLE

ORGANICHE(ANABOLISMO)

METABOLISMO CHEMIO-INORGANO-TROFO(METABOLISMO CHEMIOLITOTROFO)

(METABOLISMO LITOTROFO)L'ENERGIA METABOLICA VIENE OTTENUTA DA REAZIONI

CHIMICHE TRA SOSTANZE INORGANICHE (es.: ossidazione di HS, S, NH4 …)

FISSAZIONE DELLA CO2 ALTRI PROCESSI CELLULARI

GLUCOSIO

METABOLISMO FOTO-TROFO

L'ENERGIA METABOLICA VIENE OTTENUTA CATTURANDO ENERGIA LUMINOSA

FISSAZIONE DELLA CO2ALTRI PROCESSI

CELLULARI

GLUCOSIO

Riassumendo:

GLI ORGANISMI VENGONO SPESSO CLASSIFICATI IN BASE ALLE MODALITA' CON CUI:

- ACQUISISCONO IL CARBONIO DI CUI NECESSITANO

- SI PROCURANO L'ENERGIANECESSARIA PER I PROCESSI CELLULARI

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FOTO - TROFI

AUTO - TROFI

ETERO - TROFI

CHEMIO INORGANO - TROFI

AUTO - TROFI(CHEMIOLITOTROFI)

ETERO - TROFI

CHEMIO ORGANO - TROFI

ETERO – TROFI(ETEROTROFI)

ENERGIA CARBONIO La cellula procariote (Bacteria e Archaea) Morfologia generale

Composizione chimica elementaremolecolare macromolecolare

Le strutture cellulari e le loro funzioni – parte 1

L’involucro: La membrana citoplasmaticaLa parete:- Batteri Gram positivi- Batteri Gram negativi- ArchaeaLa capsula

Appendici esterne:Flagelli, Pili, Fimbrie

QUESTA LEZIONE

CEL

L ULA

PR

OC

AR

IOTE

Struttura e composizione molto simile a quella delle cellule eucarioti:

Doppio strato lipidico (fosfolipidi) Proteine

Membrana citoplasmatica: un mosaico fluido.

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Il doppio strato lipidico

Singleton BBM

I fosfolipidi dei batteri

Altri lipidi di membrana

Le membrane dei Batteri non contengono steroli, però contengono opanoidi

Le membrane degli Eucarioti contengono anche steroli (rendono la membrana più rigida)

struttura base degli steroli colesterolo opanoide

Membrane degli Archaea

I lipidi di membrana degli Archaea hanno una composizione molto particolare

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Fosfolipidi nelle membrane degli Archaea

Bacteria

Archaea

- Chiralità del glicerolo- Legame catena alifatica-glicerolo- Catena alifatica

a

bc

bc

a

d

d

isoprene

Brock BM

Lipidi di membrana negli Archei

eteri tra due catene isoprenoidi e un glicerolo: di-eteri

oppure

eteri tra due catene isoprenoidi e due gliceroli: tetra-eteri

Brock BM

Strutture delle membrane negli Archaea

Monostrato con tetra-eteri (una catene isoprenoide più lunga e due molecole di glicerolo)

Doppio foglietto con di-eteri(due catene isoprenoidi e una molecola di glicerolo) • Isola dall’ambiente extracellulare (barriera di

permeabilità)• Mette in contatto e controlla gli scambi con

l’ambiente cellulare (permeabilità, trasporti passivi e attivi)

Funzioni della membrana citoplasmatica

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• Percepisce le variazioni ambientali e trasmette segnali ai sistemi metabolici, chemiotattici e genetici

• Secerne prodotti extracellulari ed è la sede della biosintesi di costituenti delle strutture extracitoplasmatiche

Funzioni della membrana citoplasmatica

• Accumula energia chimica, elettrica e osmotica (forza protonmotrice)

• Trasforma energia elettrica, chimica o luminosa in forza protonmotrice (Respirazione, Fotosintesi)

• Trasforma la forza protonmotrice in energia chimica (ATP), cinetica (flagelli), …

Funzioni della membrana citoplasmatica

Sulla membrana plasmatica dei procarioti avvengono i processi di produzione e trasformazione dell'energia energia chimica

POTERE RIDUCENTE

[NAD(P)H]

CATENA DI TRASPORTO DI

ELETTRONI

OSSIGENO O ALTRI

COMPOSTI INORGANICI O

ORGANICI “ACCETTANO”

GLI ELETTRONI

e-

POTENZIALE CHEMIO-

OSMOTICO DI MEMBRANA

ATP

negli eucariotiquesti processi avvengono sullemembrane internedei mitocondri

Sulla membrana dei procarioti avvengono i processi di cattura e

trasformazione dell'energia luminosa in

energia chimica POTERE RIDUCENTE

[NAD(P)H]

CATENA DI TRASPORTO DI

ELETTRONI

OSSIGENO

H2O

e-ENERGIA LUMINOSA

(O ALTRO)

POTENZIALE CHEMIO-

OSMOTICO DI MEMBRANA

ATP

negli eucariotiquesti processi avvengono sulle membrane interne dei cloroplasti (tilacoidi)

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Brock BM

Alcuni meccanismi di trasporto attraverso la membrana Agenti antibatterici che agiscono sulla membrana

•Detergenti, solventi organici

•Alcuni antibiotici che danneggiano la membrana (polimixine)

•Alcuni antibiotici che interferiscono con biosintesi che avvengono nella membrana

•Composti “ionofori”

RIVESTIMENTI ESTERNI ALLA MEMBRANA

PARETE : presente in quasi tutti i batteri. Ne esistono due tipi principali, caratteristici dei due grandi suddivisioni dei Bacteria:- Gram negativi- Gram positivi

CAPSULA: - composta da polisaccaridi.Non sempre presente.

...STRATI "S":- rivestimenti proteici,

struttura quasi-cristallina.

LA PARETE CELLULARE DEI BATTERI

DUE STRUTTURE DI BASE DIVIDONO IBACTERIA IN DUE GRUPPI

Gram negativi Gram positivi

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La parete dei Gram- e dei Gram+

Brock BM

Il lisozima digerisce la parete di peptidoglicano

Neidhardt PBC

N-acetil-glucosamminaN-acetil-muramicoTetrapeptidePonti interpeptidici

Uno strato di mureina:filamenti di peptidoglicanolegati tramite le catene peptidiche laterali

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Legami interpeptidici

non hanno peptidoglicano.

Alcuni hanno una molecola che ha qualche somiglianza (pseudo peptidoglicano)

Altri hanno pareti fatte di proteine e/o altri polimeri.

Gli Archaea

Mureina e pseudomureina

Acido teicoico

Nella parete dei Gram positivi vi sono altri polimeri importanti: Acidi teicoici

Acidi teicuroniciPolisaccaridi

che rafforzano la parete, conferiscono proprietà chimico-fisicheparticolari alla cellula, e costituiscono antigeni di superficie specifici

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L’involucro dei Gram positivi

Brock BM

L’involucro dei batteri Gram negativi

Il LipoPoliSaccaride (LPS)

Il lipopolisaccaride è genericamente tossico (pirogeno). Il lipide A è la componente tossica. Viene detto ENDOTOSSINA.

Le ESOTOSSINE, invece, sono PROTEINE secrete da batteri (sia Gram+

che Gram-), con attività tossica specifica (neurotossica, enterotossica, etc.)Neidhardt PBC

La membrana esterna dei batteri Gram negativi

costituisce un'efficiente barriera di permeabilità

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Antibiotici inibitori della sintesi della parete batterica

β-lattamici: penicilline, cefalosporine

Inibiscono la biosintesi del peptidoglicano.

Sono molto efficaci contro i Gram positivi

Un po’ meno contro i Gram negativi (problemi di ingresso)

Per nulla contro Archei (ed eucarioti)

Capsula polisaccaridica

Flagelli

Pili e Fimbrie

Altre strutture dell’involucro batterico

Strutture esterne Funzioni

Flagelli Motilità

Pili Motilità, adesività, contatto, trasferimento di DNA o proteine

Fimbrie Motilità, adesività, invasione

Capsula Resistenza, difesa, invasione