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Regno Monera. Prof.ssa Elena Truffo Anno scolastico 2004/05. I procarioti. Sono di gran lunga i viventi più numerosi e diffusi sulla terra
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Regno Monera Prof.ssa Elena Truffo Anno scolastico 2004/05
I procarioti • Sono di gran lunga i viventi più numerosi e diffusi sulla terra • Vivono in ogni tipo di ambiente, anche in quelli più estremi (all’interno delle rocce, sotto il permafrost, nel fondo degli oceani, nei deserti, in sorgenti di acqua bollente, in soluzioni con pH 1-2, …) • Sono organismi unicellulari privi di organuli delimitati da membrane e provvisti di un singolo cromosoma che contiene tutto il loro DNA
La cellula procariote • E’ caratterizzata soprattutto dalla mancanza di organuli delimitati da membrane da ribosomi più piccoli, da flagelli diversi. Le reazioni biochimiche avvengono su pieghe del plasmalemma. Il DNA si trova in una struttura a forma di anello (nucleoide) o anche in frammenti più piccoli (plasmidi). La parete cellulare negli eubatteri è costituita in genere da peptidoglicani (polimeri di carboidrati con corte catene di aminoacidi) associati a proteine e altre sostanze mentre mancano negli archeobatteri. Quasi sempre la parete è avvolta da un rivestimento di polisaccaridi o proteine (capsula o glicocalice), che dà protezione alla cellula e la fa aderire al substrato. Ha in genere dimensioni dell’ordine di pochi micron (mm). I batteri possono formare cellule quiescenti di resistenza, con pareti ispessite (endospore), che possono resistere alla bollitura e restare dormienti per millenni.
Metabolismo • Batteri aerobi: utilizzano ossigeno libero come accettore di elettroni nella respirazione. • Batteri anaerobi: non necessitano della presenza di ossigeno. Svolgono la fermentazione. Possono essere anaerobi obbligati (che vengono uccisi dall'ossigeno) o facoltativi. • Batteri eterotrofi: incapaci di sintetizzare zuccheri a partire dalla CO2 Comprendono batteri in massima parte saprofiti (decompositori), ma anche parassiti (compresi i patogeni) e simbionti. • Batteri autotrofi fotosintetici: utilizzano energia luminosa per ridurre la CO2 a carboidrati. Comprendono batteri che usano H2O come fonte di elettroni e producono O2 e batteri sulfurei e verdi che usano in genere H2S come fonte di elettroni e producono S. • Batteri autotrofi chemiosintetici: utilizzano l’energia derivante dall’ossidazione di composti inorganici per ridurre la CO2. Comprendono i batteri nitrosanti e nitrificanti, che mineralizzano l’N della sostanza organica decomposta, ossidandolo da NH4+ a nitrito (NO2-) e nitrato (NO3-). Comprendono anche ferro-batteri che ossidano ferro, solfo-batteri che ossidano S, idrogeno-batteri che ossidano H, e altri (chemiosintetici che ossidano rame, molibdeno, arsenico, ecc.). • Batteri azotofissatori: fissano l’N2 atmosferico. Azotofissatori si trovano nei più diversi gruppi di microrganismi: batteri liberi nel substrato (sia aerobi che anaerobi) e batteri simbionti (noduli radicali di piante leguminose simbionti con varie spp. di Rhizobium; simbiosi nelle radici di Alnus).
Riproduzione • Le cellule batteriche si moltiplicano per scissione binaria: il materiale genetico si duplica e si distribuisce ai due poli della cellula batterica, la quale si allunga e alla fine si divide in due cellule figlie identiche alla cellula madre. Alcuni batteri si riproducono ogni 20-40 minuti.
Ricombinazione genetica • I batteri possono scambiare geni mediante: • coniugazione: i plasmidi possono essere trasferiti da un batterio a un altro attraverso un contatto tra due cellule. • trasduzione: il DNA viene trasferito dai virus batterici o batteriofagi • trasformazione: il DNA viene inglobato nella cellula batterica direttamente dall'ambiente esterno.
Batteri e malattie • Sono note circa 200 specie di batteri patogeni, responsabili di numerose malattie dell'uomo. Il grado di patogenicità può variare a seconda della virulenza della specie batterica e delle condizioni generali dell'organismo ospite. Fra le malattie batteriche più gravi vi sono colera, tetano, gangrena gassosa,lebbra, peste, dissenteria, tubercolosi, sifilide,febbre tifoide, difterite,brucellosi e polmonite. • Alcuni batteri causano malattie producendo sostanze velenose dette tossine
Tossine • Le esotossine sono costituite da proteine prodotte dai batteri gram + e secrete nell’ambiente circostante. Ad es. il tetano è una malattia causata da una esotossina • Le endotossine sono costituite da lipidi e carboidrati associati alla parte esterna della membrana dei batteri gram – e non sono rilasciate finchè il batterio muore. Causano febbre, debolezza, dolori,…
Deterioramento dei cibi • Alcuni batteri sono responsabili del deterioramento di cibi come la carne, il vino, la verdura, il latte e i latticini. L'azione di questi microrganismi produce un'alterazione delle caratteristiche chimiche dell'alimento, il quale in alcuni casi presenta semplicemente una variazione di aspetto o di gusto, mentre in altri casi può causare gravi forme di avvelenamento alimentare, come ad es. nel botulismo
Batteri utili • Alcuni batteri svolgono ruoli importanti in numerosi processi industriali, come nella fermentazione necessaria alla produzione di formaggi e yogurt. I batteri sono, inoltre, utilizzati per la concia delle pelli, l'insilamento del foraggio, la produzione di tabacco, fibre tessili, farmaci, enzimi e detergenti
Antibiotici • Diversi microrganismi, tra cui alcune specie di funghi e batteri, producono sostanze chimiche in grado di interferire con i processi vitali di determinati ceppi batterici. Queste sostanze, che comprendono la pennicillina e la streptomicina, sono chiamate antibiotici e possono uccidere i batteri o impedire loro di crescere e di riprodursi.
La sistematica • Vengono suddivisi in due domini: • Archeobatteri • Eubatteri
Archeobatteri • Sono i più antichi organismi viventi sulla terra. • Vivono in condizioni estreme • Si dividono in 3 phyla: • Metanobatteri (producono energia convertendo H2 e CO2 in metano) • Alofili (vivono in luoghi con un alto contenuto di sali) • Termoacidofili (vivono in luoghi con temperature elevate e con pH inferiore a 2)
Eubatteri • Sono più complessi e comuni degli archeobatteri • Si dividono nei seguenti phyla: • Cianobatteri (sono fotosintetici) • Spirochete (sono gram -, a forma di spirale e eterotrofi. Una specie causa la sifilide) • Batteri gram + (comprendono batteri utili come i lattobacilli e altri che causano malattie come la scarlattina) • Proteobatteri (comprendono gli azotofissatori, i batteri enterici e i chemioautotrofi) • Chlamidie
Proteobatteri Chlamidie Spirochete Gram Positivi Cianobatteri Ai domini archaea ed eucarya Antenato comune
Classificazione • Gli eubatteri possono essere classificati in base: • Alla forma • Ai raggruppamenti • Alla respirazione • Alla colorazione gram
… in base alla forma e al raggruppamento • Cocchi di forma sferica • Bacilli con forma a bastoncino • Spirilli con forma ondulata • Diplo se raggruppati in due • Strepto se formano una catena • Stafilo se formano una colonia
… in base alla colorazione gram • Tecnica • Cellule su un vetrino sono colorate con un colorante viola (cristalvioletto) • Le cellule sono lavate con acqua • Una soluzione di ioduro è applicata sulle cellule • Il vetrino è lavato con alcol • Infine le cellule sono ricolorate con un colorante rosa (safranina) Risultati • Gram + appaiono viola perché hanno trattenuto il cristalvioletto • Gram – appaiono rosa perché hanno trattenuto il colorante rosa La colorazione dipende dalla struttura della parete cellulare
I batteri gram positivi hanno uno strato di peptidi spesso che trattiene il cristalvioletto, i gram negativi hanno uno strato di peptidi sottile
… in base alla respirazione • Batteri aerobi: utilizzano ossigeno libero come accettore di elettroni nella respirazione. • Batteri anaerobi: non necessitano della presenza di ossigeno. Svolgono la fermentazione. Possono essere anaerobi obbligati (che vengono uccisi dall'ossigeno) o facoltativi.
Evoluzione • Si ritiene che i primi viventi apparsi sulla terra, circa 3.5 miliardi di anni fa o anche più, fossero del tipo degli attuali procarioti. I primi organismi fotosintetici, simili agli attuali cianobatteri, sarebbero apparsi in seguito, probabilmente tra 2 e 3.4 miliardi di anni fa. A loro si deve la massiccia produzione di ossigeno che portò alla trasformazione della primitiva atmosfera riducente in atmosfera ossidante in grado di ospitare la vita degli organismi eucarioti aerobi, che necessitano di ossigeno per la respirazione. Conseguenza dell’abbondanza di O2 nell’atmosfera fu anche la formazione dello strato di ozono che schermando le letali radiazioni UV consentì l’emersione dei viventi dall’acqua.
Dai procarioti agli eucarioti • Gli eucarioti sono apparsi circa 1,8 miliardi di anni fa. Queste prime cellule si sono evolute da cellule procariote dopo che la membrana plasmatica si è ripiegata e ha formato organuli delimitati da membrana. Cloroplasti e mitocondri probabilmente si sono evoluti da procarioti fotoautotrofi e chemioautotrofi inglobati dalle prime cellule eucariote (teoria dell’endosimbiosi)
