In questa lezione: Didattica Introduzione alla Biologia della Cellula. Introduzione alla Biologia della Cellula parte II

Transcript

1 COPIA DELLE DIAPOSITIVE IN FORMATO PDF è disponibile al sito seguendo il percorso: Didattica Introduzione alla Biologia della Cellula Al momento il sito contiene in parte materiale dell'anno scorso che sarà poi sostituito con quello aggiornato E' POSSIBILE ACCEDERE A INTERNET DALL'AULA DI CALCOLO (VIA CELORIA 26, CORPO D, AULA 1) Bibliografia Cap. 1. Classification and phylogeny Cap. 2. The Structure of Procaryotes (Structure and Function) Cap. 3. Nutrition and Growth of Bacteria Polsinelli, M., M. De Felice, A. Galizzi, E. Galli, G. Mastromei, P. Mazza, G. Viale: Microbiologia. Bollati Boringhieri, Torino, 1993, Nuova edizione. Cap. 1, 2 (La cellula dei procarioti), 3, 7, 12 (I virus) Brock, T.D., Madigan, M.T., Martinko, J.M., and Parker, J.: MICROBIOLOGIA. Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2003 (10 ed. inglese). Cap. 1, 2, 4, 6, 9 (I virus). Perry, J. J., Staley, J. T., Lory, S.: MICROBIOLOGIA. Zanichelli, Bologna, Cap. 1-6 Introduzione alla Biologia della Cellula parte II A- LA CELLULA PROCARIOTE (BATTERI E ARCHEA) B- CRESCITA E RIPRODUZIONE CELLULARE IN PROCARIOTI ED EUCARIOTI DIVISIONE BINARIA (PROCARIOTI) CICLO CELLULARE (EUCARIOTI) MITOSI RIPRODUZIONE SESSUALE E MEIOSI In questa lezione: Esaminiamo brevemente - come è iniziato lo studio dei microrganismi - le conseguenze teoriche e pratiche più rilevanti che ne sono derivate Introduciamo la nozione di: - organismi unicellulari (o microrganismi) - procarioti - batteri - archei

2 Solo un esempio ( ultimo in ordine di tempo) dell importanza dei microrganismi LA MICROBIOLOGIA SI OCCUPA DI ORGANISMI MICROSCOPICI PROCARIOTI EUCARIOTI MA ANCHE DI VIRUS Premio Nobel assegnato a Berry Marshall e a J. Robin Warren nel CAPIRE IL FENOMENO DELLA VITA - USARE I MICRORGANISMI A PROPRIO VANTAGGIO - DIFENDERSI DAI MICRORGANISMI DANNOSI - CAPIRE I RAPPORTI TRA ORGANISMI E TRA MONDO VIVENTE E NON VIVENTE -. I CONTRIBUTI DELLA MICROBIOLOGIA (in ordine di comparsa) I microbi: nemici o amici? I microrganismi sono responsabili di gran parte della produzione di O 2 sulla terra Come simbionti di eucarioti superiori (piante, animali) ne garantiscono la sopravvivenza tramite produzione di vitamine e fattori di crescita Degradano sostanze inquinanti complesse Ma.. I microrganismi patogeni sono tuttora la prima causa di morte per l umanità

3 Le epidemie hanno marcato in maniera indelebile la storia e la cultura umana Il medico della peste Sec. XIV-XVI La peste in tempi più recenti LA MICROBIOLOGIA CONSAPEVOLE NASCE DOPO L INVENZIONE DEL MICROSCOPIO OTTICO I MICRORGANISMI: NON SONO VISIBILI AD OCCHIO NUDO SONO NUMEROSISSIMI (COME NUMERO DI INDIVIDUI) SONO NUMEROSISSIMI (COME NUMERO DI SPECIE) STANNO PRATICAMENTE OVUNQUE L importanza della microbiologia come scienza viene dal riconoscimento del ruolo dei microrganismi come agenti patogeni e nel campo delle fermentazioni (trasformazioni di substrati biologici) I batteri (microrganismi) ne sono la causa o l effetto? Antony van Leeuwenhoek ( )

4 Il concetto di igiene: un punto cruciale per lo sviluppo della microbiologia moderna Semmelweiss a Vienna e Lister in GB arrivano in maniera indipendente alle medesime conclusioni: il mantenimento di alti standard di igiene è una condizione necessaria per i pazienti in un contesto ospedaliero Il caso della clinica della morte : la febbre puerperale nella Vienna dell 800 Il reparto di ostetricia della clinica universitaria di Vienna ha un alto tasso di mortalità tra le puerpere (a tratti >30%) Molto più alta che non i casi riscontrati nei parti in presenza di levatrici Semmelweiss arriva a mettere in relazione l alta % di morti con la mancanza di disinfezione delle mani dei medici. In GB, Lister impone la sterilizzazione con soluzioni clorurate per i medici come routine Il contrasto tra chi asserisce che i batteri sono la causa delle malattie e delle fermentazioni e chi pensa che ne siano l effetto raggiunge il suo culmine alla fine dell 800..

5 LA TEORIA DELLA GENERAZIONE SPONTANEA DELLE FORME VIVENTI VIENE SMANTELLATA LAZZARO SPALLANZANI ( ) LA TEORIA DELLA GENERAZIONE SPONTANEA DELLE FORME VIVENTI VIENE SMANTELLATA LOUIS PASTEUR ( )

6 LE FERMENTAZIONI SONO OPERA DI MICRORGANISMI MALATTIE DI ANIMALI E UOMINI POSSONO ESSERE CAUSATE DA MICRORGANISMI (vedi Koch) MICRORGANISMI ATTENUATI POSSONO ESSERE USATI PER VACCINARE Louis Pasteur ( ) I POSTULATI DI KOCH (1881) Bacillus anthracis Un microrganismo, il Bacillus anthracis, è l agente eziologico del carbonchio Robert Koch ( ) Premio Nobel per la Medicina (1905) 1. L agente causale deve essere presente in tutti i casi della malattia di cui è ritenuto responsabile, e deve essere assente negli individui sani. 2. L agente causale deve essere isolato dall individuo affetto e, posto in coltura, deve dare origine a una popolazione cellulare omogenea. 3. L inoculo di una coltura pura dell agente causale in individui sani deve dar luogo alla comparsa della malattia di cui è ritenuto responsabile. 4. L agente causale può essere reisolato dall organismo infettato sperimentalmente.

7 Sergei Winogradsky Martinus Beijerinck MICRORGANISMI E AMBIENTE COMUNITA DI MICRORGANISMI INTERAZIONI MICRORGANISMI E ALTRI ORGANISMI CICLI BIOGEOCHIMICI L ERA MOLECOLARE George Beadle e Edward Tatum: genetica del fungo Neurospora crassa. Teoria: un gene-un enzima Salvador Luria Max Delbruck: mutanti batterici. Genetica e darwinismo entrano nel mondo dei batteri Oswald Avery, Colin MacLeod, e Maclyn McCarty: un batterio viene trasformato con DNA puro. Nasce la Biologia Molecolare Stanley Cohen e Herbert Boyer: viene costruita in vitro una molecola di DNA che capace di funzionare se reintrodotta in un battterio. Nasce l ingegneria genetica. CELLULA EUCARIOTE ANIMALE CELLULA EUCARIOTE VEGETALE

8 CELLULA PROCARIOTE CELLULA EUCARIOTE e PROCARIOTE SIA Organismi eucarioti: pluricellulari e unicellulari ORGANISMI PLURICELLULARI ANIMALI PIANTE. SIA ORGANISMI UNICELLULARI PROTOZOI *FUNGHI *ALGHE *MUFFE *LIEVITI. SONO COSTITUITI DA CELLULE EUCARIOTI ORGANISMI PROCARIOTI BATTERI (Bacteria) ARCHEI (Archaea) Per lo più unicellulari, ma non mancano notevoli esempi di procarioti che vivono in associazioni pluricellulari Spesso il termine batteri è usato (impropriamente) per indicare procarioti, sia Bacteria che Archaea

9 ALCUNE CLASSIFICAZIONI "GLOBALI" DEGLI ORGANISMI VIVENTI Eukarya EUCARIOTI Eukarya Archaea PROCARIOTI "Bacteria", Batteri Bacteria Il raggruppamento in Eukarya, Archaea, Bacteria HA LA PRETESA DI RAPPRESENTARE UNA CLASSIFICAZIONE NATURALE PLURICELLULARI E UNICELLULARI (Protista, microrganismi eucarioti) UNICELLULARI (Monera, microrganismi procarioti) (E ANCHE PLURICELLULARI) E DI INDICARE LE RELAZIONI FILOGENETICHE DEI TRE GRUPPI 0 tempo(gy) Gli organismi viventi differiscono tra loro. Omnis cellula e cellula, omne vivum e vivo: ogni organismo vivente deriva da un altro (o due altri) organismi. Gli organismi attuali differiscono da quelli che esistevano tempo fa. Gli organismi attuali derivano da organismi diversi da quelli che conosciamo. E possibile ricostruire una filogenesi. 0 tempo(gy) Gli organismi viventi differiscono tra loro. Omnis cellula e cellula, omne vivum e vivo: ogni organismo vivente deriva da un altro (o due altri) organismi. Gli organismi attuali differiscono da quelli che esistevano tempo fa. Gli organismi attuali derivano da organismi diversi da quelli che conosciamo. E possibile ricostruire una filogenesi LUCA Last Universal Common Ancestor L unitarietà del mondo vivente fa ritenere che tutti gli organismi attuali derivino da un progenitore comune.

10 ORGANISMI VIVENTI EUCARIOTI PROCARIOTI Albero filogenetico universale PLURICELLULARI EUKARYA UNICELLULARI ARCHAEA BACTERIA UNICELLULARI CELLULE EU- CARIOTE CELLULE PRO- CARIOTE Le DIFFERENZE riguardano : Nucleo (membrana nucleare, cromosomi ) Altri organelli delimitati da membrana: Mitocondrio, Cloroplasto, Apparato di Golgi, Reticolo endoplasmatico... Meccanismi di divisione cellulare Parete cellulare Membrana cellulare Apparato per la replicazione del DNA Apparato per la trascrizione Apparato per la traduzione (ribosomi ). Procarioti ed Eucarioti condividono le proprietà fondamentali Strutturali Biochimiche - Funzionali degli organismi viventi mutazione RIPRODUZIONE IDENTITÀ ("SELF") metabolismo selezione Differenziamento Comunicazione Motilità mutazione e selezione EVOLUZIONE

11 Bacteria (versus Archaea) Gruppo più numeroso Includono i procarioti più importanti dal punti di vista medico (Relativamente) poche specie vivono in ambienti estremi Nessuna specie nota produce metano Includono tutte le specie procarioti note che fanno fotosintesi (Cianobatteri, batteri verdi, alcuni gruppi di batteri rossi ) Importanti dettagli molecolari (composizione della membrana citoplasmatica e della parete, apparato trascrizionale e traduzionale)