ENERGIA: FORME UTILIZZATE DALLE CELLULE

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1 ENERGIA: FORME UTILIZZATE DALLE CELLULE NEI PROCESSI ANABOLICI - CHIMICA (ENERGIA METABOLICA): ATP ATP ADP + Pi + Energia che viene utilizzata per "far andare avanti" reazioni chimiche che "vorrebbero andare indietro" - "ELETTRICA" (POTERE RIDUCENTE): NADPH NADPH fornisce elettroni in: - reazioni chimiche che richiedono elettroni (reazioni di "riduzione") - in altri processi (alcuni di questi portano alla produzione di ATP) ENERGIA: FONTI DI APPROVVIGIONAMENTO LUMINOSA: FOTOTROFI: batteri, (archea), alghe, piante CHIMICA: CHEMIOTROFI -da composti chimici inorganici: CHEMIOLITOTROFI: batteri, archea -da composti chimici organici: CHEMIORGANOTROFI batteri, archea, eucarioti ENERGIA: PRINCIPALI TRASFORMAZIONI ENERGETICHE NEL MONDO BIOLOGICO LUCE COMPOSTI CHIMICI INORGANICI ATP E NADPH COMPOSTI CHIMICI ORGANICI DIVERSI MODI DI PRODURRE ENERGIA E POTERE RIDUCENTE A PARTIRE DA FONTI ENERGETICHE DIVERSE CHIMICHE: ORGANICHE INORGANICHE FISICHE: LUCE BIOSINTESI (ANABO- LISMO) "TRASPORTI MOLECO- LARI" ECCETERA...

2 METABOLISMO CHEMIO-ORGANO-TROFO (METABOLISMO CHEMIOETEROTROFO) (METABOLISMO ETEROTROFO) SOSTANZE ORGANICHE (es.: GLUCOSIO) ASSUNTE DALL'AMBIENTE VENGONO ELABORATE E UTILIZZATE DALLA CELLULA (METABOLISMO) METABOLISMO CHEMIO-INORGANO-TROFO (METABOLISMO CHEMIOLITOTROFO) (METABOLISMO LITOTROFO) L'ENERGIA METABOLICA VIENE OTTENUTA DA REAZIONI CHIMICHE TRA SOSTANZE INORGANICHE (es.: ossidazione di HS, S, NH 4 ) SIA PER PRODURRE ENERGIA (CATABOLISMO) SIA COME MATERIALE DI PARTENZA PER LA COSTRUZIONE DI TUTTE LE NUOVE MOLECOLE ORGANICHE (ANABOLISMO) FISSAZIONE DELLA CO 2 ALTRI PROCESSI CELLULARI GLUCOSIO METABOLISMO FOTO-TROFO L'ENERGIA METABOLICA VIENE OTTENUTA CATTURANDO ENERGIA LUMINOSA FISSAZIONE DELLA CO 2 ALTRI PROCESSI CELLULARI Riassumendo: GLI ORGANISMI VENGONO SPESSO CLASSIFICATI IN BASE ALLE MODALITA' CON CUI: - ACQUISISCONO IL CARBONIO DI CUI NECESSITANO - SI PROCURANO L'ENERGIA NECESSARIA PER I PROCESSI CELLULARI GLUCOSIO

3 ENERGIA CARBONIO La cellula procariote (Bacteria e Archaea) FOTO - TROFI Morfologia generale Composizione chimica elementare AUTO - TROFI molecolare ETERO - TROFI CHEMIO INORGANO - TROFI AUTO - TROFI (CHEMIOLITOTROFI) ETERO - TROFI macromolecolare Le strutture cellulari e le loro funzioni parte 1 L involucro: La membrana citoplasmatica La parete: - Batteri Gram positivi - Batteri Gram negativi - Archaea CHEMIO ORGANO - TROFI La capsula ETERO TROFI Appendici esterne: (ETEROTROFI) Flagelli, Pili, Fimbrie QUESTA LEZIONE Membrana citoplasmatica: un mosaico fluido. CELLULA PROCARIOTE Struttura e composizione molto simile a quella delle cellule eucarioti: Doppio strato lipidico (fosfolipidi) Proteine

4 Il doppio strato lipidico I fosfolipidi dei batteri Singleton BBM Altri lipidi di membrana Le membrane degli Eucarioti contengono anche steroli (rendono la membrana più rigida) Le membrane dei Batteri non contengono steroli, però contengono opanoidi Membrane degli Archaea struttura base degli steroli colesterolo opanoide I lipidi di membrana degli Archaea hanno una composizione molto particolare

5 Fosfolipidi nelle membrane degli Archaea - Chiralità del glicerolo - Legame catena alifatica-glicerolo - Catena alifatica Archaea isoprene 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 a c c d d b b a Bacteria Brock BM Strutture delle membrane negli Archaea Funzioni della membrana citoplasmatica Doppio foglietto con di-eteri (due catene isoprenoidi e una molecola di glicerolo) Monostrato con tetra-eteri (una catene isoprenoide più lunga e due molecole 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) Brock BM

6 Funzioni della membrana citoplasmatica Funzioni della membrana citoplasmatica 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 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), Sulla membrana plasmatica dei procarioti avvengono i processi di produzione e trasformazione dell'energia energia chimica e - POTERE RIDUCENTE Sulla membrana dei procarioti avvengono i processi di cattura e trasformazione dell'energia luminosa in energia chimica ENERGIA LUMINOSA H 2 O (O ALTRO) e - POTERE RIDUCENTE OSSIGENO [NAD(P)H] [NAD(P)H] negli eucarioti questi processi avvengono sulle membrane interne dei mitocondri CATENA DI TRASPORTO DI ELETTRONI POTENZIALE CHEMIO- OSMOTICO DI MEMBRANA OSSIGENO O ALTRI COMPOSTI INORGANICI O ORGANICI ACCETTANO GLI ELETTRONI negli eucarioti questi processi avvengono sulle membrane interne dei cloroplasti (tilacoidi) CATENA DI TRASPORTO DI ELETTRONI POTENZIALE CHEMIO- OSMOTICO DI MEMBRANA ATP ATP

7 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 Brock BM RIVESTIMENTI ESTERNI ALLA MEMBRANA PARETE : CAPSULA: presente in quasi tutti i batteri. Ne esistono due tipi principali, caratteristici dei due grandi suddivisioni dei Bacteria: -Gram negativi -Gram positivi - composta da polisaccaridi. Non sempre presente.... STRATI "S":- rivestimenti proteici, struttura quasi-cristallina. LA PARETE CELLULARE DEI BATTERI DUE STRUTTURE DI BASE DIVIDONO I BACTERIA IN DUE GRUPPI Gram negativi Gram positivi

8 La parete dei Gram - e dei Gram + Il lisozima digerisce la parete di peptidoglicano Brock BM N-acetil-glucosammina N-acetil-muramico Tetrapeptide Ponti interpeptidici Uno strato di mureina: filamenti di peptidoglicano legati tramite le catene peptidiche laterali Neidhardt PBC

9 Legami interpeptidici Gli Archaea non hanno peptidoglicano. Alcuni hanno una molecola che ha qualche somiglianza (pseudo peptidoglicano) Altri hanno pareti fatte di proteine e/o altri polimeri. Mureina e pseudomureina Nella parete dei Gram positivi vi sono altri polimeri importanti: Acidi teicoici Acidi teicuronici Polisaccaridi che rafforzano la parete, conferiscono proprietà chimico-fisiche particolari alla cellula, e costituiscono antigeni di superficie specifici Acido teicoico

10 L involucro dei Gram positivi L involucro dei batteri Gram negativi Brock BM Il LipoPoliSaccaride (LPS) La membrana esterna dei batteri Gram negativi costituisce un'efficiente barriera di permeabilità 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

11 Antibiotici inibitori della sintesi della parete batterica Altre strutture dell involucro batterico Flagelli 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 Pili e Fimbrie Strutture esterne Funzioni Flagelli Pili Fimbrie Capsula Motilità Motilità, adesività, contatto, trasferimento di DNA o proteine Motilità, adesività, invasione Resistenza, difesa, invasione