ANALISI ELEMENTARE Elemento % peso Funzione Origine secco Carbonio 50 Costituente principale del materiale cellulare Composti organici; CO2 Ossigeno 20 Costituente dei composti organici e dell'acqua cellulare Accettore di elettroni nella respirazione aerobica Composti organici; H2O; CO2; O2 Azoto 14 Costituente degli aminoacidi, basi azotate, lipidi complessi, coenzimi, etc. Composti organici NH3; NO3 - ; N2 Idrogeno 8 Costituente dei composti organici e dell'acqua cellulare Composti organici H2O; H2... Fosforo 3 Costituente degli acidi nucleici, nucleotidi, Partecipa in molte reazioni metaboliche Zolfo 1 Costituente di metionina e cisteina (aminoacidi), glutatione, molti coenzimi PO4 3- Composti organici SO4 2- ; H2S; S0 Composti organici Potassio 1 Principale catione cellulare, cofattore per alcuni enzimi Sali di potassio Magnesio 0.5 Catione cellulare, cofattore per alcuni enzimi Sali di Magnesio Calcio 0.5 Catione cellulare, cofattore per alcuni enzimi, Sali di Calcio componente delle endospore Ferro 0.2 Cofattore per alcuni enzimi, componente dei citocromi e Sali di Ferro di altre ferro-proteine Mn, Co, Zn, Tracce Cofattori o costituenti di enzimi e coenzimi Sali relativi Cu, Mo, Se Metabolismo degradativo (catabolismo) Metabolismo biosintetico (anabolismo) PO 4 3- GLUCOSIO, CO 2 METABOLITI PRECURSORI (~12) METABOLICA SO 4 2- NH 4 + ACIDI GRASSI ZUCCHERI (~25) AMINOACIDI (~20) NUCLEOTIDI LIPIDI LIPOPOLI- SACCARIDI GLICOGENO MUREINA PROTEINE RNA DNA INCLUSIONI MEMBRANA, CAPSULA, PARETE CELL. FLAGELLI PILI RIBOSOMI RIFORNIMENTO DI MATERIE PRIME E DI MATTONI DA COSTRUZIONE MACRO- MOLECOLE STRUTTURE CELLULARI Metabolismo degradativo (catabolismo) Metabolismo biosintetico (anabolismo) PO 4 3- GLUCOSIO, CO 2 METABOLITI PRECURSORI (~12) METABOLICA SO 4 2- NH 4 + ACIDI GRASSI ZUCCHERI (~25) AMINOACIDI (~20) NUCLEOTIDI LIPIDI LIPOPOLI- SACCARIDI GLICOGENO MUREINA PROTEINE RNA DNA INCLUSIONI MEMBRANA, CAPSULA, PARETE CELL. FLAGELLI PILI RIBOSOMI RIFORNIMENTO DI MATERIE PRIME E DI MATTONI DA COSTRUZIONE MACRO- MOLECOLE STRUTTURE CELLULARI Att.ne! I precursori devono essere energeticamente attivati! 1
L attivazione dei precursori è necessaria per superare la barriera dell energia di attivazione La membrana cellulare (citoplasmatica) Requisito assoluto per tutti gli organismi viventi Negli organismi eucarioti (ed in alcuni procarioti) esistono membrane interne alla cellula Negli organismi procarioti la membrana cellulare divide la cellula tra citoplasma e strutture extracellulari: Parete cellulare Membrana esterna (quando presente) Capsula (quando presente) Strutture proteiche extracellulari (finbrie, flagelli) (quando presenti) Il citoplasma: il cuore pulsante della cellula batterica Assenza di compartimenti cellulari evidenti Sede della gran parte delle attività metaboliche, fisiologiche e biochimiche della cellula Le strutture dominanti sono: il nucleoide (DNA cromosomico) e i ribosomi (complessi nucleoproteici sede della sintesi proteica) 2
DNA E INFORMAZIONE GENETICA replicazione DNA trascrizione RNA traduzione PROTEINE Il DNA è l unica delle macromolecole della cellula ad essere: Replicata Riparata Struttura del cromosoma batterico Nucleoide Le dimensioni di un tipico cromosoma batterico superano di gran lunga (ca. 10.000 volte) le dimensioni della cellula che lo contiene Precursori della sintesi del DNA: deossiribonucleotidi trifosfati ( dntps ) 3
Batteri prototrofi (es. E. coli) possiedono vie biosintetiche molto complesse per la sintesi dei nucleotidi I nucleotidi (sia ribo- che deossiribo-) intervengono nella sintesi dei polisaccaridi extracellulari Esempio: biosintesi dell acido colanico, un EPS di E. coli Caratteristiche del DNA Macromolecola, polimero di deossiribonucleotidi 4 nucleotidi: adenosina, citosina, guanosina, timidina Appaiamento A-T e G-C (Regola della complementarietà o di Chargaff) Struttura a doppia elica 4
La struttura dell elica di DNA (polianione) è stabilizzata da: -Cationi divalenti (Mg++) - poliammine (NH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -NH 2 ) Attenzione: [G]=[C] e [A]=[T] ma non necessariamente [G:C]=[A:T]! Specie batteriche %GC (GC content) Lactococcus lactis 35.329 basso Streptococcus pyogenes 38.547 Porphyromonas gingivalis 48.898 medio Escherichia coli 50.435 Bordetella pertussis 67.721 alto Streptomyces coelicolor 72.115 La differenza nel contenuto di GC ha implicazioni tassonomiche (primo esempio di tassonomia molecolare), biologiche (struttura del DNA) e biotecnologiche (tecniche di sequenziamento, clonaggio ed espressione genica) il CROMOSOMA BATTERICO (nucleoide) Il DNA di un microrganismo è concentrato in un unica molecola, il cromosoma batterico (alcuni batteri possono avere 2 cromosomi) - dimensioni tipiche: da 3 a 5.000.000 bp il cromosoma è circolare (ma alcuni importanti gruppi hanno un cromosoma lineare) Il DNA è sempre associato a proteine, ma non è altamente organizzato come negli eucarioti 5
Il DNA del cromosoma batterico è superavvolto Interazioni proteina-dna 1) Proteine che legano la doppia elica del DNA in maniera non sequenza-specifica (es. histone-like proteins) 2) Proteine che legano strutture particolari del DNA: - single strand DNA-binding proteins (SSBP); - proteine che legano sequenze ricche in A/T (es. H-NS, IHF) 3) Proteine che legano sequenze specifiche 6