La velocità di crescita è influenzata anche dai fattori abiotici. Ci vogliono anche le condizioni fisiche o chimiche adatte

Documenti analoghi
... La velocità di crescita è influenzata anche dai fattori abiotici. Anche per i microrganismi il cibo non è tutto...

TERMOFILI IPERTERMOFILI 65-95

I batteri si dividono per via schizogonica (asessuata) La replicazione del DNA prosegue durante tutto il ciclo di divisione

Metabolismo, crescita e riproduzione batterica

Duplicazione del DNA. 6 Dicembre 2007

Contenuto di DNA aploide in alcune specie

Traduzione. Trascrizione

LA CRESCITA MICROBICA

Dott. Giovanni DI BONAVENTURA

LEZIONE III DUPLICAZIONE DEL DNA. Dott. Paolo Cascio

Il DNA come molecola in grado di veicolare informazione ereditabile (genetica)

Replicazione Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright 2006

Struttura dei nucleotidi...6 Modello di Watson e Crick...10 Organizzazione strutturale superiore del DNA...13 DUPLICAZIONE DEL DNA...

METABOLISMO BATTERICO

INCLUSIONI MEMBRANA, CAPSULA, PARETE CELL. FLAGELLI PILI RIBOSOMI STRUTTURE CELLULARI INCLUSIONI MEMBRANA, CAPSULA, PARETE CELL.

Biologia Molecolare. CDLM in CTF La Replicazione del DNA

ALCUNE DOMANDE DI RIEPILOGO PER LA 2 2 VERIFICA DEL CORSO DI GENETICA AGRARIA


I materiali della vita

La membrana e il trasporto di membrana

Membri dell universo microbico

Crescita microbica e metodi di determinazione del numero di cellule

Il trasporto del glucosio

Escherichia coli. Applicazioni biotecnologie con microrganismi procarioti. Una delle speci batteriche più biotecnologica è senza dubbio

Definizione Composti quaternari: C H O N S P Fe Mg I

Immagini e concetti della biologia

DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA. Secondo il dogma centrale della biologia, il DNA dirige la. sintesi del RNA che a sua volta guida la sintesi delle

High Hydrostatic Pressure

Lezione 1: Atomi e molecole:

La fermentazione omoacetica

Biologia generale Robert J. Brooker, Eric P. Widmaier, Linda E. Graham, Peter D. Stiling Copyright 2009 The McGraw-Hill Companies srl

Alessia Pertuso. Veronica Cassiano. Pietro Mongiardini. Alessia Cacciò

MICROBIOLOGIA D E G L I A L I M E N T I

La crescita batterica

DGGE/TTGE. Le differenze nel punto di denaturazione, chimica o termica, dipendono dalla sequenza nucleotidica

La replicazione del DNA

Il modello del Replicone

Plasma membrane. Endoplasmic reticulum. Nucleus. Golgi apparatus. Mitochondrion Lysosome. Ribosome

Lezione del 24 Ottobre 2014

METABOLISMO E CRESCITA MICROBICA

RNA: trascrizione e maturazione

CROMATINA ISTONI. Proteine relativamente piccole, con forte carica positiva per la presenza degli aminoacidi lisina e arginina

Test di uscita terzo anno

IL DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA RNA

L acqua. Ci devono essere delle forze che tengono saldamente insieme le molecole d acqua

Gerard Tortora, Brian Derrickson. Conosciamo

David Sadava, H. Craig Heller, Gordon H. Orians, William K. Purves, David M. Hillis. Biologia La scienza della vita

Esploriamo la chimica

Il livello cellulare di organizzazione: la struttura cellulare. Cattedra di Fisiologia Umana

Composti organici. I composti organici. Atomi e molecole di carbonio. Atomi e molecole di carbonio. Gruppi funzionali. Isomeri

Principi di Biochimica

La divisione cellulare. Scissione binaria Mitosi e citodieresi Cellule staminali e tumorali

ATTIVANTI DI FERMENTAZIONE DIVERSIFICARE LA STRATEGIA NUTRIZIONALE FRUTTA

Interfase. La REPLICAZIONE del DNA

La chimica della vita: i composti organici. CARBOIDRATI LIPIDI PROTEINE ACIDI NUCLEICI (DNA, RNA)

TRASCRIZIONE e TRADUZIONE

5. Trasporto di membrana

ENZIMI. Un enzima è un catalizzatore (acceleratore) di reazioni biologiche.

LA REAZIONE A CATENA DELLA POLIMERASI PCR

NUTRIZIONE MICROBICA. Riproduzione ed accrescimento CONDIZIONI AMBIENTALI PER CRESCERE TERRENO COLTURALE DEVONO TROVARE MICRORGANISMI RIPRODURSI

Struttura e funzione delle membrane biologiche

Replicazione del DNA

L ACQUA E LE SUE PROPRIETÀ

11/10/16. Il concetto di MOSAICO FLUIDO. Fosfolipidi Colesterolo Glicolipidi

Corso di Laurea in Farmacia Insegnamento di BIOCHIMICA. Angela Chambery Lezione 21

Progetto Tandem Biologia saperi minimi Anno accademico Marzo 2012 COGNOME...

Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Biofisica e Fisiologia I

FORMAZIONE DEL LEGAME PEPTIDICO

A COSA SERVE il CLONAGGIO del DNA?? COME FUNZIONA il CLONAGGIO del DNA? COME FUNZIONA il CLONAGGIO del DNA?

caratteristiche dei viventi

È stimato che oggi sulla terra sono presenti da 10*10 6 a 100*10 6 specie viventi

Le colture batteriche. Pievesestina 2010

Valitutti, Falasca, Tifi, Gentile. Chimica. concetti e modelli.blu

CORSO DI LAUREA IN SCIENZE DELLA FORMAZIONE PRIMARIA LEZIONE PRIMA PARTE. Dott.ssa A. Fiarè

LA REGOLAZIONE GENICA DEI PROCARIOTI.

Polymerase chain reaction - PCR. Biotecnologie applicate all ispezione degli alimenti di origine animale

La trascrizione. La trascrizione è la sintesi delle molecole di RNA sulla base di un filamento stampo di DNA

Mezzi di controllo degli insetti. Mezzi chimici Mezzi fisici Mezzi biologici Mezzi biotecnici

Digestione e assorbimento dei lipidi. β-ossidazione degli acidi grassi

Regolazione dell espressione genica nei batteri e nei batteriofagi

A_Test di valutazione di Biologia Generale:

POTENZIALE DI MEMBRANA

Medium Inoculazione Coltura pura : Colonie: Clone

LA CHIMICA DELLA VITA

Tamponi biologici per il controllo del ph

ENZIMI. Durante la reazione l enzima può essere temporaneamente modificato ma alla fine del processo ritorna nel suo stato originario, un enzima viene

Crescita microbica e metodi di determinazione del numero di cellule

Il genoma dei batteri è organizzato in operon. Un operon è una unità trascrizionale indipendente, formata da (2-15) geni regolati da un solo promotore

Un altro concetto fondamentale in fisiologia vegetale è il potenziale idrico

Legami chimici. Covalente. Legami deboli

Applicazioni biotecnologiche degli enzimi: le lipasi

Relazioni evolutive tra i viventi. Le distanze tra le ramificazioni sono proporzionali alla entità della differenza

Copyright 2006 Zanichelli editore. I procarioti

Isolamento e purificazione di DNA e RNA. -Separare gli acidi nucleici da altri componenti cellulari (lipidi e proteine)

F. Fogolari Milano, Marzo

METABOLISMO CELLULARE

ACQUA negli ALIMENTI. E il principale costituente di molti alimenti: E il mezzo in cui avvengono moltissime reazioni; Carne 65-75% Latte 87%

CONTROLLO DELL ESPRESSIONE GENICA NEI PROCARIOTI

Domande. Come avviene la replicazione del DNA? Quali enzimi sono necessari? Quali sono le differenze fra procarioti ed Eucarioti?

Transcript:

La velocità di crescita è influenzata anche dai fattori abiotici Anche per i microrganismi il cibo non è tutto... Ci vogliono anche le condizioni fisiche o chimiche adatte... temperatura ph Terreno disidratato Pressione osmotica Idrostatica..

i microrganismi tollerano variazioni molto ampie di questi fattori Adottando strategie che permettono la vita anche in ambienti caratterizzati da condizioni estreme

TEMPERATURA Dove c è acqua possono esserci microbi PSICROFILI 0-20 TERMOFILI 40-70 MESOFILI 8-46 IPERTERMOFILI ESTREMI 90-115 IPERTERMOFILI 65-95

TEMPERATURA Vr = massima Optimum Tasso di crescita Vr aumenta Minimo temperatura Massimo

OPTIMUM MASSIMA MINIMA Gelificazione della M.I. I trasporti rallentano la crescita si ferma Denaturazione delle proteine Collasso della M.I. termolisi ALTA NORMALE BASSA

Thermus aquaticus comune negli ambienti idrotermali: optimum di temperatura attorno a 70 C Gli enzimi termoresistenti di Thermus aquaticus sono utilizzati per applicazioni biotecnologiche 70 C 30 C Proteine strutturali termostabili enzimi attivi a temperatura alta Lipidi termostabili (archibatteri) Termofili estremi: topoisomerasi inversa Introduce giri positivi Chaperonine particolari e abbondanti Proteine protettive per il DNA Magnesio (stabilizza il DNA neutralizzando i fosfati)

Il limite minimo è correlato alle modificazioni della capacità di solvatazione dell acqua Altera le interazioni idrofobiche Psychromonas ingrahamii (-12 C) Le alte temperature uccidono le cellule batteriche Le basse temperature non uccidono ma un passaggio brusco dal caldo al freddo (shock termico) può uccidere i batteri

PRESSIONE

PRESSIONE Pressione Barofili estremi Barofili moderati Non barofili 1 400 500

Gli involucri esterni e la membrana, permeabili all acqua proteggono i batteri dallo schiacciamento La pressione agisce impedendo che il volume molecolare aumenti Se la forma attivata ha un volume MAGGIORE di quella base l enzima è INIBITO dalla pressione Forma base Forma attivata Se la forma attivata ha un volume MINORE di quella base l enzima è FAVORITO dalla pressione

Saccharomyces non cresce oltre le 8 atmosfere (quelle dello champagne) I barofili estremi non crescono sopra le 400 atmosfere hanno una membrana particolarmente ricca di acidi grassi insaturi più fluida e meno soggetta a variazioni di conformazione sotto pressioni elevate

Pressione osmotica La quantità di acqua EFFETTIVAMENTE disponibile in un substrato Viene detta water-activity (A w ) Ed è definita dal rapporto pressione di vapore della sostanza/pressione di vapore dell acqua pura A w = P/P 0

I valori di Aw sono compresi tra 0 e 1 La maggior parte dei microrganismi Necessita di Aw 0,98 (valore dell acqua marina) Microrganismi alofili estremi riescono a vivere fino a 0,75

1,0 ACQUA PURA 0,99 SANGUE 0,90 SCIROPPI PROSCIUTTO BATTERI 0,95 PANE 0,85 SALAMI 0,80 DOLCI DI FRUTTA MARMELLATE FUNGHI 0,75 PESCE SALATO 0,70 GRANDE LAGO SALATO CEREALI FRUTTA SECCA Procarioti ALOFILI Soprattutto archibatteri

I microrganismi che vivono in ambienti con bassa Aw estraggono acqua dal mezzo circostante mantenendo inalterata la concentrazione salina interna L acqua non può essere trasportata, deve entrare nella cellula per diffusione Lo scopo quindi deve essere raggiunto giocando con la concentrazione e il trasporto di ioni e soluti

I microrganismi alotolleranti sintetizzano o concentrano soluti organici che non danneggino i processi biochimici interni si tratta in genere di zuccheri (saccarosio, mannitolo, glicerolo) o aminoacidi (prolina) e derivati (betaina) e vengono definiti soluti compatibili H 2 O Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ H 2 O La concentrazione intracellulare dei soluti compatibili richiama acqua all interno della cellula

La maggior parte degli ambienti naturali hanno un ph compreso tra 5 e 9 I batteri crescono in un intervallo di 2-3 punti di ph in cui è compreso il valore ottimale per la crescita NEUTROFILI 5,5-8 optimum Il ph intracellulare deve essere vicino alla neutralità Limite minimo conosciuto: 4,6 (acidofili estremi) optimum optimum Limite massimo conosciuto: 9,5 (basofili estremi) ACIDOFILI 1-5,5 1 10 ALCALOFILI 8,5-11,5

Ambienti caratterizzati da ph estremi Sorgenti acide acido Acidofili estremi Acidofili Acque acide di miniera neutrofili Laghi alcalini alcalofili basico Alcalofili estremi

I batteri acidofili si trovano soprattutto nelle ACQUE ACIDE DI MINIERA ph fortemente acido Quando giacimenti di carbon fossile vengono aperti, la pirite che si trova nel carbone e nelle rocce circostanti A contatto con l aria si ossida FeS 2 H 2 SO 4

LAGHI ALCALINI (soda-lakes) Fortemente basici > ph 9 elevate concentrazioni di bicarbonato e soda caustica I microrganismi alcalofili sono tutti procarioti (soprattutto archibatteri, ma anche Bacillus e cianobatteri) Devono pompare via gli ioni idrossile (OH-) che neutralizzerebbero i protoni interni distruggendo il normale metabolismo che dipende dai gradienti protonici le membrane di questi microrganismi sono modificate, per combattere l azione degli alcali che saponificano i grassi OH - OH -

I batteri possono vivere in un intervallo di ph più vasto di quello tollerato dalle loro proteine I meccanismi di efflusso ionico sono molto efficienti per mantenere il ph interno E. coli cresce tra ph 8 7 7 7,8 5,8 5,7 6 3,3

LA CONOSCENZA DELLE ESIGENZE NUTRIZIONALI DEI MICRORGANISMI E indispensabile per la coltivazione in laboratorio Che fornisce informazioni sulla fisiologia E permette di ottenere biomassa

La crescita di una coltura è rappresentata dall aumento del numero delle cellule Una curva di crescita "standard" (sistema chiuso) prevede diverse fasi, correlate al consumo dei nutrienti all accumulo dei prodotti di scarto 3 4 2 1 la curva di crescita è riferita alla POPOLAZIONE E si segue attraverso la variazione dell assorbanza della coltura

1-Fase di latenza (lag) Corrisponde al tempo necessario alle cellule batteriche per adeguarsi alle condizioni del terreno La sua durata dipende dal tipo di inoculo (età, entità) dalla natura del terreno latenza

La Fase di latenza è un esempio di crescita sbilanciata alcuni componenti sono sintetizzati e altri no Passando a un ambiente PIU ricco prima di moltiplicarsi vanno sintetizzati nuovi ribosomi per adeguare il ritmo della sintesi proteica alle nuove disponibilità Terreno povero Terreno ricco

Passando a un ambiente MENO ricco le cellule si adeguano al nuovo stato Terreno ricco Terreno povero Sopprimono le attività non necessarie e non si moltiplicano finchè non siano stati prodotti gli enzimi biosintetici necessari a sopravvivere

Se la coltura è invecchiata o danneggiata È necessario riparare i danni prima che possa iniziare la moltiplicazione

2-Fase esponenziale (log) la crescita raggiunge la massima velocità possibile la popolazione cellulare è uniforme (adatta per studi biochimici e fisiologici) logaritmica la fase esponenziale è un esempio di CRESCITA BILANCIATA in cui tutti i componenti cellulari sono sintetizzati a velocità costanti e coordinate

3-Fase stazionaria i batteri arrivano a densità di popolazione di circa 10 9 cellule/ml, alghe, miceti e protozoi a circa 10 6 una coltura entra in fase stazionaria a causa della deplezione in nutrienti (o in O 2 ) o dell accumulo di metaboliti tossici (es ac lattico) stazionaria

4-Fase di morte accelerata Questa fase è evidente solo se si contano le cellule: l assorbanza della coltura non scende se le cellule morte non lisano 4 A volte può esserci una fase di sopravvivenza

Una curva particolare è la diauxia la popolazione batterica esaurisce un primo nutriente Entra in una seconda fase lag Sintetizza gli enzimi necessari a utilizzare un altra fonte di carbonio (inducibili) riprende a crescere secondo la normale curva

COLTURE SINCRONE La sequenza di quel che accade durante la crescita di una popolazione batterica Si può seguire con precisione in una coltura sincrona La sincronia si perde dopo 2-3 generazioni che può essere avviata con mezzi fisici (filtrando per selezionare le cellule più piccole) O limitando i nutrienti

La velocità di crescita può essere calcolata con l equazione n = logn log N0/0,301 n = numero di generazioni N = numero di cellule valore di n in un intervallo di tempo definito Tempo generazionale log 2 x intervallo tempo logod(2)-logod(1) Quanto tempo impiegherà la mia coltura ad arrivare a una certa densità? Tgen*logOD(?)-log OD(obs) log(2)

A diverse velocità di crescita corrispondono diverse quantità di ribosomi, DNA e proteine Le cellule che crescono velocemente sono più grandi Di quelle che crescono lentamente

COLTURE CONTINUE Per studiare la crescita microbica in condizioni di nutrienti basse, simili a quelle naturali È utile ottenere colture che restino in fase esponenziale, crescendo a velocità nota Questo è possibile nel CHEMOSTATO TURBIDOSTATO

CHEMOSTATO motore aria Terreno sterile crescita scarto Nel turbidostato l afflusso di terreno è regolato da un sensore ottico

CHEMOSTATO TURBIDOSTATO il terreno contiene un fattore limitante Non ci sono fattori limitanti nel terreno il tasso di crescita dipende dalla velocita di immissione di terreno fresco la diluizione del terreno varia a seconda della velocità di crescita della coltura Il tasso di crescita viene mantenuto costante la torbidità viene mantenuta costante

I batteri si dividono per via schizogonica (asessuata) Tutto quello che troviamo in una cellula batterica si trova nelle cellule figlie in cui essa si divide Il ciclo vitale di ogni cellula batterica è legato al tasso di replicazione del suo DNA La replicazione del DNA prosegue durante tutto il ciclo di divisione

L inizio della replicazione richiede un set di proteine specifiche DnaA, DnaB, DnaC, Hu, Girasi, SSB oric i filamenti si separano in corrispondenza di un sito particolare (oric-245 bp) che è l origine di replicazione del cromosoma Osservando le fasi della replicazione al ME, si distingue una struttura a occhio terc Seguita da una struttura a Theta (θ)

Nella regione oric sono presenti sequenze ripetute di 9 e 13 basi, diverse tra loro ma entrambe ricche in AT 13 bp 13 bp 13 bp 9 bp 9 bp 9 bp Dna-A si lega alle sequenze di 9bp 13 bp 13 bp 13 bp A 9 bp A 9 bp A 9 bp Fino a formare un nucleo di 20-40 monomeri attorno al quale si avvolge il DNA di oric

I filamenti si separano in corrispondenza delle sequenze di 13 bp 13 13 B 13 B 13 13 13 DnaB si lega alle estremità dell apertura

Le proteine SSB (Single Strand Binding) impediscono il riappaiamento dei filamenti E per il filamento copia B B L insieme delle proteine forma il primosoma L enzima primasi e altre proteine si legano alle forche replicative, sintetizzando primer di RNA per il filamento guida

Durante questo processo il DNA legato a DnaA si svolge e DnaA viene gradatamente rimossa da oric B B La sintesi procede nelle due direzioni

Quando la cellula cresce e raggiunge dimensioni idonee oric La concentrazione di DnaA permette che si formino due replisomi uno su ciascun filamento di OriC I replisomi iniziano a muoversi in direzioni opposte il DNA legato a DnaA si svolge e DnaA viene gradatamente rimossa da oric

La DNA polimerasi III aggiunge i nucleotidi all estremità 3 (-OH) 5 Il filamento guida (loading-veloce) può essere sintetizzato in modo continuo 3 5 3 3 Forca Ma il filamento copia (lagging-lento) è sintetizzato in modo discontinuo (frammenti di Okazaki) 5 3

PER IL FILAMENTO LAGGING SERVE L INTERVENTO DI MOLTI ENZIMI P 3 5 Primasi: sintetizza inneschi di RNA III 3 5 DNA polimerasi III: aggiunge nucleotidi al 3 fino a raggiungere il frammento precedente I 3 5 5 DNAsi I: elimina l innesco di RNA, lo sostituisce con DNA e si stacca L 3 5 DNA ligasi I: unisce i frammenti in un unico filamento

La DNA-polimerasi III ha diverse subunità Core enzima α (attività polimerasica) ε (esonucleasi correzione di bozze 3 5 ) θ core core t (dimerizzazione) γδχψ: complesso di trasporto della pinza β pinza scivolante

le subunità attive del dimero di PolII si muovono in direzione 3' 5 DnaB sintetizzando il DNA in direzione 5' 3 β β

Dopo il completamento di un frammento di Okazaki, la pinza lo lascia DnaB Una nuova subunità beta tira il primer successivo portandolo a contatto con il core enzima sintetizzando il DNA in direzione 5' 3 β β

La replicazione termina in corrispondenza di ter C (sito di terminazione) dove le forche si incontrano in corrispondenza di due sequenze di 23 bp I due cromosomi figli sono intrecciati in concatenamero Le topoisomerasi provvedono a separarli E a rinsaldare la rottura dopo la separazione

Osservando le fasi della replicazione al ME, si distingue una struttura a occhio terc Seguita da una struttura a Theta (θ) L intero processo dura circa 40