Metabolismo batterico, Glicolisi, Fermentazione e Respirazione cellulare PDF

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Metabolismo batterico, glicolisi, fermentazione lattica, ciclo di krebs, sintesi ATP...

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Metabolismo e tecniche di studio dei batteri Per quanto riguarda Il metabolismo, in generale , i batteri per la loro crescita hanno bisogno di elementi essenziali, ogni microrganismo ha le sue esigenze ,quindi, ci sono organismi che crescono bene ad elevate concentrazioni di sali, a concentrazioni specifiche ,a ph specifici e a concentrazioni di ossigeno o anidride carbonica; in particolare diciamo che per potersi riprodurre e per colonizzare un determinato ambiente i batteri hanno necessità di avere degli elementi essenziali come l’acqua (infatti le cellule batteriche sono costituite da 60% o 90% di acqua, invece ,le spore hanno una concentrazione di acqua molto ridotta), la fonte di carbonio, di azoto e ioni vari, magnesio, sodio, zinco e ogni elemento ha una funzione particolare quindi, per esempio, lo zinco, è un componente essenziale del DNA e RNA, e così via. Per il metabolismo batterico sono necessari degli elementi che poi andranno a costituire gli acidi nucleici, fonti di energia in generale all’interno della cellula. Sulla base delle esigenze nutrizionali, i batteri possono essere classificati in gruppi nutrizionali nutrizionali, i batteri patogeni dell’uomo sono tutti chemiosintetici ed eterotrofi.

METABOLISMO: è l’insieme delle reazioni chimiche, organizzate in sequenze metaboliche, che avvengono all’interno della cellula. Il metabolismo è costituito da due processi correlati tra loro e strettamente integrati che sono:  

il cataboli catabolismo smo (metabolismo energetico): demolizione di grosse molecole in molecole di piccole dimensioni che servono per liberare energia (esoergonico); l’anabolismo anabolismo (metabolismo biosintetico): piccole molecole vengono utilizzate per la sintesi di grosse molecole quindi viene utilizzata energia (endoergonico).

Il metabolismo si articola nelle seguenti fasi: 1. Idrolisi delle macromolecole “ambientali” mediata da esoenzimi. 2. Le molecole degradate vengono trasportate all’interno della cellula. 3. Con la concentrazione intracellulare delle molecole attraverso i sistemi di trasporto quindi le molecole vengono portate all’interno attraverso un sistema di trasporto attivo/passivo. 4. I metaboliti vengono trasformati attraverso una o più vie metaboliche in acido piruvico, un metabolita intermedio universale, infatti, dalla glicolisi si arriva all’acido piruvico ma anche dalla respirazione si forma l’acido piruvico che poi viene inserito nel ciclo di Krebs. Nel metabolismo avviene la produzione di energia che poi si utilizza per sintetizzare macromolecole che sono per esempio la replicazione del DNA, ma, anche la scissione binaria, quindi, la stessa moltiplicazione batterica.

PRODUZIONE DI ENERGIA: la molecola energetica per eccellenza della cellula è l’ATP . La sintesi di ATP viene definita fosforilazione: 

A livello del substrato substrato: 1. Un composto metabolico intermedio fosforilato dona il suo P a l’ADP che è un intermedio; 2. La fermentazione; scarsa efficienza;

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Ossidativa Ossidativa:

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1. Dove il trasporto di elettroni da un substrato ad un accettore “esterno” è mediata da una catena di trasporto di elettroni che si trovano al livello della membrana cellulare; 2. La respirazione; complesso ed efficiente Fotosforilazione: si forma un gradiente protonico attraverso la membrana dei cloroplasti. I protoni si muovono secondo il gradiente attraverso la membrana per produrre ATP (nel caso del trasporto attivo intervengono delle proteine che trasportano gli elementi essenziali delle molecole, però, esiste anche un trasporto attivo dove le molecole si muovono per concentrazione, da una maggiore a una minore quindi anche attraverso una membrana tra due compartimenti differenti).

METABOLISMO DEL GLUCOSIO GLUCOSIO: il glucosio viene degradato per produzione di energia o di altri substrati intermedi(utilizzabili). I batteri utilizzano tre vie metaboliche principali per il catabolismo del glucosio: via glicolitica, via fermentativa e ciclo degli acidi tricarbossilici. 

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VIA GLICOLITICA GLICOLITICA: una molecola di glucosio viene ossidata per formare 2 molecole di acido piruvico, quindi, da una molecola a 6 atomi di carbonio si passa a 2 molecole con 3 atomi di carbonio; produzione di ATP mediante fosforilazione al livello del substrato dunque si producono 4 molecole di ATP più 2 di NADH. Nelle fasi iniziali vengono utilizzate 2 molecole di ATP, quindi, l’energia associata a NADH viene dissipata come calore e la resa netta energetica totale sarà di 2 molecole. In teoria se ne producono 4, però, in questa via 2 molecole di ATP vengono già utilizzate, quindi, la resa netta finale è di 2 molecole di ATP. FOSFORILAZIONE AL LIVELLO DEL SUBSTRATO: sono delle reazioni appartenenti alla via glicolitica, attraverso questo meccanismo viene prodotta soltanto 1 molecola di ATP durante la fermentazione, quindi, la sintesi di ATP anche in questo caso è sufficiente per la crescita microbica

RESPIRAZIONE BATTERICA: può essere aerobia e anaerobia. In presenza di ossigeno, il piruvato viene completamente “mineralizzato” ad acqua e ad anidride carbonica mediante il ciclo dell’acido tricarbossilico e poi quindi produzione di NADH, di FAD e di ATP. La respirazione, quindi, si articola in 4 fasi distinte: glicolisi (da 1 molecola di glucosio si formano 2 molecole di piruvato), reazioni di transizione in cui produzione di acetil-CoA che entra nel ciclo di Krebs, ciclo di Krebs che produce i metaboliti precursori delle vie anaboliche, contemporaneamente avviene il trasporto degli elettroni, quindi, quarta fase i carriers elettronici trasferiscono i loro elettroni alla catena di trasporto che genera un gradiente protonico. Nella respirazione aerobia l’ossigeno è accettore finale degli elettroni; in quella anaerobia l’accettore finale sono, per esempio, i nitriti e i solfiti.

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SCHEMA GENERALE DEL CICLO DI KREBS: dal glucosio si forma il piruvato, da quest’ultimo si passa all’acetil-CoA che entra nel ciclo di Krebs.

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SINTESI DI ATP: seguendo il gradiente elettrochimico i protoni accumulati tornano indietro attraverso la membrana al livello del complesso ATP sintetasi, il rientro dei protoni fornisce

energia utile per la sintesi dell’ATP a partire da ADP e fosfato, quindi l’energia permette il legame del fosfato all’ADP, dunque si forma la molecola di ATP.

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RESA ENERGETICA ENERGETICA: durante il ciclo c’è la produzione finale di ATP, però, in tutta la respirazione c’è anche un consumo di ATP, quindi, anche in questo caso la resa netta deve essere sottratta dalle molecole che vengono utilizzate durante la respirazione.

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FERMENTAZIONE

Incompleta ossidazione dei carboidrati, per esempio il glucosio, amminoacidi od acidi grassi in assenza di ossigeno; donatore ed accettore organici di elettroni e il processo metabolico viene definito primitivo, quindi, 2 molecole di ATP vengono formate da una molecola di glucosio; è veloce perché rispetto alla respirazione è un processo più breve, però, c’è una resa netta inferiore, quindi, 2 molecole di ATP. I prodotti possono essere l’alcool etilico (i lieviti lo producono dal glucosio) ma anche gas e acidi. Questi metaboliti, prodotti durante la respirazione o la fermentazione, andranno ad essere importanti nella crescita sui terreni abiotici, quindi, sui terreni di coltura, perché questi metaboliti andranno a far variare il ph del terreno che permetterà di identificare, per esempio delle colonie, di differenziare le colonie lattosio fermentanti da quelle lattosio non fermentanti. Quindi, si producono sia nella fermentazione che nella respirazione dei metaboliti di scarto scarto.

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TIPI DI FERMENTAZIONE: alcoolica e lattica (o omolattica o eterolattica).

RESPIRAZIONE VS FERMENTAZION FERMENTAZIONE E: LA MIGLIOR RESA ENERGETICA E’ DATA DALLA RESPIRAZIONE. 39 ATP->RESPIRAZIONE 2 ATP-> FERMENTAZIONE

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A cosa serve l’energia al batterio? A dividersi, a colonizzare e a riprodursi e per sintetizzare gli enzimi che servono per determinate sostanze. Come avviene questa formazione di energia? O tramite fermentazione o tramite respirazione.

TIPI DI BATTERI IN BASE ALL’HABITAT Esistono dei batteri aerobi obbligati, aerobi-anaerob aerobi-anaerobii facoltativi ed an anaerobi aerobi obbligati. Queste caratteristiche sono direttamente proporzionali al metabolismo che il batterio attua, quindi, gli aerobi obbligati devono necessariamente utilizzare la respirazione aerobia, gli aerobi-anaerobi facoltativi possono vivere sia in presenza che in assenza di ossigeno, quindi, possono attuare la respirazione aerobica, anaerobica, metabolismo fermentativo oppure possono essere esclusivamente fermentativi. Per esempio, gli stafilococchi e gli streptococchi saranno entrambi aerobi-anaerobi facoltativi però, gli stafilococchi in aerobiosi utilizzano la respirazione ossidativa e in anaerobiosi utilizzano la

fermentazione ,invece, gli streptococchi che sono aerobi-anaerobi facoltativi, utilizzano sia in aerobiosi che in anerobiosi la fermentazione e poi abbiamo gli anaerobi obbligati che utilizzano la respirazione anaerobica dove l’accettore finale sono i nitriti e i solfiti e hanno un metabolismo fermentativo, quindi la respirazione non è solo aerobia ma anche anaerobia, differiscono per l’accettore finale....