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Batteri (avanzato)

Batteri (avanzato)

I batteri sono organismi unicellulari privi di nucleo, le cui dimensioni sono dell'ordine di pochi micrometri.

Biologia

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Domande

  • Qual è la taglia della maggior parte dei batteri?
  • Vero o falso?\nIl termine "batteri", nel suo senso stretto, si riferisce ad Archaea.
  • Vero o falso?\nSimilmente al DNA degli eucarioti, anche gli istoni sono attaccati al DNA dei batteri.
  • Vero o falso?\nAnche se i plasmidi sono fisicamente separati dal DNA batterico, sono funzionalmente correlati.
  • Che forma hanno i bacilli?
  • Qual è la forma dei patogeni della malattia di Lyme?
  • Qual è la forma dell'agente patogeno del tetano?
  • Cosa si può trovare nella parete cellulare dei batteri?
  • Quale colorazione assumono i batteri Gram-positivi durante la colorazione di Gram?
  • Vero o falso?\nLa colorazione di Gram è importante per decidere il trattamento di un'infezione batterica.
  • Qual è la forza motrice che guida il movimento del flagello?
  • Qual è lo scopo dell'endospore che viene prodotto da alcuni batteri?

Scene

Batterio

I batteri sono microrganismi monocellulari procarioti, ovvero sono privi di nucleo. La maggior parte dei batteri misura tra 0,5 e 10 micrometri.

I due principali gruppi di procarioti sono gli Eubacteria e gli Archaea. Il termine "batteri", in senso stretto, si riferisce agli eubatteri.

Gli antenati dei batteri moderni sono apparsi sulla Terra circa 3,5 miliardi di anni fa. I batteri sono cosmopoliti, si trovano in quasi tutte le condizioni ambientali. Questi microrganismi si riproducono principalmente asessualmente, attraverso la fissione binaria.

Anatomia

  • membrana esterna
  • parete cellulare - In base al tipo di pareti cellulari i batteri possono essere Gram-negativi o Gram-positivi. La base della differenziazione è la colorazione di Gram, che produce risultati diversi nelle pareti cellulari di diversi tipi di batteri a causa della loro diversa struttura. I batteri Gram-positivi trattengono il colorante, mentre quelli Gram-negativi non lo trattengono.
  • membrana citoplasmatica (membrana cellulare) - Doppio strato lipidico.
  • citoplasma
  • DNA - Il DNA dei batteri forma un circuito chiuso e non è circondato da un involucro nucleare (o membrana), i batteri sono pertanto delle cellule procariotiche ("prima del nucleo"). Nelle cellule degli organismi eucariotici, tuttavia, il DNA non forma un circuito chiuso ed è circondato da un involucro nucleare. Gli esseri umani sono costituiti da cellule eucariotiche.
  • plasmide - Una piccola molecola di DNA all'interno delle cellule, fisicamente separata dal cromosoma, in grado di replicarsi in modo indipendente. Generalmente è presente nei batteri come molecola circolare di DNA.
  • ciglio - Una struttura proteica sottile e tubolare. Alcune cellule possono avere centinaia di ciglia. La loro funzione primaria è quella di fornire l'adesione a superfici solide o ad altre cellule. Alcuni tipi di ciglia servono anche alla locomozione.
  • flagello - Una lunga struttura proteica, che serve per aiutare la locomozione del batterio.
  • pilo - Un'appendice su alcuni batteri Gram-negativi, più lunga di un ciglio. Servono la coniugazione batterica, ovvero collegano due batteri per il trasferimento dei plasmidi.

Il citoplasma forma la massa principale di una cellula batterica. Il DNA batterico circolare è incorporato nel citoplasma ed è collegato alla membrana citoplasmatica. Solo le proteine coinvolte nella replicazione e nella trascrizione sono collegate al DNA batterico. Gli istoni, che possono formare nucleosomi insieme al DNA, non sono presenti nei batteri.

Molecole corte di DNA simili ad anelli, chiamate plasmidi, sono anche presenti nel citoplasma, ma sono sia fisicamente sia funzionalmente separate dal DNA batterico.

Quasi tutti i batteri sono racchiusi da una parete cellulare. Fornisce alle cellule supporto strutturale e protezione. La maggior parte dei batteri ha formazioni tubolari più corte o più lunghe chiamate ciglia, pili o flagelli all'esterno della parete cellulare; questi servono per la locomozione.

Morfologia

  • cocco - Il Micrococcus luteus, un batterio non patogeno che fa parte della normale flora della pelle, ha questa forma.
  • diplococco - La Neisseria gonorrhoeae, che può causare infezione dei genitali, ha questa forma.
  • streptococco - Lo Streptococcus pneumoniae, un batterio responsabile principalmente della polmonite, ha questa forma.
  • stafilococco - Lo Staphylococcus aureus, che può causare infezioni della pelle, ha questa forma.

Un modo comune per identificare i batteri è dato dalla loro forma. I batteri sferici, che sono chiamati anche cocchi, possono presentarsi come singole cellule, coppie, catene o cluster. Alcuni batteri, che causano infezioni suppurative, polmonite o gonorrea sono di forma sferica.

I batteri a forma di bastoncello sono chiamati bacilli. Alcuni di questi sono innocui, come i lattobacilli utilizzati nell'industria alimentare. Molti bacilli, tuttavia, causano malattie; per esempio, i patogeni della peste, della tubercolosi, della salmonellosi e del tetano. Anche l'Escherichia coli, che si trova comunemente nel sistema intestinale umano, è un bacillo.

Esistono anche batteri a forma di spirale. I patogeni della sifilide, della malattia di Lyme e della leptospirosi sono tutti batteri a forma di spirale. Gli spirociti sono batteri a forma di spirale e flessibili. Alcuni batteri, come il Vibrio cholerae, sono simili alle virgole usate per iscritto, mentre altri, come il Corynebacterium diphtheriae, assomigliano ad una mazza.

Parete cellulare

  • Gram-negativo
  • Gram-positivo
  • lipopolisaccaride (LPS, endotossina) - Una molecola polimerica, costituita da un lipide e da un polisaccaride, che è un componente importante della membrana esterna dei batteri Gram-negativi. Contribuisce all'integrità strutturale della cellula e protegge da alcuni attacchi chimici. Può innescare un'intensa risposta immunitaria nell'ospite.
  • membrana citoplasmatica (membrana cellulare)
  • sottile strato di peptidoglicano - È un eteropolimero di N-acetilglucosamina (GlcNAc) e acido N-acetilmuramico (MurNAc), che sono legati da peptidi.
  • membrana esterna
  • spesso strato di peptidoglicano - È costituito da catene di polisaccaridi che sono collegate tra di loro da peptidi.
  • proteina

Le pareti cellulari dei batteri sono strutture rigide e resistenti costituite da peptidoglicano. Il peptidoglicano è un polisaccaride costituito da N-acetilglucosamina ed acido N-acetilmuramico che si alternano in lunghe catene e collegati da peptidi. Nei laboratori, ai batteri viene aggiunto un colorante per differenziare tra quelli che contengono una membrana esterna (o doppio strato lipidico) e quelli che non ce l'hanno. Questo metodo è chiamato colorazione di Gram. I batteri con uno spesso strato di peptidoglicano sono colorati di blu scuro e sono chiamati batteri Gram-positivi. I batteri con uno strato di peptidoglicano più sottile ed un doppio strato lipidico nelle loro pareti cellulari sono colorati di rosa e sono chiamati batteri Gram-negativi. Questa differenza è importante perché questi due tipi di batteri reagiscono agli antibiotici in modo diverso, quindi il trattamento di diverse infezioni batteriche richiede diversi antibiotici.

Flagello

  • membrana esterna
  • strato di peptidoglicano
  • bastoncino
  • membrana citoplasmatica (membrana cellulare)
  • anelli
  • rotore
  • statore
  • filamento - Una grande molecola proteica che può raggiungere i 30 micrometri di lunghezza.
  • gancio - Molecola proteica simile a un tubo piegato.
  • corpo basale

Diversi tipi di batteri dispongono di flagelli. Una singola cellula batterica può avere fino a trenta flagelli. Il flagello aiuta la locomozione in un ambiente acquoso, come all'interno dei corpi degli animali.

Un flagello consiste di tre parti principali: un corpo basale, un gancio ed un filamento. Il corpo basale, il motore del flagello, è racchiuso nella parete cellulare. Nel mezzo, c'è un bastoncino collegato al gancio. Attorno al bastoncino vi sono anelli che lo stabilizzano e lo fanno ruotare. Il filamento, la parte più grande del flagello, comprende le proteine flagelliniche. Funziona come una vite elicoidale che crea la torsione necessaria per la locomozione dei batteri. È la forza motrice dei protoni che spinge il movimento rotatorio. I protoni iniziano a muoversi a causa di un gradiente di concentrazione tra l'interno e l'esterno della cellula batterica. Ciò consente al flagello di ruotare centinaia di volte al secondo.

Plasmide

  • origine di replicazione - Gli enzimi della cellula ospite possono duplicare il plasmide attraverso questa sequenza.
  • gene di resistenza agli antibiotici - In esso è codificata la resistenza a determinati antibiotici (ad es. l'Ampicillina).

La lunghezza dei plasmidi viene misurata in coppie di kilobasi (kbp). La loro lunghezza varia tra 1 e 200 kbp. I plasmidi portano geni che non sono vitali in circostanze normali. Tuttavia vi sono dei plasmidi, che possono giovare alla sopravvivenza del batterio. Tali plasmidi sono quelli che trasportano geni di resistenza agli antibiotici o geni di tossina batterica. I plasmidi possono replicarsi autonomamente e diffondersi attraverso diversi batteri, anche di un'altra specie. Questo processo è chiamato trasferimento genico orizzontale.

Capsula e strato di muco

  • capsula - È costituita da esopolisaccaridi ed ha una struttura organizzata. Nasconde i batteri dal sistema immunitario dell'ospite.
  • strato di muco - È costituito principalmente da esopolisaccaridi. La sua struttura è meno organizzata di quella della capsula.

La parete cellulare di alcuni batteri è circondata da una struttura rigida o viscida. Si chiama capsula o microcapsula quando ha una struttura ben organizzata ed strato di limo quando la sua struttura è meno organizzata. La funzione di queste strutture è quella di nascondere i batteri dal sistema immunitario o di attaccarli alle superfici. Ci sono anche batteri che, in condizioni sfavorevoli, formano una struttura estremamente resistente chiamata endospora. Tali batteri includono i batteri Clostridium e Bacillus a forma di bastoncello.

Animazione

  • membrana esterna
  • parete cellulare - In base al tipo di pareti cellulari i batteri possono essere Gram-negativi o Gram-positivi. La base della differenziazione è la colorazione di Gram, che produce risultati diversi nelle pareti cellulari di diversi tipi di batteri a causa della loro diversa struttura. I batteri Gram-positivi trattengono il colorante, mentre quelli Gram-negativi non lo trattengono.
  • membrana citoplasmatica (membrana cellulare) - Doppio strato lipidico.
  • citoplasma
  • DNA - Il DNA dei batteri forma un circuito chiuso e non è circondato da un involucro nucleare (o membrana), i batteri sono pertanto delle cellule procariotiche ("prima del nucleo"). Nelle cellule degli organismi eucariotici, tuttavia, il DNA non forma un circuito chiuso ed è circondato da un involucro nucleare. Gli esseri umani sono costituiti da cellule eucariotiche.
  • plasmide - Una piccola molecola di DNA all'interno delle cellule, fisicamente separata dal cromosoma, in grado di replicarsi in modo indipendente. Generalmente è presente nei batteri come molecola circolare di DNA.
  • ciglio - Una struttura proteica sottile e tubolare. Alcune cellule possono avere centinaia di ciglia. La loro funzione primaria è quella di fornire l'adesione a superfici solide o ad altre cellule. Alcuni tipi di ciglia servono anche alla locomozione.
  • flagello - Una lunga struttura proteica, che serve per aiutare la locomozione del batterio.
  • pilo - Un'appendice su alcuni batteri Gram-negativi, più lunga di un ciglio. Servono la coniugazione batterica, ovvero collegano due batteri per il trasferimento dei plasmidi.
  • cocco - Il Micrococcus luteus, un batterio non patogeno che fa parte della normale flora della pelle, ha questa forma.
  • diplococco - La Neisseria gonorrhoeae, che può causare infezione dei genitali, ha questa forma.
  • streptococco - Lo Streptococcus pneumoniae, un batterio responsabile principalmente della polmonite, ha questa forma.
  • stafilococco - Lo Staphylococcus aureus, che può causare infezioni della pelle, ha questa forma.
  • bacillo - L'Escherichia coli, un batterio che si trova comunemente nel nostro intestino, ha questa forma.
  • diplobacillus - La Moraxella lacunata, che è comunemente associata a infezioni agli occhi, ha questa forma.
  • coccobacillus - L'Haemophilus influenzae ha questa forma. Contrariamente al suo nome, questo batterio non è associato all'influenza. Nei bambini causa la meningite.
  • elicoidale - L'Helicobacter pylori, un batterio associato all'ulcera gastrica, ha questa forma.
  • spirillo - Uno dei più grandi batteri, lo Spirillum volutan lungo 8-10 micrometri, ha questa forma.
  • spirochete - I patogeni della malattia di Lyme (Borrelia burgdorferi) e della sifilide (Treponema pallidum) hanno questa forma.
  • virgola - Il vibrio cholerae, l'agente patogeno del colera, ha questa forma.
  • mazza - Il Corynebacterium diphtheriae, l'agente patogeno della difterite, ha questa forma.
  • Gram-negativo
  • Gram-positivo
  • lipopolisaccaride (LPS, endotossina) - Una molecola polimerica, costituita da un lipide e da un polisaccaride, che è un componente importante della membrana esterna dei batteri Gram-negativi. Contribuisce all'integrità strutturale della cellula e protegge da alcuni attacchi chimici. Può innescare un'intensa risposta immunitaria nell'ospite.
  • membrana citoplasmatica (membrana cellulare)
  • sottile strato di peptidoglicano - È un eteropolimero di N-acetilglucosamina (GlcNAc) e acido N-acetilmuramico (MurNAc), che sono legati da peptidi.
  • membrana esterna
  • spesso strato di peptidoglicano - È costituito da catene di polisaccaridi che sono collegate tra di loro da peptidi.
  • proteina
  • membrana esterna
  • strato di peptidoglicano
  • membrana citoplasmatica (membrana cellulare)
  • filamento - Una grande molecola proteica che può raggiungere i 30 micrometri di lunghezza.
  • capsula - È costituita da esopolisaccaridi ed ha una struttura organizzata. Nasconde i batteri dal sistema immunitario dell'ospite.
  • strato di muco - È costituito principalmente da esopolisaccaridi. La sua struttura è meno organizzata di quella della capsula.

Narrazione

I batteri sono gli organismi monocellulari più semplici ed appartengono ai procarioti. Sono cosmopoliti, ovvero si trovano in quasi tutte le condizioni ambientali sulla Terra. La maggior parte dei batteri misura solo pochi micrometri.

La cellula batterica è racchiusa in una parete cellulare. Sulla superficie della parete cellulare possono essere trovati ciglia, pili e flagelli. Il citoplasma, che è circondato da una membrana, costituisce la massa principale di una cellula batterica ed il DNA circolare del batterio è incorporato in esso. Il citoplasma contiene anche molecole di DNA corte, simili ad anelli, chiamate plasmidi, che sono fisicamente e funzionalmente separate dal DNA batterico.

I batteri possono essere classificati in base alla loro forma. I batteri sferici sono chiamati cocchi. I cocchi possono presentarsi come singole cellule, coppie, catene o cluster. Alcuni batteri che causano infezioni suppurative, polmonite o gonorrea sono di forma sferica.
I batteri a forma di bastoncello sono chiamati bacilli. Alcuni di questi sono innocui, come i lattobacilli, usati nell'industria alimentare. Molti bacilli, tuttavia, causano malattie; per esempio, i patogeni della peste, della tubercolosi, della salmonellosi e del tetano.
I patogeni della sifilide, della malattia di Lyme e della leptospirosi sono batteri a forma di spirale. Alcuni batteri, come il Vibrio cholerae, che causa il colera, sono simili alle virgole, mentre altri, come l'agente patogeno della difterite, Corynebacterium diphtheriae, assomigliano ad una mazza.

I batteri possono essere classificati anche in base alla reazione delle loro pareti cellulari ad un test chiamato colorazione di Gram. Quei batteri in cui la parete cellulare contiene uno strato sottile di peptidoglicano ed un doppio strato lipidico sono colorati di rosa e sono chiamati Gram-negativi. Invece i batteri con uno spesso strato di peptidoglicano nelle loro pareti cellulari sono macchiati di blu scuro e sono chiamati Gram-positivi.

Diversi tipi di batteri hanno flagelli che svolgono un ruolo importante nella locomozione delle cellule batteriche. Il filamento, la parte più grande del flagello, comprende le proteine ​​flagelliniche. Funziona come una vite elicoidale che crea la torsione necessaria per la locomozione dei batteri. La parete cellulare di alcuni batteri è circondata da una struttura rigida o viscida. La funzione di queste strutture è quella di proteggere i batteri contro il sistema immunitario tramite il mimetismo o di farli aderire a diverse superfici.

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I batteri possono essere classificati in base alla loro forma.

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