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Olimpia Pepe » 2.Il mondo microbico


Il mondo microbico

WE ARE IMMERSED IN MICROBES

They live in our bodies, in our food, and in everything that surrounds us; we cannot live without them


Definizione di microbiologia

Definizione di microbiologia e microrganismi:

  • La microbiologia è la scienza che studia gli organismi di dimensioni talmente piccole da essere invisibili ad occhio nudo (microrganismi).
  • La microbiologia ha per oggetto la forma, la struttura, la riproduzione, la fisiologia, il metabolismo e l’identificazione delle attività dei microrganismi.
  • Esistono due tipi differenti di cellule microbiche batteriche: quelle procariotiche e quelle eucariotiche.

Definizione di microrganismi

I microrganismi

Questa categoria comprende: virus, batteri, funghi, protozoi ed alcuni tipi di alghe.

I microrganismi non si originano spontaneamente dalla materia inanimata, ma derivano da altri microrganismi.

I microrganismi non sono visibili ad occhio nudo. Per osservare gli oggetti di diametro inferiore a 1 mm (Fig. 1) e non distinguibili nitidamente si utilizza il microscopio, strumento che è perciò essenziale nella microbiologia.

Sono caratterizzati dalle attività tipiche dei sistemi biologici (Fig. 2)

Figura 1. Dimensioni dei batteri e dei virus

Figura 1. Dimensioni dei batteri e dei virus


Caratteristiche delle cellule

Caratteristiche dei sistemi biologici

  1. Capacità di ingerire o assimilare sostanze alimentari e di metabolizzarle per ricavarne energia, accrescersi ed espellere prodotti di rifiuto (Fig. 2.1).
  2. Capacità di moltiplicarsi (Fig. 2.2).
  3. Capacità di formare nuove strutture cellulari come le spore generalmente durante un ciclo vitale cellulare (solo alcuni procarioti) (Fig. 2.3).
  4. Capacità di comunicare o interagire con le altre cellule, denominata talvolta “eccitabilità”, e di reagire ai cambiamenti che insorgono nel loro ambiente mediante rilascio o consumo di sostanze chimiche (Fig. 2.4).
  5. Capacità di movimento (solo alcuni procarioti) (Fig. 2.5).
  6. Suscettibilità a subire mutazioni stabili che permettono alle cellule di evolversi e mostrare nuove proprietà biologiche (Fig. 2.6).

Caratteristiche dei sistemi biologici

Figura 2. Caratteristiche dei sistemi biologici cellulari

Figura 2. Caratteristiche dei sistemi biologici cellulari


Microrganismi come entità codificanti

Funzioni metaboliche e degradative delle cellule microbiche

Per moltiplicarsi una cellula microbica deve produrre per le sue biosintesi un’adeguata quantità di energia e di precursori metabolici per la sintesi di nuove macromolecole.

Le istruzioni contenute nel corredo genetico devono essere replicate in modo che durante la divisione cellulare ogni cellula figlia ne riceve una copia.

I geni devono poi essere espressi (processi di trascrizione e traduzione) in modo da sintetizzare la quantità necessaria di proteine e delle altre macromolecole che andranno a formare la nuova cellula.

Figura 3. Le cellule microbiche come entità degradative e strumenti codificanti

Figura 3. Le cellule microbiche come entità degradative e strumenti codificanti


Procarioti estremofili: gli Archea

I tre domini evolutivi

I microrganimi formano tre domini evolutivi: Batteri e Archea che presentano una cellula di tipo procariotico, e gli Eucarioti (Fig. 4).

Gli Archea sono estremofili con specie adattate a vivere in condizioni ambientali estreme di temperatura, pH e pressione osmotica.

Essi vivono nei laghi, nel suolo e negli oceani.

Gli Archea sono difficilmente coltivabili e, di conseguenza, ancora limitate sono le conoscenze relative alle loro attività naturali.

Lez. 2, Fig. 4 in Madigan M. T., Martinko J. M., Brock. Biologia dei microrganismi, CEA, Fig. 2-7 pag 27 vol.1


Caratteristiche principali dei Procarioti

I procarioti sono gli organismi cellulari costituiti da una struttura cellulare semplice e da nucleo primitivo non separato dal citoplasma da alcuna vera membrana.

Caratteristiche principali dei batteri:

  • Unicellulari.
  • Forma: sferica, bastoncello o di spirale.
  • Dimensione: mediamente intorno a 0,001 mm (1 µm o 10-6 m) di diametro (Fig. 5)
  • Il materiale genetico dei batteri è rappresentato da una singola molecola a doppia elica di DNA circolare.
  • Il materiale genetico non è separato dal resto del citoplasma ma è localizzato in un’area della cellula detta nucleoide.
  • La forma dei batteri è mantenuta grazie alla presenza di una parete cellulare rigida.
  • I batteri si duplicano per scissione binaria.

La cellula batterica, dall’interno verso l’esterno, è formata dal citoplasma, circondato dalla membrana cellulare al cui esterno si trova la parete cellulare e poi la capsula. Infine, impiantati sulla membrana, vi sono i flagelli (Fig. 6).

Figura 5. Dimensione di alcuni microrganismi procarioti e cellule vegetali e animali

Figura 5. Dimensione di alcuni microrganismi procarioti e cellule vegetali e animali

Figura 6. Struttura di una cellula procariotica

Figura 6. Struttura di una cellula procariotica


Divisione cellulare nei procarioti

Divisione della cellula procariota

I procarioti si riproducono per divisione asessuata delle loro cellule per cui è più corretto parlare di moltiplicazione cellulare ovvero scissione binaria.

In pratica le cellule quando si moltiplicano, prima aumentano di dimensione, replicano (duplicano) il loro corredo genetico (singola copia di DNA) ed infine si dividono per formare due nuove cellule figlie (Fig. 7).

Figura 7. Moltiplicazione della cellula procariota

Figura 7. Moltiplicazione della cellula procariota


Struttura interna della cellula microbica

Lez. 2, Fig. 8 in Madigan M. T., Martinko J. M., Brock. Biologia dei microrganismi, CEA, Fig. 2-1 pag 22 vol.1


Morfologia microscopica: forme semplici

FORME SEMPLICI

  • COCCHI
  • BATTERI
  • BACILLI
  • VIBRIONI
  • SPIRILLI
  • FORME FILAMENTOSE RAMIFICATE (ACTINOMICETI)
  • BATTERI PLEOMORFI (MICOPLASMA E ACHELOSPLASMA)
Figura 9. Batteri

Figura 9. Batteri

Figura 10. Bacilli

Figura 10. Bacilli


Morfologia microscopica: forme semplici

FORME SEMPLICI

  • COCCHI
  • BATTERI
  • BACILLI
  • VIBRIONI
  • SPIRILLI
  • SPIROCHETE
  • FORME FILAMENTOSE RAMIFICATE (ACTINOMICETI)
  • BATTERI PLEOMORFI (MICOPLASMA E ACHELOSPLASMA)
Figura 11. Spirilli (A); Spirochete (B)

Figura 11. Spirilli (A); Spirochete (B)

Figura 12. Forme ramificate (actinomiceti)

Figura 12. Forme ramificate (actinomiceti)


Morfologia microscopica: forme semplici

Figura 15. Immagine riassuntiva delle principali morfologie dei procarioti

Figura 15. Immagine riassuntiva delle principali morfologie dei procarioti


Gli Eucarioti

Le cellule eucariotiche

Le cellule Eucariotiche sono caratterizzati da un nucleo circondato da una membrana che lo separa dal citoplasma, da organelli interni (mitocondri, cloroplasti…..) e complessi di membrane (Fig. 8 e Fig. 16).

Gran parte degli eucarioti sono organismi diploidi o presentano stadi diploidi nel loro ciclo vitale. I cromosomi sono sottoposti ad una riduzione con la formazione di cellule aploidi riproduttive dette gameti (meiosi). Durante la riproduzione sessuata i gameti si fondono in modo da formare uno zigote diploide che contiene il corredo genetico completo ereditato da ciascuna delle cellule riproduttive parentali.

Da un punto di vista evolutivo gli organismi eucariotici sono stati antenati di quelli multicellulari. Inoltre le cellule eucariotiche contengono genomi delle cellule procariotiche come nel caso dei mitocondri e cloroplasti, contenuti in esse, che sono forme ancestrali derivanti da specifiche linee di batteri.

Fra gli eucarioti semplici ricordiamo: funghi (Fig. 17), alghe e protozoi.

Formano le piante superiori e gli animali.

Figura 16. Struttura di una cellula eucariotica

Figura 16. Struttura di una cellula eucariotica

Fig. 17. Saccharomyces cerevisiae (lievito, A); Neurospora crassa (Muffa arancione del pane, B)

Fig. 17. Saccharomyces cerevisiae (lievito, A); Neurospora crassa (Muffa arancione del pane, B)


I materiali di supporto della lezione

Madigan et al., Cap 2

Perry et al., Cap 4

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