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Paola Salvatore » 2.Le strutture di superficie


Pili

I pili, o fimbrie, sono come i flagelli, strutture cellulari esterne, che, insieme alla capsula contribuiscono significativamente alla diversità morfologica delle cellule batteriche. Sono, infatti, coinvolti in funzioni fisiologiche assai diverse come il trasferimento di acidi nucleici ad altre cellule, e, l’adesione batterica alle cellule ospiti.

I pili sono più sottili e più corti dei flagelli; disposti, anche molto numerosi, sia su tutta la superficie cellulare, che solo ai poli. Sono formati da un’unica proteina, la pilina, che si assembla dall’interno della cellula verso l’esterno.

Le piline sono proteine molto mutevoli, capaci di ingannare il sistema immunitario. Alla loro estremità, o ai loro lati, sono presenti altre proteine definite adesine che consentono al batterio di aderire agli epiteli mucosi colonizzandoli.

Si osservi la disposizione e la numerosità delle fimbrie in una cellula in divisione. Immagine modificata da “Microbiologia” di Polisinelli et al.

Si osservi la disposizione e la numerosità delle fimbrie in una cellula in divisione. Immagine modificata da “Microbiologia” di Polisinelli et al.


Motilità contrattile

I pili si trovano sempre più spesso sulla superficie dei batteri Gram negativi, meno sui Gram positivi.
Sono pili, presenti in numero limitato, quelli coinvolti nel trasferimento di materiale genetico, sono fimbrie quelle non coinvolte in questo processo.

Sui pili vi sono i recettori per alcuni tipi di batteriofagi.

Anche ai pili è attribuito un tipo di motilità cellulare, motilità contrattile o twitching, un movimento a scatto. Tale motilità è dovuta alla presenza di un particolare tipo di pilo, pilo di tipo IV, sulla superficie cellulare. Lo stesso tipo di motilità contribuisce alla formazione di biofilm ed a particolari tipi di aggregazioni cellulari.

Cellule batteriche durante la coniugazione in cui si ha lo scambio di materiale genetico. Immagine modificata da “Microbiologia” di Polisinelli et al.

Cellule batteriche durante la coniugazione in cui si ha lo scambio di materiale genetico. Immagine modificata da “Microbiologia” di Polisinelli et al.


La Cellula Procariotica

La Cellula Procariotica…….dall’esterno all’interno

Alcune delle strutture cellulari indicate in figura sono state descritte nelle precedenti diapositive, come le fimbrie, i pili ed il flagello, altre, saranno oggetto delle prossime.

Cominciamo dalla capsula……..

La capsula è presente in molti batteri gram positivi e gram-negativi come rivestimento più esterno dal carattere mucoso, è infatti anche definita strato mucoso. Non è necessaria alla sopravvivenza cellulare.

La capsula, come altri costituenti cellulari, è di esclusiva appartenenza al mondo microbico. Essa assume un importante ruolo di difesa: protegge dall’essicazione e dalla fagocitosi, favorisce l’adesività cellula cellula, e l’invasione degli epiteli.

Rappresentazione schematica di una cellula batterica, 
con indicate alcune delle sue strutture.

Rappresentazione schematica di una cellula batterica, con indicate alcune delle sue strutture.


Costituenti capsulari


Colorazione di Gram

Questa colorazione fu ideata dal danese Hans Christian Gram nell’intento di mettere a punto una tecnica per evidenziare i batteri. La sua idea nasceva dall’osservazione che non tutti i batteri reagivano allo stesso modo alla colorazione.

La colorazione di Gram dipende dalla capacità di alcuni batteri, i Gram positivi, di trattenere il colorante, il cristalvioletto, e di altri, i Gram negativi, di non trattenerlo e risultare, quindi, completamente decolorati.

Immagine modificata da “Brock Biologia dei microrganismi” di Madigan et al.. Casa Editrice Ambrosiana.

Immagine modificata da “Brock Biologia dei microrganismi” di Madigan et al.. Casa Editrice Ambrosiana.


Protoplasti e Sferoplasti

In questa slide è descritto un esperimento che vuole evidenziare il ruolo della parete cellulare quando la cellula si trova in condizioni di pressione osmotica diversa da quella del suo citoplasma.

Trattando le cellule con lisozima, che digerisce la parete cellulare, si ottiene un protoplasto nel caso di batteri Gram positivi, ed uno sferoplasto nei batteri Gram negativi.

Comportamenti cellulari differenti a seconda della
 concentrazione osmotica: 
a) In acqua o in soluzione ipotonica il protoplasto scoppia;
b) Non scoppia, e mantiene la struttura di protoplasto, 
a concentrazione isotonica. Immagine modificata da “Brock Biologia dei microrganismi” di Madigan et al.. Casa Editrice Ambrosiana.

Comportamenti cellulari differenti a seconda della concentrazione osmotica: a) In acqua o in soluzione ipotonica il protoplasto scoppia; b) Non scoppia, e mantiene la struttura di protoplasto, a concentrazione isotonica. Immagine modificata da “Brock Biologia dei microrganismi” di Madigan et al.. Casa Editrice Ambrosiana.


La Parete Cellulare

La parete cellulare è una delle strutture tipiche dei procarioti, trova riscontro solo nelle cellule vegetali e nei funghi dove assume costituenti ed organizzazione differente.

La parete è anche definita sacculo, essa determina le particolari forme della cellula stessa.

La parete non riveste alcun ruolo attivo nei meccanismi di trasporto di sostanze tra l’esterno e l’interno della cellula, mentre ha una funzione importante nel processo di divisione cellulare.

La conoscenza della struttura e della biosintesi della parete è di grande importanza per la comprensione del meccanismo d’azione degli antibiotici.

La figura illustra schematicamente le differenze strutturali tra batteri Gram negativi e batteri Gram positivi.

La figura illustra schematicamente le differenze strutturali tra batteri Gram negativi e batteri Gram positivi.


Parete nei Gram+ e nei Gram -

Dato per assunto che la parete è differente tra Gram positivi e Gram negativi, cominciamo ad analizzare le diverse organizzazioni:

in a) è rappresentata la struttura della parete di un Gram positivo in cui si evidenzia uno spesso strato di parete, ed al di sotto di questo, una membrana cellulare

in b) è rappresentata la struttura della parete di un Gram negativo formata dal costituente principale dei Gram positivi, qui molto meno rappresentato, ma compreso tra una membrana esterna ed una membrana interna

Parete nei Gram+ e nei Gram-. Immagine modificata da “Brock Biologia dei microrganismi” di Madigan et al.. Casa Editrice Ambrosiana.

Parete nei Gram+ e nei Gram-. Immagine modificata da “Brock Biologia dei microrganismi” di Madigan et al.. Casa Editrice Ambrosiana.


Parete Gram positivi

Nei batteri Gram positivi la parete è interamente costituita da peptidoglicano che occupa uno spessore variabile tra i 100 e gli 800 angstrom. Il peptidoglicano è anche detto mureina per l’abbondante presenza di un particolare aminozucchero acetilato, l’acido N-acetilmuramico.

Al di sotto dello strato di peptidoglicano, ben visibile in figura, c’è la membrana cellulare, molto simile a quella delle cellule eucariotiche.

La Parete Cellulare dei Batteri Gram positivi. Immagine modificata da “Brock Biologia dei microrganismi” di Madigan et al.. Casa Editrice Ambrosiana.

La Parete Cellulare dei Batteri Gram positivi. Immagine modificata da “Brock Biologia dei microrganismi” di Madigan et al.. Casa Editrice Ambrosiana.


Parete Gram negativi

Nei batteri Gram negativi la parete comprende sia il peptidoglicano rappresentato in percentuale minore, che occupa uno strato tra gli 80 ed i 100 angstrom, sia una membrana cellulare che, anche visibilmente, è profondamente diversa da quella interna.

Esternamente al peptidoglicano è, infatti presente una membrana cellulare definita membrana esterna costituita, come tutte le membrane, da un’ossatura di fosfolipidi, ma funzionalmente e chimicamente diversa da quella interna.

La Parete Cellulare dei Batteri Gram negativi. Immagine modificata da “Brock Biologia dei microrganismi” di Madigan et al.. Casa Editrice Ambrosiana.

La Parete Cellulare dei Batteri Gram negativi. Immagine modificata da “Brock Biologia dei microrganismi” di Madigan et al.. Casa Editrice Ambrosiana.


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