12. General Mic Med

8/17/2019 12. General Mic Med

1/54

2. STRUCTURA ŞI FUNCŢIILE CELULEI BACTERIENE

Cunoaşterea structurii interne a celulei bacteriene este rezultatul utilizării tehnicilor de citochimie şi demicroscopie electronică. Structura reper a celulei bacteriene este peretele celular . În raport cu peretele se disting structurileintraparietale (care alcătuiesc protoplastul bacterian) şi structurile extraparietale. Structurile intraparietale sunt:

- spaţiul periplasmic;- membrana plasmatică;- mezosomul;- citoplasma;- ribosomii;- incluziile;- acuolele;- sporul;- aparatul !otosintetic;- rhapidosomii (rhapidos " baston) # incluzii ribonucleoproteice $n !ormă de baston;- magnetosomii # incluzii intracelulare cu structură cristalină delimitate de membrană% !ormate din magnetită

(&e'). *agnetosomii con!eră dipol magnetic permanent celulei% permiţ+ndu-i să se alinieze pasi la c+mpul

geomagnetic. ,acteriile care produc magnetosomi mani!estă magnetotaxie% adică procesul de orientare şimigrare de-a lungul liniilor c+mpului magnetic.

Structurile etraparietale sunt reprezentate de:- glicocali cu ariantele sale structurale: capsula şi glicocaliul comportamental;- !lageli;- !imbrii şi pili;- spini # structuri pericelulare groase la bază şi ascuţite la +r!.

nele structuri (membrana% citoplasma% nucleoidul% ribosomii) sunt esenţiale (obligatorii) şi se găsesc latoate celulele bacteriene. /ltele sunt facultative (spor% aparat !otosintetic% capsulă% !lageli)% !iind prezente numai laanumite grupe de bacterii.

2.1. Peretele celular

0eretele celular este o structură rigidă de $neliş% care $ncon1oară complet celula bacteriană. 2a celemobile% peretele este străbătut de !lageli. Structura parietală lipseşte la bacteriile din grupul Mycoplasma% precum şila cele halo!ile etreme (cele care trăiesc $n medii saline !oarte concentrate% unde structura protectoare !aţă de şoculosmotic nu este necesară). n criteriu empiric cu o aloare practică deosebită $n clasi!icarea şi identi!icarea

procariotelor este comportamentul la coloraţia 3ram (C. 3ram% 455). Caracterul 3ram poziti sau 3ram negatire!lectă deosebirile structurale ma1ore ale celor grupuri de bacterii. Coloraţia 3ram implică tratamentul succesi alcelulelor cu cristal-iolet (un colorant bazic)% urmat de tratamentul cu soluţie de iod $n 67 şi ulterior% etracţia cuun solent organic polar (alcool sau acetona). În celulă% cristal-ioletul şi iodul !ormează un comple insolubil.Celulele care rezistă etapei decolorării şi reţin compleul insolubil (cristal iolet-iod) albastru $nchis sunt celule3ram pozitie% iar cele care nu reţin colorantul sunt 3ram negatie. Caracterul 3ram poziti sau 3ram negati

re!lectă deosebiri structurale ma1ore ale peretelui. În !uncţie de particularităţile structurale ale peretelui% bacteriile se $mpart $n categorii: l. Firmacutes ( firmus " tare; cutis " $neliş) sunt bacteriile 3ram pozitie% cu perete celular gros şi rigid% la caremureina reprezintă p+nă la 589 din greutatea uscată a acestei structuri şi bacteriile acido-alcoolo-rezistente. . Gracillicutes ( gracillis " subţire% !in) sunt bacteriile 3ram negatie cu perete subţire% la care mureinareprezintă circa l89 din greutatea uscată a peretelui. '. Mendosicutes (mendosus "o structură cu de!ecte). oţiunea desemnează organismele domeniului Archaea%care au perete celular din care lipseşte mureina. *area ma1oritate a bacteriilor cunoscute aparţin grupului 3ram pozitie sau 3ram negatie. . Mollicutes sau Tenericutes (mollis, tener " moale) cuprinde bacteriile din grupul Mycoplasma% lipsite de

perete. 0eri!eria celulei este acoperită de o membrană ce conţine steroli% cu rol protector !aţă de liza osmotică. Suntcele mai mici bacterii cunoscute% cu capacitatea de a creşte pe medii inerte.

2.1.1. Structura moleculară a peretelui la acteriile !ram po"iti#e


2/54

2a bacteriile 3ram pozitie% peretele celular este gros% rezistent şi rigid. Componenta esenţială estemureina, denumită $ncă şi peptidoglican, glicopeptid, mucopeptid sau glucozaminopeptid . *ureina !ormează unstrat rigid% adiacent membranei plasmatice% iar sub aspectul compoziţiei chimice este unitară la toate eubacteriile(3ram pozitie şi 3ram negatie). *ureina este alcătuită dintr-o componentă peptidică şi una glucidică. Componenta glucidică repetitiă esteun dizaharid !ormat din N-acetil--glucozamin! şi acid N-acetilmuramic% legate β l-. /cidul N-acetilmuramicrezultă prin stabilirea unei legături ester $ntre -acetil-


3/54

c $

&ig. '. (a) *odelul general al structurii chimice a peptidoglicanului. (b) Săgeţile indică situsurile la care peptidoglicanul poate !i atacatde hidrolazele peretelui celular. Sunt reprezentate trei catene de peptidoglican ce constau din resturi alternante de acid -acetil muramic şi -acetil glucozamină. =etrapeptidele legate de acidul -acetilmuramic sunt interconectate prin punţi peptidice cu o secenţă ariabilă% la ('aureus de pentaglicin! (c)% (d) ?eprezentarea structurii generale a peptidoglicanului (3 " -acetilglucozamina; * " acid -acetilmuramic).2iniile groase reprezintă legături peptidice transersale (după ,roc@% 4A55).

Cu c+t numărul de legături peptidice este mai mare% cu at+t creşte rigiditatea peretelui. Se !ormează ast!elo structură coalentă per!ect continuă $n 1urul celulei% o moleculă mureinică gigantă% un adeărat sac mureinic% custructură tridimensională dinamică. 0eptidoglicanii di!eritelor specii di!eră prin aminoacizii şi ' ai tetrapeptidului şi prin !recenţa punţilor transersale de pentaglicină. Speciile patogene au o !recenţă superioară a punţilor transersale% ceea ce secorelează cu o rezistenţă mai mare a mureinei la acţiunea !actorilor litici din umorile organismului (lizozimul etc.). (inteza peptidoglicanului $ncepe cu sinteza $n citoplasmă a compleului )*-acid N-acetilmuramic-

pentapeptid, ataşat de bactoprenol (un lipid al membranei)% cuplat ulterior cu o moleculă de -acetilglucozaminăde la


4/54

liza şi moartea celulei% pentru că autolizinele continuă să !uncţioneze% iar alte punţi peptidice nu se mai !ormează.


5/54

&ig. . ?eprezentarea schematică a componentelor peretelui celular acido-rezistent la grupul Myco%acterium Nocardia. ?egiuneaeternă a $nelişului conţine unităţi lungi de acid micolic legat de arabinogalactan (după >olt% 4AA5).

?ezistenţa la decolorare se datorează compoziţiei chimice a peretelui celular. 0eptidoglicanulmicobacteriilor conţine acid diaminopimelic ca acid diaminic ma1or% iar acidul muramic este -glicozilat (şi nu -acetilat). n alt compus ma1or parietal al micobacteriilor este polizaharidul cu greutate moleculară mare # ara%inogalactanul, un copolimer polizaharidic% alcătuit din ara%inoz! şi galactoz!% esteri!icate cu acizi graşi cu

catenă lungă # acizii micolici # cu E8-A8 atomi de C. 2a +oryne%acterium şi Nocardia% acizii graşi au catenă maiscurtă (8-D8 de atomi de C). 3licolipidele complee din structura peretelui con!eră proprietatea de acido-alcoolo-rezistenţă. / 77-a categorie de lipide% cele FlibereG% sunt lipooligozaharide ce conţin trehaloza şi lipoarabinomanani. 2.1.(. Peretele celular la acteriile !ram 'e)ati#e

0eretele bacteriilor 3ram negatie este mai comple% datorită prezenţei unei structuricaracteristice denumită mem%rana extern!, o replică structurală a membranei plasmatice% care poate !iast!el considerată ca mem%ran! intern! (!ig. H). *embrana eternă% ca şi celelalte membrane biologice%este alcătuită dintr-un strat lipidic dublu% puţin permeabil pentru moleculele hidro!ile. În stratul lipidic

sunt inclaate proteine% denumite porine% ce !ormează canale pentru in!luul nutrienţilor şi pentrueliminarea produselor de catabolism.0orinele s-au găsit la toate bacteriile 3ram negatie şi chiar la un grup de bacterii 3ram pozitie:

+oryne%acterium-Nocardia-Myco%acterium % care produc un perete celular bogat $n lipide% asemănător dublului strat. /naliza !ilogeniei organismelor procariote pe baza secenţierii proteinelor a dus la concluziaeistenţei unor di!erenţe !ilogenetice ma1ore $ntre organismele cu $neliş dublu membranar (IIdidermiceJJ) şi cele cu membrană simplă (IImonodermiceJJ).

&ig. H. ?eprezentarea schematică a structurii moleculare a peretelui la bacteriile 3ram negatie. 0roteinele trimere matriceale dinmembrana eternă sunt asociate cu lipoproteine şi cu lipopolizaharide (20S). 20S sunt legate coalent de peptidoglican.

2a microscopul electronic% membrana eternă a peretelui apare pluristrati!icată. Componentele chimicesunt !os!olipide ('H9 din greutatea uscată)% proteine (lH9) şi lipopolizaharide (H89). 0roteinele membranei eterne se numesc porine% deoarece reglează permeabilitatea şi constituie canalelemembranare de transport celular. 7niţial s-au descris trei tipuri de porine: mp&% mpC şi 0hoK. /naliza prinmetoda cristalogra!iei cu raze L releă că porinele sunt proteine transmem%ranare trimerice cu o secenţă de H8-H8 i i i ă !i ţi d ă t d B li / i i bil ţ l i l l


6/54

capătul C-terminal fenil-alanina% sau rareori triptofanul . 0orinele au !uncţie de canale de di!uzie a moleculelor mici. nele porine sunt permeabile pentru orice moleculă mai mică de D88


7/54

*olizaharidul regiunii externe este un polimer de p+nă la 488 de resturi glucidice% !ormat din unităţioligozaharidice repetitie% care con!eră speci!icitate serologică de grup unor bacterii 3ram negatie (de eemplu%(almonella). nităţile oligozaharidice conţin - glucide:


8/54

acestei structuri% deoarece antibioticele policationice din grupul polimixinei se compleează aid cu 20S şidezorganizează membrana eternă% mărind permeabilitatea pentru agenţii cu acţiune asupra membranei saucomponentelor citoplasmatice. =oţi agenţii policationici se leagă de 20S anionice% cu o a!initate ariabilă.,acteriile 3ram negatie sunt rezistente la detergenţii anionici şi neutri% dar sunt sensibile la detergenţiimonocationici.

/genţii chelatori ai ionilor de CaP şi *gP dezorganizează şi permeabilizează membrana eternă (Naara%4AA).

?eacţia 3ram nu se corelează strict cu compoziţia chimică a peretelui% ci depinde de structura sa !izică% destarea !iziologică a celulei% de integritatea ei structurală. /st!el% leurile% deşi au perete celular gros% dar cu ocompoziţie chimică di!erită de a mureinei% se colorează 3ram poziti% iar bacteriile 3ram pozitie $mbătr+nite secolorează 3ram negati.

2.1.(.2. Spa+iul peripla&mic Spaţiul periplasmic este un compartiment celular al bacteriilor 3ram negatie% delimitat de membranaeternă a peretelui celular şi de membrana internă (citoplasmatică). Kste singurul compartiment al celulei

procariote şi conţine un olum apos semni!icati $n care se găsesc proteine şi oligozaharide. 0roteinele suntreprezentate de enzime degradative (


9/54

&ig. 5. Structura pseudomureinei% polimerul peretelui celular la Methano%acterium sp'


10/54

mică (cele naturale)% porinele sunt mai permeabile% iar la bacteriile patogene% $n organismul gazdă% porinele au permeabilitate mai mică;

- la bacteriile patogene% $n membrana eternă se găsesc proteine de irulenţă: adezine% cu rol de !iare a bacteriei pe celulele sensibile;

- 20S are proprietăţi chimiotactic negative !aţă de !agocite% mărind nielul irulenţei bacteriene şi con!erăindiidualitate biochimică şi serologică di!eritelor tulpini;

- 20S este antigenic şi induce sinteza anticorpilor speci!ici cu rol protector.

2.1.. Protopla/tii acterie'i

0rotoplastul este structura organizată a componentelor celulare care ram+ne după $ndepărtarea pereteluicelular şi care% păstr+ndu-şi iabilitatea realizează procese metabolice% biosinteze şi trans!er de energie (!ig. A). 0rotoplaştii bacterieni au !ost obţinuţi eperimental $n lAH de către Salton. Kl a eidenţiat că peretelecelular de Micrococcus lysodei$ticus s-a digerat sub acţiunea lizozimului.

&ig. A. 7maginea electrono-optică a celulelor de 0acillus su%tilis. a. În regiunea centrală s-a iniţiat !ormarea septului de diiziune. b. nstadiu intermediar al degradării peretelui sub acţiunea lizozimului şi retracţia protoplastului. c. 0rotoplastul (*ihăescu şi colab.% 4AA4).

Cea mai !olosită metodă de obţinere a protoplaştilor este digestia enzimatică cu lizozim a peretelui

bacteriilor 3ram pozitie. 2izozimul% care se găseşte $n lacrimi% saliă% albuşul de ou% atacă mureina(peptidoglicanul) prin hidroliza legăturilor B l- ale lanţurilor polizaharidice. ?ezultă un dizaharid !ormat din -acetilglucozamină şi -acetilmuramic% la care răm+n ataşate catenele peptidice. 0rotoplastul este !oarte sensibil la liza osmotică. Citoplasma celulei bacteriene este o soluţie maiconcentrată (l8 m*) dec+t a mediului de suspensie. /pa trece din compartimentul cu concentraţie mică $n cel cuconcentraţie crescută% printr-un proces denumit osmoz!. Într-un mediu neprote1at osmotic% apa pătrunde $n

protoplast şi se produce plasmoliza.Într-un mediu prote1at osmotic% protoplaştii celulelor 3ram pozitie $şi păstrează integritatea structurală%

capacitatea respiratorie% de biosinteză% de creştere şi diiziune şi chiar de replicare a !agului% dacă in!ecţia s-a !ăcut$nainte de $ndepărtarea peretelui. *ediul de protecţie osmotică (de protoplastizare) trebuie să conţină o concentraţie mare a unor substanţe

pentru care membrana celulară este impermeabilă (soluţie de sucroză 8%' *).


11/54

(eronat) că membrana plasmatică este alcătuită din două straturi de proteine% $ntre care se găseşte unul lipidic% dar cantitatea de proteine este prea mică pentru a !orma două straturi continue. *embrana celulei procariote conţine proteine% glucide şi lipide% dar spre deosebire de membrana celuleieucariote% cu puţine ecepţii% nu conţine steroli (!ig. 48a). Singer şi icolson au propus modelul mozaicului fluid (!ig. 48b) de organizare a membranelor biologice%care consideră că membranele sunt structuri %idimensionale de proteine glo%ulare #i lipide% cu distribuţie orientată%stabilizate de cea de a 777-a componentă ma1oră # apa. *oleculele de apă sunt legate prin punţi intermoleculare de

>% !orm+nd o structură de reţea. cu apa sau să accepte o legătură a acesteia.

&ig. 48. a. ?eprezentarea schematică amoleculei !os!olipidice% componenta

structurală a membranei. &os!olipidele suntmolecule polare. QCozileG de acizi graşi sunt!oarte hidro!obe (nu !ormează legături cuapa) şi constituie o barieră de permeabilitate!aţă de moleculele hidrosolubile. QCapulGmoleculei este !ormat din gruparea !os!at%

legată de o grupare care conţine şi din glicerol. Kste !oarte hidro!il (!ormează legătucu moleculele de apă).

&ig. 48b. *odelul mozaicului !luid al structurii membran&os!olipidele !ormează un strat dublu% cu componentele hidro!oorientate spre interior% iar capetele hidro!ile constituie supra!ainternă şi eternă a membranei. În QmareaG lipidică proteinele pluteca nişte Giceberg-uriG. nele se etind $n toată grosimea dublului strlipidic% iar altele sunt ancorate pe !aţa internă sau eternă. *embramicoplasmelor şi eucariotelor conţine colesterol.


12/54

*embrana este un dublu strat !os!olipidic şi glicolipidic !oarte subţire (bidimensional)% la care seasociază proteinele membranare. /nsamblul molecular al membranei este asemănat cu un ocean!os!olipidic% $n care plutesc ca nişte ice%erg-uri% proteinele. 0roteinele con!eră membranelor multe dintre proprietăţile !uncţionale speci!ice (de eemplu%menţinerea şi utilizarea gradientului transmembranar de > pentru sinteza /=0). În raport cu dispunerea lor $n structura membranei% proteinele sunt periferice şi integrate.

0roteinele periferice sunt asociate cu membrana% dar nu au nici o secenţă inclusă $n structura ei.Structura lor este analogă proteinelor hidrosolubile. 0roteinele membranare integrate au cel puţin un domeniu al moleculei situat 4n regiuneahidrofo%! a stratului lipidic. Kle pot !i dislocate din structura membranei numai sub acţiunea detergenţilor ce solubilizează lipidele. Clasa proteinelor integrate se $mparte $n două subclase: 4. *roteinele transmem%ranare au o mare parte a masei lor inclusă $n dublul strat !os!olipidic%dar epun domenii semni!icati di!erite pe ambele !eţe ale membranei% ceea ce con!eră asimetria!uncţională a acesteia. Kle au o structură heterogenă% deoarece cel puţin un domeniu al moleculei este inclus $n mediulhidrofo% al lipidelor şi trebuie să !ie compatibil cu acesta. Secenţa de 4A-' aminoacizi a domeniuluiinclus $n stratul lipidic este hidrofo%! şi are con!iguraţia α-heli (!ig. 44).

prin intermediul cărorainteracţionează cu alte grupări de semn opus sau cu apa ca solent. /pa este o moleculă !oarte polarizată% a+nd sarcini pozitie şinegatie. *oleculele ce poartă grupări electrostatice% ca > ' şi C- sunt polare şi greu de separat din apă. 0roteinele se pliazăcu resturile de aminoacizi hidro!obi% spre interior% iar aminoacizii cu grupări polare (/rg% 3lu% Ser) se găsesc la supra!aţamoleculei.

/simetria structurală a proteinelor integrate se eidenţiază pe imagini electrono-optice alemembranei crio!racturate. =ehnica crio!racturării presupune $ngheţarea rapidă a membranei la temperatura

azotului lichid şi !racturarea membranei cu un cuţit special. *embrana se cliează de-a lungul regiuniihidro!obe a acizilor graşi şi rezultă două 1umătăţi de membrană% cu un grad accentuat de asimetrie%con!erită de proteinele transmembranare.

&ig. 44. ?eprezentarea schematică a localizării proteinelor membranare. 0roteinele peri!erice sunt $n raporturi spaţiale str+nsecu capetele hidro!ile ale !os!olipidelor. 0roteinele integrate sunt localizate $n dublul strat !os!olipidic ori au domenii care seetind $n regiunile hidro!ile (dupa >olt si colab.% 4AA5).

. *roteinele mem%ranare ancorate au un domeniu ce penetrează dublul strat lipidic% dar nutraersează complet membrana. Sunt ancorate de membrană prin legătură coalentă cu lipidele.


13/54

Structura membranei plasmatice este stabilizată prin legături de > şi interacţiuni molecularehidro!obe. 7onii de *g şi Ca realizează legături ionice cu sarcinile negatie ale !os!olipidelor şistabilizează structura membranei. Lipidele conţin esteri ai acizilor graşi (/3) cu glicerolul. /cizii graşi celulari au o catenă de A-8atomi de C şi includ ma1oritatea glicolipidelor şi !os!olipidelor membranare% $n a căror structură predomină /3 cu l% lD şi 45 atomi de C% saturaţi sau nesaturaţi. /cidul gras saturat cu 4D atomi de C

(acidul headecanoic) este !oarte conserat la procariote. Kubacteriile conţin circa 8 de /3% unii dintre ei!iind speci!ici procariotelor. ,acteriile 3ram negatie au proporţie mai mare de /3 saturaţi şimononesaturaţi% cu număr par de atomi de C% dec+t cele 3ram positie (*agnuson şi colab.% 4AA').ltimele au o proporţie mai mare de /3 cu număr impar de atomi de C. În categoria acizilor graşi nu suntincluse catenele lungi de -A8 atomi de C ai acizilor micolici şi nici Ouinonele izoprenoide. &os!olipidele (!os!ogliceride) membranelor biologice sunt molecule amfipatice polare% deoareceau un cap polar (glicerolul) legat cu cozile nepolare. ale acizilor graşi: glicerolul intră $n structura dereţea a apei% !iind hidrofil % iar acizii gra#i !ormează componenta hidrofo%! a moleculei (!ig. 4). /st!el%membrana are două supra!eţe polare% cu caracter hidro!il% datorat resturilor de glicerol.

&ig. 4. a. Structura de bază a dublului strat !os!olipidic. b.


14/54

eternă. *işcarea transmembranară este !acilitată de o !amilie de proteine (!lipaze)% care o!eră omodalitate de mişcare mai !aorabilă energetic şi mult mai rapidă dec+t mişcarea necatalizată. Cu ecepţia micoplasmelor şi a metanotrofelor % membrana procariotelor se deosebeşte de cea aeucariotelor prin absenţa sterolilor . Sterolii sunt molecule plane% rigide% iar acizii graşi sunt !leibili.Sterolii con!eră un grad superior de rigiditate membranei plasmatice. ?igiditatea membranei este necesarăcelulelor lipsite de perete. 2a eucariote% rigiditatea ar !i necesară pentru a suporta !orţele !izice care se

eercită asupra membranei. /ntibioticele polienice (nRstatin% candicidin) reacţionează cu sterolii şi destabilizează membrana.


15/54

3licerol-eterii sunt mar@eri biochimici ai Archaea.

2.2.2. Fu'c+iile memra'ei pla&matice

*embrana plasmatică este bariera ma1oră structurală şi de permeabilitate $ntre mediul celular şicel etern. *embrana este $n primul r+nd bariera de permeabilitate care $mpiedică di!uzia liberă a

componentelor citoplasmatice. 0ermeabilitatea !oarte selectiă este asigurată de asimetria sa funcţional!:este mai permeabilă pe !aţa internă% ceea ce asigură menţinerea constanţei mediului intern !aţă de celetern% !oarte ariabil. *embrana este sediul sinergonului respirator (constituenţii moleculari care realizează proceselede respiraţie celulară şi !ormează sistemul de transport al electronilor) şi al sinergonului fotosintetizant .P) şi ionii >- sunt

distribuiţi separat pe cele !eţe. Se generează o !ormă de energie metabolică asemănătoare potenţialuluienergetic al unei baterii. Starea energetică a membranei denumită forţ! proton-motrice este utilizată pentru transport% mobilitate !lagelară şi biosinteza /=0. *embrana este sediul proteinelor cu rol de chemoreceptori % $n special a celor ce au rol $nmobilitatea orientată a celulei. nele proteine membranare au rol de enzime ale sistemului /=0-azic./ltele asigură modelarea peretelui celular: sunt murein-hidrolaze şi murein-sintetaze. 2a nielul membranei se găsesc proteinele de transport % ce asigură trans!erul moleculelor dinmediu $n celulă şi iners% precum şi proteinele enzime ce realizează turnoer-ul lipidelor şi proteinelor membranare.

2.2.(. 0eca'i&mele i"iolo)ice ale permeailită+ii memra'ei

Creşterea şi multiplicarea microorganismelor sunt condiţionate de disponibilitatea nutrienţilor care trebuie să străbată $nelişurile celulare şi de eliminarea produselor de catabolism. Caracterul hidro!ob al membranei $i con!eră acesteia proprietatea de barieră de permeabilitateselectiă: di!uzează liber unele molecule hidro!obe mici% molecule lineare şi cele solubile $n mediullipidic al membranei (antibioticele cu molecula polară). /pa di!uzează liber printre !os!olipidelemembranei pentru că este o moleculă mică şi lipsită de sarcină. *embrana eclude moleculele mai maridec+t glicerolul% dacă nu se dizolă $n lipide sau dacă nu sunt transportate de sisteme membranare. Înacelaşi timp% barierele celulare asigură transportul substanţelor nutritie şi reţin $n interiorul celuleisubstanţele necesare% !uncţion+nd ca adeărate Fporţi moleculareG% ce controlează intrarea şi ieşireadi!eritelor molecule.


16/54

Mezosomul (sau corpul din mi1loc) este o structură deriată din membrană% a cărei poziţie $n celulă esteadesea mediană. Se mai numeşte plasmalemasom (corp deriat din membrană).0entru ca o structură membranară să poată !i $ncadrată $n categoria mezosomilor trebuie să $ndeplineascătrei condiţii de bază:- să derie din membrana citoplasmatică% adică să !ie rezultatul unor intruzii ale membranei

citoplasmatice% cu care structura mezosomală păstrează permanent legături de continuitate directă;

- să poată !i etruzată $n spaţiul dintre membrana plasmatică şi peretele celular% prin creşterea presiunii osmotice a mediului de suspensie;

- să !ie asociată cu următoarele procese importante ale celulei: a) cu replicarea cromosomului şi cu distribuţia celor doi cromosomi $n celulele surori; b) cu procesul de sporulare. S-au descris trei tipuri mor!ologice de mezosomi: tu%ulari, veziculari #i lamelari. nii autoriconsideră că aceste !orme sunt reciproc reersibile% realiz+nd un continuum structural. *ezosomii sunt mai !recenţi şi au o structură mai compleă% de tip lamelar% la bacteriile 3ram pozitie. 2a cele 3ram negatie sunt mai rari şi au aspect tubular. În mediile hipertonice% mezosomii se etruzează $n spaţiul dintre membrana citoplasmatică şi peretele celular% ca o doadă certă a legăturii lor structurale directe cu membrana plasmatică. Structura moleculară a membranelor mezosomale este identică cu aceea a membranei plasmatice

din care deriă: un strat dublu !os!olipidic% $n care sunt inclaate proteinele structurale şi enzimatice. *ezosomii sunt structuri !oarte dinamice% prezente doar $n anumite stări !iziologice ale celulei%c+nd prezenţa lor este necesară. &ormarea lor este o modalitate de etindere a membranei citoplasmaticespre interior care% datorită rigidităţii peretelui celular nu se poate mări pe altă cale (!ig. 4).

&ig. 4. 7magine electrono-optică a structurii mezosomale de tip tubular (a) la o bacterie 3ram negatiă şi de tip lamelar (b) la 0acillus su%tilis (original).

Funcţiile mezosomului' *ezosomul este o structură multi!uncţională:- este asociat cu procesele de biosinteză şi de creştere celulară;- la nielul mezosomului se găsesc situsuri de legare pentru cromosom şi pentru plasmide;- este calea de transmitere a semnalului% originar la nielul membranei% pentru replicarea

cromosomului şi pentru diiziune% după ce dimensiunile celulei au atins o aloare critică;- participă la procesul de segregare a celor doi cromosomi $ntre celulele surori rezultate din diiziune;

- deoarece deriă din membrană şi $mpreună cu aceasta este sediul sinergonului respirator (adică lanielul său se des!ăşoară procese energetice celulare)% mezosomul este considerat echialentulstructural şi !uncţional al mitocondriei;

- este echialentul !uncţional al lizosomului% deoarece la nielul său se găsesc enzime cu roldegradati;

- este asociat cu !uncţiile secretorii ale celulei. *ezosomii sunt mai numeroşi $n celulele de 0' su%tilis producătoare de enzime. 0articipă $ntr-un mod necunoscut la sinteza şi secreţia unor enzimeinductibile (de eemplu% penicilinaza% pe care o secretă bacteriile rezistente la penicilină). În mediu

a


17/54

!ără penicilină nu se secretă penicilinaza şi mezosomii lipsesc% dar apar $n celulele care cresc pemediul ce conţine penicilină.

2.,. Citopla&ma

Citoplasma celulei bacteriene este un sistem comple reprezentat de soluţie propriu-zisăM% de soluţie

coloidalăMM% de emulsieMMM şi de miceleMMMM% !ormat din proteine% glucide% apă şi substanţe minerale.

MSoluţiile adeărate sunt !ormate de moleculele mici dizolate $ntr-un solent. *oleculele dizolate nu se pot distinge prinmetode !izice de moleculele solentului. Kle con!eră soluţiei (citoplasmei) presiune osmotic!. MMSoluţiile coloidale sunt !ormate de moleculele mari% cu dimensiuni $ntre 4-488 nm: soluţiile coloidale sunt opalescente şiabsorb o parte a razelor de lumină care le străbate lateral.

MMMKmulsia este o suspensie de picături mici ale unui lichid $n alt lichid% cu care nu este miscibil. MMMM*icelele sunt particule !ormate din macromolecule amfipatice şi apă' *oleculele am!ipatice au o grupare carboil polară şio catenă lungă apolară (de eemplu% acizi graşi).

Klectroliţii sunt $n concentraţie mare şi sunt reţinuţi $n citoplasmă datorită permeabilităţii selectie a

membranei. Concentraţia mare a substanţelor dizolate # organice şi anorganice% generează o presiunehidrostatică sau presiune de turgor % ce se mani!estă $n raport cu !aţa internă a membranei.

M0resiunea de turgor este di!erenţa de presiune osmotică $ntre mediul citoplasmatic şi mediul etracelular.

Cele stări !izice ale citoplasmei sunt $ntr-o continuă modi!icare a raportului lor cantitati% care$n ansamblu% datorită lipsei curenţilor citoplasmatici% con!eră caracterul unui gel fluid .

Caracterul de gel al citoplasmei este consecinţa st!rii apei. *olecula de apă este un ion dipolar (zitterion). moleculă dipolară are simultan un grup $ncărcat poziti şi un grup $ncărcat negati(aminoacizii indiiduali% dar şi moleculele proteice au o grupare cu sarcină pozitiă (> P) şi o grupare$ncărcată negati (C-) 0roprietatea de polaritate a apei este !oarte importantă% deoarece este mediul $ncare se dizolă multe molecule polare. /pa !ormează o reţea tridimensională at+t cu ea $nsăşi% c+t şi cumacromoleculele. 0olaritatea $naltă a moleculei de apă !ace ca moleculele nepolare să !ormeze agregatestabile. &aptul că moleculele de apă sunt legate $n reţea condiţionează proprietăţile sale de solent%

tensiunea super!icialăM

$naltă şi căldura speci!ică $naltă.

M=ensiunea super!icială este !orţa elastică ce se mani!estă la supra!aţa unui lichid% ce tinde să se micşoreze la un minim posibil$n contact cu aerul.

În celulă% apa se găseşte $n două stări:- apa li%er! este cea care se deplasează liber $n celulă şi care la creşterea presiunii osmotice a

mediului etracelular trece $n a!ara celulei;- apa legat! (de hidratare) $n structura gelului citoplasmatic.

În celula bacteriană egetatiă% apa liberă (care constituie circa E89 din totalul apei) creează unmediu de suspensie pentru macromolecule. /pa liberă este !oarte mo%il!% iar cea din structura gelului este practic imobilă. Starea de gel a

citoplasmei păstrează componentele celulare separate spaţial (Tiggins% 4AA8). /bsenţa curenţilor citoplasmatici are ca rezultat imobilitatea conţinutului celular. 2a celulele bacteriene tinere% a!late $n !aza logaritmică de creştere% citoplasma este !in granulară%densă şi omogenă% intens %azofil!% datorită conţinutului ridicat de acizi nucleici. /? citoplasmatic estereprezentat de /?r (589)% /?t (l8-89) şi /?m (9).

În citoplasma celulelor tinere se găsesc% $ntr-o proporţie mare% proteinele-!actori de creştere implicate$n sinteza noilor proteine.


18/54

În citoplasma celulelor $mbătr+nite apar materiale de incluzie şi acuole. /spectul deinegranular neomogen% iar bazo!ilia se diminuează datorită scăderii p+nă la 8 a ratei sintezei /?% precum şidatorită reducerii treptate a cantităţii eistente. /!initatea pentru coloranţii bazici este neuni!ormă.

2.-. Nucleoi$ul acteria'

/paratul genetic bacterian este reprezentat de două tipuri de structuri: nucleoidul % care din punctde edere structural şi !uncţional corespunde cromosomului şi plasmidele. Corespunzător celor două tipuride structuri% determinanţii genetici sunt de două categorii: gene esenţiale (eucromosomale)% localizate $nstructura cromosomului şi genele accesorii% cu localizare plasmidială sau $n structura elementelor genetice transpozabile şi a unor !agi.

Cromosomul bacterian% ca structură genetică esenţială% poartă in!ormaţia genetică ce asigurădes!ăşurarea !uncţiilor esenţiale pentru eistenţa celulei% adică setul de determinanţi minim necesari pentru a codi!ica arhitectura celulei şi pentru a asigura metabolismul energetic şi de biosinteză% creşterea%diiziunea şi reglarea di!eritelor actiităţi celulare. Structurile genetice etracromosomale (plasmidele) poartă in!ormaţia genetică accesorie% Fdecon!ortG% care permite celulei o mai bună adaptare la condiţii de mediu noi sau modi!icate. 3enomul &' coli 6 4 este alcătuit din circa 88 de gene. 0entru creşterea $n laborator ar !i

necesare numai c+tea sute. 3enomul este rezultatul acţiunii !orţelor selectie pentru e!icienţă metabolicăşi adaptabilitate. Spre deosebire de celulele eucariote care au un nucleu cu structură bine de!inită% delimitat de omembrană şi conţin+nd un număr de!init de cromosomi% FnucleulG bacterian reprezintă o !ormă primitiăde organizare% lipsită de membrană% inclaată direct $n citoplasmă. 0articularitatea structurii nucleare # lipsa membranei delimitante # este !undamentală pentru organizarea celulară de tip procariot % căruia $iaparţin bacteriile.


19/54

*aterialul nuclear poate !i izolat din celulă sub !orma unui corpuscul dens şi compact. Corpuscululcorespunde stării F$mpachetateG a cromosomului.


20/54

Într-o etapă ulterioară% domeniile suprahelicale se pliază din nou unul !aţă de altul% superior şi in!erior !aţă de un plan orizontal. /st!el% rezultă masa compactă a nucleoidului% aşa cum se eidenţiază lamicroscopul optic şi se poate izola din celulă. /


21/54

umărul ribosomilor $n celula bacteriană este corelat cu actiitatea ei !iziologică: este mic $ncelulele $n repaus% dar creşte !oarte mult $n celulele !iziologic actie ($n medie 8888 ribosomicelulă% cuariaţii $ntre lH-l88888).

?ibosomii sunt structuri dinamice% calitate ce se re!lectă $n capacitatea lor de a se disocia $n douăsubunităţi% de '8 S şi H8 S şi de a se reasocia.


22/54

În celula eucariotă% transcrierea şi traducerea in!ormaţiei genetice sunt eenimente separate $ntimp şi spaţiu% datorită compartimentării spaţiului celular. În celula procariotă% ribosomii au relaţii spaţiale str+nse cu /


23/54

=oate celulele% eucariote şi procariote secretă (eportă) proteine $n spaţiul etracelular. 2a bacterii% proteinele pentru export se sintetizează pe ribosomii asociaţi membranei plasmatice.Sinteza $ncepe cu o secvenţ! semnal % de l5-'H aminoacizi% la capătul -terminal. 0rin secenţa peptidicăsemnal% proteinele pentru eport se deosebesc de cele citoplasmatice şi se orientează spre calea de eport.rientarea este rezultatul legării peptidului semnal% de membrană% !ie direct% !ie prin intermediul unei proteine citoplasmatice denumită chaperone..

MChaperonii (chaperon% lb. engleză " a $nsoţi% a supraeghea) s-au de!init ca o !amilie de proteine celulare care mediaz! plierea corect! a altor polipeptide şi uneori asamblarea lor $n structuri oligomere% dar care nu sunt componente ale structurilor !uncţionale !inale (Craig şi colab.% 4AA'). *ulte proteine se pliaz! spontan% dar plierea iniţială a unui număr mare de proteine

celulare necesită asistenţa chaperonilor. 0roteinele care s-au pliat greşit sunt degradate proteolitic .

nele proteine destinate eportului nu apar niciodat! 4n citoplasm!% ceea ce sugerează că secreţialor se !ace pe măsură ce sunt sintetizate. /cestea sunt molecule relati mici (8-8 @


24/54


25/54

&ndosporul sau sporul endogen a !ost considerat ca unic tip sporal bacterian% p+nă la descriereacelorlalte tipuri. /re !ormă s!erică sau oalară. Cei oalari au dimensiuni cuprinse $ntre 8%H # 4 Um% pentru aul scurt şi 4% # Um pentru aul lung. &videnţiere' Kndosporul este o structură re!ringentă şi $n celula ie% la microscopul optic aparestrălucitor.


26/54

(tadiul @ corespunde depunerii unei structuri proteice complee pe supra!aţa eternă a presporului% !ormată din două lame: 4nveli#ul sporal intern (intina) şi 4nveli#ul sporal extern (eina).(tadiul @? corespunde maturării sporului şi do%5ndirii rezistenţei la c!ldur! #i la radiaţiile )@ % iar stadiul @?? corespunde lizei celulei şi eliberării sporului matur.

&ig. 45. ?eprezentarea schematică a etapelor de !ormare a endosporului.

Schimbările mor!ologice pro!unde care se produc $n timpul sporulării sunt cuplate cumodi!icarea epresiei genelor% datorită actiării $n cascadă a factorilor σ % care modi!icăspeci!icitatea de legare a /?-polimerazei% de promotorii di!eritelor gene. S-au izolat mutante bacteriene care blochează sporogeneza $n di!erite etape.

2.4.1. Structura internă a endosporului

2a di!erite grupe de bacterii eistă ariaţii importante ale structurii sporului% $n special $n priinţa

$nelişurilor% care di!eră prin numărul şi grosimea lor. Kistă de asemenea ariaţii cu priire la relaţiasporului cu celula egetatiă $n care s-a !ormat: sporul răm+ne inclus $n celulă sau se eliberează cur+nddupă !ormare% prin liza acesteia. Sporul este alcătuit din protoplastul sporal % care conţine sporoplasma şi materialul nuclear .0rotoplastul sporal este acoperit de următoarele structuri:- un perete intern subţire% originar din membrana internă a presporului.


27/54

2.4.2. Particularită+ile ioc*imice ale &porului

Sporularea este iniţiată ca răspuns la numeroase semnale eterne şi interne: epuizarea unuinutrient% densitatea celulară. Sporularea e!icientă necesită o densitate celulară mare. Scăderea amplă aconcentraţiei 3=0 şi 3


28/54

- emergenţa celulei egetatie din $nelişuri% delimitată de un perete deriat din peretele sporal intern. Într-un mediu nutriti optim% germinarea este rapidă: de la iniţiere p+nă la diiziunea celulară% procesul durează A8 de minute. În medii !aorabile% ma1oritatea sporilor germinează% dar o proporţie micărăm+n dorminzi' 0entru iniţierea germinării% sporii necesită un !actor suplimentar: un compus cu grupări #S>% p>acid. ,) conţin lipide(9) şi proteine% polimeri de natur! proteic! (incluzia parasporală la 0' thuringiensis) (!ig. 4A);- polimeri anorganici (polimeta!os!at% denumite incluzii de olutină);- incluzii anorganice simple (de sul! coloidal% CaC').

, se colorează cu negru de (udan% ca şidepozitele lipidice neutre ale celulei eucariote şi din această cauză au !ost identi!icate incorect ca rezerelipidice. 7ncluziile proteice se colorează cu amido-scharz % iar cele de polimetafosfat sunt metacromatice% pentru că după colorare cu albastru de metilen% dob+ndesc culoarea roşie.

&ig. 4A. 7ncluzii bacteriene. a. &ormula structurală a glicogenului (molecule de glucoză legate V -4%% cu rami!icaţii V -4%D. b.0oli!os!atul. c. /cidul poli-B-hidroibutiric. d. 7maginea electrono-optică a celulei de Azoto%acter cu incluzii de poli-B-

hidroibutirat. e. 7maginea electrono-optică a incluziei proteice parasporale la 0' thuringiensis (original)'


29/54

Ca regulă generală% o specie bacteriană !ormează un singur tip de depozit celular. 3ranulele de volutin! (polimeta!os!at)% denumite ast!el pentru că s-au identi!icat la (pirillumvolutans% sunt polimeri lineari de orto!os!aţi% de lungime ariabilă. Se sintetizează $n condiţiile de!icituluioricărui nutrient ma1or% prin adăugarea secenţială a resturilor de !os!at la piro!as!at% după reacţia:

S ca donor de electroni $n procesul

!otosintezei;- la cele !ilamentoase chimiolitotrofe ( 0eggiatoa, Thiotrix)% care oidează >S şi eliberează energie.

S din mediu% sul!ul depozitat $n celulă este oidat la sul!at. (emnificaţie %iologic!. &ormarea incluziilor constituie o modalitate a celulei de a depozitacantităţi mari de materiale de rezeră. Kle se !ormează $n condiţiile unui mediu bogat $n substanţenutritie% sau $n cazul unui dezechilibru al compoziţiei chimice a mediului% $n special al raportului C.*aterialele incluziei sunt consumate după epuizarea resurselor energetice din mediu sau c+nd raportulC reine la normal. Stocarea moleculelor sub !orma polimerilor este o modalitate de păstrare a echilibrului osmotic$ntre celulă şi mediu% deoarece prin polimerizare moleculele dein inactie osmotic. 0rin polimerizareaacidului 0>, se eită acidi!ierea citoplasmei% consecutiă acumulării monomerilor. 3rupările libere # C> ale acidului 0>, sunt anihilate prin !ormarea legăturilor esterice $ntre monomeri. Sinteza incluziilor proteice parasporale este sincronizată str+ns cu iniţierea procesului desporogeneză.

2.6. !licocali3ul

3licocaliul este reprezentat de totalitatea structurilor polizaharidice etraparietale:capsula% cu di!erite grade de dezoltare şi glicocalixul comportamental . 2.6.1. Cap&ula

Capsula (!ig. 8) este o structură accesorie% cu o consistenţă gelatinoasă% +scoasă% care acoperăcomplet celula bacteriană. În !uncţie de gradul de dezoltare se disting următoarele structuri capsulare:microcapsula% reprezentată de o peliculă !ină de material polizaharidic% $n 1urul peretelui celular (p+nă la8% µm grosime). 2a microscopul optic se eidenţiază numai prin metoda imuno!luorescenţei% dar esteizibilă la microscopul electronic;macrocapsula, o structură omogenă% aderentă de celulă% mai groasă de 8% µm% izibilă la microscopuloptic prin tehnici speciale de colorare negatiă.


30/54

&ig. 8. Capsula bacteriană (coloraţie negatiă% original).

2.6.1.1. Natura c*imică a materialului cap&ular

*aterialul capsular este de natură polizaharidic!.


31/54

nele bacterii sintetizează continuu eopolizaharide% $n timpul !azei de creştere% iar altele% numai$n !aza logaritmică t+rzie şi $n !aza staţionară. Capsula este o structură inertă% accesorie ce nu !ace parte integrantă din celula bacteriană. Cel maiadesea nu $ndeplineşte o !uncţie esenţială pentru celulă. ,acteriile patogene capsulate sunt irulente% deoarece capsula este un material chimiotacticnegativ pentru !agocite. 0e mediul solidi!icat% ele produc colonii netede (S% smooth). *utantele lor

necapsulate produc colonii rugoase (?% r ough) şi sunt mult mai puţin irulente. *aterialul capsular este higroscopic (reţine apa) şi ast!el prote1ează celula de desicaţie. *aterialulcapsular ar putea aea rolul de depozit al unor nutrienţi din mediu. 0iosinteza celulozei. nele bacterii sintetizează celuloza ca un produs eclusi etracelular% care$ndeplineşte !uncţii !iziologice importante $n mediile naturale: protecţie mecanică% chimică şi !iziologicăla Aceto%acter xylinum şi (arcina ventriculi; uşurează aderenţa $n timpul interacţiunii simbiotice /hizo%ium-plante leguminoase sau a interacţiunii in!ecţioase pentru speciile de Agro%acterium' 7potezaactuală a biogenezei celulozei la plante şi la bacterii consideră că% compleul membranar al celulozo-sintazei polimerizează resturile de glucoză (


32/54

3licocaliul a !ost studiat la celulele bacteriene din placa dentar!. 0laca este un depozit deculoare alb-gălbuie% izibil cu o lupă% ce se !ormează pe supra!aţa smalţului dentar% iniţiată de (tr' mutans.Celulele sale sintetizează un polizaharid glucanic şi acizi lipoteichoici% prin intermediul cărora aderă!oarte str+ns de supra!aţa smalţului% !orm+nd iniţial o microcolonie% iar ulterior% o colonie. Celulele aderă$ntre ele% dar şi de smalţul dentar (hidroil-apatita)% prin glicocali. acid% sinteza /2= este stimulată semni!icati. /st!el se iniţiază !ormarea cariei. În mediul aOuatic% celulele bacteriene lipsite de structură capsulară se asociază% !orm+nd%iofilme.. Celulele se ancorează de suport% prin intermediul glicocaliului% !orm+nd un consorţiu!uncţional. 0iofilmul se define#te ca un ansam%lu format din celule #i din produse extracelulare prinintermediul c!rora se ancoreaz! de suportul viu sau inert, form5nd asociaţii. În bio!ilm% celulele bacteriene au un !enotip modi!icat $n ceea ce prieşte rata de creştere şi de transcriere a genelor. 2egarea(aderenţa) celulelor de suport este prima etapă a procesului de colonizare. /st!el se iniţiază !ormareacoloniei bacteriene.

M*a1oritatea microorganismelor din mediile aOuatice nu se găsesc ca organisme libere plutitoare% ci trăiesc ataşate de supra!eţe%inclusi la supra!aţa apei% unde !ormează un %iofilm. În matricea unui bio!ilm% asociaţiile naturale de bacterii !uncţionează ca un

consorţiu cooperant. ,io!ilmele reprezintă sisteme biologice cu un niel $nalt de organizare% $n care comunităţile de bacterii suntcoordonate !uncţional.

În mediile naturale% glicocaliul este structura care mediază asocierile bacteriene polispecifice. /st!el%$n rumen% se !ormează asociaţii coloniale polispecifice (colonii polibacteriene). Între ele se stabilescrelaţii meta%olice sinergice, prin care bacteriile realizează actiităţi metabolice% pe care speciile separatenu le pot des!ăşura. : unele bacterii produc >% altele C% iar bacteriile metanogene reduc C% utiliz+nd > ca sursă reducătoare. Capacitatea lor de a popula $ntreaga bios!eră se datorează versatilit!ţii lor metabolice şi plasticit!ţii fenotipice. =eoria plasticităţii !enotipice consideră că bacteriile răspund modi!icărilor mediului de iaţă prin schimbări structurale şi !uncţionale (metabolice) pro!unde% 4n cadrul aceleia#i norme genetice'

0rin intermediul bio!ilmului% celulele bacteriene se ataşează de suport şi se agregă% ampli!ic+ndinteracţiunile celulare. 0rin ataşare% bacteriile dob+ndesc aanta1ul versatilit!ţii fenotipice. ,io!ilmele !ormate in situ de bacteriile patogene sau potenţial patogene pe dispozitiele medicale(catetere enoase centrale% catetere urinare% lentile de contact% dispozitie intrauterine) prezintă un interesspecial. Cateterele centrale se montează pentru administrarea !luidelor (produse din s+nge% medicamente%soluţii nutritie) sau pentru monitorizarea hemodinamicii. 3licocaliul capsular şi cel comportamental sunt structuri !oarte ariabile din punct de edere!enotipic% a+nd grade !oarte di!erite de dezoltare la aceeaşi tulpină bacteriană% $n di!erite condiţii demediu.


33/54

0rin gradul lor !oarte di!erit de dezoltare $n raport cu condiţiile de mediu% structurile polizaharidice etraparietale sunt epresia autentică a plasticit!ţii fenotipice structurale a bacteriilor. 0lasticitatea !enotipică a bacteriilor permite adaptarea rapid! la schimbări ma1ore ale mediului.,acteriile sunt primele organisme care se adaptează la condiţiile noi de mediu% $n timp ce organismelesuperioare se adaptează mult mai lent% prin selecţia mutantelor . ,acteriile colonizează ecosistemele noi şi prin mecanismul genetic al selecţiei mutantelor .

/ceastă dublă capacitate adaptatiă # prin plasticitate !enotipică şi prin selecţia mutantelor # eplicăuriaşul succes al bacteriilor de a popula chiar şi cele mai ostile medii.

2.17. Fla)elul

Flagelul ( flagelum " bici) este organitul etracelular al mobilităţii celulei procariote. rganiteleomologe de mobilitate ale celulei eucariote sunt flagelii şi cilii' &lagelii se mai numesc şi undulipode(undula " undă mică; pus, podos " picior). &lagelul bacterin se prezintă ca un !ilament etracelular% !ili!orm% ondulat% cu grosimea uni!ormă petoată lungimea sa. 2ungimea este ariabilă% de la -H µm p+nă la E8 µm% iar diametrul este de 8 nm. &lagelii nu se obseră prin eaminarea directă a celulelor la microscopul optic. Kistenţa lor sededuce indirect% din mobilitatea celulelor bacteriene pe preparatele din cultura ie. Celulele !ără !lageli se

numesc atrihe'


34/54

- discul 0 este localizat $n spaţiul periplasmic;- discul 2 este legat de lipopolizaharidele membranei eterne a peretelui.

+5rligul are rolul de articulaţie !leibilă $ntre corpusculul bazal şi !ilamentul etern. 0rin aul săucentral% c+rligul se leagă de corpusculul bazal.

&ig. '. ?eprezentarea schematică a JmotoruluiJ rotati al !lagelului de &' coli. J?otorulJ este un disc proteic integrat $n membrana plasmatică şi se roteşte cu circa 488 reoluţiisecundă% !aţă de discul stator%sursa de energie !iind gradientul de protoni (după =odar% 88).

*işcarea de rotaţie a discului * ('888-888 rmin) este transmisă c+rligului şi !ilamentuluietern. În alcătuirea !lagelului intră cel puţin :: tipuri de molecule proteice: c+te unul $n !ilamentuletern şi c+rlig şi cel puţin A tipuri de proteine $n corpusculul bazal. Cea mai cunoscută este proteina!ilamentului etern% denumită flagelin! (gr. mol. 8 @


35/54

Celulele de *roteus (la origine% termenul se re!erea la zeul grec al mării% care ia multiple $n!ăţişări pentru a se !ace neăzut) se deplasează pe supra!aţa mediului solidi!icat prin roire ( sarming ). ?oirea se produce pe o supra!aţă solidă care nu permite mişcarea !lagelară obişnuită $n mediul lichid. Studiile deroire pe agar $ncep prin uscarea supra!eţei agarului pentru a $ndepărta umiditatea. /st!el este $mpiedicatămigrarea prin deplasarea $n mediul lichid. 0rocesul roirii cuprinde următoarele eenimente: a) cre#terea celulelor roitoare; b) migrarea lor pe suprafaţa agarului; c) diviziunea lor 4n celule scurte. Comportamentul cunoscut sub denumirea de roire poate !i descris ca o mişcare a celulelor alungite şi !lagelate pe supra!aţa mediului solid% $n cicluri periodice de micare şi consolidare. Celulelecare roiesc su!eră importante modi!icări mor!ologice. ?oirea este determinată de apariţia celulelor !ilamentoase (8-58 Um lungime)% cu un număr mare de !lageli (H88-4888 !lagelicelulă)% denumite celuleroitoare. În timpul consolidării% celulele roitoare se diid pentru a produce celule scurte (- Um lungime%cu 4-48 !lageli) care cresc şi se diid o perioadă de timp% apoi se di!erenţiază pentru a !orma o altăgeneraţie de celule roitoare. Celulele roitoare apar la peri!eria coloniei% pe supra!aţa liberă% $n grupe mici%care se deplasează pe o distanţă scurtă şi se $ntorc din nou la colonie. 0e măsură ce perioada de roirecreşte% celulele se deplasează $n grupe mai mari% tot mai departe de colonie% $nainte de a se re$ntoarce. al !imbrilinei;- !imbrii flexi%ile% cu diametrul de H-D Wm. Se mai numesc !imbrii -metil-!enilalanină% deoarece la

capătul -terminal al !imbrilinei au un rest de !enilalanină metilată. Se găsesc la *s' aeruginosa, N' gonorrhoeae, N' meningitidis. ?egiunea -terminală este hidro!obă;


36/54

- !imbrii flexi%ile su%ţiri spiralate% cu diametrul de Wm sau mai puţin% !ără lumen (6 55% 6 AA% la &'coli).

nele !imbrii au at+t o regiune rigidă% c+t şi una !leibilă. &imbriile sunt comune la bacteriile Gram negative şi mai rare la bacteriile 3ram pozitie(+oryne%acterium, Actinomyces% dar sunt di!erite structural. bacterie posedă c+tea tipuri de !imbrii% $n !uncţie de grosime% lungime% speci!icitatea

antigenică (determinată de secenţa aminoacizilor $n molecula de !imbrilină) şi de speci!icitateareceptorilor glicoproteici ai celulelor epiteliale de care aderă.

Cea mai importantă funcţie care li se atribuie ar !i aceea de punţi de aderenţ! intercelular! sauaderenţă de suportul inert. 2a bacteriile din mediile aOuatice% !imbriile !aorizează asocierea celulelor şiast!el se !ormează pelicule !ine (!ilme) de neuston la supra!aţa apei% cu rol adaptati% ce asigură condiţii bune de aerare pentru bacteriile aerobe şi de luminozitate pentru cele !otosintetizante. 0entru bacteriile patogene% prezenţa !imbriilor (tulpinile fimC) le con!eră un grad superior deirulenţă% deoarece !imbriile aderă !erm la receptorii supra!eţei celulelor epiteliale ale mucoaselor şi aihematiilor. /eceptorul ma1or al supra!eţei celulelor eucariote pentru !imbriile bacteriene este o glicoprotein!cu manoz!. 0roteina de aderenţă localizată pe !imbrii se leagă de resturile de manoză ale glicoproteinelor.

În !uncţie de comportamentul $n prezenţa manozei% in vitro, s-au identi!icat fim%rii manozo-

sensi%ile şi manozo-rezistente . 2a &' coli s-au eidenţiat !imbrii manozo-sensi%ile (manoza inhibăhemaglutinarea% in vitro% prin competiţia cu receptorii supra!eţei hematiilor). &imbriile manozo-rezistente aglutinează numai eritrocitele tanate. Celulele bacteriene cu ast!el de!imbrii aderă la celulele endoteliale% la celulele epiteliale ale tractului respirator% urogenital% la membrana bazală a tubilor renali% a capsulei ,omann. celulă bacteriană eprimă simultan fim%rii cu speci!icităţi multiple de legare la suportul celular./st!el se eplică selectivitatea bacteriilor patogene şi comensale pentru anumite gazde şi ţesuturi.

Klaborarea conceptului adezinelor şi a speci!icităţii lor de legare eplică tropismul tisular selectival bacteriilor in!ecţioase. Caracterul progresi ascendent al in!ecţiei urinare% de la ezica urinară sprerinichi% $mpotria !luului urinar% se eplică prin !enomenul de aderenţă% mediat de fim%rii cu diferite specificit!ţi de legare% de celulele epiteliale. Kprimarea !imbriilor pe supra!aţa celulei este adaptativ!. Kle !aorizează aderenţa celulei

bacteriene la substraturi celulare di!erite. &imbrilina este codi!icată de gene cromosomale% ceea ce denotă că !imbriile au o importanţăecologică deosebită% prezenţa lor !iind asociată cu anumite condiţii !aorizante de mediu.

rice linie bacteriană poate să eiste alternati $n arianta fimC sau fim- şi să poarte simultan maimulte tipuri de !imbrii% cu speci!icităţi di!erite de legare. ?ata de mutaţie a genelor care codi!ică sinteza!imbriilor este !oarte mare% ast!el $nc+t celulele fimC trec $n arianta fim- şi iners% prin retromutaţie. neori !imbriile su!eră !enomenul variaţiei de faz! #i al variaţiei antigenice. Nariaţia de faz!$nseamnă că o structură dată este sau nu produsă. Nariaţia antigenic! semni!ică !aptul că aceeaşi structurăse produce $n ariante biochimice di!erite. Nariaţia antigenică a !imbriilor bacteriene este rezultatul acţiunii mai multor mecanisme. Cel maisimplu este acumularea lentă a mutaţiilor puncti!orme $n gena codi!icatoare. &enomenul se numeşte drift antigenic şi are loc at+t la bacteriile patogene c+t şi la cele nepatogene.

(emnificaţia %iologic!. &imbriile sunt structuri din categoria adezinelor, care mediază interacţiuneacelulă-suport. În ceea ce prieşte capacitatea de legare% cele mai multe adezine !ac parte din !amilialectinelor .'

M2ectinele sunt glicoproteine care se leagă nespeci!ic cu glucidele sau cu grupările glucidice ale glicoproteinelor. Kle precipită polizaharidele si glicoproteinele sau aglutinează celulele. /ctiitatea lor aglutinantă şi precipitantă poate !i inhibată de haptene(monozaharide şi oligozaharide).

2.12. Pilii


37/54

0ilii sunt apendice !ilamentoase ne!lagelare% a căror sinteză este codi!icată de gene localizate $nstructura unor plasmide denumite con>ugoni sau plasmide sex. Celulele purtătoare de pili au capacitatea potenţială de a dona material genetic (suntceluleGmasculG). umărul pililor pentru o celulă este cuprins $ntre 4 şi l8% iar lungimea este de circa 8Um.


38/54

/naliza eoluţiei numărului de celule $ntr-o cultură discontinuă se poate !ace pe o curbă decreştere% trasată $n coordonate semilogaritmice. *anta curbei re!lectă aloarea ratei de creştere% ariabilă$n timp. +ur%a relectă ariaţiile numărului de celule şi implicit a masei celulare% $n !uncţie de timp. În raport cu variaţiile ratei de cre#tere% pe curbă se disting D momente: l) Faza de latenţ! (de lag sau de creştere 8) este greu de delimitat de !aza următoare (!ig. ). /re odurată !oarte ariabilă: poate să !ie !oarte scurtă (chiar ineistentă) sau să dureze c+tea ore. umărul

celulelor ram+ne neschimbat% egal cu cel din inocul sau poate chiar să scadă uşor. Kste caracterizată printr-o intensă actiitate celulară. În cursul acestei !aze% celulele se pregătesc pentru procesele demultiplicare care or urma.

&ig. . Curba ideală de creştere a unei culturi staţionare. 2inia continuă reprezintă numărul total de celule% iar linia discontinuăilustrează numărul celulelor iabile.

=impul de latenţă este lung (4-' ore) pentru inoculul bacterian care proine dintr-un mediucomple% ce conţine numeroşi compuşi organici% $nsăm+nţat $ntr-un mediu sintetic minimal . 2atenţacorespunde timpului necesar sintezei enzimelor celulare pentru biosinteza metaboliţilor esenţiali. 2atenţaeste de asemenea $ndelungată% după inocularea unui mediu sintetic minimal% cu un număr mic de celulecare proin din acelaşi mediu. În acest caz% bacteriile sunt adaptate !iziologic la mediul de creştere% dar

creşterea $nt+rzie% deoarece anumite componente toice (de eemplu% ionii metalici) nu au !ostneutralizate. =impul de latenţă depinde de starea !iziologică a celulelor din inocul: celulele a!late $n !azastaţionară se adaptează uşor la un mediu di!erit.


39/54

nulă.


40/54

spaţial de ecinele sale% constituie o clon! celular!. umărul celulelor $ntr-o colonie depinde de taliacelulelor şi de rata lor de creştere. umai celulele situate la peri!eria coloniei% $n contact cu mediulnutriti sunt metabolic actie.


41/54

- pentru sinteza meta%oliţilor primari (aminoacizi% baze purinice şi pirimidinice% enzime% acizi graşi)%necesari biosintezei constituenţilor structurali% rezultatul !iind creşterea celulei. /ceşti compuşi sesintetizează $n !aza de creştere primară% denumită şi trofofaz!;

- pentru producerea energiei% $n metabolismul energetic şi a produselor metabolismului energetic(produşi de !ermentaţie alcoolică% lactică% butirică% propionică% acidă etc.);

- pentru producerea (uneori) a meta%oliţilor secundari (antibiotice% alcaloizi% ergotina% giberelina). Se

sintetizează $n !aza de creştere secundară% denumită idiofaz!% după epuizarea unui nutrient ma1or (sursa de C sau de ). *etaboliţii secundari nu sunt esenţiali pentru creşterea celulei şi sinteza lor este epresia procesului de di!erenţiere biochimică.

?eglarea metabolismului bacterian este per!ectă şi este subordonată principiului optimalit!ţiiactiităţii celulare% ast!el $nc+t pierderea de energie să !ie minimă. ?eacţiile metabolice !undamentale ale celulelor bacteriene nu di!eră mult de acelea care au loc $ncelula eucariotă. =otuşi% bacteriile au o serie de particularităţi metabolice% $n special ale meta%olismuluienergetic% care este mult mai diersi!icat dec+t cel al celulei eucariote.

2.1,.1. Particularită+ile )e'erale ale metaoli&mului acteria'

*etabolismul bacterian se distinge de acela al celulei eucariote prin c+tea trăsături particulare:

l) *etabolismul bacterian are o intensitate neo%i#nuit!% de sute şi chiar de mii de ori mai maredec+t metabolismul organismelor superioare% raportat la unitatea de greutate (gramul). % ariaţiile detemperatură. H) *etabolismul bacterian se caracterizează prin diversitatea c!ilor cata%olice alternatie% princare poate !i degradat un compus chimic: calea glicolizei% a şuntului heozo-mono!os!aţilor% calea Kntner-


42/54


43/54

(!umaratul) (Xum!t% 4AAE). În prezenţa % respiraţia unora este de tip aerob% deoarece catena derespiraţie celulară este !uncţională;

-reacţii metabolice de tip fermentativ sunt acelea care au loc numai $n condiţii de anaerobioză% dar acceptorul final de e- este un compus organic (de eemplu% piruatul).

2a bacteriile !ermentatie lipseşte lanţul citocromilor din catena de respiraţie% pentru transportule-. Substratul acceptor este redus la produse de !ermentaţie (de eemplu% piruatul% la lactat). ?educerea

acceptorului !inal este cuplată cu reoidarea coenzimelor. 0entru neoile curente ale cultiv!rii microorganismelor 4n condiţii de la%orator sunt recunoscuteurmătoarele tipuri respiratorii:

- bacterii strict aero%e sunt acelea care necesită molecular ca acceptor !inal de e -. Kle realizeazămetabolism de tip oidati şi nu cresc $n absenţa . 0entru multe bacterii aerobe este necesarăaerarea etensiă% pentru că este puţin solubil $n apă şi nu di!uzează cu o rată care să egaleze ratautilizării. /erarea se !ace prin agitarea iguroasă a recipientului sau prin barbotarea aerului sterilizat$n mediul lichid% printr-un tub de sticlă. ,acteriile aerobe cresc mult mai bine $n condiţii de aerare!orţată dec+t dacă di!uzează liber;

- bacteriile microaerofile !olosesc ca acceptor !inal de e-% dar concentraţia naturală a % de 8-49 este prea mare şi din această cauză nu cresc pe supra!aţa mediului epusă aerului atmos!eric%dar nu cresc nici $n anaerobioză;

- bacteriile facultativ anaero%e $şi obţin energia pe cale oidatiă% !olosind ca acceptor !inal de e-%dar cresc şi $n condiţii de anaerobioză şi $şi obţin energia pe cale !ermentatiă;

- bacteriile anaero%e nu !olosesc molecular ca acceptor de e -. În interiorul acestui grup se distingc+tea diiziuni !iziologice:a) bacteriile anaero%e aerotolerante cresc slab $n condiţii de aerobioză% $ntr-o ambianţă care conţine

$ntre -59 . Creşterea optimă are loc $n anaerobioză (de eemplu% bacteriile lactice); b) bacteriile anaero%e o%ligate ariază $n priinţa sensibilităţii lor la : unele tolerează cantităţimici de % iar altele strict anaerobe nu cresc $n prezenţa unei concentraţii mai mari de 8%H9 . &fectul toxic asupra bacteriilor anaerobe $l eercită şi nu potenţialul redo ridicat al mediului.În prezenţa % bacteriile anaerobe $şi pierd iabilitatea deoarece nu pot să detoi!ice intermediarii toiciai reducerii : >% - (radicalul superoid)% >- (ionul hidroil)% >. (radicalul hidroil)% 4 (oigensingletM).

. 4 se !ormează după ce molecula de absoarbe o cantitate de energie. În molecule% $n general% e- apar $n perechi stabilizate%cu spini de direcţie opusă. este o moleculă neobişnuită% prin !aptul că spinii electronilor au aceeaşi direcţie. /bsorbţiaenergiei schimbă unul dintre e- pe un orbital cu energie mai $naltă şi se produce inersia spinului.

*ulte bacterii anaerobe obligate sunt bogate $n !laine (enzime)% care pot reacţiona spontan cu şi !orma produse toice.


44/54

/genţii reducători reacţionează cu dizolat $n mediu sau eistent $n atmos!era recipientului şi-lreduc la >.

2.1,.(.1 Re&pira+ia aeroă

?espiraţia aerobă este procesul catabolic producător de energie $n cursul căruia compuşiienergetici organici sau anorganici reduşi% cu rolul de donori de e-% sunt degradaţi complet pe caleoidatiă p+nă la C şi >. În respiraţia aerobă% este ultimul acceptor de e- (!ig. E). =răsătura distinctiă a procesului respirator este prezenţa mai multor sisteme redox, constituitedin enzime care alcătuiesc catena transportoare de e-. Klectronii sunt transportaţi $n cascada enzimelor sistemului redo% permiţ+nd eliberarea treptată a energiei. 2anţul de sisteme redo !ormează catena derespiraţie celular!.

Substratul energetic poate !i anorganic pentru bacteriile chimiolitotro!e (>% >'% nitriţii% So şicompuşii săi reduşi% compuşii &e) sau organic pentru cele chimioorganotro!e.Setul de reacţii de importanţă esenţială $n respiraţia aerobă este ciclul re%s. 0rotonii (>P) cedaţi

de di!eriţi intermediari ai ciclului 6rebs a1ung% prin sistemele redo ale catenei de respiraţie% la .Klectronii eliberaţi din substrat străbat componentele catenei% p+nă la acceptorul !inal% $n

condiţii de aerobioză sau un alt acceptor final % dacă nu este disponibil. Concomitent se sintetizează/=0. /nsamblul reacţiilor de oidare şi de !os!orilare poartă denumirea de fosforil!ri oxidative'

Testul oxidazei se !oloseşte ca un caracter !enotipic pentru identi!icarea tulpinilor bacteriene cumetabolism respirator de tip aerob. Se determină ast!el dacă o tulpină bacteriană produce citocrom-oidază şi dacă !oloseşte $n catena de transport al e -. ,acteriile care utilizeaz! sunt cele obligat-aerobe% iar cele care pot să-l !olosească sunt !acultatie.

Exidaza este enzima care catalizează reacţia de oidarereducere ce implică ca acceptor de e -.În aceste reacţii este redus la > sau >. idazele sunt o subclasă a oido-reductazelor (glucoz-oidaza% monoamin-oidaza% /-oidaza% antin-oidaza% lizil-oidaza% citocrom 0H8 - oidaza).+itocrom * (după reacţia: P e- P >P " >).


45/54

?educerea completă a unei molecule de la >% necesită e-. În acest proces se !ormează compuşiintermediari (radicalul anionic superoid (-)% peroidul de (>) şi radicalul hidroil (>-). 7onul -

este eliminat de superoid dismutaze (S este $ndepărtată de catalaze şi peroidaze.

7ntermediarii reducerii reacţionează cu toate tipurile de macromolecule şi produc leziuni alemoleculelor de /) are o toicitate moderată. idează componentele membranare şi enzimele%lezează / este $ndepărtată% cel maiadesea sub acţiunea catalazei, prin conersia la > şi % sau a peroxidazelor % care o reduc la >% dupăreacţia:

moleculă de > se reduce% iar alta se oidează. +atalaza este o hemoproteină% un homotetramer cu un protohemsubunitate% ce conţine grupărihem. Kste o enzimă protectoare care catalizează degradarea >% preenind !ormarea radicalului >%mult mai reacti. Catalaza are actiitate peroidazică şi !oloseşte o moleculă de > ca donor de e- şi oalta ca acceptor de e-.

catalaza

> P > --------- > P . Catalaza se găseşte $n s+nge% mădua osoasă% membranele mucoase% rinichi% !icat. Knzima a dob+nditnotorietate pentru rolul de actiator al izoniazidei% !iind !olosită $n tratamentul tuberculozei. 0ierdereaenzimei prin mutaţie duce la rezistenţa la izoniazidă% unul dintre motiele creşterii !recenţeituberculozei. )% $n prezenţa >. Cea mai importantă este /-peroidaza. 0eroidazele se găsesc la plante%animale şi microorganisme şi catalizează oidarea di!eritelor substraturi pe seama peroidului:

Glutationul este substratul glutation-peroidazei (30) care $ndepărtează > şi peroizii lipidicicare rezultă din atacul radicalilor liberi asupra lipidelor.

Structura glutationului: 2-Y-3lutamil- 2-CRsteinil-3lRcină. 3lutationul este compusul tiolic al multor celule procariote şieucariote. 2ipseşte la eucariotele care nu au mitocondrii.

?onul E6- 2superoxid se !ormează $n cantităţi mici $n timpul procesului respirator normal% prinreducerea unialentă ( P e- " -). /re reactiitate moderată% capabil să acţioneze ca oidant sau careducător $n sistemele biologice. Kste relati stabil% ceea ce $i permite să di!uzeze la distanţe relati mari


46/54

$nainte de a-şi eercita e!ectele toice. - generat etracelular poate dob+ndi acces la ţintele intracelulare pe calea canalelor pentru anioni. 2a p> acid ($n !ocarul in!lamator sau $n interiorul !agosomului)% - se protonează şi !ormează >. (hidroniu) cu sarcină neutră şi de aceea trece mai uşor prin membrane şireacţionează cu sine $nsuşi% !orm+nd >.

- produce distrugerea oidatiă (peroidarea) lipidelor (introducerea neenzimatică a $ncatenele de acizi graşi nesaturaţi) şi a altor componente ale celulei. Kste cel mai stabil dintre toţi

intermediarii reducerii şi poate acţiona succesi% asupra mai multor molecule. - este eliminat subacţiunea superoxid-dismutazelor (S (2oelR% 4AA4). nii !ungi şi puţine bacterii produc $n special CuXnS


47/54

*a1oritatea organismelor capabile de respiraţie anaerobă sunt procariote. ,acteriile anaerobe nuau sistemul citocromilor pentru metabolismul . Cele aerotolerante au nieluri scăzute de S


48/54

lactice !ac ecepţie: nu modi!ică modul lor de a produce energie% ast!el $nc+t !ermentaţia continuăchiar $n prezenţa .

M celulă !acultati-anaerobă metabolizează glucoza pe cale aerobă sau anaerobă. În anaerobioză% glucoza este degradată lalactat% rata degradării !iind mult mai mare dec+t $n condiţii aerobe.


49/54

Fermentaţia lactic!

&ermentaţia lactică este procesul biologic prin care microorganismele catabolizează glucoza dinmediu şi o trans!ormă $n acid lactic. În cantitate mică% acidul lactic este produsul de catabolism al unuinumăr mare de microorganisme% dar unele bacterii !urnizează acidul lactic ca produs principal al

metabolizării glucidelor. ,acteriile lactice se $mpart $n două categorii:

a) bacteriile homofermentative produc numai acid lactic ca produs !inal al procesului !ermentati: "acto%acillus del%ruec$ii, "' %ulgaricus, "' acidophilus, "' casei, "' plantarum, (treptococcus lactis, ('

cremoris, (' thermophilus; b) bacteriile heterofermentative produc% pe langă acid lactic% cantităţi mari ale altor produse !inale(C% etanol% acid acetic% glicerină% manită% $n !uncţie de specie): "' %revis, "' lycopersici, "euconostocmesenteroides, "' dextranicum, "' citrovorum'

Cantităţi mari de acid lactic sunt produse de unii !ungi !ilamentoşi ( /hizopus)% dar pentru producerea industrială a acidului lactic se !olosesc bacteriile lactice. ,acteriile lactice sunt 3ram pozitie% nesporulate% anaerobe-aerotolerante sau microaero!ile%mobile% nepatogene şi cresc $n mediu acid.

/cidul lactic (α-hidroipropionic) conţine un atom de carbon asimetric şi de aceea poate eista sub două!orme optic actie: izomerii < (-) şi 2 (P).

Fermentaţia aceto-lactic!

,acteriile din g. 0ifido%acterium% $ntr-o !ermentaţie mită aceto-lactică produc un amestec de acizi lacticşi acetic% după reacţia:

3lucoza este !os!orilată şi conertită la !ructozo-D !os!at% ca şi $n calea glicolitică K*0. &ructozo-D !os!atul este cliat $ntr-o reacţie de !os!orilare cu !os!at anorganic% $ntr-o moleculă de acetil-!os!at şieritrozo- !os!at. ?eacţia eritrozo- !os!atului% cu o moleculă de !ructozo-D !os!at iniţiază o seriecompleă de rearan1ări moleculare% din care rezultă gliceraldehid-' !os!at şi acetil-!os!at.

Fermentaţia alcoolic! produs! de levuri

&ermentaţia alcoolică este !oarte asemănătoare celei lactice% di!erenţa !iind numai cu priire latrans!ormările acidului piruic. Cea mai mare parte a etanolului produs $n natură şi $n industrie rezultă prin catabolizarea anaerobă a glucozei şi a altor zaharuri de către (' cerevisiae. 2eurile catabolizează glucoza pe calea K*0.


50/54

0roducţia netă de /=0 $n !ermentaţia alcoolică este de două molecule pentru !iecare moleculă deglucoză% mult mai mică dec+t $n catabolizarea aerobă. 0rin trans!erul celulelor $n condiţii anaerobe% rata degradării glucozei se intensi!ică de '- ori.=rans!erul iners este $nsoţit de diminuarea ratei de catabolizare a glucozei şi oprirea !ermentaţieialcoolice. &enomenul poartă denumirea de Fe!ect 0asteurG.

Fermentaţia alcoolic! %acterian!

altă cale a !ermentaţiei alcoolice este aceea care se des!ăşoară $n celulele bacterienesaprobionte anaerobe% aerotolerante% ce aparţin g. Hymomonas. 3lucoza este catabolizată pe calea Kntner-*0 şi se !ormează precursori pentru biosinteza /-ul mediului de creştere.-ul scade sub un anumit niel% datorită producerii iniţiale a acizilor tari (acetic% lactic)%metabolismul bacterian este reglat spre producerea acizilor mai sla%i (propionic% butiric) şi $n anumitecazuri% a corpilor cetonici (butanediol) sau a alcoolilor (etanol% butanol).


51/54

Cele mai multe !ermentaţii bacteriene sunt acide. În !uncţie de raportul cantitati al produselor !inale sedisting c+tea tipuri de !ermentaţii acide.

Fermentaţia acid! mixt! este caracteristică unui număr mare de enterobacterii negatie pentrureacţia Noges-0ros@auer şi se caracterizează prin acumularea de acetil-metil-carbinol (C>' # C # C>> # C>'). În arianta sa cea mai simplă% !ermentaţia acidă mită este rezultatul a două serii principale de

reacţii:-

reducerea directă a piruvatului la lactat ;-

clivarea piruvatului la formiat #i acetil % $n prezenţa Co/. 0rodusele !inale ale !ermentaţiei acide mite sunt lactatul% acetatul% etanolul şi !ormiatul.Consecuti cliării !ormiatului% la multe enterobacterii 2&' coli)% din !ermentaţia glucozei rezultă gaze(C% >). a mediuluiscade datorită acumulării acizilor rezultaţi $n !ermentaţie.

Fermentaţia %utiric! este caracteristică% dar nu eclusiă% bacteriilor zaharolitice din g. +lostridium.,utiratul se !ormează pe o cale metabolică ce $ncepe cu cliarea piruvatului% $n prezenţa Co/% $n acetil-Co/% C şi >. C şi > se !ormează direct% !ără !aza intermediară a acidului !ormic. Conersia piruatului la acetil-Co/ implică sistemul enzimatic al piruvat-feredoxin-oxidoreductazei (0&)% o enzimă ce catalizează oidarea piruatului pentru a !orma acetil-Co/ şi C .&eredoinele sunt proteine mici% !oarte acide% cu rolul principal de transportori de e -% care conţin cagrupări prostetice aglomerări de metale: &e-S% &e-S sau '&e-S. /u potenţial redo mic şi!uncţionează ca transportori de e- $n procese metabolice !undamentale ca !otosinteza% !iarea %asimilarea > şi S. Klectronii pot !i donaţi unei hidrogenaze% cu !ormarea >. Cele mai comune !eredoine bacteriene conţin aglomerări de metale $ntr-un lanţ peptidic de H8-D8 de resturi% sunt speci!iceanaerobilor şi au rolul de trans!er al e - $n sistemele cu potenţial redo scăzut.

0& are un rol important $n procesele de oido-reducere ale bacteriilor anaerobe ( +lostridium).

Knzima permite reutilizarea > ca potenţial reducător% a+nd rol de hidrogenază de $nglobare. /re un potenţial redo !oarte mic% asemănător cu al > (-8% N). &uncţia de hidrogenază de $nglobare a 0&catalizează reducerea produselor primare acide ale !ermentaţiei mite% rezultate din acidul piruic% lamolecule neutre: prin reducerea aceto-acetilului rezultă butanol% prin decarboilarea aceto-acetil-Co/ se!ormează acetona% iar prin reducerea acetonei rezultă izopropanol. ?ecircularea > şi utilizarea sa ca potenţial reducător păstrează echilibrul redo al mediului decreştere a acestor bacterii.

Fermentaţia %utanediolului (%' butan-glicol) este produsă de unele enterobacterii (@i%rio, Aeromonas)% de unele specii de 0acillus şi de unele bacterii lactice ((treptococcus cremoris, "acto%acillus cremoris). 0e l+ngă sistemul enzimatic al !ermentaţiei acide mite% ele au şi setul de enzime al !ermentaţiei

particulare% denumită %utanediolic! sau %utilen-glicolic!% care !urnizează ca produs !inal o moleculăneutră de %'-butanediol. /ceastă cale metabolică se actiează după ce aloarea p> a mediului de creşterescade sub D. ?eacţia cheie a căii este cea de condensare a două molecule de piruvat % prin decarboilare şieliberare a acidului !ormic. ?ezultă diacetilul % care este redus la acetoin! (acetil-metil-carbinol). /cetoinaeste redusă şi se !ormează %utanediolul'


52/54

/cetolactatul este decarboilat sub acţiunea aceto-lactat-decarboilazei şi se !ormează acetoina%care este redusă la %utanediol . Calea !ermentaţiei butanediolice se eidenţiază prin reacţia Noges-0ros@auer M şi prin aloarearelati ridicată a p>.

M?eactia Noges-0ros@auer eidenţiază capacitatea unor microorganisme de a produce prin !ermentaţia

glucozei% acetil-metil-carbinol (acetoina)% care $n prezenţa alcalilor este oidat la diacetil.


53/54

':

';-

dezaminare reductiv!% ce constă $n reducerea aminoacizilor la acidul saturat corespunzător şi!ormarea >';

-dezaminare prin deshidratare% o cale eclusiă a microorganismelor pentru aminoacizii hidroilaţi.Se !ormează acidul cetonic şi >';

n tip special de dezaminare este dezaminarea cuplat! (reacţia Stic@land). ?eacţia se numeştedezaminare cuplată% deoarece necesită cel puţin o pereche de aminoacizi complementari% unul !iindoidat% iar celălalt a+nd rolul de acceptor de electroni. /minoacidul donor este oidat sub acţiunea unei /'%ureii% aminelor% iar $ntr-un mediu alcalin este stimulată sinteza dezaminazelor şi aloarea p> scade. nele bacterii $şi obţin energia prin catabolizarea unui singur aminoacid (arginina)% pe căi!ermentatie !oarte speci!ice şi complee sau prin !ermentarea unor compuşi aminaţi (purine% pirimidine).

2.1,.. Cataoli&mul compu/ilor aromatici

În raport cu capacitatea de a metaboliza compuşii aromatici% bacteriile se $mpart $n trei categorii:-

cele care nu degradează ast!el de compuşi;-

cele care realizează o degradare incompletă (de eemplu% enterobacteriile). &' coli scindeazătriptofanul la indol şi piruat% sub acţiunea unei tripto!anaze% !ără să deschidă ciclul benzenic sau pirolic. ?eacţia de eidenţiere a indolului $n mediile nutritie peptonate este un test de identi!icare aenterobacteriilor% utilizat !recent;

- bacteriile care metabolizează complet compuşii aromatici% prin ruperea structurilor ciclice. ?eacţiade cliare a moleculelor ciclice este generatoare de energie. &' coli scindează tripto!anul la indol şiacid piruic.

Bilio)raieSc*'aitma' C. A.;


54/54

12. General Mic Med

Documents

Transcript of 12. General Mic Med