FABBISOGNO ENERGETICO DEI MICRORGANISMI FONTI ENERGETICHE Energia chimica

FABBISOGNO ENERGETICO DEI MICRORGANISMI

FONTI ENERGETICHE Energia chimica delle molecole nutritive Energia solare A. T. P. REAZIONI BIOCHIMICHE DEL METABOLISMO

FOTOTROFIA E CHEMIOTROFIA FOTOTROFI O FOTOSINTETICI Piante, Alghe, Cianobatteri e Batteri rossi e verdi CHEMIOTROFI O CHEMIOSINTETICI CHEMIOETEROTROFI Ricavano energia dall’ossidazione di composti organici Animali, Funghi e Protozoi CHEMIOAUTOTROFI Ricavano energia dall’ossidazione di composti inorganici quali: H 2, H 2 S, NO 2 Alcuni batteri

L’OSSIDAZIONE DEI SUBSTRATI NUTRITIVI DA PARTE DEI CHEMIOTROFI FERMENTAZIONE RESPIRAZIONE IN CONDIZIONI DI ANAEROBIOSI AEROBICA con riduzione dell’Ossigeno molecolare TIPICA DEI LIEVITI E DI DIVERSI BATTERI ANAEROBICA Gli accettori finali di elettroni sono composti come: nitrati, solfati, Zolfo elementare e An. carbonica

PRINCIPALI PROCESSI DEI MICRORGANISMI PER ESTRARRE ENERGIA DALL’AMBIENTE FOTOSINTESI An. Carbonica + acqua + En. Luminosa = glucosio + ossigeno FERMENTAZIONE Glucosio = 2 Acido Lattico + energia RESPIRAZIONE AEROBICA Glucosio + Ossigeno = An. Carbonica + acqua + energia RESPIRAZIONE ANAEROBICA Acido Acetico + 2 acqua + 4 S = 2 Anidride carbonica + 4 Idrogeno solforato + energia

MACRO- e MICRONUTRIENTI MACRONUTRIENTI: C, O, N, H, P, S (95%) MACRONUTRIENTI: K, Ca, Mg, Fe, Na MICRONUTRIENTI: Co, Mn, Cu, Zn, Ni, Mo

I FATTORI DI CRESCITA • Sono invece richiesti solo da specie particolarmente esigenti, che non li sanno sintetizzare o, semplicemente, perché in seguito a mutazioni, hanno perso la capacità di produrli. • Sono necessari in piccole quantità e, generalmente, sono: – Aminoacidi – Vitamine – Basi azotate Le vitamine, in genere, partecipano come co-enzimi alla struttura di sostanze enzimatiche

I PRINCIPALI NUTRIENTI NECESSARI AI MICRORGANISMI • • ACQUA FONTE DI CARBONIO FONTE DI AZOTO FONTE DI FOSFORO FONTE DI ZOLFO ELEMENTI INORGANICI ESSENZIALI (K, Ca, Mg, Fe, Na) MICRONUTRIENTI (Co, Mn, Cu, Zn, Ni, Mo) FATTORI DI CRESCITA (VITAMINE, AMINOACIDI, BASI AZOTATE)

ACQUA • E’ indispensabile in qualsiasi mezzo di coltura • In laboratorio si usa acqua distillata, priva cioè di sali

Fonte di CARBONIO • A seconda del metabolismo del microrganismo viene assunto carbonio inorganico od organico • Microrganismi autotrofi come: alghe, cianobatteri e batteri rossi e verdi sulfurei utilizzano il biossido di Carbonio che trasformano in C organico • Microrganismi eterotrofi come: funghi, protozoi e molti batteri necessitano invece di C organico (zuccheri, acidi grassi, acidi organici e aminoacidi) che utilizzano sia come fonte di Energia sia come fonte di Carbonio (funzione plastica o costruttiva); • Alcuni batteri (metilotrofi) eterotrofi, utilizzano C organico ma solo di tipo monocarbonioso come il Metano (CH 4) e l’Acido Formico (H-COOH) • Con l’assunzione di composti del Carbonio avviene anche l’approvvigionamento di H e O.

Fonte di AZOTO • In base al proprio metabolismo, i batteri possono assumere N organico o N inorganico • Le due forme di N inorganico più utilizzate dai microrganismi sono i Nitrati (N 03) e i Sali di Ammonio (NH 4) • Caso particolare, i batteri azotofissatori, simbionti e non simbionti, che utilizzano l’N atmosferico (N 2) • La fonte di N organico è rappresentata invece dagli aminoacidi, dalle proteine e dalle basi azotate ma nei terreni di coltura vengono utilizzati i peptoni, peptoni proteine predemolite e più facilmente assorbibili.

Fonte di FOSFORO • La maggior parre dei microrganismi utilizza il P sotto forma inorganica, ossia come ione fosfato: PO 4 • Tale ione viene utilizzato per la sintesi dei composti cellulari fosforilati come: l'ATP, gli acidi nucleici e i fosfolipidi. • E’ possibile anche usare il P organico grazie all’opera di enzimi chiamati fosfatasi in grado di staccare il P dal composto organico che lo contiene.

Fonte di ZOLFO • La forma inorganica utilizzabile è rappresentata dai Solfati (SO 4)e talvolta dai Solfuri (HS) • Lo Zolfo organico, invece, proviene da certi aminoacidi solforati (Cisteina e Metionina) e nei peptoni.

Altri Elementi inorganici essenziali • potassio, calcio, magnesio, ferro e sodio vengono assunti sottoforma di Sali inorganici come Mg. SO 4, Fe. SO 4, Ca. Cl 2

Micronutrienti • In genere non vengono aggiunti ai terreni di coltura perché già presenti in piccole quantità negli ingredienti utilizzati per la preparazione dei terreni.

Fattori di crescita • Vitamine, aminoacidi, basi azotate e sostanze naturali come sangue e rosso d'uovo, sono aggiunti ai terreni di coltura a seconda delle esigenze particolari dei microrganismi da coltivare. • Le vitamine maggiormente utilizzate dai microrganismi sono quelle appartenenti al Gruppo B e cioè: – Tiamina o Vitamina B 1 – Piridossina o Vitamina B 6 – Cobolamina o Vitamina B 12

Classificazione dei microrganismi in base alle fonti di energia e C utilizzate CATEGORIE NUTRIZIONALI FOTOTROFI LUCE → ATP CHEMIOTROFI COMPOSTI CHIMICI → ATP Sub-categorie nutrizionali FOTOAUTOTR FOTOETEROTR OFI (FOTOLITOTRO (FOTOORGANOT ROFI) CHEMIOETEROT ROFI CHEMIOAUTOTR OFI (CHEMIOLITOTR OFI) (CHEMIORGANOTR OFI) Fonte di Carbonio Anidride Carbonica C organico Anidride Carbonica Fonte di Energia Luce Ossidaz. di composti organici Ossidaz. di composti inorganici Tipologie di organismi Alghe, cianobatteri, batteri sulfurei, verdi e rossi, piante Batteri rossi Funghi, Protozoi, Batteri, Animali Batteri Nitrificanti, Solfobatteri, Ferrobatteri, Idrogenobatteri (Solforodobatteri)

Le “Specie esigenti” • Diversi microrganismi sono capaci di sintetizzare tutte le molecole organiche di cui necessitano comprese le vitamine e aminoacidi, a partire da un solo composto organico come il glucosio: tipico esempio è Escherichia coli. • alcuni batteri patogeni e i batteri lattici, sono invece definiti specie esigenti, in quanto non sono in grado di sintetizzare, molecole come le vitamine ma devono recuperarle dall'ambiente. • Tale dipendenza delle specie esigenti può essere anche una condizione acquisita in seguito a mutazioni di geni metabolici che hanno portato alla perdita della capacità di sintetizzare alcuni aminoacidi (ad es. Istidina). Tale caratteristica viene indicata con il nome di auxotrofia.