I batteri utilizzano più carboidrati come fonte di energia

I batteri, come gli organismi eucariotici, possono utilizzare carboidrati, lipidi e amminoacidi per ottenere energia.

Per quanto riguarda i carboidrati essi sono in grado di ricavare energia da tanti zuccheri che gli organismi eucarioti non riescono ad utilizzare, come la cellulosa o altri polimeri complessi. Anche per i batteri il glucosio è il substrato preferito, ma possono utilizzare anche il lattosio e il fruttosio.

Il maltosio

Il maltosio è un disaccaride in cui due molecole di glucosio sono legate con un legame alfa1-4 glicosidico. Anche il maltosio può fungere da fonte di carbonio e di energia per i batteri.

Il maltosio dopo essere stato inglobato viene scisso nel citoplasma in due molecole di glucosio. Una va incontro alla glicolisi, mentre l’altra o viene utilizzata nella glicolisi oppure viene trasformata e accumulata sotto forma di “storage citoplasmatici” di zuccheri che fungono da sostanze di riserva che possono essere utilizzate al momento del bisogno: in questo modo si formano le maltodestrine.

Leggi anche: come entra il maltosio all’interno delle cellule batteriche?

Le maltodestrine sono polimeri di glucosio più lunghi del maltosio. Quando necessario vengono scisse in unità di glucosio-1-P che subisce un’isomerizzazione diventando glucosio-6-P che entra nel processo glicolitico.

Formazione delle maltodestrine all'interno dei batteri

Degradazione di polimeri complessi da parte dei batteri

Difficilmente i batteri si trovano nella condizione in cui possono assimilare glucosio o maltosio, ma spesso sono costretti ad ottenere energia da polimeri complessi.

Una parte consistente del carbonio organicato durante la fotosintesi delle piante è accumulato in polimeri insolubili come cellulose, emicellulose, pectine, amido, lignina.

Queste molecole, alla morte degli organismi che le contengono, possono essere degradate in aerobiosi o in anaerobiosi da microrganismi specializzati (per degradare queste sostanze sono necessarie attività enzimatiche molto specifiche) che rendono disponibile alla rete trofica successiva il carbonio in esse contenuto.

I materiali più facilmente degradabili sono rapidamente trasformati nella forma più ossidata. I composti che non sono facilmente degradati dai microrganismi si conservano a lungo nel suolo come componenti organici e tendono ad accumularsi dando luogo a composti polimerici di difficile definizione, di cui i suoli sono più o meno ricchi (humus).

Humus

L’humus è sostanza organica amorfa del suolo della cui composizione entrano a far parte residui vegetali e animali, lignina, lipidi, cere, carboidrati e costituenti proteiche.

La degradazione delle molecole organiche complesse e insolubili come lignina, cellulosa, amido ecc. avviene per idrolisi enzimatica (grazie a delle idrolasi specifiche). Dall’idrolisi si ottengono molecole solubili (i suoi monomeri) che possono essere assimilate dai microrganismi e ulteriormente processate o rese disponibili per altri microrganismi.

Amido

L’amido è una miscela di omopolimeri del D-glucosio, ossia:

  • L’amilosio: costituito da catene non ramificate di D-glucosio legati da legami α1,4 glicosidici.
  • L’amilopectina: un poli α1,4-D-glucosio, ramificato in posizione 1,6 (legame alfa1-6 glicosidico) ogni 25 molecole di glucosio circa.

La degradazione dell’amido produce prima corti polimeri (destrine, corte catene saccaridiche), poi un disaccaride (maltosio) e infine glucosio.

Gli enzimi che degradano l’amido si distinguono in base al legame che vanno ad idrolizzare e in base ai prodotti che si ottengono. Ci sono enzimi diversi per la degradazione nei vari generi di batteri.

  • Ci sono le alfa-amilasi che sono delle endoglucanasi, che tagliano l’amilosio nella porzione interna della catena idrolizzando legami alfa1-4 con produzione di destrine e maltosio.
  • Le beta-amilasi sono delle esoglucanasi, che tagliano le estremità e idrolizzano i legami alfa1-4. Si ottiene maltosio.
  • Glucoamilasi sono esoglucanasi che tagliano il monomero singolo portando alla formazione di glucosio.
  • Alfaglucosidasi tagliano corti oligosaccaridi.
  • Pullulanasi sono endoglucanasi che tagliano a livello delle ramificazioni. Idrolizzano legame alfa1-6 e otteniamo destrine o maltosio a seconda della lunghezza delle ramificazioni.

Cellulosa

La cellulosa è un biopolimero glucanico insolubile costituito da unità ripetute di cellobiosio (disaccaride del glucosio unito con legame beta1-4) legato con legami β-1,4 glicosidici. L’associazione di queste catene glucaniche porta alla formazione di una microfibrilla di cellulosa.

Generalmente, in natura, la cellulosa è sintetizzata dalle piante, nelle quali la si trova in associazione con emicellulosa, pectine, glicoproteine e lignina (lignocellulosa), ma la sintetizzano anche alghe e batteri come Acetobacter xylinum.

La depolimerizzazione della cellulosa nell’ambiente è opera soprattutto di microrganismi (protozoi, funghi e batteri) e avviene per intervento di diverse e organizzate attività enzimatiche collettivamente definite cellulasi.

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