74
BIOLOGIA BIOLOGIA LEZIONE N. LEZIONE N. 5 5 slide N. slide N. 74 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B B ATTERIOLOGIA ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani Prof. Fabrizio Carmignani [email protected] [email protected] IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI) IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI) classe II ITI classe II ITI

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BIOLOGIABIOLOGIA

LEZIONE N.LEZIONE N.55slide N. slide N. 7474

ORIGINE della VITAORIGINE della VITA

BBATTERIOLOGIAATTERIOLOGIA

Prof. Fabrizio CarmignaniProf. Fabrizio [email protected]@hotmail.it

IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI)IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI)

classe II ITIclasse II ITI

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INDICE:INDICE:

1.1. ORIGINE della VITAORIGINE della VITA

A.A. La Terra primordialeLa Terra primordialeB.B. Evoluzione chimicaEvoluzione chimicaC.C. Evoluzione biologicaEvoluzione biologica

2.2. BATTERIOLOGIABATTERIOLOGIA

A.A. Classificazione e morfologia battericaClassificazione e morfologia battericaB.B. Struttura cellula battericaStruttura cellula battericaC.C. La riproduzione battericaLa riproduzione battericaD.D. Modalità nutritive dei batteriModalità nutritive dei batteriE.E. Batteriologia sistematicaBatteriologia sistematicaF.F. Ruolo ecologico dei batteriRuolo ecologico dei batteri

Page 3: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

1.1.

ORIGINE della VITAORIGINE della VITA

Page 4: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

A. A.

La TERRA PRIMORDIALELa TERRA PRIMORDIALE

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La storia biologica e quella geologica La storia biologica e quella geologica

della Terra (età di della Terra (età di 4,64,6 miliardi di anni miliardi di anni circa)circa) sono interconnesse sono interconnesse

Circa Circa 33 miliardi di anni fa miliardi di anni fa la Terra era la Terra era ricca di vulcani che eruttavano polveri e ricca di vulcani che eruttavano polveri e gas nell’atmosfera e rocce fuse sul suologas nell’atmosfera e rocce fuse sul suolo

Le coste erano dominate da formazioni Le coste erano dominate da formazioni rocciose di colore rocciose di colore verde chiaro verde chiaro che in che in

realtà erano spessi agglomerati di realtà erano spessi agglomerati di

batteri: le cosiddette batteri: le cosiddette STROMATOLITISTROMATOLITI

La VITA ebbe inizio su una TERRA La VITA ebbe inizio su una TERRA primordialeprimordiale

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L’atmosfera primordiale probabilmente L’atmosfera primordiale probabilmente conteneva Hconteneva H22O, CO O, CO (monossido di carbonio)(monossido di carbonio), CO, CO2 2 , ,

NN2 2 (azoto)(azoto) ,, e forse anche CH e forse anche CH4 4 (metano) (metano) e NHe NH3 3

(ammoniaca) (ammoniaca) mentre l’ossigeno era scarso o mentre l’ossigeno era scarso o assenteassente

L’attività vulcanica e le radiazioni ultraviolette L’attività vulcanica e le radiazioni ultraviolette dovevano essere molto intense dovevano essere molto intense

STROMATOLITISTROMATOLITI

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Formazioni stratificate Formazioni stratificate (STROMATOLITI) (STROMATOLITI) fossili fossili risalenti a risalenti a 2,5 miliardi di anni fa 2,5 miliardi di anni fa segnano il segnano il

momento in cui i momento in cui i batteri fotosintetici batteri fotosintetici cominciarono a produrre l’cominciarono a produrre l’OSSIGENOOSSIGENO che rese che rese

aerobica l’atmosferaaerobica l’atmosfera

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Principali eventi della storia della VITA sulla Principali eventi della storia della VITA sulla TERRATERRA

SCALA SCALA CRONOLOGICA CRONOLOGICA in cui collocare in cui collocare gli antichissimi gli antichissimi

fossilifossili

Se la storia della Se la storia della TERRA si riduce TERRA si riduce

ad un giro di ad un giro di orologio di 24 h, orologio di 24 h, la specie umana la specie umana è “comparsa” 4 è “comparsa” 4 secondi prima secondi prima

della mezzanottedella mezzanotte

PALEOZOICO

PALEOZOICO

MESOZOICO

MESOZOICOCENOZOICOCENOZOICO

SPECIE UMANASPECIE UMANA

PIANTE PIANTE TERRESTRITERRESTRI

ANIMALIANIMALI

EUCARIOTI EUCARIOTI UNICELLULARIUNICELLULARI

Origine del Origine del sistema solare e sistema solare e

della Terradella Terra4,6 MLD/anni fa4,6 MLD/anni fa

11

22

44

33

Miliardi di anni fa

ACCUMULO di OSSIGENO ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERAnell’ATMOSFERA

PROCARIOTIPROCARIOTI

EUCARIOTI EUCARIOTI PLURICELLULAPLURICELLULA

RIRI

ESERCIZIESERCIZI

1.1. Quale è l’età della terra?Quale è l’età della terra?2.2. Che cosa si intende per terra primordiale?Che cosa si intende per terra primordiale?3.3. Che cosa sono le stromatoliti?Che cosa sono le stromatoliti?

Page 9: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

B. B.

EVOLUZIONE CHIMICAEVOLUZIONE CHIMICA

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I più antichi procarioti (BATTERI) fossili I più antichi procarioti (BATTERI) fossili sono datati sono datati 3,5 miliardi di anni3,5 miliardi di anni, ma la , ma la

vita potrebbe essersi originata a partire vita potrebbe essersi originata a partire da materia non vivente anche da materia non vivente anche 3,9 3,9

miliardi di anni familiardi di anni fa

La La I tappa I tappa è stata quella di ottenere piccole è stata quella di ottenere piccole molecole organiche, probabilmente grazie molecole organiche, probabilmente grazie

a reazioni innescate dall’energia dei a reazioni innescate dall’energia dei fulmini o delle radiazioni ultraviolette fulmini o delle radiazioni ultraviolette

nell’atmosfera primordiale (vedi nell’atmosfera primordiale (vedi esperimento di esperimento di MILLERMILLER))MATERIA NON MATERIA NON

VIVENTEVIVENTEMATERIA VIVENTEMATERIA VIVENTE

EVOLUZIONE EVOLUZIONE CHIMICACHIMICA

EVOLUZIONE CHIMICA: EVOLUZIONE CHIMICA: prima tappaprima tappa

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MATERIA NON MATERIA NON VIVENTEVIVENTE

MATERIA VIVENTE MATERIA VIVENTE (ORGANICA)(ORGANICA)

EVOLUZIONE EVOLUZIONE CHIMICACHIMICA

PRIME CELLULE PRIME CELLULE PROCARIOTICHEPROCARIOTICHE

EVOLUZIONEEVOLUZIONE BIOLOGICABIOLOGICA

PRIME CELLULEPRIME CELLULE EUCARIOTICHEEUCARIOTICHE

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Un’atmosfera iniziale priva di Un’atmosfera iniziale priva di OSSIGENOOSSIGENO

Nel 1953, Nel 1953, Stanley MILLER Stanley MILLER mise a punto una mise a punto una serie di esperimenti per riprodurre l’atmosfera serie di esperimenti per riprodurre l’atmosfera primordiale della Terra. Miller partì dall’ipotesi primordiale della Terra. Miller partì dall’ipotesi degli scienziati degli scienziati OPARINOPARIN e e HALDANEHALDANE, secondo la , secondo la

quale l’atmosfera primordiale era priva di quale l’atmosfera primordiale era priva di ossigeno e quindi riducenteossigeno e quindi riducente

Stanley MILLERStanley MILLER

Gli esperimenti per ricreare il Gli esperimenti per ricreare il «BRODO PRIMORDIALE» «BRODO PRIMORDIALE»

““BRODO PRIMORDIALE” BRODO PRIMORDIALE”

Insieme di sostanze chimiche disciolte Insieme di sostanze chimiche disciolte nelle acque dei mari (tranquille nelle acque dei mari (tranquille

lagune) presenti sulla TERRA lagune) presenti sulla TERRA primordialeprimordiale

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Secondo l’ipotesi di Secondo l’ipotesi di OPARINOPARIN, l’atmosfera , l’atmosfera primitiva conteneva:primitiva conteneva:

METANO, AMMONIACA, METANO, AMMONIACA, IDROGENO , IDROGENO , VAPORE ACQUEOVAPORE ACQUEO

Le reazioni chimiche tra queste sostanze Le reazioni chimiche tra queste sostanze avrebbero originato le prime molecole avrebbero originato le prime molecole

organiche, che sono le molecole basilari degli organiche, che sono le molecole basilari degli esseri viventiesseri viventi

L’atmosfera riducente (senza ossigeno) L’atmosfera riducente (senza ossigeno) avrebbe favorito la formazione di molecole avrebbe favorito la formazione di molecole

complesse a partire da molecole più semplicicomplesse a partire da molecole più semplici

Il «brodo primordiale» di OPARINIl «brodo primordiale» di OPARIN

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Acqua raffreddata Acqua raffreddata contenente contenente

COMPOSTI ORGANICICOMPOSTI ORGANICI

Flusso d’acqua freddaFlusso d’acqua fredda

CONDENSATORECONDENSATORE

CAMPIONE PER L’ANALISI CHIMICACAMPIONE PER L’ANALISI CHIMICAHH22OO

««MAREMARE»»

VAPORE ACQUEOVAPORE ACQUEO««ATMOSFERAATMOSFERA»»

ELETTRODOELETTRODOCHCH44

NHNH33 HH 22

Esperimento Esperimento di MILLER di MILLER

(1953)(1953)

Simulazioni delle condizioni primordiali in laboratorio Simulazioni delle condizioni primordiali in laboratorio hanno prodotto hanno prodotto amminoacidi, zuccheri, lipidi, basi amminoacidi, zuccheri, lipidi, basi azotateazotate presenti nei presenti nei nucleotidi nucleotidi (mattoni) del DNA e (mattoni) del DNA e

dell’RNA e perfino dell’RNA e perfino ATP ATP (adenosintrifosfato), molecola (adenosintrifosfato), molecola contenente energia. contenente energia. Tutte queste sostanze Tutte queste sostanze

sono tipiche degli esseri viventi sono tipiche degli esseri viventi

ESPERIMENTO di Stanley MILLERESPERIMENTO di Stanley MILLER

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Oggi, la maggior parte degli scienziati ritiene Oggi, la maggior parte degli scienziati ritiene che la composizione dell’atmosfera che la composizione dell’atmosfera primordiale doveva primordiale doveva essere diversa essere diversa da quella da quella presunta da Miller.presunta da Miller.

Viene ritenuto più probabile che i gas Viene ritenuto più probabile che i gas presenti nell’atmosfera fossero soprattutto presenti nell’atmosfera fossero soprattutto CO, COCO, CO22, N, N22 (prodotti da vulcani in eruzione), (prodotti da vulcani in eruzione), piuttosto che Hpiuttosto che H22, CH, CH44 e NH e NH33..

Alcuni studiosi ritengono inoltre più Alcuni studiosi ritengono inoltre più probabile che la vita si sia originata a livello probabile che la vita si sia originata a livello di di vulcani sommersi vulcani sommersi o o sorgenti sottomarine sorgenti sottomarine idrotermaliidrotermali DNA – acido DNA – acido

desossiribonucleicodesossiribonucleicoRNA – acido ribonucleicoRNA – acido ribonucleico

ACIDI NUCLEICIACIDI NUCLEICImolecole basilari per la molecole basilari per la

vitavita

LE IPOTESI SUCCESSIVELE IPOTESI SUCCESSIVE

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Principali eventi della storia della VITA sulla Principali eventi della storia della VITA sulla TERRATERRA

SCALA SCALA CRONOLOGICA CRONOLOGICA in cui collocare in cui collocare gli antichissimi gli antichissimi

fossilifossili

Se la storia della Se la storia della TERRA si riduce TERRA si riduce

ad un giro di ad un giro di orologio di 24 h, orologio di 24 h, la specie umana la specie umana è “comparsa” 4 è “comparsa” 4 secondi prima secondi prima

della mezzanottedella mezzanotte

PALEOZOICO

PALEOZOICO

MESOZOICO

MESOZOICOCENOZOICOCENOZOICO

SPECIE UMANASPECIE UMANA

PIANTE PIANTE TERRESTRITERRESTRI

ANIMALIANIMALI

EUCARIOTI EUCARIOTI UNICELLULARIUNICELLULARI

Origine del Origine del sistema solare e sistema solare e

della Terradella Terra4,6 MLD/anni fa4,6 MLD/anni fa

11

22

44

33

Miliardi di anni fa

ACCUMULO di OSSIGENO ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERAnell’ATMOSFERA

PROCARIOTIPROCARIOTI

EUCARIOTI EUCARIOTI PLURICELLULAPLURICELLULA

RIRI

ESERCIZIESERCIZI

1.1. Quando si sono avute le prime forma di vita sulla Quando si sono avute le prime forma di vita sulla terra?terra?

2.2. Che cosa si intende per evoluzione chimica?Che cosa si intende per evoluzione chimica?3.3. Descrivi l’esperimento di Stanley MillerDescrivi l’esperimento di Stanley Miller4.4. Che cosa ottenne?Che cosa ottenne?5.5. Quali ipotesi successive sono state fatte?Quali ipotesi successive sono state fatte?

Page 17: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

La La II tappa II tappa più importante a livello chimico più importante a livello chimico deve essere stata la polimerizzazione, cioè deve essere stata la polimerizzazione, cioè

la formazione di grandi molecole come gli la formazione di grandi molecole come gli ACIDI NUCLEICI ACIDI NUCLEICI e le e le PROTEINEPROTEINE, a , a partire dai rispettivi monomeri, piccole partire dai rispettivi monomeri, piccole

molecole (mattoni):molecole (mattoni):

NUCLEOTIDI:NUCLEOTIDI: “mattoni” degli “mattoni” degli ACIDI ACIDI NUCLEICINUCLEICI

AMMINOACIDI:AMMINOACIDI: “mattoni” delle “mattoni” delle PROTEINEPROTEINE

Le piccole molecole organiche formarono Le piccole molecole organiche formarono grandi molecole (polimeri) su rocce calde grandi molecole (polimeri) su rocce calde (es. argille) dando origine a (es. argille) dando origine a PROTEINE PROTEINE e e ACIDI NUCLEICIACIDI NUCLEICI, sostanze fondamentali , sostanze fondamentali

degli esseri viventi degli esseri viventi

EVOLUZIONE CHIMICA: EVOLUZIONE CHIMICA: seconda tappaseconda tappa

Page 18: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

I I POLIMERIPOLIMERI sono composti naturali o sintetici sono composti naturali o sintetici a elevato peso molecolare (P.M.) costituiti da a elevato peso molecolare (P.M.) costituiti da molecole di grandi dimensioni e per questo molecole di grandi dimensioni e per questo

definite definite MACROMOLECOLEMACROMOLECOLE

I polimeri derivano dalla unione, chiamata I polimeri derivano dalla unione, chiamata polimerizzazione , di molecole di piccole polimerizzazione , di molecole di piccole

dimensioni e a basso peso molecolare , cioè i dimensioni e a basso peso molecolare , cioè i MONOMERI, MONOMERI, che si concatenano tra di loro che si concatenano tra di loro

secondo lunghe sequenze e rappresentano le secondo lunghe sequenze e rappresentano le unità strutturali dei polimeriunità strutturali dei polimeri

POLIMERI e MONOMERIPOLIMERI e MONOMERI

UNIONE di TANTI MONOMERI

UN POLIMERO

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I POLIMERI si dividono in:I POLIMERI si dividono in:

1.1.OMOPOLIMERIOMOPOLIMERI: : formati da un solo tipo di formati da un solo tipo di monomero Es. il monomero Es. il POLIETILENEPOLIETILENE che che

risulta dall'unione di numerose molecole di etilenerisulta dall'unione di numerose molecole di etilene

2.2.COPOLIMERICOPOLIMERI:: formati dall’unione di 2 o più tipi di formati dall’unione di 2 o più tipi di monomero monomero Es. il Es. il NAILONNAILON formato formato

dall'unione di molecole di acido adipico e di dall'unione di molecole di acido adipico e di esametilendiamminaesametilendiammina

Sono POLIMERI importanti sostanze naturali Sono POLIMERI importanti sostanze naturali come la come la cellulosacellulosa, le , le proteineproteine, gli , gli acidi acidi nucleicinucleici, la , la gomma naturalegomma naturale, come pure , come pure

materiali sintetici (artificiali) di fondamentale materiali sintetici (artificiali) di fondamentale interesse tecnologico, come le interesse tecnologico, come le

materie plastichematerie plastiche (polietilene, PVC…) (polietilene, PVC…)

Page 20: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

Detto anche Detto anche TWARONTWARON è una fibra sintetica è una fibra sintetica polimerica che a parità di peso è polimerica che a parità di peso è 5 volte più 5 volte più

resistente dell'acciaioresistente dell'acciaio Il Kevlar ha un grande resistenza al calore e si decompone Il Kevlar ha un grande resistenza al calore e si decompone

a circa 500 °C senza fondere. a circa 500 °C senza fondere.

Esempio di POLIMERO sintetico: Esempio di POLIMERO sintetico: KEVLARKEVLAR

MONOMERMONOMEROO

Per le sue caratteristiche di Per le sue caratteristiche di resistenza, il resistenza, il kevlar kevlar viene viene

utilizzato per la costruzione utilizzato per la costruzione di giubbotti antiproiettile di di giubbotti antiproiettile di

attrezzature per gli sport attrezzature per gli sport estremi, di componenti per estremi, di componenti per

gli aeromobili. gli aeromobili. Il Il kevlarkevlar è stato inventato è stato inventato nel 1965, ed è attualmente nel 1965, ed è attualmente un marchio di fabbrica della un marchio di fabbrica della

DuPontDuPont

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A questo punto, dopo aver ottenuto le grandi A questo punto, dopo aver ottenuto le grandi molecole fondamentali degli esseri viventi, la molecole fondamentali degli esseri viventi, la

III TAPPA III TAPPA dovrebbe essere stata quella che dovrebbe essere stata quella che all’interno di queste molecole, alcune all’interno di queste molecole, alcune

contenenti informazioni (ACIDI NUCLEICI), contenenti informazioni (ACIDI NUCLEICI), diventarono capaci di duplicarsi e trasmettere diventarono capaci di duplicarsi e trasmettere

le informazioni alle cellule figlie. le informazioni alle cellule figlie. Le prime molecole in grado di DUPLICARSI Le prime molecole in grado di DUPLICARSI

potrebbero esser state molecole di potrebbero esser state molecole di RNA: acido RIBONUCLEICO RNA: acido RIBONUCLEICO

che quindi ha che quindi ha rappresentato il primo materiale genetico. rappresentato il primo materiale genetico.

Un’informazione completa, scritta in un certo Un’informazione completa, scritta in un certo modo sulla molecola di RNA, prende il nome modo sulla molecola di RNA, prende il nome

di di GENEGENE

EVOLUZIONE CHIMICA: EVOLUZIONE CHIMICA: terza tappaterza tappa

Page 22: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

Il primo materiale genetico potrebbe essere Il primo materiale genetico potrebbe essere stato costituito da RNA stato costituito da RNA

Un’ipotesi condivisa è che i primi Un’ipotesi condivisa è che i primi GENIGENI (sostanze (sostanze che portano “informazioni”) fossero brevi che portano “informazioni”) fossero brevi

filamenti di filamenti di RNA RNA in grado di duplicarsi, forse su in grado di duplicarsi, forse su superfici argillosesuperfici argillose

GG

AA GG GGCC

GG

GG

GG

CC

CC

CC

AAAA

AA

AA

UU

UU UUUU

GG CC UU AA

UU GG CC AA UU

UUCCGGGG UU UU

UU GG CC AA UU

AA UUGGCC

AA

11

22

Formazione di semplici Formazione di semplici ««GENIGENI»», costituiti da brevi , costituiti da brevi

polimeri di RNApolimeri di RNA

Assemblaggio di una Assemblaggio di una catena di RNA complementare catena di RNA complementare

( primo passo della ( primo passo della duplicazione duplicazione

del gene originale) del gene originale) MONOMERIMONOMERI

(“mattoni” dell’RNA)(“mattoni” dell’RNA)

GENI PRIMITIVI: GENI PRIMITIVI: molecole di RNA che portavano molecole di RNA che portavano informazioniinformazioni

Filamento Filamento ORIGINALORIGINAL

EE

Filamento Filamento COMPLEMENTARECOMPLEMENTARE

Page 23: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

La La IV tappa IV tappa probabilmente ha riguardato la probabilmente ha riguardato la formazione di membrane in grado di racchiudere formazione di membrane in grado di racchiudere questi aggregati di molecole in modo da ottenere questi aggregati di molecole in modo da ottenere

così le prime così le prime CELLULECELLULEAUTODUPLICAZIONE DELL’RNAAUTODUPLICAZIONE DELL’RNA

IL DUPLICATO SERVE DA STAMPO IL DUPLICATO SERVE DA STAMPO PER FORMARE UNA PROTEINAPER FORMARE UNA PROTEINA

RNARNA

PROTEINAPROTEINA

La più antica forma La più antica forma di cooperazione di cooperazione molecolare può molecolare può

aver coinvolto un aver coinvolto un modello primitivo modello primitivo

di traduzione, in cui di traduzione, in cui semplici geni a semplici geni a RNA RNA venivano tradotti in venivano tradotti in

PROTEINE PROTEINE senza senza l’intervento di altre l’intervento di altre

strutture strutture La PROTEINA agisce come un La PROTEINA agisce come un

primitivo enzima che favorisce primitivo enzima che favorisce la duplicazione dell’RNAla duplicazione dell’RNA

EVOLUZIONE CHIMICA: EVOLUZIONE CHIMICA: quarta tappaquarta tappa

Page 24: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

Semplici membrane potrebbero aver protetto Semplici membrane potrebbero aver protetto questi aggregati molecolari formati da questi aggregati molecolari formati da RNARNA e e

PROTEINEPROTEINE, su cui la selezione naturale avrebbe , su cui la selezione naturale avrebbe agito favorendo un grado via via maggiore di agito favorendo un grado via via maggiore di

cooperazione molecolare che avrebbe poi dato cooperazione molecolare che avrebbe poi dato origine alle origine alle

PRIME CELLULE PROCARIOTICHEPRIME CELLULE PROCARIOTICHE

LM

65

0LM

65

0

RNAMEMBRANAMEMBRANA

PROTEINAPROTEINA

PRIME CELLULE PROCARIOTICHEPRIME CELLULE PROCARIOTICHE EVOLUZIONE BIOLOGICAEVOLUZIONE BIOLOGICA

Page 25: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

Con la formazione delle prime cellule Con la formazione delle prime cellule primitive procariotiche, circa primitive procariotiche, circa 3,53,5 miliardi di miliardi di anni fa, inizia un’altra forma di evoluzione anni fa, inizia un’altra forma di evoluzione

che porterà allo sviluppo, sul nostro pianeta, che porterà allo sviluppo, sul nostro pianeta, di un numero enorme di specie viventi, sino di un numero enorme di specie viventi, sino

alla comparsa della specie umanaalla comparsa della specie umana

Si tratta dell’Si tratta dell’

EVOLUZIONE BIOLOGICAEVOLUZIONE BIOLOGICA

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Principali eventi della storia della VITA sulla Principali eventi della storia della VITA sulla TERRATERRA

SCALA SCALA CRONOLOGICA CRONOLOGICA in cui collocare in cui collocare gli antichissimi gli antichissimi

fossilifossili

Se la storia della Se la storia della TERRA si riduce TERRA si riduce

ad un giro di ad un giro di orologio di 24 h, orologio di 24 h, la specie umana la specie umana è “comparsa” 4 è “comparsa” 4 secondi prima secondi prima

della mezzanottedella mezzanotte

PALEOZOICO

PALEOZOICO

MESOZOICO

MESOZOICOCENOZOICOCENOZOICO

SPECIE UMANASPECIE UMANA

PIANTE PIANTE TERRESTRITERRESTRI

ANIMALIANIMALI

EUCARIOTI EUCARIOTI UNICELLULARIUNICELLULARI

Origine del Origine del sistema solare e sistema solare e

della Terradella Terra4,6 MLD/anni fa4,6 MLD/anni fa

11

22

44

33

Miliardi di anni fa

ACCUMULO di OSSIGENO ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERAnell’ATMOSFERA

PROCARIOTIPROCARIOTI

EUCARIOTI EUCARIOTI PLURICELLULAPLURICELLULA

RIRI

ESERCIZIESERCIZI

1.1. Che cosa è l’evoluzione biologica?Che cosa è l’evoluzione biologica?2.2. Indica la differenza tra polimero e monomeroIndica la differenza tra polimero e monomero3.3. In che modo potrebbero essersi formate le prime In che modo potrebbero essersi formate le prime

cellule procariotiche?cellule procariotiche?

Page 27: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

2. 2.

BATTERIOLOGIABATTERIOLOGIA

Page 28: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

A. A.

CLASSIFICAZIONE e CLASSIFICAZIONE e MORFOLOGIA BATTERICAMORFOLOGIA BATTERICA

Page 29: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

I BATTERI sono organismi unicellulari I BATTERI sono organismi unicellulari procarioti, appartenenti al procarioti, appartenenti al regnoregno delle delle

MONEREMONEREQuesti PROCARIOTI sono Questi PROCARIOTI sono

presenti sulla Terra da alcuni presenti sulla Terra da alcuni miliardi di anni miliardi di anni

Probabilmente le prime forme Probabilmente le prime forme di vita risalgono a circa di vita risalgono a circa 3,2 3,2

MLD MLD di anni fadi anni fa

PROCARIOTIPROCARIOTI (UNICELLULARI) (UNICELLULARI)

rappresentano le più antiche rappresentano le più antiche forme di vita e anche oggi forme di vita e anche oggi restano gli organismi più restano gli organismi più

numerosi e maggiormente numerosi e maggiormente diffusi sulla Terra: diffusi sulla Terra:

sono sono UBIQUITARIUBIQUITARI

Colo

niz

zata

Colo

niz

zata

SE

M 6

50

SE

M 6

50

BATTERI presenti BATTERI presenti sulla punta di uno spillosulla punta di uno spillo

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ARCHEBATTERI ed EUBATTERI rappresentano ARCHEBATTERI ed EUBATTERI rappresentano le 2 principali ramificazioni le 2 principali ramificazioni (DOMINI) (DOMINI)

nell’evoluzione dei PROCARIOTInell’evoluzione dei PROCARIOTI

Costituiti da cellule prive di nucleo e di organuli, Costituiti da cellule prive di nucleo e di organuli, al loro interno, i procarioti presentano differenze al loro interno, i procarioti presentano differenze strutturali così importanti da essere classificati strutturali così importanti da essere classificati

in 2 diversi domini:in 2 diversi domini:

1.1. EUBACTERIAEUBACTERIA (EUBATTERI o semplicemente BATTERI) (EUBATTERI o semplicemente BATTERI)

2.2. ARCHAEBACTERIAARCHAEBACTERIA (ARCHEBATTERI o ARCHEI)(ARCHEBATTERI o ARCHEI)

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Colo

niz

zata

SEM

12

00

0

Colo

niz

zata

SEM

90

00

Colo

niz

zata

SEM

3

00

0

I BATTERI presentano una grande varietà di forme e I BATTERI presentano una grande varietà di forme e quindi di morfologia:quindi di morfologia:

SFERICASFERICA (cocchi)(cocchi)

CILINDRICACILINDRICA(bacilli)(bacilli)

CILINDRICA RICURVA CILINDRICA RICURVA (vibrioni) (vibrioni)

SPIRALATASPIRALATA(spirochete e spirilli)(spirochete e spirilli)

COCCHICOCCHI BACILLIBACILLI SPIROCHETESPIROCHETE

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MORFOLOGIA cellula BATTERICAMORFOLOGIA cellula BATTERICA

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Caratteristiche strutturali specifiche Caratteristiche strutturali specifiche permettono ai procarioti di vivere quasi permettono ai procarioti di vivere quasi

ovunque ovunque

Infatti si dice che sono Infatti si dice che sono UBIQUITARIUBIQUITARI

Tutti i Tutti i PROCARIOTIPROCARIOTI (EUBATTERI e ARCHEI) (EUBATTERI e ARCHEI) presentano alcune caratteristiche strutturali presentano alcune caratteristiche strutturali

che consentono loro di occupare una che consentono loro di occupare una vastissima gamma di ambienti, anche i più vastissima gamma di ambienti, anche i più estremi e da qui il termine: estremi e da qui il termine: ESTREMOFILIESTREMOFILI

cioè batteri che vivono nelle profondità cioè batteri che vivono nelle profondità marine (abissi), in ambienti molto freddi, in marine (abissi), in ambienti molto freddi, in laghi salati, in sorgenti termali calde…ecc., laghi salati, in sorgenti termali calde…ecc., dove organismi più complessi non possono dove organismi più complessi non possono

viverevivere

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Principali eventi della storia della VITA sulla Principali eventi della storia della VITA sulla TERRATERRA

SCALA SCALA CRONOLOGICA CRONOLOGICA in cui collocare in cui collocare gli antichissimi gli antichissimi

fossilifossili

Se la storia della Se la storia della TERRA si riduce TERRA si riduce

ad un giro di ad un giro di orologio di 24 h, orologio di 24 h, la specie umana la specie umana è “comparsa” 4 è “comparsa” 4 secondi prima secondi prima

della mezzanottedella mezzanotte

PALEOZOICO

PALEOZOICO

MESOZOICO

MESOZOICOCENOZOICOCENOZOICO

SPECIE UMANASPECIE UMANA

PIANTE PIANTE TERRESTRITERRESTRI

ANIMALIANIMALI

EUCARIOTI EUCARIOTI UNICELLULARIUNICELLULARI

Origine del Origine del sistema solare e sistema solare e

della Terradella Terra4,6 MLD/anni fa4,6 MLD/anni fa

11

22

44

33

Miliardi di anni fa

ACCUMULO di OSSIGENO ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERAnell’ATMOSFERA

PROCARIOTIPROCARIOTI

EUCARIOTI EUCARIOTI PLURICELLULAPLURICELLULA

RIRI

ESERCIZIESERCIZI

1.1. Che cosa è la batteriologia?Che cosa è la batteriologia?2.2. Indica le varie forme (morfologia) della cellula Indica le varie forme (morfologia) della cellula

battericabatterica3.3. Che cosa si in tende per estremofili?Che cosa si in tende per estremofili?

Page 35: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

B. B.

STRUTTURA CELLULA STRUTTURA CELLULA BATTERICABATTERICA

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Cellula PROCARIOTICACellula PROCARIOTICA (Batteri) (Batteri)

dimensioni di POCHI MICRONdimensioni di POCHI MICRON

12

31 - 2 - 3 1 - 2 - 3

RIVESTIMENTI RIVESTIMENTI ESTERNIESTERNI

Page 37: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

Staphylococcus Staphylococcus aureus aureus (forma a (forma a

cocco)cocco)

Escherichia coli Escherichia coli (forma a (forma a bacillo)bacillo)

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LE STRUTTURE ESTERNELE STRUTTURE ESTERNE

Una delle strutture più importanti che caratterizzano Una delle strutture più importanti che caratterizzano la cellula procariotica è rappresentata dalla la cellula procariotica è rappresentata dalla PARETEPARETE CELLULARE CELLULARE rigida, che da la forma al batterio ed è rigida, che da la forma al batterio ed è

costituita da una sostanza particolare: costituita da una sostanza particolare: il il PEPTIDOGLICANOPEPTIDOGLICANO o o MUREINAMUREINA

Colo

niz

zata

TEM

70

00

0

Colo

niz

zata

TEM

70

00

0

CAPSULACAPSULA

PARETEPARETE

RIVESTIMENTI RIVESTIMENTI ESTERNI:ESTERNI:

1.1.CAPSULACAPSULA2.2.PARETEPARETE

3.3.MEMBRANA MEMBRANA CELLULARECELLULARE

MEMBRANAMEMBRANACELLULARECELLULARE

1

23

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Colo

niz

zata

TEM

16 0

00

Colo

niz

zata

TEM

16 0

00

PILI (FIMBRIE)PILI (FIMBRIE)funzione di ancoraggiofunzione di ancoraggio

I I PILIPILI o o FIMBRIEFIMBRIE sono appendici corte e sottili che sono appendici corte e sottili che permettono ai procarioti di attaccarsi gli uni agli permettono ai procarioti di attaccarsi gli uni agli

altri, oppure alle rocce presenti nelle acque altri, oppure alle rocce presenti nelle acque correnti, o ancora alle pareti interne correnti, o ancora alle pareti interne

dell’intestino umano dell’intestino umano (STRUTTURE di ANCORAGGIO) (STRUTTURE di ANCORAGGIO)

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FLAGELLOFLAGELLO

MEMBRANA MEMBRANA PLASMATICAPLASMATICA

PARETEPARETE CELLULARECELLULARE

Movimento rotatorio del Movimento rotatorio del flagelloflagello

Colo

niz

zata

TEM

14 0

00

LA MOBILITÀLA MOBILITÀ Numerose specie di Numerose specie di

EUBATTERI e ARCHEBATTERI EUBATTERI e ARCHEBATTERI sono provvisti di sono provvisti di FLAGELLIFLAGELLI

che consentono loro il che consentono loro il movimento. movimento.

Da questo punto di vista Da questo punto di vista possiamo avere batteri: possiamo avere batteri:

MONOTRICHI: MONOTRICHI: 1 flagello1 flagelloPERITRICHI:PERITRICHI: tanti flagelli tanti flagelliLOFOTRICHI:LOFOTRICHI: 2 ciuffi di 2 ciuffi di

flagelli flagelli

Comunque ci sono batteri Comunque ci sono batteri che non li hanno, come i che non li hanno, come i COCCHI , e per questo COCCHI , e per questo

sono detti sono detti ATRICHIATRICHI

Page 41: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

TE

M 3

4 00

0

TE

M 3

4 00

0

ENDOSPORAENDOSPORA

Alcuni Alcuni EUBATTERI EUBATTERI possono formare possono formare ENDOSPOREENDOSPORE, , cioè cioè organi di resistenzaorgani di resistenza, che permettono loro di , che permettono loro di sopravvivere a lungo in condizioni difficili, in uno sopravvivere a lungo in condizioni difficili, in uno

stato di quiescenza. I BATTERIstato di quiescenza. I BATTERI che producono che producono SPORE sono detti SPORE sono detti BATTERI SPORIGENIBATTERI SPORIGENI

1.1. Batteri AEROBI Batteri AEROBI sporigeni:sporigeni:

Gen. BACILLUSGen. BACILLUSEs. Es. Bacillus anthracisBacillus anthracis

2. 2. Batteri ANAEROBI Batteri ANAEROBI sporigeni:sporigeni:

Gen. CLOSTRIDIUMGen. CLOSTRIDIUMEs. Clostridium tetaniEs. Clostridium tetani Clostridium Clostridium

botulinumbotulinum

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ORGANIZZAZIONE INTERNAORGANIZZAZIONE INTERNA

Molti BATTERI sono provvisti di membrane Molti BATTERI sono provvisti di membrane specializzate per svolgere funzioni metabolichespecializzate per svolgere funzioni metaboliche.

MEMBRANA MEMBRANA RESPIRATORIARESPIRATORIA

MEMBRANA MEMBRANA FOTOSINTETICAFOTOSINTETICA

TEM

45 0

00

TEM

45 0

00

TEM

6000

TEM

6000

MEMBRANE INTERNEMEMBRANE INTERNE

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Principali eventi della storia della VITA sulla Principali eventi della storia della VITA sulla TERRATERRA

SCALA SCALA CRONOLOGICA CRONOLOGICA in cui collocare in cui collocare gli antichissimi gli antichissimi

fossilifossili

Se la storia della Se la storia della TERRA si riduce TERRA si riduce

ad un giro di ad un giro di orologio di 24 h, orologio di 24 h, la specie umana la specie umana è “comparsa” 4 è “comparsa” 4 secondi prima secondi prima

della mezzanottedella mezzanotte

PALEOZOICO

PALEOZOICO

MESOZOICO

MESOZOICOCENOZOICOCENOZOICO

SPECIE UMANASPECIE UMANA

PIANTE PIANTE TERRESTRITERRESTRI

ANIMALIANIMALI

EUCARIOTI EUCARIOTI UNICELLULARIUNICELLULARI

Origine del Origine del sistema solare e sistema solare e

della Terradella Terra4,6 MLD/anni fa4,6 MLD/anni fa

11

22

44

33

Miliardi di anni fa

ACCUMULO di OSSIGENO ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERAnell’ATMOSFERA

PROCARIOTIPROCARIOTI

EUCARIOTI EUCARIOTI PLURICELLULAPLURICELLULA

RIRI

ESERCIZIESERCIZI

1.1. Disegna una cellula batterica ed indica tutte le Disegna una cellula batterica ed indica tutte le sue strutturesue strutture

2.2. Che cosa sono le spore batteriche?Che cosa sono le spore batteriche?3.3. Quali sono i principali batteri che producono Quali sono i principali batteri che producono

spore?spore?

Page 44: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

C. C.

La RIPRODUZIONE La RIPRODUZIONE BATTERICABATTERICA

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Uno dei motivi del grande successo dei Uno dei motivi del grande successo dei BATTERI è la loro capacità di riprodursi BATTERI è la loro capacità di riprodursi rapidamente quando si trovano in un rapidamente quando si trovano in un

ambiente favorevole. ambiente favorevole.

La maggior parte dei BATTERI produce una La maggior parte dei BATTERI produce una nuova generazione nell’arco di nuova generazione nell’arco di 1-3 ore1-3 ore, ,

ma esistono specie che, in ma esistono specie che, in condizioni ottimali, possono riprodursi condizioni ottimali, possono riprodursi

ogni ogni 20 minuti20 minuti

La riproduzione è La riproduzione è ASESSUATAASESSUATA

(senza l’intervento di 2 organismi, (senza l’intervento di 2 organismi, maschio e femmina) ed avviene per maschio e femmina) ed avviene per

SCISSIONE BINARIASCISSIONE BINARIA, cioè da una cellula , cioè da una cellula se ne formano 2se ne formano 2

Page 46: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

RIPRODUZIONE ASESSUATA RIPRODUZIONE ASESSUATA dei BATTERI dei BATTERI

SCISSIONE BINARIASCISSIONE BINARIA

DNADNA

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BATTERIBATTERICRESCITA CRESCITA

LOGARITMICALOGARITMICA

ARITHMETICARITHMETIC

LOGARITHMICLOGARITHMIC

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Principali eventi della storia della VITA sulla Principali eventi della storia della VITA sulla TERRATERRA

SCALA SCALA CRONOLOGICA CRONOLOGICA in cui collocare in cui collocare gli antichissimi gli antichissimi

fossilifossili

Se la storia della Se la storia della TERRA si riduce TERRA si riduce

ad un giro di ad un giro di orologio di 24 h, orologio di 24 h, la specie umana la specie umana è “comparsa” 4 è “comparsa” 4 secondi prima secondi prima

della mezzanottedella mezzanotte

PALEOZOICO

PALEOZOICO

MESOZOICO

MESOZOICOCENOZOICOCENOZOICO

SPECIE UMANASPECIE UMANA

PIANTE PIANTE TERRESTRITERRESTRI

ANIMALIANIMALI

EUCARIOTI EUCARIOTI UNICELLULARIUNICELLULARI

Origine del Origine del sistema solare e sistema solare e

della Terradella Terra4,6 MLD/anni fa4,6 MLD/anni fa

11

22

44

33

Miliardi di anni fa

ACCUMULO di OSSIGENO ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERAnell’ATMOSFERA

PROCARIOTIPROCARIOTI

EUCARIOTI EUCARIOTI PLURICELLULAPLURICELLULA

RIRI

ESERCIZIESERCIZI

1.1. Che tipo di riproduzione hanno i batteri?Che tipo di riproduzione hanno i batteri?2.2. In condizioni ottimali quanto tempo impiegano In condizioni ottimali quanto tempo impiegano

per riprodursi?per riprodursi?

Page 49: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

D. D.

MODALITÀ NUTRITIVEMODALITÀ NUTRITIVEdei BATTERIdei BATTERI

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Nel loro complesso, i Nel loro complesso, i PROCARIOTI PROCARIOTI (Batteri) (Batteri) mostrano una varietà di modalità nutritive mostrano una varietà di modalità nutritive molto diversificate e maggiore di tutti gli molto diversificate e maggiore di tutti gli

EUCARIOTI EUCARIOTI messi insiememessi insieme

Si possono dividere in 2 grandi gruppi:Si possono dividere in 2 grandi gruppi:

1.1.AUTOTROFIAUTOTROFI

2.2.ETEROTROFI ETEROTROFI (la maggior parte)(la maggior parte)

Page 51: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

Sono quelli in grado di sintetizzare Sono quelli in grado di sintetizzare (produrre) le proprie sostanze organiche (produrre) le proprie sostanze organiche

(complesse) a partire da sostanze (complesse) a partire da sostanze semplici inorganichesemplici inorganiche

Gli Gli AUTOTROFIAUTOTROFI possono essere di 2 tipi: possono essere di 2 tipi:

FOTOAUTOTROFIFOTOAUTOTROFI: : ricavano energia dalla ricavano energia dalla luce del sole e utilizzano la COluce del sole e utilizzano la CO2 2 come come

fonte di carbonio: fanno la fonte di carbonio: fanno la FOTOSINTESIFOTOSINTESI

CHEMIOAUTOTROFICHEMIOAUTOTROFI:: ricavano energia dai ricavano energia dai prodotti chimici inorganici invece che prodotti chimici inorganici invece che

dalla luce solare e utilizzano la COdalla luce solare e utilizzano la CO2 2 come come fonte di carboniofonte di carbonio

1.1. AUTOTROFIAUTOTROFI

Page 52: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

Non sono in grado di sintetizzare (produrre) Non sono in grado di sintetizzare (produrre) le proprie sostanze organiche (complesse) a le proprie sostanze organiche (complesse) a partire da sostanze semplici inorganiche e partire da sostanze semplici inorganiche e

quindi le devono assumere dall’ambiente già quindi le devono assumere dall’ambiente già formateformate

Gli Gli ETEROTROFIETEROTROFI possono essere di 2 tipi: possono essere di 2 tipi:

FOTOETEROTROFIFOTOETEROTROFI: : ricavano energia ricavano energia dalla luce solare ed il carbonio dalle dalla luce solare ed il carbonio dalle

sostanze organichesostanze organiche

CHEMIOETEROTROFICHEMIOETEROTROFI:: ricavano sia il ricavano sia il carbonio sia l’energia dai composti carbonio sia l’energia dai composti

organici organici (sono talmente eterogenei che qualsiasi molecola (sono talmente eterogenei che qualsiasi molecola

organica può rappresentare un alimento)organica può rappresentare un alimento)

2. ETEROTROFI2. ETEROTROFI

Page 53: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

CLASSIFICAZIONE DEGLI ORGANISMI CLASSIFICAZIONE DEGLI ORGANISMI IN BASE ALLE MODALITÀ NUTRITIVEIN BASE ALLE MODALITÀ NUTRITIVE

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1) FONTE di ENERGIA1) FONTE di ENERGIA

1a) LUCE 1a) LUCE SOLARESOLARE

1b) SOSTANZE 1b) SOSTANZE CHIMICHECHIMICHE

2a)CARBONI2a)CARBONIO O

INORGANICOINORGANICOCOCO22

PIANTEPIANTEALGHEALGHEalcuni alcuni

BATTERIBATTERI

Alcuni BATTERIAlcuni BATTERI(CHEMIOLITOTROFI)(CHEMIOLITOTROFI)

del suolodel suolo AUTOTROFIAUTOTROFI

2b)CARBONI2b)CARBONIO ORGANICOO ORGANICO

alcuni alcuni BATTERIBATTERI

ANIMALIANIMALIPROTOZOIPROTOZOI

Alcuni BATTERIAlcuni BATTERI

ETEROTROFETEROTROFII

FOTOTROFIFOTOTROFI (FOTOSINTECI(FOTOSINTECI

))

CHEMIOTROFICHEMIOTROFI (CHEMIOSINTETICI)(CHEMIOSINTETICI)

FONTE di FONTE di ENERGIAENERGIA e di e di MATERIAMATERIA (carbonio) (carbonio)degli esseri viventidegli esseri viventi

2)2)FONTE di FONTE di

CARBONIOCARBONIO

Page 55: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

Colo

rnzza

ta S

EM

13 0

00

Colo

rnzza

ta S

EM

13 0

00

La cooperazione metabolicaLa cooperazione metabolica

In alcuni procarioti la cooperazione ha luogo in In alcuni procarioti la cooperazione ha luogo in colonie chiamate colonie chiamate BIOFILMBIOFILM che rivestono le che rivestono le superfici. Quando la colonia è superfici. Quando la colonia è

abbastanza grande si attiva la produzione di abbastanza grande si attiva la produzione di proteine che determinano l’adesione delle cellule proteine che determinano l’adesione delle cellule

tra di loro e al substrato tra di loro e al substrato (“oggetto” dove si trovano)(“oggetto” dove si trovano)

Terreno da batteriologia Terreno da batteriologia concon

crescita di coloniecrescita di colonie

Capsula PETRI Capsula PETRI

BIOFILMBIOFILM

Page 56: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

Principali eventi della storia della VITA sulla Principali eventi della storia della VITA sulla TERRATERRA

SCALA SCALA CRONOLOGICA CRONOLOGICA in cui collocare in cui collocare gli antichissimi gli antichissimi

fossilifossili

Se la storia della Se la storia della TERRA si riduce TERRA si riduce

ad un giro di ad un giro di orologio di 24 h, orologio di 24 h, la specie umana la specie umana è “comparsa” 4 è “comparsa” 4 secondi prima secondi prima

della mezzanottedella mezzanotte

PALEOZOICO

PALEOZOICO

MESOZOICO

MESOZOICOCENOZOICOCENOZOICO

SPECIE UMANASPECIE UMANA

PIANTE PIANTE TERRESTRITERRESTRI

ANIMALIANIMALI

EUCARIOTI EUCARIOTI UNICELLULARIUNICELLULARI

Origine del Origine del sistema solare e sistema solare e

della Terradella Terra4,6 MLD/anni fa4,6 MLD/anni fa

11

22

44

33

Miliardi di anni fa

ACCUMULO di OSSIGENO ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERAnell’ATMOSFERA

PROCARIOTIPROCARIOTI

EUCARIOTI EUCARIOTI PLURICELLULAPLURICELLULA

RIRI

ESERCIZIESERCIZI

1.1. Indica la differenza tra organismo eterotrofo e Indica la differenza tra organismo eterotrofo e autotrofoautotrofo

2.2. Quali fonti di energia possono usare i batteri?Quali fonti di energia possono usare i batteri?3.3. Quali fonti di carbonio possono usare i batteri?Quali fonti di carbonio possono usare i batteri?4.4. Disegna una tabella che indica le 4 combinazioni Disegna una tabella che indica le 4 combinazioni

possibili come fonti di energia e di carboniopossibili come fonti di energia e di carbonio

Page 57: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

E.E.

BATTERIOLOGIA BATTERIOLOGIA SISTEMATICASISTEMATICA

Page 58: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

La BATTERIOLOGIA SISTEMATICA è quella La BATTERIOLOGIA SISTEMATICA è quella parte della batteriologia che classifica i parte della batteriologia che classifica i

batteri dividendoli inizialmente nei 2 DOMINI batteri dividendoli inizialmente nei 2 DOMINI degli:degli:

1.1.ARCHAEBACTERIAARCHAEBACTERIA2.2.EUBACTERIAEUBACTERIA

2. EUBACTERIA2. EUBACTERIA (EUBATTERI o (EUBATTERI o semplicemente BATTERI) semplicemente BATTERI)

1. ARCHAEBACTERIA1. ARCHAEBACTERIA (ARCHEBATTERI o ARCHEI)(ARCHEBATTERI o ARCHEI)

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Gli Gli ARCHEIARCHEI o o ARCHEBATTERIARCHEBATTERI sono comuni negli sono comuni negli ambienti estremi, come fanghi non ossigenati, ambienti estremi, come fanghi non ossigenati,

laghi salati, sorgenti calde, sorgenti marine laghi salati, sorgenti calde, sorgenti marine idrotermali e il sistema digerente di certi animali. idrotermali e il sistema digerente di certi animali. Sono numerosi e abbondanti anche nelle acque Sono numerosi e abbondanti anche nelle acque

oceaniche.oceaniche.

1) 1) Gli ARCHEBATTERI vivono in condizioni ambientali Gli ARCHEBATTERI vivono in condizioni ambientali

estreme e per questo sono detti anche estreme e per questo sono detti anche “ESTREMOFILI”“ESTREMOFILI”

Page 60: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

SORGENTE SORGENTE CALDACALDA

Page 61: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

2) 2) Gli EUBATTERI comprendono diversi gruppi Gli EUBATTERI comprendono diversi gruppi di procariotidi procarioti

Il dominio Il dominio EUBACTERIAEUBACTERIA si suddivide attualmente si suddivide attualmente in in 99 gruppi gruppi (5 dei quali sono considerati in realtà sotto-(5 dei quali sono considerati in realtà sotto-gruppi di un unico clado di batteri Gram-negativi chiamati gruppi di un unico clado di batteri Gram-negativi chiamati

PROTEOBATTERI) PROTEOBATTERI)

A) Dal A) Dal PRIMO al QUINTO gruppo:PRIMO al QUINTO gruppo: PROTEOBATTERIPROTEOBATTERI

Helicobacter pylori Helicobacter pylori Salmonella typhiSalmonella typhi

Page 62: BIOLOGIA LEZIONE N.5 slide N. 74 ORIGINE della VITA ORIGINE della VITA B ATTERIOLOGIA B ATTERIOLOGIA Prof. Fabrizio Carmignani fabcar@hotmail.it IISS Mattei

PROTEOBACTERIAPROTEOBACTERIA (proteobatteri) (proteobatteri) sono un gruppo importante e vasto di sono un gruppo importante e vasto di

batteri batteri

Includono un'ampia gamma di agenti patogeni Includono un'ampia gamma di agenti patogeni parassiti che causano malattie come:parassiti che causano malattie come:

Escherichia coli Escherichia coli (diarrea) (diarrea) Salmonella typhi Salmonella typhi (tifo) (tifo) Vibrio cholerae Vibrio cholerae (colera) (colera)

Helicobacter pylori Helicobacter pylori (tumori stomaco)(tumori stomaco)

Altri sono liberi nell'ambiente e sono Altri sono liberi nell'ambiente e sono AZOTOFISSATORIAZOTOFISSATORI

Il gruppo è stato definito confrontando alcune Il gruppo è stato definito confrontando alcune molecole della loro cellula (RNA) ed è così chiamato molecole della loro cellula (RNA) ed è così chiamato

per il dio greco per il dio greco ProteoProteo (che è anche il nome di un (che è anche il nome di un genere di proteobatteri) in grado di cambiare forma genere di proteobatteri) in grado di cambiare forma

a seconda delle varie situazioni ambientalia seconda delle varie situazioni ambientali

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La colorazione di Gram è un esame di laboratorio La colorazione di Gram è un esame di laboratorio microbiologico che permette di classificazione i microbiologico che permette di classificazione i

batteri in batteri in gram-positivigram-positivi (blù) e (blù) e gram-negativigram-negativi (rossi): quindi abbiamo batteri (rossi): quindi abbiamo batteri

gram+ e gram-gram+ e gram-Fu messo a punto nel 1884 dal medico danese Fu messo a punto nel 1884 dal medico danese Hans Hans Joachim Christian GramJoachim Christian Gram, e mette in evidenza alcune , e mette in evidenza alcune

proprietà fondamentali della parete cellulare dei proprietà fondamentali della parete cellulare dei batteribatteri

E’ la più importante colorazione batteriologicaE’ la più importante colorazione batteriologica

COLORAZIONE di GRAMCOLORAZIONE di GRAM

Bacillus cereusBacillus cereus (Gram +) Colore (Gram +) Colore

BLU’BLU’

Escherichia coliEscherichia coli (Gram -) Colore (Gram -) Colore

ROSSOROSSO

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B) B) SECONDO gruppo:SECONDO gruppo: (6°) è costituito dalle (6°) è costituito dalle CLAMIDIECLAMIDIE

C)C)TERZO gruppo:TERZO gruppo: (7°) è quello delle (7°) è quello delle SPIROCHETESPIROCHETE

Inclusioni di Clamidya trachomatisInclusioni di Clamidya trachomatis PAP TEST : infezione da CLAMIDIA PAP TEST : infezione da CLAMIDIA

Treponema pallidumTreponema pallidum

Agente eziologico della Agente eziologico della malattia venerea o a malattia venerea o a

trasmissione sessuale trasmissione sessuale denominata denominata

SIFILIDESIFILIDE

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D) D) QUARTO gruppo:QUARTO gruppo: (8°) batteri (8°) batteri GRAM-POSITIVIGRAM-POSITIVI

E) E) QUINTO gruppo:QUINTO gruppo: (9°) batteri fotosintetici che (9°) batteri fotosintetici che vivono solitari o formano colonie: vivono solitari o formano colonie:

CIANOBATTERICIANOBATTERI

Col

oriz

ed S

EM

2,8

00

LM

650

CELLULE CELLULE FOTOSINTETICHE FOTOSINTETICHE

CELLULE CELLULE AZOTOFISSATRICIAZOTOFISSATRICI

Colo

niz

zata

SEM

28 0

00

Colo

niz

zata

SEM

28 0

00

Staphylococcus aureus

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BATTERI PATOGENIBATTERI PATOGENI

Alcuni batteri provocano delle malattie, cioè Alcuni batteri provocano delle malattie, cioè sono definiti PATOGENIsono definiti PATOGENI

I batteri patogeni provocano malattie a I batteri patogeni provocano malattie a causa delle causa delle esotossineesotossine ed ed endotossineendotossine che che

produconoproduconoTOSSINE = veleni dei batteri

TULAREMIATULAREMIAFrancisella tularensisFrancisella tularensis

ANTRACE o CARBONCHIOANTRACE o CARBONCHIOBacillus anthracisBacillus anthracis

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MALATTIE BATTERICHEMALATTIE BATTERICHE

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Principali eventi della storia della VITA sulla Principali eventi della storia della VITA sulla TERRATERRA

SCALA SCALA CRONOLOGICA CRONOLOGICA in cui collocare in cui collocare gli antichissimi gli antichissimi

fossilifossili

Se la storia della Se la storia della TERRA si riduce TERRA si riduce

ad un giro di ad un giro di orologio di 24 h, orologio di 24 h, la specie umana la specie umana è “comparsa” 4 è “comparsa” 4 secondi prima secondi prima

della mezzanottedella mezzanotte

PALEOZOICO

PALEOZOICO

MESOZOICO

MESOZOICOCENOZOICOCENOZOICO

SPECIE UMANASPECIE UMANA

PIANTE PIANTE TERRESTRITERRESTRI

ANIMALIANIMALI

EUCARIOTI EUCARIOTI UNICELLULARIUNICELLULARI

Origine del Origine del sistema solare e sistema solare e

della Terradella Terra4,6 MLD/anni fa4,6 MLD/anni fa

11

22

44

33

Miliardi di anni fa

ACCUMULO di OSSIGENO ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERAnell’ATMOSFERA

PROCARIOTIPROCARIOTI

EUCARIOTI EUCARIOTI PLURICELLULAPLURICELLULA

RIRI

ESERCIZIESERCIZI

1.1. Che cosa è la batteriologia sistematica?Che cosa è la batteriologia sistematica?2.2. Quali sono i 2 domini in cui si possono Quali sono i 2 domini in cui si possono

classificare i batteri?classificare i batteri?3.3. Che cosa sono i proteobatteri?Che cosa sono i proteobatteri?4.4. Che cosa è la colorazione di Gram?Che cosa è la colorazione di Gram?5.5. Che cosa sono le clamidie? e le spirochete’Che cosa sono le clamidie? e le spirochete’6.6. Che cosa sono i cianobatteri?Che cosa sono i cianobatteri?7.7. Cosa si intende per batteri patogeni e che cosa Cosa si intende per batteri patogeni e che cosa

produconoproducono8.8. Indica 5 malattie umane causate da batteriIndica 5 malattie umane causate da batteri

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F. F.

RUOLO ECOLOGICO dei RUOLO ECOLOGICO dei BATTERIBATTERI

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Il ruolo ecologico svolto dai batteri nei vari Il ruolo ecologico svolto dai batteri nei vari ecosistemi ambientali è fondamentale. Importante è ecosistemi ambientali è fondamentale. Importante è

anche la loro utilità nel risanamento ambientaleanche la loro utilità nel risanamento ambientale

AZOTOFISSATORI e DECOMPOSITORIAZOTOFISSATORI e DECOMPOSITORI

CIANOBATTERI:CIANOBATTERI: sono azotofissatori, sono azotofissatori, convertono cioè l’azoto gassoso (Nconvertono cioè l’azoto gassoso (N22) ) dell’atmosfera in composti azotatidell’atmosfera in composti azotati

La La DECOMPOSIZIONE DECOMPOSIZIONE è un’altra funzione è un’altra funzione fondamentale di alcuni procarioti, che fondamentale di alcuni procarioti, che sono in grado di demolire materiali sono in grado di demolire materiali

organici per renderli utilizzabili, sotto organici per renderli utilizzabili, sotto forma di sostanze inorganiche, da altri forma di sostanze inorganiche, da altri

organismi.organismi.

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DEPURATORE BIOLOGICO: a fanghi attiviDEPURATORE BIOLOGICO: a fanghi attivi

LIQUAMILIQUAMI DEFLUSSODEFLUSSO

Braccio rotanteBraccio rotanteche spruzza che spruzza

il liquameil liquame

Letto roccioso Letto roccioso coperto di batteri coperto di batteri

e funghi aerobie funghi aerobi

LA DEPURAZIONE DELLE ACQUE LA DEPURAZIONE DELLE ACQUE BIOTECNOLOGIABIOTECNOLOGIA

Procarioti decompositori possono essere usati Procarioti decompositori possono essere usati nella depurazione delle acque e dei liquami e nei nella depurazione delle acque e dei liquami e nei

disastri petroliferi o nella decontaminazione disastri petroliferi o nella decontaminazione delle miniere di metallo in disuso delle miniere di metallo in disuso

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IL BIORISANAMENTOIL BIORISANAMENTO

Il biorisanamento è un campo di Il biorisanamento è un campo di applicazione che prevede l’uso di applicazione che prevede l’uso di

organismi per risolvere alcuni problemi organismi per risolvere alcuni problemi ambientaliambientali

I batteri possono essere utilizzati per I batteri possono essere utilizzati per ripulire spiagge inquinate dal petrolio, ripulire spiagge inquinate dal petrolio,

oppure l’acqua drenata dai siti minerari.oppure l’acqua drenata dai siti minerari.

Tutte queste applicazioni rientrano nel Tutte queste applicazioni rientrano nel vasto settore vasto settore delle delle

BIOTECNOLOGIBIOTECNOLOGIEE

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Principali eventi della storia della VITA sulla Principali eventi della storia della VITA sulla TERRATERRA

SCALA SCALA CRONOLOGICA CRONOLOGICA in cui collocare in cui collocare gli antichissimi gli antichissimi

fossilifossili

Se la storia della Se la storia della TERRA si riduce TERRA si riduce

ad un giro di ad un giro di orologio di 24 h, orologio di 24 h, la specie umana la specie umana è “comparsa” 4 è “comparsa” 4 secondi prima secondi prima

della mezzanottedella mezzanotte

PALEOZOICO

PALEOZOICO

MESOZOICO

MESOZOICOCENOZOICOCENOZOICO

SPECIE UMANASPECIE UMANA

PIANTE PIANTE TERRESTRITERRESTRI

ANIMALIANIMALI

EUCARIOTI EUCARIOTI UNICELLULARIUNICELLULARI

Origine del Origine del sistema solare e sistema solare e

della Terradella Terra4,6 MLD/anni fa4,6 MLD/anni fa

11

22

44

33

Miliardi di anni fa

ACCUMULO di OSSIGENO ACCUMULO di OSSIGENO nell’ATMOSFERAnell’ATMOSFERA

PROCARIOTIPROCARIOTI

EUCARIOTI EUCARIOTI PLURICELLULAPLURICELLULA

RIRI

ESERCIZIESERCIZI

1.1. Spiega perché i batteri svolgono anche un ruolo Spiega perché i batteri svolgono anche un ruolo ecologico molto importanteecologico molto importante

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FINE della lezione N. 4FINE della lezione N. 4BATTERIOLOGIABATTERIOLOGIA

Grazie per l’attenzione! Grazie per l’attenzione! E ricordatevi…!E ricordatevi…!

……Considerate la vostra semenzaConsiderate la vostra semenzafatti non foste a viver come brutifatti non foste a viver come bruti

ma per seguir virtute e canoscenzama per seguir virtute e canoscenzaDANTE ALIGHIERIDANTE ALIGHIERI

(Divina Commedia, INFERNO, canto XXVI , 118-120)(Divina Commedia, INFERNO, canto XXVI , 118-120)

Prof. CARMIGNANI Prof. CARMIGNANI FABRIZIOFABRIZIO

[email protected]@hotmail.it