Microbiologie Generala B Ii [629477]

1MICROBIOLOGIE GENERALà – NOTE DE CURS

1. CONCEPTUL DE BACTERIE

 Primele bacterii au fost evidențiate și descrise de cãtre A. Leeuwenhoek în 1675.
 Recunoașterea lor ca grup distinct a fost fãcutã în perioada 1850-1875 de cãtre Cohn,
pe baza proprietãților grupului omogen al eubacteriilor.
 Stanier și Lwoff (1973) considerã cã F. Cohn este adevãratul fondator al
bacteriologiei ca ramurã a biologiei.
 Descoperirea diferitelor grupuri de bacterii (actinomicete, spirochete, mixobacterii
etc.) a scos în evidențã multe caractere care nu sunt unitare, de exemplu:
 au fost derscrise bacterii imobile sau mobile prin unul sau mai mulți flageli,
prin alunecare, târâre sau prin contracția unui folament axial;
 s-a evidențiat cã multiplicarea se poate face prin diviziune, înmugurire sau
formare de celule specializate (spori), sau prin segmentare și fragmentare (la
actinomicete);
 unele bacterii (actinomicetele) prezintã, datoritã structurii lor miceliene,
analogii frapante cu grupul fungilor în care au fost încadrate multã vreme;
 mixobacteriile prezintã un ciclu de dezvoltare complex, care include un stadiu
de creștere vegetativã și unul de fructificații policelulare, adesea cu dimensiuni
macroscopice – ca protistele amoeboide.

 Conceptul de bacterie a fost definit în perioada 1960-1964, oferind posibilitatea de a
grupa pe criterii obiectiv-științifice, discriminatorii, microorganismele reunite pânã atunci
numai pe bazã de acord pur convențional.
 Stanier (1962, 1964, 1967) a demonstrat primul cã diversificarea prin evoluție a
lumii bacteriene are la bazã un caracter comun – celula procariotã.
 Conceptul de bacterie, în forma sa actualã poate fi definit în funcție de aceastã
organizare procariotã și prin antitezã cu tipul de organizare eucariot.

Celua procariotã, mai puțin complexã, este unitatea de structurã a bacteriilor sensu lato și a
„algelor” albastre-verzi.

Celula eucariotã, mai complexã, este unitatea de structurã a tuturor celulelor animale, a
plantelor vasculare, a briofitelor, a fungilor și a tuturor celorlalte grupuri de alge.

 Divergența fundamentalã care separã bacteriile și „algele” albastre-verzi de toate
celelalte organisme, corespunzând diferenței dintre tipul procariot și eucariot, reprezintã cea
mai mare discontinuitate evolutivã prezentã azi în lumea vie.
 Nu se cunosc intermediari între procariote și eucariote, adicã nu se cunosc organisme
cu o structurã celularã de tranziție.
 Dodge (1965, 1971), pornind de la observația cã dinoflagelatele au unele
caracteristici ale procariotelor și altele aparținând eucariotelor propune includerea lor într-un
grup intermediar Mesokariota.
 Cercetãrile de microscopie electronicã și cele de biologie molecularã au dezvãluit și
accentuat discontinuitatea dintre procariote și eucariote și au dus la acumularea unui numãr
important de caractere discriminatorii, care permit sã se stabileascã ceea ce este realmente
tipic și ceea ce este numai aparent și superficial similar, pentru încadrarea pe baze științifice a
diferitelor entitãți într-un grup sau altul. id2762156 pdfMachine by Broadgun Software – a great PDF writer! – a great PDF creator! – http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com

2Poziția microorganismelor în lumea vie

 Diferențele fundamentale dintre bacterii și celula vegetalã (ca prototip de celulã
eucariotã) demonstreazã absența oricãrei punți de legãturã între lumea bacterianã și cea a
plantelor, de aceea încadrarea bacteriilor în rândul plantelor este arbitrarã și nelogicã (Stanier
și Van Niel, 1962, 1977). Menținerea acestei încadrãri a bacteriilor în grupa plantelor de-a
lungul anilor a reprezentat rezultatul „refuzului îndãrãtnic de a privi lucrurile în fațã”, singurul
argument care poate fi invocat fiind acela al aprecierii preștiințifice, dupã care în lumea vie ar
exista doar douã categorii de organisme – mutual exclusive – plantele și animalele.
Pe mãsurã ce lumea microscopicã a fost cunoscutã mai aprofundat a devenit evident cã
unele microorganisme nu pot fi clasificate – fãrã rezerve – în nici unul din cele douã regnuri
tradiționale și cã existã grupuri întregi – cu caractere intermediare – revendicate în egalã
mãsurã și de botaniști și de zoologi (de ex., Euglena, Chlamydomonas, Volvox etc.).
 Incnvenientele majore ale sistemului tradițional de clasificare au fost sesizate inițial
de Hogg (1860) care a propus gruparea microorganismelor într-un regn nou, regnul
Primigenum, denumit ulterior Protoctista.
 Haeckel (1866) propune crearea unui regn menit sã grupeze toate formele inferioare
de viațã, regnul Protista, definit și delimitat în mai multe variante, pentru ca în formele sale
finale (1894-1904) sã includã numai microorganismele unicelulare sau unicelular-coloniale.
 Stanier (1970) împarte regnul Protista în douã subgrupuri:
 protiste inferioare, corespunzând microorganismelor procariote (bacterii și
alge albastre-verzi);
 protiste superioare, corespunzând microorganismelor eucariote, care includ
algele, fungii și protozoarele.
În aceastã accepțiune, cadrul conceptului de Protista este exins la toate organismele
unicelulare, cenocitice sau multicelulare care nu formeazã țesuturi.
 Sistemul celor patru regnuri propus de Copeland (1938) și modificat de Hutchinson
(1967) și Weisz (1971) are ca trãsãturã esențialã diviziunea lumii microorganismelor în patru
regnuri:
1. Regnul Monera (Mychota), care include bacteriile propriu-zise și „algele”
albastre-verzi;
2. Regnul Protoctista (Protista), incluzând organismele eucariote inferioare cu
organizație unicelularã, unicelular-colonialã, sincițialã sau multicelularã, fãrã diferențieire
celularã avansatã (de ex., algele cu excepția celor douã procariote, fungii, mixomicetele și
protozoarele).
3. Regnul Plantae (Metaphyta, Weisz) – corespunzând plantelor terestre și
acvatice – organisme eucariote superioare, multicelulare, cu perete celular și diferențiere
celularã variabilã de la limitatã la intermediarã.
4. Regnul Animalia (Metazoa, Weisz) – incluzând organisme multicelulare
eucariote, conținând celule fãrã perete celular și fãrã plastide, având și prezentând o
diferențiere avansatã, tisularã și de organe.
Deși are o serie de avantaje mari fațã de sistemele anterioare și reprezintã o
contribuție majorã la interpretearea lumii vii, sistemul celor patru regnuri, în diferitele sale
variante, prezintã o serie de imperfecțiuni, care, deși sunt proprii lumii vii ca obiect de
clasificare, apar cu evidențã maximã, legate tot de lumea organismelor simple.
Între aceste imperfecțiuni sunt menționate urmãtoarele:
 Regnul Protoctista (Protista), foarte diferit în raport cu grupul Monera
(Meychota), este lipsit de unitate și de claritate, din cauza faptului cã limitele
de organizare ale organismelor sunt foarte largi, iar diferențierea lui de
organismele superioare nu este clar trasatã. Aceastã situație se datoreazã

3faptului cã nu existã nici o cale bunã pentru a separa organismele eucariote
inferioare de cele superioare, ci numai diferite alternative de opțiune, cu
dificultãți și incnveniente diferite. Luând drept criteriu nivelul de diferențiere
tisularã, apartenența algelor și a fungilor superiori la regnul Protista este o
consecințã imediatã, care atrage dupã sine o a doua, eterogenitatea lui. Linia de
demarcație între Protista, pe de o parte, și plantele și animalele superioare, pe
de alta, este trasatã, în primul rând de gradul de diferențiere tisularã situație
care creeazã o delimitare destul de neclarã. În fapt, regnul Protoctista
reprezintã mai curând o confederație de organisme excluse din celelalte trei
regnuri (Monera, Plantae, Animalia), care cuprinde o foarte largã gamã de
organisme cu diferite niveluri intermediare de organizare, superioare în raport
cu procariotele, dar inferioare plantelor vasculare și animalelor superioare.
 Sistemul celor cinci regnuri, propus de Whittacher (1969), încearcã sã ocoleascã
deficiențele sistemelor precedente, utilizând urmãtoarele criterii de grupare:
1. Stabilirea a trei niveluri de organizare: a) procariot; b) eucariot unicelulur;
c) eucariot – multicelular;
2. Existența a trei modalitãți principale de nutriție, determinante a trei direcții majore
de evoluție, care la nivelul multicelular (multinuclear) se exprimã prin divergențele evolutive
ale celor tri regnuri superioare:
a. nutriția fotosinteticã (secundar absorbtivã) – caracteristicã plantelor;
b. nutriția ingestiv㠖 tipicã pentru animale;
c. nutriția absorbtiv㠖 caracteristicã fungilor.
Consecințele adoptãrii acestor criterii sunt în esenț㠖 pe lângã unele restructurãri ale
grupelor mai mici – urmãtoarele:
1. apariția regnului Fungi ca al treilea regn de organisme superioare,
alãturi de plante și animale;
2. trecerea algelor verzi în regnul Plantae, alãturi de plantele verzi
superioare;
3. plasarea liniei de demarcalie dintre organismele superioare și protiste la
trecerea de la unicelular la multicelular – multinuclear.
În acord cu aceste principii, sistemul celor cinci regnuri elaborat de Whittaker are
urmãtoarea structurã:
1. Regnul Monera include organisme unicelulare de tip procariot, corespunzând
bacteriilor, organisme cu existențã unicelular-solitarã sau unicelular-colonialã, cu excepția
actinomicetelor care au organizare de tip micelial. Modul de nutriție este predominant
absorbtiv, iar metabolismul de tip foto- sau chimiosintetic. Reproducerea se face prin
diviziune asexuatã, mai rar prin înmugurire. Rar, prezintã fenomene de protosexualitate.
Imobile sau mobile (prin flageli simpli, de tip special, sau prin alunecare-târâre).
2. Regnul Protista include organisme primar unicelulare sau unicelular-coloniale
de tip eucariot. În unele cazuri sunt prezente stadii de viațã cu structurã simplã sau
multinuclearã. Modul de nutriție este diferit de la un grup la altul (absorbție, ingestie,
fotosintezã sau combinații ale acestor tipuri). Reproducerea este, de asemenea, de tip diferit,
incluzând diviziunea asexuatã (la nivel haploid) și procese sexuale adevãrate, cu cariogamie și
meiozã. Sunt imobile sau mobile prin flagel de tip superior sau prin alte mijloace.
3. Regnul Plantae include organisme multicelulare cu celule eucariote, care au
peretele celular celulozic, frecvente vacuole în citoplasmã și pigmenți fotosintetici în plastide.
Modul principal de nutriție este cel fotosinteic; unele linii au devenit absorbtiive. Esențial
imobile, trãiesc ancorate pe un substrat. Prezintã diferențiere structuralã care duce la apariția
unor organe de fotosintezã, ancorare și de sprijin (suport), iar la formele superioare la
formarea unor țesuturi specializate fotosintetice, vasculare și de acoperire. Reproducerea este

4în primul rând sexuatã, cu cicluri de generașții alternative, haploide și diploide, primele fiind
progresiv reduse spre membrii superiori regnului.
4. Regnul Fungi. Exceptând subregnul Gymnomycota, include organisme
multinucleare, cu nuclei de tip eucariot, dispersați într-un sincițiu micelial, acoperit de un
perete celular, adesea septet, caracterizate prin lipsa plastidelor și a pigmenților fotosintetici.
Nutriția este de tip absorbtiv. Diferențierea somaticã este absentã sau limitatã; în schimb,
diferențierea țesutului reproductiv și complicare ciclului de viațã sunt foarte marcate la
formele superioare. În primul rând imobile (dar cu flux citoplasmatic în miceliu), trãiesc
înclavate în mediu sau în sursa de hranã. Prezintã cicluri reproductive tipice, incluzând
procese sexuale și asexuale. Micelii, cel mai des haploide la formele inferioare și dicariotice
la multe forme superioare.
5. Regnul Animalia include organisme multicelulare de tip eucariot, fãrã perete
celular, fãrã plastide și fãrã pigmenți fotosintetizanți. Nutriția este în primul rând de tip
ingestiv, cu digestie într-o cavitate internã; unele forme sunt absorbtive; la unele grupuri
lipsește cavitatea digestivã internã. La formele superioare nivelul de organizare și de
diferențiere tisularã depãșește de departe celelalte regnuri, ducând la apariția a diferite sisteme
senzoriale neuromotorii. Motilitatea organismelor sau a pãrților lor (la formele sesile) se
bazeazã pe existența unor fibrile contractile. Reproducerea predominant sexuatã; stadiile
haploide, diferite de cele ale gameților, aproape lipsesc la organismele situate deasupra
filumurilor inferioare.
Sistemul lui Whittaker, deși foarte recent creat, este agreat de un mare numãr de
specialiști, care considerã cã el reprezintã cel mai bine relațiile dintre organisme, atât în ceea
ce privește nivelurile de organizare ale lumii vii, cât și modul de nutriție care afecteazã tipul
de organizare. El are avantaje evidente în sensul unei mai pregnante coerențe a regnurilor, ca
unitãți de clasificare decurgând din precizarea mai netã a caracterelor lor definitorii, dar și o
serie de limitãri care sunt evidențiate chiar de Whittaker, dar care nu sunt legate de lumea
bacteriilor.

52. ANATOMIA BACTERIILOR

2.1. Morfologie

 Forma bacteriilor este controlatã genetic. Deși variazã destul de mult, în funcție de
condițiile de mediu, polimorfismul acestor microorganisme este relativ limitat și caracterizat,
de cele mai multe ori, prin predominanța formei tipice pentru specia datã.
 Deoarece forma bacteriilor este greu de apreciat direct din mediile naturale,
cunoștințele de morfologie bacterianã se referã, de obicei, la celulele cultivate, în condiții
artificiale de laborator, în care caz forma celulei poate fi influențatã de vârsta culturii, de
compoziția mediului, de temperaturã etc. Datoritã acestui fapt, forma bacteriilor – care
reprezintã un criteriu taxonomic important – se apreciazã în mod convențional pe celule
provenite din culturi tinere, în faza de creștere activã, pe medii de culturã corespunzãtoare și
în condiții optime de temperaturã, tensiunea O2, pH etc. În culturi vechi, în care cele mai
multe bacterii sunt pe cale sã degenereze sau sã moarã, apar celule cu forme aberante (cu
aspecte de Y, ramificate, filamentoase etc.), care se observã și în cazul cultivãrii în condiții
improprii de mediu (temperaturã nepotrivitã, concentrații mari de sãruri anorganice, doze
subletale de substanțe antibacteriene); acestea rezultã din interferența unor acțiuni nocive cu
procesul de diviziune normalã sau din altererarea mecanismelor de permeabilitate selectivã,
urmatã de imbibiția cu apã și autoliza structurilor celulare prin acțiunea enzimelor proprii.
 Dupã forma celulei, bacteriile pot fi grupate în cinci mari categorii:
1. sferice; 2. cilindrice; 3. spiralate sau elicoidale; 4. filamentoase; 5. pãtrate.
 La cela mai multe specii, celulele-fiice se separã și rãmân independente datoritã
agitãrii mecanice, curenților de convecție din mediu, mișcãrii browniene, forțelor rezultate din
presiunea de turgor a celulelor care cresc, cât și a acțiunii flagelilor, în cazul bacteriilor
mobile.
 La unele specii aparținând grupului de bacterii sferice și uneori chiar al celor
cilindrice, celulele-fiice nu se despart la sfârșitul diviziunii, ci formeazã grupãri caracteristice
cu valoare texonomicã. Rareori însã toate celulele speciei respective sunt grupate tipic.
Caracteristic este modul de grupare dominant. Modul de grupare a celulelor dupã diviziune
este în funcție de raportul geometric dintre diferite planuri succesive de diviziune și de
tendința celulelor-fiice de a rãmâne unite. În unele cazuri, gruparea nu reprezintã un caracter
morfologic propriu, ci este o consecințã a stadiului de creștere sau a condițiilor de culturã.
Spre exemplu, Corynebacterium diphteriae are tendința sã se grupeze în palisadã, iar
Mycobacterium tuberculosis în grupuri de trei bacili, care dau impresia de structurã
ramificatã. Aceste moduri de grupare reprezintã însã excepții de la regulã, deoarece cea mai
mare parte dintre bacteriile respective apar izolate unele de altele.

61. Bacteriile sferice (cocii) au formã sfericã, ovoidalã, elipsoidalã, reniformã, uneori
neregulatã, sau parțial poliedricã, diametrele celulei fiind aproximativ egale. Deoarece aceastã
formã este adesea modificatã de diferiți factori de mediu este discutabil dacã în stare vie
celula este realmente sfericã.
În funcție de poziția celulelor-fiice dupã diviziune, cocii prezintã urmãtoarele șase subtipuri
morfologice:
a) cocul simplu sau izolat, la care celulele rezultate din diviziune rãmân
independente;
b) diplococul, la care diviziunea se face dupã planuri succesive paralele, celulele
rezultate rãmânând grupate câte douã (Streptococcus pneumoniae);
c) streptococul la care diviziunea se face dupã planuri succesive paralele, dar
celulele rezultate formeazã lanțuri de lungimi variabile, ca un șirag de mãrgele (Streptococcus
pyrogenes);
d) tetracocul sau tetrada, la care planurile succesive de diviziune sunt
perpendiculare unele fațã de altele, iar celulele rezultate sunt dispuse în grãmezi de patru
elemente (Micrococcus tetragenes);
e) sarcina, la care planurile de diviziune sunt orientate în trei direcții diferite,
perpendiculare unul pe alrul (al doilea pe primul, și al treilea pe primele douã), de unde
rezultã o grupare în cuburi sau pachete (Sarcina flava, S. aurantiaca);
f) stafilococul la care planurile succesive de diviziune sunt dispuse în câteva
direcții, iar organismele rezultate se aranjeazã în grupãri neregulate în formã de ciorchine
(Staphylococcus aureus).
Lampropedia are forma unor celule rotunde sau aproape cubice, grupate în șiruri
regulate, formând „tablete” rectangulare de 16, 32 sau 64 de celule agregate, datoritã unei
matrice extracelulare. Celulele care formeaz㠄tablete”, având în interior incluziuni
refringente strãlucitoare, sunt acoperite de un înveliș structurat complex, distinct de peretele
celular, care nu înconjurã celulele individuale, ci numai ansamblul grupãrii lor. Izolatã din
rumen, ape mâloase, stagnante, Lampropedia formeazã pelicule pe suprafața mediilor lichide.

2. Bacteriile cilindrice cunoscute mai ales sub denumirea comunã de bacili, au formã de
bastonașe. Raportul dintre cele douã axe variazã mult, unele bacterii putând lua formã aproape
sferic-ovalã (cocobacili); acestea din urmã fiind greu diferențiate de coci, dar în culturi pure
existã mereu câteva celule suficient de lungi, pentru a identifica natura lor cilindricã.
Bacilii sunt drepți sau ușor încurbați la mijloc sau la una din extremitãți.
Capetele pot fi tãiate drept (Bacillus antracis) sau rotunjite ca la majoritatea celorlalți.
Marginile laterale ale celulei sunt de obicei paralele, dar pot fi și apropiate la
extremitãți, în firmã de suveicã (Fusiformis fusiformis), sau îndepãrtate și rotunjite la una sau
ambele extremitãți, în formã de mãciucã sau de pișcot (Corynebacterium).
Bacilii pot fi grupați:
 câte doi (diplobacili);
 în lanțuri cu lungimi variabile (streptobacili);
 în palisad㠖 ca scândurile unui gard, celulele rãmânând apropiate și paralele în
sensul axului lung, așezarea fiind rezultatul unei mișcãri de basculare a celulei-
fiice, având ca punct de sprijin peretele transvers recent separat;
 sub formã de rozetã sau de stea (Agrobacterium stellulatum, Ag. radiobacter,
Phyllobacterium stappi).

73. Bacteriile spiralate sau elicoidale cuprind trei subtipuri morfologice:
a) vibrionul, în formã de virgulã (Vibrio cholerae);
b) spirilul, în formã de spiralã cu mai multe ture de spiralã rigide (Spirillum
volutans);
c) spirocheta, în formã de spiralã cu mai multe ture flexibile, care se pot strânge sau
relaxa (Borrelia, Treponema și Leptospira).

4. Bacteriile filamentoase au ca prototip actinomicetele, microorganisme cu asemãnãri
morfologice asemãnãtoare cu fungii, având particularitatea de a forma hife ramificate (de
unde aspectul de miceliu). În unele cazuri aspectul filamentos este determinat de așezarea
celulelor individuale în lanțuri de celule reunite printr-o teacã delicatã cu perete neted, care în
condiții favorabile pot acumula hidroxid de fier sau mangan.

5. Bacteriile pãtrate evidențiate în apa hipersalinã din unele bãlți din Peninsula Sinai
(Walsby, 1980) au forma unor pãtrate cu latura de 1,5-11 ìm și o grosime inegalã (0,1 ìm sau
chiar mai micã în regiunea centralã și 0,2-0,5 ìm la periferie, Parkes, 1981). Uneori formeazã
placarde de 8-16 pãtrate la care se vãd net planurile de diviziune.
Celulele conțin vacuole cu gaze, care dispar la presiune, situate frecvent de-a lungul
marginilor pãtratelor. În unele cazuri sunt dispersate la întâmplare în celulã.
Multiplicarea se face prin diviziune. În unele cazuri, fiecare bacterie pãtratã crește pânã ia
forma unui dreptunghi, care se divide în douã pãtrate egale. Alteori, diviziunea se face în douã
planuri ce alterneazã în unghi drept iar celulele rezultate din diviziune formeazã placarde.
Bacteriile pãtrate au fost încadrate în genul Quadra aparținând probabil grupului
Archaebacteria (Parkens și Walsbz,1981).

În afara acestor cinci tipuri morfologice de bazã existã bacterii cu forme particulare,
rezultate din gruparea lor într-un trichom, prezența unor prelungiri celulare (prostecã), a unor
aprndice acelulare etc.

Bacteriile care formeazã trichoame. Trichomul este o grupare de celule sub forma unui
filament multicelular, uniseriat, rezultat din diviziune, în care celulele adiacente au o suprafațã
relativ mare de contact strâns și sunt menținute într-un înveliș parietal comun (Starr,1973)
(Leucothrix, Beggiatoa, Caryophanon latum, Sphaerotilus natans).

Bacteriile prostecate. Unele bacterii prezintã o complicație morfologic㠖 prosteca (gr. =
adaos, apendice, „coadã”) sub forma unui apendice semirigid, situat în continuarea unei celule
procariote și având totdeauna un diametru mai mic decât cel al celulei mature.
Funcțiile prostecii:
– implicatã în reproducerea bacteriilor care înmuguresc;
– mãrește suprafața celulei și implicit a membranei plasmatice, permițând
sporirea activitãților asociate (respirația și absorbția de sunbstanțe nutritive);
– are rol de fixare (Caulobacter), deși frecvent a fost gãsitã și la celule plutitoare.

Bacteriile cu apendice acelulare. Bacteriile prezintã un aspect filamentos datoritã unor
apendice acelulare, formate din substanțe secretate sau excretate de ele, nedelimitate de perete
celular. Gallionella ferruginea, prezentã în ape feruginoase, are forma unui bob de fasole de
0,5×1,2 ìm și este situatã la extremitatea unui apendice filamentos acelular, format dintr-un
produs secretat de ea însãși prin porii situați pe partea sa concavã.

8
Celulele bacteriene miniaturale (minicelulele). Minicelulele sunt corpusculi mici,
aproximativ sferci, care nu cresc și sunt formați printr
o septare neobișnuitã, în apropierea uneia dintre extremitãțile unei bacterii cilindrice. Au cel
mai adesea un diametru mai mic decât al unei celule bacilare parentale. Sunt lipsite de
material nuclear sau deficiente în ADN. De aceea sun incapabile de creștere și diviziune. Au
fost descrise ca un proces de diviziune inegalã (asimetricã) la Escherichia coli, Salmonella,
Bacillus subtilis, Haemophilus influenzae, Erwinia amylovora ș.a.

2.2. Proprietãți fizice

Dimensiuni
 Bacteriile au dimensiuni foarte mici, în medie 0,5-1 ìm x 3-6 ìm. Cele mai mici
aparțin genului Mycoplasma și au diametrul 125-250 nm. Cele mai mari pot ajunge la 10-
20ìm lungime, iar în cazul formelor filamentoase, în mod excepțional, chiar la 500 ìm
(Saprospira grandis).
 Sub raportul dimensiunilor cele mai mici bacterii se suprapun virusurilor mari
(Poxvirus), vizibile la microscopul fotonic, iar cele mai mari depãșesc mãrimea celor mai mici
protiste eucariote.

Deoarece celulele diferã mult ca formã, stanier (1970) recomandã volumul ca unicã
bazã satisfãcãtoare de apreciere a mãrimii bacteriilor. Volumul celulei bacteriene poate fi
apreciat cu ajutorul formulelor de calcul aplicate corpurilor geometrice regulate.

Suprafața celulei bacteriene se poate calcula încadrând bacteriile într-o formã
geometricã regulatã, pe baza dimensiunilor celulei.
Exemple:
1,104×10-9 cm2 (Mycoplasma),
35,340×10-9 cm2 (Escherichia coli),
12 576 x10-9 cm2 (Saprospira grandis).

Densitatea sau greutatea specificã a celulei bacteriene vii (în stare umedã) variazã
între 1,07 și 1,32. Valoarea acestui indice este în funcție de proporția relativã a substanțerlor
celulare cu densitate diferitã de cea a apei (D=1). Lipidele au densitatea sub 1,0, glucidele 1,4-
1,6, proteinele1,5, acizii nucleici 2,0, sãrurile minerale 2,0-2,5.
Deoarece compoziția chimicã a bacteriilor este variabilã chiar la aceeași specie, în
funcție de condițiile de mediu sau de vârsta celulei, densitatea lor este caracteristicã numai în
raport cu anumite condiții de creștere. Celulele tinere, care sunt turgescente, au o densitate
mai micã decât cele bãtrâne, iar la bacteriile cultivate pe medii lichide valoarea ei este mai
micã decât la cele cultivate pe medii solidificate. Datoritã densitãții lor mici, bacteriile rezistã
la sedimentare spontanã în medii gazoase și lichide, din care însã pot fi separate prin
centrifugre.
Greutatea unei bacterii poate fi calculatã împãrțind greutatea unei anumite mase de celule
la numãrul unitãților componente. Celulele de Escherichia coli, care sunt de 500 de ori mai mici
decât o celulã vegetalã sau animalã de dimensiuni medii (Ø 10 ìm), au o greutate de 1012 dal,
respectiv de 6 x 106 dal ori mai mare decât greutatea unei molecule de apã (g.m.=18 dal.)
Raportul dintre suprafața celulei și greutate are o valoare foarte ridicatã la bacterii.
În cazul unui coc cu diametrul de 1 ìm acest raport este de ~ 55 000, la E. coli ~ 81 000, la
Chlamydia ~ 193 000, iar la Mycoplasma ~ 290 000. Același raport la om (24000 cm2/70 000 g)

9este de 0,342, respectiv de 84 146 ori mai mic decât la Bacillus megaterium, de 239 233 ori
mai mic decât la Escherichia coli, și de 850 611 ori mai mic decât la Mycoplasma
Datoritã raportului foarte mare dintre suprafața și volumul bacteriilor, comparativ cu
alte organisme, asemãnãtor aceluia al particulelor de substanțe în state de dispersie coloidalã,
o cantitate micã de bacterii, de exemplu 1 g de Escherichia coli, care conține 1,8 x 1012 celule
însumeazã o suprafațã totalã de contact cu mediul de circa 56 000 cm2; pentru comparație
menționãm cã 1 g celule de drojdie conține 8,3 x 109 celule, care au o suprafațã de 9 100 cm2.
Mãrimea considerabilã a acestei suprafețe reactive de la interfața celular㠖 mediu este
deosebit de importantã, deoarece, practic toate substanțele care intrã și ies din celulã trec prin
aceastã zonã.
Teoretic, pe baza unor considerente de ordin biologic și biochimic, limita inferioarã
de mãrime a unei celule bacteriene este determinatã de posibilitatea ei de a conține toți
constituenții necesari pentru creștere și diviziune, respectiv un numãr minim de enzime
diferite (probabil câteva sute), aflate fiecare într-un numãr variabil de molecule, acizi nucleici,
glucide, lipide etc. Cea mai micã bacterie vizibilã la microscopul fotonic are dimensiuni foarte
apropiate de aceastã limitã molecularã necesarã pentru menținerea funcțiilor celulare.
Celulele cu dimensiuni mai mici nu ar fi fizic suficient de cuprinzãtoare pentru a conține
întreg echipamentul enzimatic și moleculele necesare pentru viațã.
În cazul microorganismelor eucariote, limita cea mai micã de mãrime este determinatã
de limitãri structurale: cele mai mici protiste eucariote sunt algele din genul Micromonas (M.
pulsatilla 1-1,5 ìm) cu un singur cloroplast și o singurã mitocondrie, care alãturi de nucleu
ocupã ceaq mai mare parte din celulã. Orice reducere de dimensiuni dincolo de aceastã limitã
nu se poate face decât prin eliminarea unui organit celular, fãrã de care însã funcțiile
metabolice ar înceta de îndatã. Ca regulã generalã, celulele eucariote sunt însã mai mari decât
cele procariote și conțin structuri absente la procariote.
Celulele procariote nu pot depãși anumite limite de mãrime și, în general, nu pot
ajunge la dimensiunile foarte mari ale celulelor eucariote.
Limita superioarã de mãrime a unui organism unicelular este posibil corelatã cu
raportul suprafațã/volum, având în vedere cã toți nutrienții trebuie sã pãtrundã în celulã, iar
produșii de catabolism sã fie eliminați. Pe mãsurã ce dimensiunile unei celule cresc, volumul
ei crește mult mai rapid decât suprafața (volumul crește la cub în raport cu raza celulei, în
timp ce suprafața crește cu raza la pãtrat). Când raza celulei crește de trei ori, volumul crește
de 27 de ori (33), iar suprafața de numai 9 ori (32). În prezența acestui dezechilibru, celula nu
poate îngloba nutrienți și elimina substanțe reziduale în acord cu necesitãțile crescute ale
volumului celular mãrit (Nester și colab., 1973).
Celulele eucariote mari au rezolvat aceastã problemã fie prin modificarea adecvatã a
formei (aducând astfel pãrțileinterne ale celulei aproape de suprafațã), fie, mai ales, prin
prezența curenților citoplasmatici care asigur㠄circulația” nutrienților și a produșilor de uzurã
dintr-o zonã în alta.
Ca o regulã generalã, valabilã la toate nivelele de complexitate biologicã, rata
metabolismului este invers proporționalã cu mãrimea organismului, iar rata de creștere
(determinatã în special de rata globalã a metabolismului) crește pe mãsurã ce dimensiunile
celulare scad în corelație cu raportul suprafațã/volum.
Dimensiunile mici ale bacteriilor apar ca o condiție esențialã pentru creșterea și
multiplicarea lor rapidã, în comparație cu celulele eucariote, ceea ce le conferã un mare
avantaj biologic în naturã, asigurând supraviețuirea lor în competiție cu alte organisme.
Celulele mai mari au nevoie de mult timp pentru ca nutrienții sã pãtrundã în celulã și sã fie
metabolizați pentru a asigura creșterea acesteia.
Un alt factor care pare sã determine o limitã superioarã de mãrime a celulelor
bacteriene este dificultatea de menținere a unei reglãri satisfãcãtoare și de coordonare a

10 activitãții metabolice într-o celulã mare cu organizare de tip procariot. Unele bacterii foarte
mari, Spirillum volutans, Thiospirillum jenense etc., nu pot fi cultivate decât extrem de greu,
în contrast cu bacteriile mici din același grup fiziologic (Stanier, 1970). Explicația constã în
faptul cã la aceste bacterii condițiile fizico-chimice necesare dezvoltãrii sunt foarte restrânse,
iar capacitatea de reglare a funcțiilor metabolice esențiale pentru a le conferi flexibilitatea
adaptativã la modificãri minore ale mediului foarte limitatã.

11 3. ULTRASTRUCTURA CELULEI BACTERIENE

 Luând ca reper peretele celular, constituenții celulei bacteriene pot fi grupați în douã
mari categorii:
 intraparietali, care formeazã protoplastul (membrana plasmaticã, mezosomii,
citoplasma, nucleoidul, ribosomii, magnetosomii);
 extraparietali (capsula, stratul mucos, glicocalixul, „spinii”, flagelii, fimbriile
și pilii).

3.1. Peretele celular

 Celula bacterianã este delimitatã de un perete celular bine definit structural și cu
consistențã rigidã.
 Situat în afara membranei citoplasmatice, el este acoperit, la unele specii, de o
capsulã sau de un strat mucos pericelular, iar la bacteriile mobile este strãbãtut de flageli.
 Datoritã indiceluli de refracție mic, peretele celular este invizibil ori foarte greu
vizibil la celulele vii examinate la microscopul fotonic. Evidențierea lui este însã posibilã prin
colorare selectivã sau prin examinare la microscopul electronic.
 La bacteriile tinere, care au citoplasmã abundentã, compactã și omogenã, peretele
celular aderã intim la conținutul celular subiacent. La celulele bãtrâne sau în curs de lizã,
plasmolizã etc., peretele celular devine evident, fiind depãrtat de citoplasmã.
 Punerea în evidențã a peretelui celular se poate face fie prin izolarea lui ca structurã
intactã completã, fie prin modificarea raporturilor lui spațiale cu citoplasma. Aceastã
modificare se poatwe obține pe cale dezintegrãrii celulare prin ultrasonare sau agitare cu perle
de sticlã, cu ajutorul dehnicii de microdisecție sau prin provocarea unui șoc osmotic (inducție
de plasmolizã sau plasmoptizã) ori a autolizei celulare.
 Examinat la microscopul electronic, peretele celular izolat are aspectul unui sac gol,
care conservã forma bacteriei din care provine, și constituție asemãnãtoare ochiurilor unei
plase, cu tramã regulatã, care apare ca fiind formtã din fascicule de fibre paralele care se
încrucișeazã.
 Grosimea peretelui celular variazã între 15 și 35 nm, excepțional putând sã ajungã la
80 nm, ca la Lactobacillus acidophilus. Este mai subțire la celulele tinere care cresc mai
rapid.
 În funcție de prezența și particularitãțile de structurã ale peretelui celular au fost
propuse trei diviziuni în cadrul regnului Procaryotae (Gibbson și Murray, 1978):
1. Firmacutes (l. firmus = tare; cutis = piele, înveliș), corespunzând bacteriilor Gram-
pozitive cu perete celular gros, lipsit însã de membrana externã;
2. Gracilicutes (l. gracilis = subțire), corespunzând bacteriilor Gram-negative cu perete
celular în mod obișnuit subțire, având în structura sa membranã externã;
3. Mollicutes (l. mollis = moale, delicat), corespunzând genului Mycoplasma, care
cuprinde bacterii Gram-negative fãrã perete celular uniform.
 În funcție de structurã și de compoziția chimicã, pereții celulari ai bacteriilor aparțin
la trei categorii, care coincid cu modul de colorare: Gram-pozitiv, Gram-negativ sau
acidorezistent.
 Pereții celulari din cele trei categorii au drept constituient comun peptidogicanul, dar
se deosebesc în ceea ce privește raportul, prezența, natura, cantitatea și aranjamentul structural
al proteinelor, polizaharidelor și lipidelor.

12 Peretele celular al bacteriilor Gram-pozitive apare la microscopul electronic
ca un strat unic, relativ omogen, deși frecvent pot fi deosebite mai multe structuri contigue,
foarte rar bine definite.
 Componentul major este peptidoglicanul (80-90% din greutatea uscatã), care apare
foarte net dupã colorare cu sãruri ale metalelor grele și poate fi degradat dupã tratare cu
lizozim.
 În afarã de peptidoglican, peretele celular al bacteriilor Gram-pozitive mai conține
proteine și polizaharide care includ acizii teichoici, teichuronici, neteichoici și polizaharide
neutre.
 Peptidoglicanul (sin. mureinã), glicopeptid, mucopeptid, glicozaminopeptid,
mucocomplex este un component parietal caracteristic și comun tuturor bacteriilor, cu
excepția genului Mycolasma, a formelor L și a bacteriilor halofile extreme.
Este unu heteropolimer compus dintr-o porțiune glican și o componentã peptidicã.
Porțiunea glicanicã -foarte uniformã- are structura unor lanțuri lineare formate din
resturile alternente a douã N-acetilhexozamine diferite, legate între ele prin legãturi â-1,4.
Componenta peptidicã conține ca unitate de construcție un tetrapeptid. Unitãțile
tetrapeptidice aparținând lanțurilor de glican adiacente sunt legate prin intermediul unor
„punți” specializate, interpeptidice.
Astfel alcãtuit sacul peptidoglicanic este în esențã o moleculã unicã, gigantã și rigidã,
având o structurã de rețea tridimensionalã care formeazã în jurul protoplastului bacterian o
rețea ca o plasã rigidã cu „ochiuri” mici.
Peptidoglicanul poate fi atacat de lizozim și de penicilinã.
 Acizii teichoici sunt molecule polimere lungi și flexibile (formate din 1,5-poli ribitol-
fosfat și 1,3-poli glicerofosfat) localizate exclusiv în peretele celular, membrana plasmaticã și
straturile capsulare ale bacteriilor.
Sunt prezenți numai la bacteriile Gram-pozitive și aparțin la trei categorii:
 acizii teichoici parietali (la suprafațe celulei), legați covalent de stratul
peptidoglicanic al peretelui celular;
 acizi teichuronici legați de peretele celular;
 acizii teichoici membranari (sau lipoteichoici) legați covalent de fracțiunea
glicolipidicã a membranei plasmatice, formând o rețea între membrana
plasmaticã și peretele celular.
Acizii teichoici conferã bacteriilor Gram-pozitive o serie de proprietãți importante:
 au rol esențial în menținerea unei concentrații de ioni metalici, în particular
Mg2+ la suprafațe externã a membranei plasmatice, importantã pentru activarea
unor sisteme enzimatice membranare dependente de cationi;
 au rol arhitactural;
 joacã un rol important ca determinanți de patogenitate (inhibã fagocitoza și
protejeazã bacteriile contra efectului bactericid al fagocitozei);
 leagã și controleazã activitatea autolizinelor cu rol în creșterea și diviziunea
peretelui celular;
 acizii lipoteichoici acționeazã ca receptori de fag și de colicine, creînd avantaje
adaptative bacteriilor Gram-pozitive.

Peretele celular al bacteriilor Gram-negative este mai subțire decât al
bacteriilor Gram-pozitive, este distinct stratificat, are o structurã mai complexã datoritã
prezenței membranei externe, care apare cu o structurã similarã membranei plasmatice
(triplustrat).
 Este alcãtuit din urmãtoarele structuri:

13 1. Complexul peptidoglican-lipoproteinã care este situat în zona medianã a peretelui, are
o grosime de 1,5-3,0 nm și este electronodens; stratul peptidoglicanic reprezintã 2,4-
10% din greutatea peretelui celular.
La bacteriile Gram-negative sacul mureinic poate fi conceput ca o rețea
bidimensionalã sau ca un monostrat molecular, cu structurã relativ constantã.
2. Membrana externã a peretelui celular (numitã astfel pentru cã este situatã la exterior
fațã de stratul peptidoglicanic și de membrana plasmaticã) are o grosime de 6-20 nm.
Membrana externã este alcãtuitã din fosfolipide (35%), care formeazã un strat intern
continuu, proteine (15%) și lipopolizaharide (50%), care sunt asociate cu stratul extern.

Fig.1. Reprezentarea schematicã a învelișuilor celulare, evidențiind structura membranei
externe a peretelui celular și raporturile cu spațiul periplasmic și membrana citoplasmaricã.
(G. Zarnea, 1983, dupã DiRienzo și Inouye, 1980)

Semnificația biologicã a peretelui celular
 Peretele celular reprezintã sistemul de susținere mecanicã, un fel de corset neelastic,
al întregii arhitecturi celulare.
 Datoritã rigiditãții sale determinã celulelor o formã caracteristicã.
 Asigurã protecția fațã de șocul osmotic. Presiunea osmoticã internã este de ~5-6 atm.
(la Escherichia coli de ~20-30 atm.). Fãrã suportul rigid al peretelui celular membrana
plasmaticã nu ar putea rezista acestei presiuni interne și nu ar putea asigura protejarea
protoplastului.
 Participã la procesul de creștere și diviziune celularã, urmând membrana
citoplasmaticã în formarea septurilor transversale, care, dupã replicarea cromozomului
bacterian separã celula-mamã în douã celule-fiice.
 Unii constituenți parietali imprimã suprafeței celulare o anumitã specificitate, jucând
rolul de receptori pentru unii bacteriofagi, determinând fenomenul de „recunoaștere” a
celulelor apte de conjugare sau, în cazul bacteriilor patogene, acționând ca factori antigenici
capabili sã inducã în organismul animal infectat elaborarea de anticorpi specifici care pot
servi ca receptori celulari de suprafațã.

14  Conține enzime autolitice capabile sã atace structura glicopeptidului, active în
momentul sporulãrii, al eliberãrii sporului prin liza sporangelui, al germinãrii, ca și în
biosinteza peretelui celular și în reglarea acestui proces.
 La bacteriile Gram-negative, prezența membranei externe și a constituenților ei
conferã bacteriilor respective proprietãți deosebite în raport cu mediul înconjurãtor:
 acționeazã ca barierã impermeabilã pentru molocule hidrofobe, împiedicând
intrarea în celulã a diferitelor substanțe potențial nocive și pierderea unor
metaboliți necesari;
 funcționeazã ca o „sitã molocular㔠asigurând trecerea unor oligopeptide,
oligozaharide și a unor substanțe hidrofile; transportul pasiv este mediat de
molecule proteice transmembranare, numite porine care formeazã adevãrate
canale moleculare prin membrana externã;
 membrana extrnã reține în spațiul periplasmic enzimele degradative sintetizate
în celulã, dupã ce au traversat membrana plasmaticã, precum și o varietate de
molecule nutritive; prin aceastã funcție activitãțile enzimatice esențiale pentru
celulã, dar potențial dãunãtoare pentru constituenții citoplasmatici, au loc în
afara membranei plasmatice, iar degradarea moleculelor nutritive mari la
monomeri simpli este efectuatã în apropierea proteinelor de legare și a
permeazelor specifice care permit transportul selectiv în celulã a unor molecule
mai mari de 700 daltoni;
 este sediul unor sisteme de transport specifice: pentru vitamina B12, maltozã,
maltodextrine, ioni ferici și nucleozide);
 este implicatã în adsorbția unor fagi.

3.2. Protoplaștii și sferoplaștii

 Protoplastul reprezintã ansamblul structurilor celulare rãmase dintr-o bacterie Gram-
pozitivã dupã îndepãrtarea integralã a peretelui celular sub acțiunea lizozimului.
 Îmbrãcat în membrana citoplasmaticã, protoplastul se menține în medii izotonice sau
hipertonice ca formațiune aproximativ sfericã, pãstrând, în general, proprietãțile și activitãțile
vitale ale celulei din care provine (capacitatea respiratorie normalã, sinteza de proteine și de
acizi nucleici, viabilitatea în culturi și, în anumite condiții, chiar capacitatea de diviziune și
aptitudinea de a asigura multiplicarea fagului al cãrui acid nucleic se gãsea deja în celulã în
momentul pierderii peretelui celular).
 Protoplastul nu este capabil sã refacã prin sintezã peretele celular dacã acesta a fost
complet îndepãrtat. Funcția de barierã osmoticã asigutatã de membrana citplasmaticã, este
mult mai labilã în lipsa protecției conferite de peretele celular rigid și, ca urmare, în medii
hipotonice protoplastul lizeazã.
 La bacteriile Gram-negative, peretele celular nu poate fi degradat complet, astfel cã
tratarea cu lizozim îi slãbește doar structura prin degradarea selectivã a mucocomplexului. În
medii hipotonice celula astfel tratatã se lizeazã, iar în mediile hipertonice se transformã în
sferoplast, corp sferic echivalent unui protoplast, înconjurat de constituenții peretelui celular
care au rezistat la acțiunea lizozimului.
 Protoplaștii aparținând unor specii diferite de bacterii (B. megaterium și B. subtilis)
fuzioneazã în prezența unor substanțe ce acționeazã ca agenți de fuzionare , producând
formarea de bacterii bi- sau multinucleate care în cursul reversiei la forma bacilarã (prin
refacerea peretelui celular) sau unterior, într-o perioadã scurtã de timp, duc la apariția unor
bacterii cu genotip haploid, modificat prin recombinare geneticã cu caractere provenind de la
cele douã celule originare (Schaeffer, 1976, Fodor și Alföldi, 1976).

15 3.3. Spațiul periplasmic

 Spațiul periplasmic sau zona periplasmicã este un compartiment întâlnit numai la
bacteriile gram-negative, delimitat spre interior de membrana citoplasmaticã, iar spre exterior
de un strat care acționeazã ca o sitã molecularã, corespunzând membranei externe a peretelui
celular (Mitchell, 1961).
 Spațiul periplasmic și complexul peptidoglican-lipoproteinã ocupã aceeași zonã a
peretelui celular, în care primul adãpostește constituenții periplasmici, iar celãlalt susține și
întãrește învelișurile celulei.
 Spațiul periplasmic conține numeroase enzime implicate în nutriție, proteine
specifice, neenzimatice „proteine de legare”, care leagã specific anumite substanțe (zaharuri,
aminoacizi, ioni anorganici) transportându-le pânã la nivelul proteinelor de transport legate de
membranã.
Semnificația biologicã
 Membrana externã a peretelui celular lasã sã treacã în regiunea periplasmaticã
numeroase substraturi hidrofile (echivalente cu tetra- și pentamere de aminoacizi, dimeri și
trimeri de carbohidrați). Funcția principalã a enzimelor periplasmice (fosfataze, sulfataze,
amidaze etc.) este de a pregãti chimic substanțele care difuzeazã prin membrana externã
pentru trecerea lor prin membrana plasmaticã în citoplasmã. Prin acest mecanism, bacteriile
Gram-negative prin intermediul enzimelor degradative acționeazã asupra unei largi varietãți
de substraturi întâlnite în naturã, convertind substanțele care difuzeazã în spațiul periplasmic
în molecule transportabile în celulã, unde sunt accesibile imediat proteinelor de legare și
permeazelor. Acest aspect conferã bacteriilor Gram-negative un deosebit avantaj biologic. De
aceea bacteriile adaptate la viața în mãri, râuri, lacuri etc. sunt în majoritatea lor Gram-
negative.
 Spre deosebire de bacteriile Gram-negative, cele Gram-pozitive elibereazã cea mai
mare parte a enzimelor lor extracelular, în mediu. Acest mecanism este avantajos pentru
bacteriile care trãiesc în condiții de mare concentrație de substrat și de mare densitate
populaționalã, deoarece produșii de digestie ai enzimelor extracelulare, neasociate cu peretele
celular, sunt accesibili tuturor celulelor aflate în vecinãtatea locului lor de producere.

3.4. Membrana plasmaticã

 Membrana plasmaticã (membranã citoplasmaticã, membranã celularã) este
formațiunea structuralã care acoperã de jur împrejur citoplasma bacterianã, separând-o de
suprafața internã a peretelui celular, de care este de obicei strâns lipitã, datoritã diferenței de
presiune osmoticã între conținutul celular și mediul extern.
 Membrana plasmaticã poate fi pusã în evidențã la microscopul fotonic, fie dupã o
colorare selectivã cu albastru Victoria, fie prin examinarea bacteriilor vii la microscop, în
câmp întunecat, în care caz apare ca o linie netã, luminoasã, strãlucitoare.
 Membrana plasmaticã examinatã la microscopul electronic pe secțiuni ultrafine – în
condiții tehnice standard – apare ca o formațiune triplu stratificatã, cu o grosime de 7,5-10 nm,
alcãtuitã din douã straturi întunecate care separã un strat mai clar.
 Robertson a denumit aceastã structurã unitate de membranã (unit-membrane),
pornind de la ideea cã ea reprezintã unitatea structuralã din care sunt alcãtuite structurile
membranare complexe. Aspectul de triplu strat a dus la elaborarea modelului de structurã
greșit, în acord cu care stratul bimolecular de fosfolipide ar fi mãrginit de fiecare parte de un
strat proteic (Robertson, 1969), variantã a modelului propus inițial de Danielli-Dawson
(1935).

16  Modelul de structurã acceptat în unanimitate – modelul mozaicului fluid (Singer-
Nicolson, 1972) – propune o așezare caracteristicã a componentelor specifice ale membranei
reprezentate de lipide, proteine și glucide în acord cu proprietãțile lor, satisfãcând exigențele
termodinamice și furnizând o explicație satisfãcãtoare a proprietãților generale ale
biomembranelor. Dupã acest model fosfolipidele formeazã un film fluid, discontinuu, în care
„plutesc” proteinele globulare, în timp ce glucidele interacționeazã fie cu unele fie cu altele.

Fig.2. Evidențierea structurii internea membranei plasmatice, prin tehnica de înghețare-
fracturare de-a lungul planului central al stratului dublu lipidic
(G. Zarnea, 1983, dupã Staehlin și Hull, 1979)

Lipidele sunt reprezentate de fosfolipide – molecule amfipatice cu structurã complexã,
având o extremitate polarã, hidrofilã (hidrosolubilã în stare izolatã), alcãtuitã dintr-o grupare
fosfat (PO-
4) și alți constituenți, legați printr-o moleculã de glicerol – care formeazã un fel de
punte de „cozile” moleculei, reprezentate de doi acizi grași, ce constitue regiunea nepolarã,
hidrofobã (insolubilã în apã) a moleculei. În contact cu apa grupãrile polare poartã de regulã
sarcini electrice.
Deoarece cele douã extremitãți ale moleculelor lipidice au solubilitãți incompatibile,
în suspensie apoasã ele se organizeazã spontan pentru a forma un dublu strat de molecule,
discontinuu și fluid-vâscos, în care moleculele sunt aranjate „coalã-la-coad㔠în așa fel încât
capetele ionice polare (hidrofile) sunt expuse spere soluția apoas㠖 de ambele pãtți ale
membranei, iar lanțurile nepolare (hidrofobe) ale acizilor grași sunt orientate în direcția opusã
contactului cu apa. În felul acesta, cele douã monostraturi de molecule formeazã împreunã
douã straturi hidrofile periferice separate de porțiunea centralã hidrofobã. Aceastã modalitate
de aranjare reprezintã configurația de minimã energie posibilã pentru o suspensie de lipide în
apã și este, în același timp, foarte adecvatã pentru funcția de barierã între douã soluții apoase
(cun sunt interiorul celulei și mediul extern). Structura de dublu strat fosfolipidic explicã
proprietãțile de permeabilitate ale membranei, deoarece acest strat este impermeabil fațã de
particulele încãrcate și fațã de ioni și ușor penetrabil de moleculele liposolubile.
Fiecare dublu strat este un „lichid bidimensional” în care moleculele lipidice difuzeazã
lateral, schimbându-și poziția pânã la un milion de ori pe secundã. În schimb deplasarea unei
molecule de pe un monostrat pe altul (trenziția „flip-flop”) se face foarte rar (cel mai des o
datã pe lunã pentru o moleculã datã). Raritatea deplasãrilor „flip-flop” ale lipidelor și
proteinelor permite menținerea compoziției membranei și a structurii ei caracteriestice.
Dublul strat fosfolipidic trebuie sã fie suficient de fluid pentru a permite mișcarea
liberã a proteinelor membranare implicate în procesele de transport activ.

17 Fosfolipidele formeazã matricea structuralã a membranei și sunt rãspunzãtoare de
integritatea structuralã a acesteia. Prin structura caracteristicã a dublului strat, ele conferã
membranei impermeabilitatea la cele mai multe molecule hidrosolubile, care sunt insolubile
în regiunea „uleioas㔠a pãrții de mijloc a membranei.
Proteinele, în raport cu poziția lor în structura membranei, sunt de douã tipuri:
 proteinele integrate (intrinsece);
 proteinele de suprafațã (periferice sau extrinsece).
Proteinele integrate, în general insolubile în apã, nu pot fi îndepãrtate fãrã ruperea
dublului strat lipidic. Au o orientare fixã: fiecare proteinã de același tip este îndreptatã în
aceeași direcție. Cele mai multe strãbat toatã grosimea membranei celulare („proteinele
transmembranare”) dar unele pot fi expuse fie numai pe suprafața internã (citoplasmaticã), fie
spre suprafața externã. Regiunile lor dirijate spre interior și/sau spre exterior au caracter
hidrofil, ceea ce împiedicã tranziția lor tip „flip-flop”.
Proteinele de suprafațã, neinserate în dublul strat lipidic, sunt în general hidrosolubile
și situate fie pe suprafața internã, fie pe cea externã, de regulã legate de proteinele integrate.
Din punct de vedere funcțional, proteinele de membranã pot fi:
 enzime care fac biosinteza învelișurilor celulare (membrana plasmaticã,
polimeri parietali, extraparietali),
 proteine de transport care asigurã transportul moleculelor solubile din mediu în
celulã și invers;
 citocromi și alte proteine aparținând sistemului transportor de electroni;
 proteine cu activitate adenozinfosfatazicã (ATP-aza);
 proteine implicate în turnover-ul lipidelor și al proteinelor membranare
(fosfolipaze, proteaze, peptidaze).

Fig. 3. Membrana plasmatic㠖 reprezentarea schematicã a unui model tridimensional
(G. Zarnea, 1983, dupã Lodish și Rothman, 1979)

Glucidele reprezintã componentul cel mai slab reprezentat în structura membranei și
se regãsesc sub forma unor polizaharide legate de proteine (glicoproteine) sau interacționând
cu anumite lipide (glicolipide).

18 Semnificația biologicã
 Membrana plasmaticã reprezintã singura suprastructurã citoplasmaticã permanentã a
celulei bacteriene, având rolul de a delimita spațiul intracelular. Ea formeazã un compartiment
închis, dar nu reprezintã o granițã fizicã inertã a celulei, ci o structurã funcționalã capabilã sã
asigure o deosebire netã între interiorul și exteriorul acesteia. Aceastã proprietate este
consecința faptului cã membrana plasmaticã prezintã o asimetrie funcționalã, cu importanțã
esențialã pentru viața celulei, în sensul cã suprafața internã funcționeazã diferit de cea externã.
Astfel un ion sau o moleculã pompatã la interior printr-un punct al membranei ar putea fi
eliminat în altul cu o cheltuialã inutilã de energie. Aceastã asimetrie funcționalã are la bazã o
asimetrie de structurã molecularã, manifestatã pe mai multe cãi:
 cele douã monostraturi lipidice includ proporții variate ale diferitelor tipuri de
molecule lipidice;
 carbohidrații sunt prezenți numai pe suprafața externã a membranei, în timp ce
proteinele periferice sunt situate aproape întotdeauna pe fața internã;
 fiecare tip de proteinã integratã are o orientare definitã, care este aceeași pentru
fiecare moleculã de același tip.
 Membrana plasmaticã este asociatã cu toate funcțiile (transport, fosforilare), care la
organismele superioare sunt legate de structuri diferențiate.
 Membrana plasmaticã poate sã-și mãreascã suprafața, furnizând mai mult spațiu
pentru diferite activitãți celulare (respirație, fotosintezã) prin invaginare, formând sisteme de
membrane, care uneori se ramificã în citolpasmã, sau se pot detașa, formând entitãți virtual
independente.
 Funcționeazã ca o „barierã osmoticã”, dotatã cu impermeabilitate cvasitotalã fațã de
multe tipuri de mlecule, permițând trecerea nestânjenitã a altora. Ea asigurã în acest fel
schimburile necesare și selective între mediul extern și cel intracelular, menținând constantã
compoziția chimicã și ionicã a celulelor, care, la rândul lor, influențeazã critic numãrul enorm
de reacții interdependente ce au loc în citoplasmã.
 Proprietãțile de permeabilitate ale membranei plasmatice pot fi sintetizate astfel:
 substanțele ușor solubile în solvenții lipidelor, ca și unii anioni (ex. Cl-)
traverseazã ușor biomembranele;
 unii ioni ca Na+, K+, glucidele și proteinele, nu o pot traversa ușor, celula
recurgând la mecanisme speciale de transport.
 Membrana plasmaticã bacterianã și structurile derivate din ea formeazã baza
structuralã a sinergonului fotosintezei și a celui respirator, reprezentând prin aceasta un
echivalent funcțional al cloroplastelor, respectiv al mitocondriilor din celulele eucariote.
 Este implicatã în mobilitatea bacterianã, datoritã faptului cã una din structurile
corpului bazal al flagelului este strâns legatã de structura sa.
 Unele proteine legate de membranã sau aflate în contact lax cu ea (fiind localizate în
spațiul periplasmic) joacã rolul de chemoreceptori.
 Participã la formarea și eliminarea unor proteine, ca enzimele și exotoxinele, care pot
fi sintetizate în membrana plasmaticã, sau pe suprafațe ei externã. În primul caz, trecerea lor
extracelular s-ar realiza fie printr-un mecanism de tipul pinocitozei inverse, fie datoritã unei
porțiuni glucidice legate, care ar facilita eliberarea. În al doilea caz, moleculele sintetizate ar
difuza liber în mediu.

3.5. Mezosomii

 Mezosomii (Fitz – James, 1967) au fost descriși inițial sub denumiri diferite:
membrane intracitoplasmatice (Hopwoord, 1960), corpi periferici (Chapman, 1953),
condrioizi (Van Iterson, 1961) sau plasmalemasomi (Edwards, 1963).

19  Greenawalt (1975) considerã mesozomii structuri membranoase intracitoplasmatice,
caracterizate prin trei particularitãți definitorii:
 derivã ultrastructural din membrana celularã ca o invaginare în formã de „sac”
sau „pungã”, care conține corpi membranoși;
 pot fi extrudați din sacul mezosomal în spațiul dintre membrana plasmaticã și
peretele celular prin agitare, îndepãrtarea peretelui celular sau dupã plasmolizã;
 sunt asociați fizic și/sau topografic cu replicarea și segregarea cromosomului,
cu formarea septului de diviziune și cu sporularea.
 Structurile membranare care nu întrunesc aceste condiții trebuie numite membrane
intracelulare (intracitoplasmatice) sau structuri similare mezosomilor („mezosome-like”).
 La microscopul electronic apar sub forma unor structuri cu formã, mãrime, localizare
și complexitate foarte diferite, în general putând varia nu numai în funcție de starea
fiziologicã a celulei, ci și de calitatea și natura tehnicilor de prfixare și fixare, precum și de
unghiul de secționare.

Fig. 4. Structura schematicã a mezosomului bacterian, evidențiind modul de pãtrundere a
citoplasmei în structura acestuia, într-un spațiu care nu este conectat nici cu cisternele
tubululor, nici cu mediul extern. Tubulii din sacul mezosomal apar pe secțiunea transversalã
circulari. Situsul de legare al genomului este localizat pe fața citoplasmaticã a sacului
mezosomal (G. Zarnea, 1983, dupã Reusch și Burger, 1973).

 Au fost descrise trei tipuri morfologice de mezosomi, dupã unii autori
interconvertibile:
 lamelari (formați prin plierea membranei invaginate într-un aranjament în
spiralã încolãcitã ca un ghem);
 veziculari sau saciformi (vezicule aproape sferice);
 tubulari (de forma unor tubușoare lungi).
 Dupã localizare mezosomii pot fi:
 septali;
 periferici;
 nucleari.

20  Mezosomii au caracteristicile structurale ale membranei plasmatice din care derivã
(structura triplustratificatã și grosimea de 7,5 – 8,0 nm).
 Sunt mai numeroși și mai bine dezvoltați la bacteriile Gram-pozitive, în timp ce la
bacteriile Gram-negative sunt relativ mai greu de observat, fiind în general rudimentari, slab
dezvoltați ca mãrime și mai puțini ca numãr.
 Prin expunere în medii hipertonice, mezosomii sunt extrudați în spațiul dintre
membranã și peretele celular sub forma unor filamente, ca un șirag de mãrgele, care poate
ajunge la dimensiunea de 20 nm.

Fig. 5. Reprezentarea schematicã a stadiilor de formare a mezosomilor. A, B. Dezvoltarea
unui mezosom sacular turtit, dintr-un mezosom sferic (vezicular). x și y reprezintã punctele
terminale ale sacului și situsurile potențiale de creștere ale membranelor intracelulare. C.
Pentru simplificare diagrama ilustreazã numai dezvoltarea în punctul x printr-o secvențã de
sãgeți și vezicule, deși procesul are loc și în punctul y. D. Mezosom cu structurã complexã
multilamelarã, format prin creșterea și plierea sacului turtit prin extinderea lui x la x` și a lui y
la y`. (G. Zarnea, 1983).

Originea, creșterea și diferențierea mezosomilor
 Formarea mezosomilor este un proces complex, care începe cu invaginarea
membranei plasmatice și sfârșește cu legarea de genomul bacterian; are loc în special în zona
în care creșterea membranei se face mai repede decât a peretelui celular, ceea ce are drepr
consecințã invaginarea acestuia sub forma unor „pungi” pline cu membrane (Rogers, 1970).
 Invaginarea inițialã duce la formarea unui sac sferic, conectat cu membrana printr-un
peduncul de lungime variabilã, deschis spere mediul extern și/sau spațiul periplasmic.
Mezosomul simplu, sferic, suferã în continuare modificãri rezultate din diferite grade de
turtire însoțite de invaginãri secundare, care duc la formarea de lamele, vezicule și tubuli. În
cazul în care complexitatea mezosomului crește, dezvoltarea se face pe seama membranei nou

21 sintetizate care se adaugã membranei invaginate. Concomitent cu creșterea în complexitate
apare posibilitatea unui grad mai mare de compartimentare a constituenților citoplasmatici,
chiar în mezosomi, care apar la microscopul electronic sub forma unor canale rezultate din
invaginãrile secundare.
 Nu se cunoaște natura stimulilor implicați în invaginare și nici a celor care determinã
modificãri de formã, localizare și complexitate.

Semnificația biologicã
 Mezosomul nu este o structurã staticã ci este un organit influențat permanent de
dinamica proceselor celulare.
 Morfologia mezosomului este influențatã de condițiile de prelucrare premergãtoare
examinãrii la microscopul electronic (prefixare, calitatea și natura fixãrii chimice etc.), care
afecteazã tipul, forma și poate chiar localizarea în celulã.
 Unii autori considerã mezosomii ca fiind structuri vestigiale sau redundante, versatile
(instabile) și multifuncționale, neesențiale pentru viabilitatea bacteriilor, având o deosebitã
plasticitate structuralã, ca un rãspuns la nevoi specifice, variate.
 Formarea mezosomilor este modalitatea prin care celula bacterianã are posibilitatea
de a-și mãri, prin invaginare și pliere, suprafața membranei plasmatice, ca rãspuns la
condițiile de mediu, de aceea, se considerã cã nu ar avea funcții diferite sau suplimentare fațã
de cele ale membranei plasmatice.
 Rolul mezosomilor în replicarea genomului bacterian a fost demonstrat pe baze
morfologice, genetice și biochimice. Fiind legat de membrana plasmaticã, cât și de materialul
nuclear are un rol important în controlul replicãrii cromosomului și al plastidelor bacteriene,
prin transmiterea semnalului biochimic care ia naștere la suprafața celulei. La B. subtilis, în
faza inițialã, fiecare nucleosom este legat de un mezosom, pentru ca pe mãsurã ce celula
crește și se apropie de diviziune mezosomul sã se dividã, iar formațiunile rezultate sã migreze
spre extremitãțile celulei, antrenând cromosomii bacterieni progeni. Forța care realizeazã
aceastã deplasare este reprezentatã de sinteza și încorporarea de constituenți noi de membranã
celularã.
 Mezosomii participã la reacții de fosforilare, oxidoreducere și transport de electroni,
care au loc însã cu o pndere mai micã decât în membrana plasmaticã.
 Conțin fosfataze acide, esteraze etc. și ar putea funcționa ca „organite” subcelulare
degradative, asimilabile funcțional cu lizosomii din celulele eucariote (Revsch, 1972).
 Au rol în unele procese secretorii ca, de exemplu, în producerea și eliberarea unor
exoenzime ca „penicilinaza”.
 Mezosomii ar fi implicați în sinteza învelișurilor celulare, în mod particular a
membranei plasmatice, a peretelui celular și a septului transversal care separã celulele dupã
diviziune. Tichy și Landman (1969) considerã cã ar reprezenta o regiune specializatã prin
care, în cursul transformãrii genetice, ADN transformat ar pãtrunde în celulã.

3.6. Citoplasma

 Citoplasma bacterianã este, în general, consideratã ca un sistem coloidal complex
format din proteine, glucide, lipide, apã și substanțe minerale, sistem în care apa și compușii
dizolvați în ea acționeazã ca faza externã a unui sol (Lamanna, 1949). Deoarece în citoplasmã
coexistã stãrile de emulsie și de soluție, aceasta poate fi consideratã ca un complex de stãri
fizice într-o continuã transformare. Se caracterizeazã prin menținerea permanentã a stãrii de
gel – ceea ce are ca rezultat o imobilitate a conținutului (lipsa curenților citoplasmatici) – și
reprezintã o condiție indispensabilã a menținerii nemicibilitãții nucleului cu citoplasma, având
în vedere absemța unor membrane intracelulare.

22  Citoplasma bacterianã nu are o organizare definitã, similarã celulei eucariote, care
conține organite diferențiate și delimitate de membrane. La celulele tinere și în condiții
normale de dezvoltare, citoplasma aderã la peretele celular și se prezintã ca o masã densã,
omogenã și intens colorabilã. La celulele bãtrâne citoplasma își pierde treptat afinitatea
tinctorialã, se retractã centripet îndepãrtându-se de perete și capãtã o structurã granularã cu
vacuole din ce în ce mai evidente la microscopul electronic.
 La bacteriile examinate pe secțiuni mai puțin fine (~ 50 nm), zona citoplasmaticã
apare ca fiind plinã de agregate de ribosomi, aspect rezultat din suprapunerea acestor structuri
cu Ø de 10 nm. Pe secțiuni extrem de subțiri citoplasma apare ca masã amorfã și lipsitã de
particule structurale, cu ribozomi rari.
 În interiorul citoplasmei se gãsesc materialul nuclear, incluziunile, vacuolele și
ceilalți constituenți ai protoplastului.
 O caracteristicã a citoplasmei bacteriene este prezența unei mari cantitpți de ARN,
ceea ce explicã bazofilia ei intensã, mai evidentã la celulele tinere. Celulele moarte se
coloreazã mai puțin intens, ca și celulele bãtrâne, la care sinteza ARN a încetat, iar cel
existent a fost folosit ca sursã de N și P.

3.7. „Nucleul”

 Spre deosebire de celulele eucariote care au un nucleu cu structurã bine definitã,
mãrginit de o membranã și conținând un numãr definit de cromozomi capabili de diviziune
mitoticã, „nucleul” bacterian reprezintã o formã primitivã de organizare, lipsitã de membranã
(de tip procariot), inclavatã direct în citoplasmã, în mod obișnuit în partea centralã a celulei și
care nu suferã modificãri de tip mitotic în cursul ciclului de diviziune.
 Datoritã caracterelor sale particulare, aceastã structurã a fost desemnatã cu numeroși
termeni ca: nucleoid, nucleosom, material nuclear, nucleoplasmã, echivalent nuclear sau
"nucleu" prin analogie funcționalã cu structura echivalentã a celulelor eucariote.
 Deoarece citoplasma bacterienã este puternic bazofilã ca urmare a prezenței ARN-
ului, nu este posibilã diferențierea la microscopul fotonic cu coloranți bazici a materialului
nuclear constituit din ADN, la fel de bazofil.
 Evidențierea corpului cromatic bacterian la microscopul fotonic nu se poate face prin
colorare selectivã decât dupã îndepãrtarea ARN-ului citoplasmatic prin hidrolizã acidã
(tehnica Robino și Feulgenw) sau enzimaticã (tehnica Boivin, cu ribonucleazã). Cu aceste
tehnici materialul nuclear apare sub diferite forme (granule sferice sau ovalare, halterã,
bastonașe izolate sau dispuse în V, filament axial etc.), reprezentând 5-16% din volumul
celulei.
 Materialul nuclear este localizat în mod obișnuit în partea centralã a celulei. El se
prezintã ca o zonã mai clarã, cu o densitate medie mai micã decât aceea a citoplasmei
înconjurãtoare, astfel cã la bacterii contrastul dintre structurile intracelulare este inversat în
raport cu acela caracteristic celorlalte celule, la cere nucleul este mai dens decât citoplasma.
Acest aspect este determinat de densitatea neobișnuit de mare a citoplasmei bacteriene. Pe
secțiuni ultrafine se observã cã regiunea nuclearã este plinã cu fibrile fine cu Ø între 2,0 și 5,0
nm, uneori aranjate în șiruri ondulate, paralele, care dispar dupã digestia cu
dezoxiribonucleazã, ceea ce aratã cã sunt formate din ADN și corespund cromosomului
bacterian.
 Cromosomul bacterian denumit și lineom, nucleosom sau genofor, s-a dovedit a fi
alcãtuit dintr-o singurã moleculã de ADN, de formã circularã (extremitãțile sunt reunite), cu o
lungime de 1 400 ìm și un Ø de 2,5 nm, corespunzând diametrului moleculei de ADN dublu
catenar.

23 Organizarea fizicã a nucleului
 Molecula de ADN depãșește de aproximativ 1 000 de ori lungimea linearã a celulei.
Ea este „împachetat㔠pentru a forma un corp cromatic de 1 500 de ori mai mic decât propria sa
dimensiune în stare desfãșuratã. Teoretic „împachetarea” unei molecule atât de lungi într-un
volum mic implicã plierea moleculei de cel puțin 1000 de ori și menținerea ei în stare compactã.
 Au fost propuse mai multe modele pentru a explica mecanismul acestui proces – care
dacã s-ar face la întâmplare ar duce la „încuracrea” moleculei de ADN astfel încât o parte din
infermația geneticã ar deveni inaccesibilã pentru transcriere.
 Stonington și Pettijohn (1971) au izolat nucleul din E. coli sub forma unei structuri
compacte cu g.m. 2,5 x 109±0,5 x 109 dal (1 600 – 1 700 S). Aceastã structurã este alcãtuitã
din ADN corespunzând genomului pliat, complexat cu ARN și proteine și este foarte sensibilã
la Rnazã. Complexul ADN-ARN-proteinã conține 80% ADN; ARN-ul reprezintã 10% din
greutate și este format din ARNr și ARNm, în stare nãscândã, iar proteina care formeazã tot
10% (mai puțin de 1% din proteina celularã totalã), este ARN-polimerazã (subunitãțile á, â și
â’). Dupã tratare cu ribonucleazã, din acest complex se elibereazã o moleculã de ADN dublu
helicatã depliatã, ceea ce demonstreazã cã ARN are rolul de a stabiliza și menține forma
condensatã (compactã) a nucleului.

Fig. 6. Modelul lui Worcel și Burgi (1072)
pentru plierea cromosomului la E. coli.
Cromosomul formeazã ~ 50 bucle superhelicale
în jurul unei structuri celulare formatã din
ARN. Trastarea cu DN-azã, care produce incizii
monocatenare, elibereazã bucle individuale și
reduce progresiv valoarea constantei de
sedimentare (S) del la 1500 S laa 155 S.
Tratarea cu ribonucleazã depliazã complet
cromosomul, dându-i formã care sedimenteazã
mai lent (G. Zarnea, 1983).

Fig. 7. Modelul lui Pettijohn (1974) de împachetare
a cromosomului bacterian. A. Cromosom circular
nepliat cu Ø 350 ìm. B. Cromosom pliat cu 7 bucle.
În realitate, ar exista 40-80 domenii de pliere,
corespunzând unui Ø de 30 ìm. C. Cromosom pliat
în care buclele au suferit transformare superhelicatã.
Dacã pasul suprahelici este de 11 nm, Ø nucleului
este de 2 ìm. Modelul bidimensional devine
tridimensional prin plierea zonelor superhelicale
deasupra și dedesubtul planului hârtii. DNaza
produce incizii monocatenare și desface
superhelicea în bucla respectivã, fãrã a afecta
structura superhelicalã a altor domenii (D). E.
Secționarea a douã molecule de ARN ale unor
domenii adiacente unește cele douã domenii fãrã
pierderea structurii lor superhelicale (G. Zarnea,
1983).

24  Pettijohn și Hecht (1974) au elaborat un model în acord cu care ADN din
cromosomul de E. coli ar fi condensat într-o structurã compactã printr-un proces de pliere și
formare de superhelice, în care structura condensatã a ADN este menținutã de molecule de
ARN, ce leagã și stabilizeazã buclele de pliere. Pentru a menține starea condensatã a ADN
este necesarã o sintezã continuã de ARN, fapt care explicã asocierea ARN-polimerazei.
 Rouviere-Yaniv (1975) a izolat de la E. coli o proteinã specificã, proteina HU,
asociatã cu ADN și implicatã în plierea lui în celulã.
 În mod nomal, bacteriile aflate în faza de repaus în culturi staționare și vechi au un
singur cromosom, astfel cã sunt unicelulare.
 În faza de creștere activã, în culturi tinere pe medii optime, ele apar ca multinucleate,
având 2-4 cromosomi, care sunt genetic identici, deoarece provin din replicarea dintr-un
singur cromosom parental. De aceea, indiferent de aspectul morfologic al materialului
nuclear, din punct de vedere genetic, bacteriile sunt organisme haploide, astfel încât chiar
atunci când celula primește un aport de material nuclear exogen – prin procese de transfer
genetic – diploidia nu este decât parțialã și tranzitorie.
 Apariția bacteriilor multinucleate este în mod obișnuit rezulatul unei lipse de
sincronizare între ritmul de creștere și ritmul de diviziune celularã.

Semnificația biologicã
 Cromosomul bacterian poartã în structura sa toatã informația geneticã esențialã,
necesarã pentru existența unei celule, respectiv setul de determinanți genetici reprezentând
acel minimum necesar pentru ca o bacterie sã poatã ocupa poziția s-a ecologicã normalã: gene
necesare pentru metabolismul energetic, pentru biosintezã, creștere și diviziune și, în același
timp, pentru reglarea activitãților celulare. El determinã și arhitectura celulei bacteriene,
ereditatea și capacitatea de evoluție a acesteia.

3.6. Ribosomii

 Sunt particule nucleoproteice intracitoplasmatice de formã aproximativ sfericã.
 Au diametrul de aproximativ 20 nm.
 Pot fi caracterizați dupã constanta de sedimentare la ultracentrifugã (unitãți Svedberg
– S) și prin apacitatea d a participa la sinteza proteinelor in vitro.
 La procariote se gãsesc în citoplasmã 15 000-10 000 particule ribozomale, cu
constanta de sedimentare 70 S cu tendința de a se disocia rapid în douã subunitãți inegale cu
constantele de sedimentare de 30 S și 50 S.
 Mãrimea și stabilitatea lor este în funcție de concentrația ionilor Mg2+ și K+.
 Subunitatea micã 30 S (g.m. 900 000 dal) este alcãtuitã din 21 molecule de proteine
diferite, notate de la S1 la S21 și o moleculã de ARNr, notatã 16 S.
 Subunitatea ribosomalã micã are trei regiuni: capul (1/3 din subunitatea micã), baza
(formeazã restul de 2/3) și platforma, care este separatã de cap printr-o scobiturã numitã
fisurã sau despicãturã.
 Subunitatea mare 50 S (g.m. 1 000 000 dal) este alcãtuit din 34 de proteine diferite,
notate de la L1 la L34 și ouã molecule de ARNr, una de 23 S și cealaltã de 5 S.
 Moleculele 16 S și 23 S aleARNr nu sunt transcrise separat, ci derivã din degradarea
catabolizatã de o nucleazã a unui precursor mare de 30 S (pre-ARNr).
 Modelul de structurã al subunitãții mari include o protuberanțã centralã, flancatã de
câte o prelungire de fiecare parte, cea mai extinsã fiind denumitã peduncul,iar cealaltã
creastã, între ele având o vale.

25  Când cele douã subunitãți sunt asociate, pedunculul subunitãții mari are baza aproape
de constricția de pe o subunitate micã, iar capul nei subunitãți mici și protubranța subunitãții
mari sunt aproximativ aliniate.

Fig. 8. Reprezentarea schematicã a subunitãților ribosomale30 S și 70 S (G. Zarnea, 1983).

 Proteinele și moleculele de ARN ocupã poziții bine definite la suprafața ribosomilor,
conferind subunitãții 50 S o formã asemãnãtoare unui fotoliu și subunitãții 30 S forma unei
haltere asimetrice rezematã orizontal pe brațele și spãtarul fotoliului.
 Între cele douã subunitãți rãmâne un canal lung și îngust, prin care trece ARNm,
purtãtor al informației genetice necesare pentru sinteza proteinelor.

Semnificația biologicã
 Ribosomii sunt componenți esențiali ai sistemului de traducere a informației
genetice, reprezentând adevãrate fabrici de proteine.

Fig. 9. Rolul poliribosomilor în biosinteza proteinelor (G. Zarnea, 1983).

 La nivelul lor se desfãșoarã ciclul ribosomal care determinã inițierea, creșterea și
terminarea lanțului polipeptidic, în care interacționeazã cu ARNm, pentru a lega specific
moleculele de aminacizi, asigurând formarea moleculei de proteinã. Aceastã activitate are loc

26 numai când cele douã subunitãți sunt asociate și combinate cu ARNm, ca și cu alți
componenți neribosomali ca ARNt și unele proteine.
 În cursul procesului de biosintezã a proteinelor ribosomii individuali au tendința de a
se grupa în șiruri lineare de 4-50 de elemente formând polisomi (poliribosomi sau ergosomi).
Mãrimea acestora este determinatã de lungimea moleculelor de ARNm.
 Poliribosomii se deplaseazã de-a lungul moleculei de ARNm, permițâmd ca lanțil
polipeptidic sã creascã progresiv în lungime, pe mãsurã ce ribosomii se deplaseazã spre
extremitatea terminalã a secvenței de baze traduse, fapt care conferã o eficiențã mult mai mare
procesului de biosintezã a proteinelor.

27 4. METABOLISMUL MICROORGANISMELOR

 Metabolismul microorganismelor reprezintã totalitatea reacțiilor biochimice
implicate în activitatea lor biologicã, prin intermediul cãrora energia și elementele biogene
sunt preluate din mediu și utilizate pentru biosintezã, degradare și creștere, ca și pentru
activitãți fiziologice secundare (mobilitate, luminescențã etc.). Ca urmare a acestor reacții
substanțele din mediu sunt transformate în constituenți celulari, energie și produși de
metabolism.
 Diferitele reacții ale metabolismului îndeplinesc patru funcții esențiale pentru viața
celulei:
 eliberarea de energie și stocarea ei sub formã de ATP și alți compuși
macroergici.
 producerea subunitãților folosite pentru construcția constituenților celulari,
pornind de la substanțele nutritive.
 activarea subunitãților de construcție monomere, pe seama energiei de legãturã
din compușii macroergici și formarea constituenților celulari macromoleculari,
prin asamblarea monomerilor.
 formarea și degradarea biomoleculelor necesare anumitor funcții specializate
ale celulei.
 Aceste funcții sunt realizate printr-o rețea complexã și variatã de cãi metabolice, care
funcționeazã perfect coordonat datoritã intervenției unor reacții speciale („pace marker
reactions”, Krebs și Kornberg, 1957).
 Cãile metabolice sunt secvențe de reacții chimice, catalizate enzimatic, care permit
organismelor vii sã obținã din nutrienți, atât compușii necesari pentru sinteza constituenților
celulari, cât și energia necesarã pentru aceste sinteze, ca și pentru alte procese care necesitã
consum de energie.
Au fost descrise patru tipuri de cãi metabolice:
 cãile catabolice;
 cãile anabolice;
 cãile amfibolice;
 cãile anaplerotice.

4.1. Cãile catabolice

 Procesele biochimice implicate în degradarea diferiților compuși nutritivi din mediu
și eliberarea de energie în celulã sunt reunite sub denumirea de catabolism, iar reacțiile
enzimatice implicate în degradare sunt numite reacții catabolice.
 Ca regulã generalã procesele de catabolism evolueazã în trei faze succesive
(Kornberg, 1965):
Faza I corespunde degradãrii macromoleculelor la unitãțile mici constitutive.
 Ex.: proteinele sunt degradate la aminoacizi, glucidele la hexoze, lipidele
la glicerol și acizi grași.
Se elibereazã ~1% din energia totalã a macromoleculelor, care se pierde sub formã de
cãldurã.
Faza II corespunde etapei în care diferitele micromolecule rezultate în faza precedentã
sunt degradate incomplet, eliberând ~1/3 din energia totalã cu producerea – în afarã de CO2 și
H2O – a unui numãr relativ mic de produși diferiți, numiți intermediari metabolici ai cãilor
metabolice centrale.

28  Ex.: hexozele pot fi metabolizate pe cãi diferite (calea glicolizei, calea
Entner-Doudoroff sau cale hexozomonofosfatului), dar produșii obținuți
final nu sunt foarte diferiți, reprezentând, cu excepția CO2, intermediari
ai cãilor metabolice centrale sau precursori ai lor.
 Aminoacizii pot fi utilizați pe cãi diferite, dar catabolismul lor duce la
formarea de acetil-CoA sau intermediari ai ciclului acizilor tricarboxilici
(ciclul Krebs).
Caracteristica esențialã a acestei faze decurge din faptul cã deși existã o mare varietate
de cãi catabolice, acestea conduc transformarea surselor primare de carbon la un numãr redus
(~12) de intermediari ai cãilor metabolice centrale.
Faza a III-a are o evoluție diferitã în funcție de natura microorganismului studiat.
În cazul microorganismelor aerobe, care pot metaboliza substraturile nutritive integral
(pânã la CO2 și H2O), calea majorã de desfãșurare a acestei faze și eliberare de energie este
cea a ciclului acizilor tricarboxilici (ciclul Krebs), cuplat cu fosforilarea oxidativã.
Microorganismele care nu pot efectua conversia completã a surselor de C la CO2 și
H2O realizeazã aceastã fazã prin reacții de fermentație (alcoolicã, lacticã, butiricã, propionicã,
acetonobutilicã etc.), în care produșii cãilor catabolice servesc – direct sau indirect – ca
donori, respectiv acceptori de H, în secvențe de reacții de oxidoreducere cuplate. În aceste
cazuri, cantitatea de energie utilã pentru celulã este mult mai scãzutã, în raport cu cea
eliberatã în cursul respirației aerobe, prin mecanismul fosforilãrii oxidative (Kornberg, 1965).

4.2. Cãile anabolice

 Procesele de asimilare, corespunzând anabolismului, se realizeazã prin secvențe de
reacții enzimatice, care asigurã folosirea intermediarilor cãilor centrale ale metabolismului
pentru sinteza blocurilor de construcție, componente ale macromoleculelor. Cãile anabolice
au ca punct de plecare, de multe ori, intermediari ai cãilor centrale, foarte diferiți de cei care
rezultã din catabolismul compusului respectiv.
 Cãile catabolice și anabolice pentru douã substraturi chimice date nu sunt complet
reversibile și sunt numai parțial comune. Spre exemplu, degradarea glicogenului la acid lactic
este catalizatã de 12 enzime, dintre care numai 9 catalizeazã reacții reversibile; pentru
celelalte trei cãi, din considerente energetice, se folosesc cãi ocolite, care implicã enzime
diferite și intermediari diferiți.
 Ca și procesele de catabolism, reacțiile de biosintezã, corespunzând reacțiilor
anabolice, se realizeazã tot în trei faze succesive, prin utilizarea micromoleculelor precursoare
produse în faza a III-a a catabolismului și conversia lor la molecule mai mari – blocuri de
construcție (faza a II-a), care în final sunt asamblate în macromolecule de proteine, glucide și
lipide.
 Spre deosebire de cãile catabolice, ale cãror începuturi sunt multiple, dar definite ca
punct de plecare (pornind de la mai multe proteine, glucide și lipide diferite), pentru ca sã
evolueze convergent spre anumite cãi finale comune, cãile anabolismului au ca punct de
plecare un numãr foarte limitat de molecule precursoare simple, de la care evolueazã
divergent și ramificat pentru a realiza gama largã de molecule ce caracterizeazã celulele vii.

4.3. Cãile amfibolice

 Denumirea genericã de cãi amfibolice (gr. amfi = douã) pentru a desemna cãile
metabolice centrale, care îndeplinesc, în același timp, funcția de eliberare de energie și de
furnizare a unor precursori pentru biosinteze, a fost propusã de Davis, în 1961.

29  Cãile catabolice și cele anabolice funcționeazã simultan în celule, sub forma unor
secvențe de reacții catalizate de enzime și însoțite, la fiecare treaptã, de o modificare
caracteristicã, energeticã. În felul acesta, de exemplu, între catabolismul unui substrat organic
și procesele de biosintezã se stabilesc, la modul general, douã legãturi biochimice distincte:
1. În anumite trepte specifice ale cãilor catabolice se elibereazã o parte din energia
chimicã a metaboliților pentru a fi conservatã sub formã de ATP, în timp ce în anumite
trepte ale anabolismului, energia din ATP este utilizatã pentru biosinteze.
2. Produșii cãilor de catabolism funcționeazã nu numai ca intermediari în eliberarea
treptatã de energie, ci sunt punctul de plecare al unor reacții de biosintezã în care
reprezintã precursori ai componenților celulari. În felul acesta, calea de catabolism al
unui substrat organic funcționeazã, cel puțin parțial, ca o cale de inițiere a unor reacții
de biosintezã.
 Ciclul Krebs, spere exemplu, reprezintã nu numai o cale de oxidare totalã a acetil
CoA, ci, în același timp, și o sursã importantã de intermediari (á-cetoglutarat, oxalilacetat,
succinat) pentru cãile de biosintezã. Datoritã acestui fapt, el nu funcționeazã, niciodatã, în
ciclu închis, deoarece anumiți intermediari trec direct în cãile de biosintezã.

4.4. Cãile anapleurotice

 Deoarece intermediarii cãilor centrale amfibolice sunt în permanențã îndepãrtați, pe
de o parte, în cursul fazei a III-a a catabolismului, cu eliberare de energie, și, pe de altã parte,
prin utilizarea lor în diferite biosinteze, funcționarea multor cicluri este condiționatã de
asigurarea unei reaprovizionãri permanente cu intermediarii utilizați, încetul cu încetul, pe
parcursul desfãșurãrii lor. Aceastã funcție este asiguratã de o serie de cãi metabolice auxiliare
– cãile anapleurotice – diferite de cele ale catabolismului, reprezentate de una sau mai multe
etape catalizate enzimatic, care asigurã completarea acestui deficit prin introducerea unor
metaboliți în anumite cicluri metabolice esențiale.
 Funcționarea și interacțiunile celor patru tipuri de cãi metabolice au loc în mod
perfect coordonat, datoritã mecanismelor complexe care asigurã reglarea activitãții lor, și
adaptat la nevoile microorganismelor, determinate, în mare mãsurã, de compoziția mediului
în care trãiesc.
 Evoluția cãilor metabolice sub forma unor reacții secvențiale multiple conferã
metabolismului o mai mare flexibilitate și diversitate, asigurând, în același timp, eliberarea
treptatã a energiei și efectuarea interconexiunilor cu alte reacții ale metabolismului și în
special cu cele de biosintezã.

4.5. Particularitãțile generale ale metabolismului microorganismelor

 Natura și diversitatea nutrienților folosiți. Considerate în ansamblu,
microorganismele sunt organismele cele mai tipic omnivore dintre toate cele cunoscute,
deoarece își pot realiza metabolismul folosind foarte numeroase și diferite surse de substanțe
nutritive, de la N molecular, CO2, So pânã la substanțele organice complexe. Teoretic, aproape
orice substanțã din mediu, organicã sau anorganicã, din care se poate obține energie, este
accesibilã metabolismului bacterian.
În lumea bacteriilor existã însã și mari diferențe individuale sub raportul potențialului
biochimic în sensul cã, unele specii, ca de exemplu cele din genul Pseudomonas pot utiliza ca
sursã de C și energie 70-200 de substanțe chimice diferite, în timp ce altele sunt foarte
„specializate”, utilizând un numãr foarte limitat de nutrienți. Astfel, bacteriile metilotrofe
utilizeazã numai metanul și metanolul, bacteriile celulozolitice, numai celuloza, Nitrosomonas
numai NH3 și O2, iar Bacillus fastidiosus numai acidul uric și compușii purinici înrudiți.

30 Bacteriile sulfatreducãtoare (Desulfovibrio desulfuricans) nu utilizeazã ca sursã de C decât un
numãr limitat de compuși organici (lactat, piruvat și acizi dicarboxilici cu C4) și spre
deosebire de majoritatea bacteriilor, nu metabolizeazã nici un glucid și nici un aminoacid, cu
excepția cisteinei.
Diferitele grupuri sistematice de bacterii se caracterizeazã deci prin anumite
particularitãți metabolice, în așa fel încât, în afara unor substanțe folosite de toate
microorganismele (apã, CO2, sãruri minerale etc.), unele specii sau grupuri fiziologice de
specii au nevoie și de anumite substanțe nutritive specifice, indispensabile pentru realizarea
metabolismului celular.
 „Plasticitatea” metabolismului microorganismelor este o altã particularitate,
decurgând din capacitatea acestora de a se adapta la tipul și cantitatea de nutrienți diferiți,
prezenți în mediu. E. coli, de exemplu, utilizeazã nu numai glucoza și NH3 ca sursã de C și N,
ci și o gamã largã de nutrienți, incluzând diferite alte glucide, glicerol, etanol, acetat etc.,
respectiv purine, pirimidine, aminoacizi, datoritã echipamentului enzimatic complex, care
asigurã conversia tuturor acestor substanțe în compuși care pot intra în cãile metabolice
centrale.
 Diversitatea mecanismelor enzimatice și a produșilor. Microorganismele pot
utiliza același substrat nutritiv pe mai multe cãi distincte sau parțial intricate, fiecare dintre ele
putând sã ducã, în funcție de natura microorganismului, la formarea de produși diferiți.
Diferitele cãi metabolice pot coexista în același microorganism și se pot substitui una
celeilalte, în funcție de condițiile fiziologice și/sau de mediu.
 Intensitatea metabolismului bacterian. Una din caracteristicile distinctive ale
activitãților metabolice microbiene este intensitatea lor excepționalã comparativ cu aceea a
activitãților omologe ale organismelor superioare. Astfel, activitatea respiratorie a unui gram
(raportat la greutatea uscatã) de bacterii aerobe este de câteva sute de ori mai intensã decât
aceea a omului, iar potențialul metabolic al microorganismelor din 25 cm superficiali ai
solului, pe o suprafațã de un hectar, este echivalent cu cel la câtorva zeci de mii de oameni.
Un gram de bacterii lactice hidrolizeazã circa 178-14 890 g lactozã pe orã. Pentru a atinge un
asemenea nivel de activitate metabolicã organismul uman ar avea nevoie de mai multe mii de
tone de alimente pe orã.
O celulã de E. coli, care se divide la un interval de o orã, sintetizeazã pe secundã 4 000
de molecule de lipide, aproximativ 1 000 tipuri de proteine (fiecare având 300 de aminoacizi)
și 4 molecule de ARN (Nester, 1973).

31 5. NUTRIȚIA MICROORGANISMELOR

 Microorganismele, ca toate organismele vii, au nevoie pentru creștere și multiplicare,
ca și pentru toate celelalte manifestãri ale activitãții lor biologice, de prezența în mediul
înconjurãtor a unor substanțe nutritive, care sã conținã, pe de o parte, elementele chimice
necesare pentru sinteza constituenților celulari, pentru activitatea enzimelor și sistemelor de
transport, iar, pe de altã parte, sã le furnizeze substanțele necesare pentru producerea de
energie biologic utilã.
 Din cauza caracterului foarte heterogen al mediilor naturale și dificultãților de a pune
la punct tehnici de identificare și dozare a diferitelor substanțe prezente în jurul celulelor
bacteriene se cunosc foarte puține date referitoare la procesele lor de nutriție în naturã.
 Mediile de culturã utilizate în practicã conțin, într-o formã adecvatã tipului de
nutriție al fiecãrui microorganism, nutrienții esențiali pentru sinteza de material celular și
pentru producerea de energie in vitro, care condiționeazã procesul de creștere și multiplicare.
Ele includ în mod obligatoriu, pe lângã o serie de ioni anorganici, diferiți compuși ai C, H, O,
N, P, S etc.

5.1. Bioelementele

 Microorganismele au nevoie pentru creștere de aceleași bioelemente întâlnite în
structura oricãrui sistem biologic.
 Bioelementele majore (macroelementele) și anume C, O, H, S, P, K, Mg, Ca și Fe,
sunt necesare în concentrații relativ mari (> 10-4 M).
Dintre acestea C, O, H, N, S și P formeazã ~95% din greutatea celularã uscatã a
bacteriilor și reprezintã, ca atare, constituenții majori ai biomasei celulare a
microorganismelor.
Macroelementele îndeplinesc funcții cu semnificație esențialã în metabolism și, în
general, în viața microorganismelor.
Astfel, sulful este necesar pentru sinteza unor aminoacizi (cisteinã și metioninã) și a
unui numãr de coenzime; fosforul intrã în structura acizilor nucleici, a fosfolipidelor, a
acizilor teichoici, precum și în structura unor nucleotide ca ATP, GTP, NAD+ și FAD.
K, Mg, Ca, și Fe sunt ioni metalici necesari pentru activitatea enzimelor sau intrã, ca
elemente, în compoziția complexelor metalice. Spre exemplu, fosfolipidele peretelui celular
bacterian sunt chelate cu ioni de magneziu. Calciul intrã în structura unor coenzime; ionii
feros și feric fac parte din structura unor purtãtori redox, cum sunt citocromii și proteinele
FeS.
 Bioelementele minore (microelementele sau micronutrienții, „trace elements”)
Zn, Mn, Na, Cl, Mo, Se, Co, Cu, W, și Ni sunt necesare în cantitãți foarte mici, unele (Zn și
Mn) ca elemente esențiale pentru toate microorganismele, în timp ce altele (Se, Mo, Co, Cu,
și W) numai pentru unele activitãți metabolice speciale:
 zincul este necesar pentru cã ADN-polimerazele și ARN-polimerazele sunt
metaloproteide cu zinc;
 molibdenul intrã în constituția nitrogenazei, enzimã esențialã pentru procesul de
fixare biologicã a azotului;
 cobaltul participã la efectuarea reacțiilor metabolice dependente de vitamina B12;
 cuprul intrã în structura unor enzime care transferã electroni de la nivelul unui
substrat la oxigen.
Nevoia de ioni minerali variazã cantitativ și calitativ de la un microorganism la altul, în
primul rând, datoritã diferențelor de constituție enzimaticã și de eficacitatea mecanismelor de
concentrare activã a lor din mediu.

32
5.2. Sursa de carbon

 În funcție de natura sursei de carbon folositã pentru creștere și multiplicare,
microorganismele formeazã douã mari grupuri:
 microorganismele autotrofe, care folosesc CO2 ca unicã sau ca principalã
sursã de C celular;
 microorganismele heterotrofe sau organotrofe, la care substanțele organice
servesc, în același timp, ca sursã de C pentru biosinteze și producere de
energie.
 Marea varietate a tipurilor nutriționale întâlnite la microorganisme nu poate fi însã
exprimatã numai în funcție de sursei de C.
 Se iau în considerare criterii suplimentare ca:
 natura sursei de energie;
 natura substanțelor folosite ca donatori de hidrogen (sau de electroni).
 În cazul microorganismelor care folosesc diferite substanțe organice, rolul de sursã
de energie este asigurat prin faptul cã oxidarea sau dezasimilarea lor se face cu eliberare de
energie utilã pentru celulã și eliberarea unei mari varietãți de produși de metabolism, de
exemplu CO2 (produsul major al metabolismului respirator) sau ca un amestec de CO2 și
compuși organici (în cazul metabolismului fermentativ). În același timp, compușii organici
utilizați ca nutrienți sunt folosiți ca punct de plecare pentru sinteza celor câteva mii de
substanțe organice constitutive, care sunt încorporate prin reacții consumatoare de energie în
structura celulelor.
 Existã mari diferențe în ceea ce privește natura și numãrul compușilor care pot fi
folosiți ca sursã de C.
Nutriția heterotrofã poate fi:
 simplã, ca la E. coli, care poate fi cultivatã pe medii de culturã ce conțin numai
glucozã și sãruri minerale;
 complexã, ca la Lactobacillus sp., care are nevoie de o serie de compuși
organici, inclusiv vitamine.
Heterotrofia implicã incapacitatea de sintezã a unor metaboliți esențiali și necesitatea de
a-i gãsi ca substanțe preformate în mediu, spre deosebire de autotrofe, care sunt capabile sã
sintetizeze constituenți organici, pornind de la compuși anorganici simpli.
 Unele microorganisme heterotrofe au nevoi foarte specifice și nu se pot dezvolta
decât în prezența unui singur compus organic:
 Bacillus fastidiosus utilizeazã numai acidul uric;
 microorganismele celulozolitice utilizeazã numai celuloza;
 bacteriile metilotrofe folosesc numai metanul, metanolul și dimetileterii.
 Alte microorganisme, ca, de exemplu, bacteriile din genul Pseudomonas, folosesc o
gamã foarte largã, de peste 100 de compuși organici cu C, pe care nu sunt capabile sã îi
sintetizeze (carbohidrați, polialcooli, acizi grași, acizi aminați, hidrocarburi, acizi aromatici etc.).
 Este probabil cã toate microorganismele heterotrofe au nevoie și de CO2 în cantitãți
foarte mici pentru diferite reacții biosintetice. Dovada o constituie faptul cã îndepãrtarea
completã a CO2 împiedicã sau inhibã creșterea microorganismelor respective în medii
organice.
 Cel mai adesea, nevoile de CO2 sunt acoperite de însuși metabolismul normal al
substanțelor organice, care produce cantitãți importante de CO2. Existã și excepții,
reprezentate de unele bacterii și fungi microscopici a cãror dezvoltare heterotrofã este
condiționatã de prezența unei atmosfere bogate în CO2 (5-10%).

33 5.3. Sursa de azot

 Azotul este necesar în cantitãți mari deoarece reprezintã ~10% din greutatea uscatã a
celulei bacteriene, în care este încorporat în general, sub formã redusã, ca grupãri –NH2.
Azotul este prezent în mod natural ca N2 sau în diferite combinații ca NH3, nitrat, nitrit sau
compuși organici. Sursa preferatã de N pare sã fie NH3, care este utilizat practic de toate
microorganismele.
 În cazul microorganismelor fixatoare de N2, acesta este redus inițial la NH3, înainte
de a fi încorporat în compuși organici. Î mod similar, microorganismele care folosesc nitrații
sau cele care utilizeazã N organic îi convertesc inițial la NH3, formã accesibilã pentru
biosinteze.

5.4. Factorii de creștere

 În anul 1901, Wildiers a observat cã levurile nu se pot dezvolta pe medii de culturã
sintetice, formate exclusiv din substanțe minerale ca surse de N și C, decât dacã li se adaugã
culturi vechi sau omorâte de levuri sau extracte de levuri, cultivate pe medii complexe sau pe
diverse produse de origine biologicã. Mediul sintetic nu satisface deci nevoile metabolice ale
levurii. Adãugarea de levuri omorâte îl îmbogãțesc cu un factor care stimuleazã creșterea.
Substanțele nedefinite prezente în aceste preparate au fost numite „factorul bios”.
 S-a demonstrat cã factorul bios este un amestec de vitamine, și aminoacizi ca:
mezoinozitol, acid pantotenic, piridoxinã, acid nicotinic, biotinã, aneurinã, â-alaninã, L-leucinã etc.
Cercetãrile au demonstrat cã unele microorganisme au nevoie nu numai de surse de
energie, de C și de N, ci și de anumite substanțe organice oligodinamice, esențiale pentru
metabolismul lor, numite factori de creștere.
 Factorii de creștere ai unui microorganism sunt acele substanțe pe care
microorganismul dat este incapabil sã la sintetizeze în cursul metabolismului sãu și în absența
cãrora multiplicarea lui este imposibilã (Lwoff, 1943).
 La unele microorganisme factorii de creștere sunt de origine endogenã, fiind
elaborați prin biosintezã în cursul metabolismului celular, astfel cã prezența lor ca substanțe
preformate în mediu nu este necesarã. În schimb, microorganismele care nu au capacitatea de
a sintetiza unul sau mai mulți dintre acești metaboliți esențiali nu pot trãi decât dacã mediul
lor este suplimentat cu factorul sau factorii de creștere pentru a cãror sintezã facultãțile lor
metabolice sunt deficitare.
 În funcție de natura lor chimicã, factorii de creștere pot fi grupați în trei categorii:
 aminoacizi necesari pentru sinteza proteinelor;
 purine și pirimidine utilizate pentru sinteza ARN, ADN și a unor coenzime;
 vitamine care funcționeazã ca grupãri prostetice ale unor enzime, ale unor
proteine-purtãtor sau cu funcție de coenzime.
 În raport cu celelalte categorii de nutrienți, care folosesc pentru formarea
constituenților celulari, factorii de creștere sunt necesari în cantitãți mici, deoarece cei mai
mulți îndeplinesc funcții specifice în biosinteze.

5.5. Oxigenul

 Oxigenul este furnizat microorganismelor, în primul rând, de diferiți nutrienți și de
apa din constituția mediilor de culturã. Din cauza solubilitãții sale scãzute, oxigenul aflat în
soluție este utilizat foarte repede de bacteriile aerobe, chiar în cazul unor populații puțin
numeroase. De aceea, frecvent, densitatea atinsã de o culturã este adesea limitatã de rata de
difuzie a O2 prin interfața aer-apã, chiar când culturile sunt bine aerate.

34  În culturile aerate prin simpla rotație a flacoanelor creșterea unor bacterii aerobe este
adesea limitatã la ~1-2 mg greutate uscatã/ml.
 Creșterea mai abundentã necesitã tehnici speciale, care mãresc aria interfeței lichid-
aer, ca, de exemplu, barbotarea rapidã cu aer printr-un filtru poros, sau prin recircularea culturii.
 Pentru necesitãți de ordin practic, pe baza efectului pe care oxigenul îl exercitã
asupra creșterii și metabolismului, microorganismele pot fi grupate în patru categorii:
1. Microorganismele strict sau obligatoriu aerobe (de exemplu, Bacillus anthracis, B.
subtilis, Mycobacterium tuberculosis), care au nevoie absolutã de prezența oxigenului
molecular și sunt incapabile sã trãiascã în anaerobiozã.
2. Microorganismele strict sau obligatoriu anaerobe (de exemplu, Clostridium tetani, C.
botulinum, Welchia perfringens etc.), care nu se pot dezvolta în prezența oxigenului molecular
și, ca urmare, pot fi cultivate numai în medii sãrãcite în O2, deoarece chiar la presiuni joase,
de ordinul a 10-5 atm, pot avea efect inhibitor.
În practicã, se folosesc înglobãri în medii ale unor substanțe care favorizeazã creșterea
bacteriilor anaerobe, de exemplu tioglicolatul de sodiu 0,1%, care reduce O2 din mediu.
Alte procedee: adãugarea unui strat de ulei de parafinã; utilizarea de agar semisolid (0,2-
0,3%), pentru a diminua difuzia O2; cultivarea în recipiente (anaerostate) din care oxigenul a
fost îndepãrtat sau înlocuit cu un amestec controlat de alte gaze.
3. Microorganismele microaerofile (de exemplu, Spirochaetales, Thiobacteriales etc.)
cresc cel mai bine la presiuni de oxigen mai mici (~0,2 atm) decât în aerul atmosferic.
Aceastã particularitate reflectã prezența unor enzime care sunt inactivate în condiții de
oxidare puternicã și pot fi menținute în stare funcționalã numai la presiuni joase de O2.
4. Microorganismele anaerobe, facultativ aerobe (E. coli, Staphylococcus, Streptococcus
etc.) au capacitatea de a se dezvolta deopotrivã în prezența sau în absența O2. unele dintre ele
(de exemplu bacteriile lactice) desfãșoarã în esențã un metabolism de tip fermentativ, chiar în
prezența aerului, fãrã a fi sensibile la O2. Altele, cum sunt levurile, E. coli și
Enterobacteriaceae-le, în general, sunt capabile sã-și orienteze metabolismul spre respirație
sau spre fermentație, în funcție de condițiile de mediu, respectiv de disponibilitãțile de O2.
În esențã nevoia de O2 reflectã mecanismul molecular prin care microorganismele își
satisfac nevoile energetice.

35 6. AUTOTROFIA

 În concepția clasicã, autotrofia reprezintã tipul de metabolism caracteristic
organismelor capabile sã creascã în absența oricãrui compus organic. Microorganismele
autotrofe utilizeazã CO2 ca sursã unicã sau majorã de carbon celular și N sub formã de NH3,
nitrat sau chiar N molecular, diferite sãruri minerale și apa, de la care își construiesc
numeroasele substanțe organice caracteristice organismelor vii. Microorganismele autotrofe
folosesc aceeași sursã de C, adicã CO2. Ele se deosebesc, în raport cu natura sursei de energie
care asigurã creșterea, putând fi diferențiate în:
o fotoautotrofe, care pot obține toatã energia necesarã pentru creștere de la luminã,
oxidând compuși anorganici compuși ai sulfului sau So;
o chimioautotrofe, care îi obțin energia necesarã din oxidarea unor compui anorganici
reduși ca NH3, nitriți, compuși ai S, Fe sau H2.
Sub raportul capacitãții lor de biosintezã, autotrofele pot fi considerate ca microorganisme
complete, deoarece posedã sistemele enzimatice cele mai complexe, care asigurã producerea
tuturor componenților celulari de la CO2, pe seama oxidãrii unor substanțe anorganice.
 Au fost descrise urmãtoarele categorii de microorganisme autotrofe:
 Microorganisme autotrofe obligate, care fixeazã CO2 ca principalã sursã de C, pe
calea Benson-Calvin (calea ribulozodifosfatului), utilizând o substanțã anorganicã redusã ca
sursã de energie, sau, dacã sunt fototrofe, ca donator de electroni.
Ele sunt de douã tipuri:
1. microorganisme chemolitotrofe obligate, obțin toatã energia necesarã pentru
creștere și pentru asimilarea C prin oxidarea specificã (în absența luminii) a unor
compuși anorganici ai S, ai ionilor NH4+, nitrit și fier feros sau a H molecular;
2. microorganisme fotolitotrofe obligate, utilizeazã energia luminoasã, asociatã
cu oxidarea compușilor reduși ai S sau H2.
 Microorganisme autotrofe facultative, care au o mult mai mare adaptabilitate
metabolicã, incluzând specii (Acidithiobacillus novelus, Hydrogenomonas etc.) ale cãror
particularitãți fiziologice merg de la capacitatea de a se dezvolta autotrof, pânã la cea de
creștere heterotrofã. Chemolitotrofele facultative pot crește fie autotrof (în medii cu sãruri
minerale, utilizând substanțe anorganice ca sursã de C și energie), fie heterotrof, folosind
substanțe organice.

Orientãri noi asupra conceptului de autotrofie
 Inițial definiția autotrofelor a fost legatã numai de metabolismul carbonului,
caracterizând organismele care folosesc energia obținutã prin oxidarea unor donatori
anorganici de electroni pentru a fixa CO2, ca primã și indispensabilã sursã de C.
 Schlägel (1975) a considerat cel dintâi definiția autotrofiei legatã de utilizarea CO2
ca sursã majorã obligatorie de C, ca depãșitã. Dupã Schlägel, definitoriu pentru autotrofe este
faptul cã un organism este capabil sã sintetizeze substanțele celulare de la CO2, ca sursã
principalã de C, deoarece faptul cã unele autotrofe sunt facultativ heterotrofe și pot crește
ocazional și pe substanțe organice este de importanțã minorã.
 Cum cele mai multe microorganisme autotrofe nu se încadreazã în conceptul riguros
clasic stabilit, s-a încercat sã se redefineascã conceptul de autotrofie. Aceste încercãri au ca
suport, printre altele, urmãtoarele argumente (Whittenbury și Kelly, 1977):
1. microorganismele autotrofe nu prezintã nici un mecanism comun de oxidare a
compușilor anorganici, ceea ce demonstreazã caracterul neuniform al grupului;
diferitele substraturi sunt oxidate de enzime diferite, pe cãi diferite;
2. cele mai multe bacterii autotrofe nu sunt inhibate de anumite substanțe
organice, sau nu sunt singurele organisme inhibate;

36 3. numeroase microorganisme, considerate convențional ca heterotrofe, oxideazã
anumite substanțe anorganice, ceea ce demonstreazã cã oxidarea compușilor
anorganici reduși nu este o proprietate limitatã la autotrofe și nici un caracter-
cheie obligatoriu pentru autotrofie;
4. existã bacterii care nu cresc în absența luminii sau a unor surse anorganice de
energie; nici una nu este însã autotrofã obligatã.
Aceste date demonstreazã cã principalele categorii de autotrofe descrise în literatura
de specialitate nu acoperã toate categoriile nutriționale care pot fi considerate ca autotrofe.
Rezultã cã este preferabil sã se menținã o separare netã între metabolismul energetic și
cel al carbonului, deoarece este evident cã producerea de energie de la un substrat anorganic
nu trebuie cuplatã obligatoriu cu autotrofia.
În felul acesta, existã posibilitatea clasificãrii fiziologice precise:
o în funcție de sursa de energie (litotrof sau organotrof);
o în funcție de tipul de nutriție cu C (autotrof sau heterotrof).
În timp ce termenul clasic de autotrof poate implica sau nu utilizarea unui donator
anorganic de electroni, termenul chemolitoautotrof este precis și înseamnã organism care
fixeazã CO2, utilizând energia eliberatã prin reacții chimice din oxidarea unor donatori
anorganici de electroni.
În acest context conceptul de autotrofie include:
1. organismele considerate ca autotrofe și în concepția clasicã, organisme care
asimileazã CO2 pe calea circuitului Calvin;
2. organismele care folosesc alți compuși de tip C1 și calea
ribulozomonofosfatului, calea serinei sau alte cãi specifice.

Cauzele autotrofiei obligate
Nu existã o explicație valabilã pentru toate cazurile de autotrofie. Mai mulți factori,
acționând separat sau în combinație, pot explica autotrofia unui organism sau a unui grup de
organisme:
1. Permeabilitatea limitatã fațã de nutrienții organici. S-a demonstrat cã bacteria
Acidithiobacillus thiooxidans, adaptatã sã trãiascã într-un mediu toxic, împiedicã pãtrunderea
compușilor organici nocivi în celulã prin proprietatea de permeabilitate selectivã. În schimb
A. denitrificans este permeabilã pentru anumite substanțe organice (glicerol), deși nu le
folosesc în metabolism;
2. Incapacitatea de a obține energie suficientã de la substratul heterotrof;
3. Prezența unei „leziuni metabolice”: adicã incapacitatea de a crește pe nutrienți organici
datoritã lipsei uneia sau mai multor enzime necesare pentru sinteza anumitor metaboliți esențiali;
4. Influența „patologic㔠a unor nutrienți organici exogeni: la A. neapolitanus
creșterea este inhibatã de mici cantitãți de fenilalaninã, metioninã și cisteinã;
5. Autoinhibarea și „antrenarea” autotrofelor: la creșterea heterotrofã a fost observat cã
anumiți nutrienți pot fi metabolizați dar nu permit creșterea; de exemplu aspartatul produce
compuși toxici când este prezent în culturile de A. thiooxidans, care cresc în medii cu S și CO2;
6. Dependența de un anumit produs esențial specific. Într-un mediu mineral aerob,
suplimentat cu un substrat organic, deci în condiții de heterotrofie, Nitrosomonas oxideazã
preferențial NH3 la nitrit, epuizând sursa de N necesarã pentru scopuri biosintetice.
Au mai fost luați în discuție și alți factori, cum ar fi: capacitatea limitatã de a sintetiza
compușii necesari pentru creștere din alte surse diferite de CO2; blocarea biochimicã a
creșterii în prezența unui exces de nutrienți organici; inhibarea creșterii de cãtre anumiți
produși ai metabolismului compușilor organici; dependența de un anumit intermediar
anorganic al procesului respirator în chemotrofie sau fototrofie, pentru anumite reacții
specifice în celulã.

37 6.1. Microorganismele chemolitoautotrofe

 Bacteriile chemolitoautotrofe au douã particularitãți de metabolism definitorii:
1. capacitatea de a obține energie (ATP) și putere reducãtoare din oxidarea unor
compuși anorganici (H2, CO, NH3, NO2-, Fe2+, So, S2O32- etc.);
2. capacitatea de a utiliza CO2 ca sursã unicã sau principalã de C, pe care îl reduc la
aldehidã 3-fosfoglicericã (fixarea reductivã a CO2) pentru a participa la metabolismul celular
(ciclul Calvin-Barsham).
 Unele sunt chemolitotrofe obligate (bacteriile care oxideazã NH3 și NH2-), altele sunt
facultative (hidrogenbacteriile) deoarece pot crește și chemoorganotrof utilizând carbonați sau
acizi organici.
 Capacitatea de a oxida compuși anorganici reduși nu este limitatã doar la
chemolitotrofe. Unele heterotrofe posedã enzimele necesare pentru oxidarea H2, dar nu se pot
dezvolta pe medii complet anorganice, datoritã incapacitãții de a utiliza CO2 ca unicã sursã de
C, din lipsa enzimelor ciclului Calvin.
De asemenea, unele bacterii heterotrofe pot oxida cu mai micã eficiențã compușii reduși
ai N (NH3, NH2-), ceea ce demonstreazã cã utilizarea acestora nu este o particularitate
exclusivã a chemolitotrofelor.
 În raport cu heterotrofele, microorganismele chemolitotrofe prezintã o serie de
dezavantaje legate de metabolismul energetic:
o deși realizeazã reacții de oxidare care asigurã o conversie energeticã globalã cu o
eficiențã considerabilã, ele cresc slab și produc mai puțin ATP, datoritã
randamentului energetic molar relativ scãzut al substanțelor pe care le folosesc;
o fixarea reductivã a CO2, principala sursã de C celular, necesitã putere reducãtoare
pentru a aduce C din CO2 la nivelul de oxidare caracteristic glucidelor;
Practic, chemolitotrofele (cu excepția celor care oxideazã hidrogenul) consumã 80% din
bugetul lor energetic total pentru conversia CO2 în constituenți celulari.

6.2. Mixotrofia

 Mixotrofia este capacitatea microorganismelor chemolitotrofe facultative de a combina
utilizarea surselor de energie și/sau de C autotrofe, cu folosirea substraturilor organice.
 Termenul de mixotrofie a fost introdus de Pfeffer (1897) pentru a descrie tipul de
metabolism în care compușii organici sunt fie necesari, fie stimulatori pentru creșterea anumitor
plante, iar Pringsheim (1967) l-a utilizat pentru a caracteriza bacteriile (de exemplu, Beggiatoa)
a cãror creștere autotrofã este mult stimulatã de prezența unor compuși organici specifici.
 În accepțiunea actualã, mixotrofia implicã producerea concomitentã de energie, prin
mecanisme alternative, chemolitotrofe și chemoorganotrofe sau utilizarea concomitentã de
mecanisme autotrofe și heterotrofe.
 Deși nutrienții mixotrofi nu au efect beneficial când sunt în exces, pot oferi un
avantaj deosebit în condiții de limitare nutriționalã.
 Întrucât în naturã condițiile mixotrofe se întâlnesc foarte frecvent, microorganismele
mixotrofe au un avantaj selectiv evident fațã de heterotrofe și autotrofe, a cãror creștere este
limitatã de cantitãțile insuficiente de substanțe organice, respectiv anorganice. Datoritã acestui
fapt, este probabil cã mixotrofia reprezintã modul de existențã principal al microorganismelor
chemolitotrofe facultative în naturã.
Exemplu: La Acidithiobacillus intermedius rata de creștere este mai mare în condiții
de mixotrofie (mediu cu tiosulfat și glucozã), decât în condiții autotrofe sau heterotrofe. La
A.novellus însã nutriția mixotrofã (mediu cu tiosulfat și glucozã) nu prezintã nici un avantaj,
ba chiar este stânjenitoare, dimiunuând rata de utilizare a glucozei, cât și rata de creștere.

38 6.3. Sintrofia

 Studiindu-se bacteria Haemophilus influenzae s-a pus în evidențã un fenomen general:
microorganismele capabile sã-și sintetizeze constituenții celulari de la compuși simpli din
mediu excretã adesea mici cantitãți de vitamine, aminoacizi sau alți factori de creștere, în afara
celulei lor, unde pot fi folosiți de alte organisme auxotrofe pentru substanțele respective.
 Acest fenomen permite dezvoltarea pe medii de culturã solide, în jurul coloniilor
„excretoare” de substanțe organice, a unor colonii „satelite” formate din microorganisme mai
pretențioase (auxotrofe), care gãsesc astfel substanțele esențiale pentru creștere.
Exemple: H. influenzae pe gelozã-sânge formeazã colonii mici, punctiforme și
translucide. În vecinãtatea coloniilor de Staphylococcus, care contamineazã în mod accidental
mediul de culturã, coloniile de H. influenzae devin mai mari, mai voluminoase, deoarece
stafilococul este capabil sã facã sinteza de NAD+ pe care în excretã în mediu, permițând
bacteriei H. influenzae sã se dezvolte mult mai abundent decât este posibil în prezența
cantitãților mici de NAD+ conținut în sânge.
Bacteriile metanogene nu pot utiliza glucoza ca sursã de C și energie, dar pot crește
ușor pe seama produșilor finali formați prin degradarea glucozei de cãtre bacteriile anaerobe,
capabile sã fermenteze acest compus.

6.4. Microorganismele oligotrofe

 Termenul de microorganism oligotrof (sau oligocarbofil) caracterizeazã acele
microorganisme a cãror supraviețuire și dezvoltare ca populații vegetative sunt favorizate de
prezența unor concentrații scãzute de substanțe organice în mediu. Încadrarea în aceastã
categorie se poate face pe baza capacitãții microorganismelor respective de a crește în mod
evident pe medii de culturã care conți numai 5-10 mg C/l.
 Microorganismele oligotrofe se deosebesc de microorganismele copitrofe, a cãror
creștere este dependentã de o aprovizionare abundentã cu nutrienți, în medie de o sutã de ori
mai mare decât în habitatele oligotrofe.
 Din cauza dificultãților de studiu, bacteriile oligotrofe sunt grupate provizoriu în
patru grupuri, pe baza relațiilor lor cu substanțele organice din mediu:
1. primul grup cuprinde organisme care se pot dezvolta la prima cultivare în apa
sterilizatã a bazinului din care provin, dar care nu se dezvoltã în recultivãrile ulterioare,
nici pe medii sãrace și nici pe medii standard bogate. Grupul este format din bacterii
cunoscute numai pe baza morfologiei lor, studiatã la microscopul electronic;
2. grupul al doilea este reprezentat de o mare varietate de microorganisme, care nu cresc
deloc sau cresc foarte încet dacã sunt trecute din apa de testat pe medii bogate, dar care
încep sã creascã bine pe medii bogate în nutrienți, dupã recultivarea pe apã sterilã sau
pe agar sãrac în nutrienți;
3. grupul al treilea include bacterii cu caractere morfologice și fiziologice particulare, care
cresc numai pe medii speciale, uneori fiind nevoie de tehnici particulare de izolare;
4. grupul al patrulea este format din bacterii insuficient studiate și care nu au fost încã
cultivate pe medii artificiale. Multe dintre ele sunt prostecate, ceea ce le oferã un
avantaj adaptativ, nu numai pentru fixare, ci și pentru transportul nutrienților în celulã.
Semnificația biologicã.
 Microorganismele oligotrofe acționeazã în naturã ca ultimi utilizatori ai substanțelor
organice care rãmân în urma activitãții mineralizatorilor copiotrofi. Inhibarea creșterii
bacteriilor oligotrofe în medii bogate în nutrienți pare sã fie datoratã efectului toxic al
produșilor de metabolism și, în special, peroxidului de hidrogen, care se acumuleazã în mediu
și determinã liza celulelor.

39 7. DIFUZIA ăI TRANSPORTUL SUBSTANȚELOR
PRIN MEMBRANELE CELULARE

 Creșterea și multiplicarea microorganismelor sunt condiționate de pãtrunderea
nutrienților esențiali prin învelișurile celulare și de eliminare a unor substanțe rezultate din
catabolism, împiedicând însã pierderea din celulã a substanțelor necesare. Toate
microorganismele au structuri-barierã și adevãrate porți moleculare care asigurã integritatea
lor și limiteazã intrarea și ieșirea anumitor compuși chimici. Datoritã acestor structuri, celula
bacterianã, spre exemplu, nu este niciodatã într-o stare de echilibru în raport cu mediul
înconjurãtor în ceea ce privește concentrația diferitelor substanțe de cele douã pãrți ale
membranelor celulare.
 Unele substanțe trec liber de cele douã pãrți ale membranei, dar cele mai multe nu
pot fi transportate numai sub impulsul gradientului de concentrație, în așa fel încât transportul
lor este condiționat de intervenția unor mecanisme speciale.
 În funcție de mecanismele fizicochimice care stau la baza lor, modalitãțile generale
de transport prin membranele biologice ale electroliților și neelectroliților sunt: difuzia pasivã,
difuzia facilitatã, translocația de grup, transportul activ și endocitoza (Zarnea, 1984).

Difuzia pasivã
 Se realizeazã ca urmare a unui gradient de concentrație, posibil când în exteriorul
celulei concentrația este superioarã celei din interiorul acesteia.
 Difuzia pasivã este procesul de trecere liberã a substanțelor solubile prin membrana
plasmaticã, fãrã a interacționa cu moleculele din structura acesteia și fãrã consum de energie.
Moleculele cu grad ridicat de solubilitate în lipidetraverseazã mai ușor regiunea hidrofobã a
membranei.
 Deorece concentrația celor mai mulți metaboliți este mai mare în interiorul decât în
afara celulei, difuzia pasivã este restrânsã, pe lângã apã, la un mic grup de substanțe (unele
gaze ca O2 și CO2, acizii grași și substanțele liosolubile, anumiți ioni).
 Difuzia pasivã se produce lent și nespecific și înceteazã când compusul respectiv
ajunge în aceeași concentrație atât în interiorul, cât și în afara celulei.

Difuzia facilitatã
 Se realizeazã ca urmare a prezenței în biomembrane a unor proteine receptoare
denumite permeaze, localizate la nivelul plasmalemei sau în spațiul periplasmic. Aceastã
difuzie este stereospecificã și se realizeazã fațã de un gradient de concentrație, iar celula nu
consumã energie pentru acest transfer.

Transportul activ
 Are urmãtoarele particularitãți: transportul în celulã este asigurat chiar în absența
gradientului de concentrație și se realizeazã cu consum de energie. Acest transport a fost
demonstrat în cazul drojdiilor care pot acumula intracelular o cantitate de glucide și de
aminoacizi mai mare decât cea existentã în mediul de culturã. Se admite cã o moleculã-
transportor, care consumã o cantitate de energie pentru a se activa și a produce o legãturã
instabilã cu molecula nutrientului printr-o reacție catalizatã enzimatic, transferã nutrientul și îl
elibereazã în interior. Transportorul se activeazã ca urmare a energiei eliberate prin
transformarea ATP.

Translocația de grup
 Este un transport activ întâlnit la drojdii și mucegaiuri, în care intervine un sistem
enzimatic complex de transferaze și transfosfataze, ce permit pãtrunderea glucidelor prin

40 membrane sub forma esterilor fosforici. Astfel, fosfoenol-piruvatul se poate combina cu
molecula de glucid din exteriorul celulei și se transformã în piruvat și esterul fosforic al
glucidului transportabil în interior.

 În cazul microorganismelor acvatice (protozoare), existã sistemul de endocitozã sau
pinocitozã prin care nutrientul din exterior este înglobat în interior, apãrând stadiul de
picãturã suspendatã și eliberarea în interiorul celulei.
 Numeroase microorganisme, mai ales bacteriile, pot folosi pentru transportul
intracelular așa-numitul „gradient protonic" rezultat în urma transportului de protoni și ioni,
care acționeazã permanent în celula vie ca o pompã electrochimicã.

Difuzie pasivã

Difuzie facilitatã

Transport activ

N-moleculã nutrient
E1,2,3 – enzime
T*- transportor activat

Endocitozã

41 8. METABOLISMUL GLUCIDELOR LA MICROORGANISME

 Numeroase microorganisme utilizeazã glucidele ca sursã de energie și de C celular
pe calea unor secvențe metabolice de catabolism și biosintezã, care uneori variazã de la o
specie la alta, astfel încât nu pot fi prezentate într-o schemã unitarã.
 Cea mai mare parte a rezervei de C din naturã se gãsește sub formã de poliglucide,
care în prealabil suferã un proces de degradare sub acțiunea exoenzimelor microbiene la
molecule mici, transportabile prin membranele celulare. Astfel, celuloza, care formeazã cea
mai abundentã rezervã de material organic din naturã, reînnoibilã anual prin fotosintezã, este
degradatã de bacterii, succesiv, la molecule oligoglucidice lungi, sub acțiunea unei
endoglucanaze extracelulare, la oligoglucide scurte, de cãtre endoglucanazele periplasmice, și
la celobiozã și glucozã, de cãtre â-glucozidazele periplasmice (Ramasamy și Verachtert,
1980).
 Sistemele enzimatice celulozolitice ale diferitelor microorganisme sunt diferite, fiind
formate din enzime extracelulare și intracelulare sau legate de suprafațã. În general,
degradarea celulozei are loc cel mai eficient prin contact direct între microorganisme și
substrat, deoarece prin acest mecanism se realizeazã o concentrație enzimaticã localã maximã
și o aranjare spațialã favorabilã (Hofstern, 1975; Tor-Magnus Enari, 1983).
 În mod similar, amidonul – poliglucid vegetal format prin asocierea a douã specii
macromoleculare distincte, amilopectina (component major formând ~ 80 %) și amiloza –
este degradat sub acțiunea á-amilazei (la Aspergillus niger, A. oryzae, B. subtilis, B.
stearothermophilus etc.) și de glucoamilaze, enzime exclusiv microbiene (prezente la
Aspergillus, Rhizopus, levuri și bacterii), la moleculele monomere componente de D-glucozã.

Utilizarea glucozei în metabolismul microorganismelor

 Forma principalã în care glucidele sunt utilizate în metabolismul microorganismelor
este reprezentatã de glucozã.
 Procesul a fost studiat în detaliu la E. coli, care în condiții aerobe utilizeazã ~ 50 %
din substrat, oxidându-l la CO2 (C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + H2O; ÄG0' = – 686 kcal) printr-o
serie de reacții din care rezultã suficient ATP pentru a asigura conversia restului de substrat (~
50 %) în material celular.
Au fost descrise patru cãi principale:
 Calea Embden-Meyerhof-Parnas;
 Calea hexozomonofosfatului;
 Calea Entner-Doudoroff;
 Calea fosfocetolazei.
Primele douã sunt funcționale deopotrivã în celulele animalelor superioare, ca și la
bacterii și fungi, în timp ce ultimele douã sunt folosite în exclusivitate de bacterii.
 Deși transformãrile chimice efectuate în reacțiile acestor cãi la diferite
microorganisme sunt aceleași, sistemele enzimatice efectoare active la un microorganism dat
sunt, adesea, întrucâtva diferite de cele care acționeazã la alte microorganisme.
 În toate aceste cãi, piruvatul ocupã poziția unui intermediar-cheie, deoarece este
situat la punctul de intersecție metabolicã de la care pornesc diferitele cãi terminale.

42 9. METABOLISMUL ENERGETIC AL MICROORGANISMELOR

Bioenergetica microbianã (metabolismul oxidativ energetic)

 Procurarea energiei este o proprietate vitalã a celulei microbiene, care se realizeazã
prin eliberarea energiei chimice a diferitelor alimente și formarea compușilor macroergici prin
procesul de fosforilare.
 În metabolismul energetic, prin procese de oxidare și oxidoreducere pe cale
enzimaticã, substratul nutritiv trece în substrat oxidat, cu eliberarea de energie potențialã (Q1).
Substratul oxidat rezultat, având energia potențialã diminuatã (Q2), suferã în continuare
transformãri pânã la produșii finali:

ATP PADP ATP PADPQ QOHCO oxidat Substrat nutritiv Substrat
i i2 122E E 2 1
     

 Substratul oxidat poate servi drept precursor sau, dacã nu este util celulei, se poate
elimina în mediu sub formã de catabolit. Cantitatea de energie obținutã prin catabolism poate
fi obținutã direct în biosintezã, iar energia excedentã este stocatã în compuși macroergici prin
procesul de fosforilare, denumit astfel deoarece componenta macroergicã, care stocheazã
energia rezultatã, conține grupãri fosfat. Se considerã compus macroergic un compus capabil
sã elibereze o cantitate de energie mai mare sau egalã cu 30 kj/mol.
 Principalii compuși macroergici sunt: ATP-ul, acetil fosfatul (Acetat~P), ADP-ul,
fosfoenolpiruvatul, compuși care pot disponibiliza cantitãți variabile de energie, prin ruperea
legãturii macroergice.
 Fosforilarea poate fi de trei tipuri:
 fotosinteticã, întâlnitã la bacteriile din diviziunea Photobacteria care folosesc
energia radiantã;
 oxidativã, când formarea compușilor macroeregi cu fosfor are loc prin
înmagazinarea energiei eliberate prin reacții de oxidare, în procesele de
respirație aerobã sau anaerobã;
 de substrat, în urma formãrii de compuși macroergici prin reacții de oxido-
reducere, prin care glucidele sunt transformate, prin procese de fermentație
anaerobã, în compuși intermediari, acceptorul de H sau electroni fiind un
compus organic.
 La fosforilarea oxidativã eliberarea energiei potențiale din diverse substraturi de
naturã organicã se realizeazã prin procese de oxidare, care se pot desfãșura astfel:
 reacții de oxidare prin pierdere de electroni, caz în care are loc un transfer de
electroni de la substanțe cu potențial de oxidoreducere negativ (maxim –0,41
pentru hidrogen), la substanțe cu potențial de oxidoreducere pozitiv (maxim
+0,82 pentru oxigen);
 reacții de oxidare prin transfer de hidrogen (electroni și protoni): acest tip de
oxidare este folosit de unele microorganisme anaerobe și aerobe și transferul
este realizat de enzime active la diferite valori ale potențialului de
oxidoreducere. Enzimele implicate în reacțiile de oxidoreducere sunt
dehidrogenazele aerobe (aldehid-dehidrogenaza) și anaerobe (alcool-
dehidrogenazele), care au drept coenzime NAD-ul sau NADP-ul și care preiau
atomii de hidrogen trecând din forma oxidatã (NAD+) în forma redusã (NADH
+ H+);

43  reacții de oxidare prin câștig de O2, când, în prezența enzimelor care
acționeazã la un potențial de oxidoreducere pozitiv, are loc transferul de H la
O2 provenit din aer și se formeazã apa; aceastã reacție de oxidare este
caracteristicã microbiotei aerobe.

 Respirația aerobã este un metabolism oxidativ dependent de oxigenul din aer,
iar produsele finale sunt CO2 și apa, întreaga energie a substratului oxidat eliberându-se prin
produsele finale ale respirației.
 Respirația aerobã este din punct de vedere energetic foarte avantajoasã pentru celula
microbianã; de aceea, atunci când se urmãrește obținerea de celule în cantitãți mari (drojdie
comprimatã) sau de substanțe intracelulare, cultivarea se face în condiții de aerare.
 Microorganismele aerobe dispun de o catenã respiratorie diversificatã, în
componența cãreia intrã dehidrogenaze, citocromi, citocrom-oxidaze, oxidaze.
 Numeroase bacterii pot oxida hidrogenul (Pseudomonas), amoniacul pânã la NO2
(Nitrosomonas), sulful și H2S pânã la sulfit (Acidithiobacillus thiooxidans), sau Fe2+ la Fe3+
(Acidithiobacillus ferrooxidans), reacții cu rol important în ciclul natural al elementelor.
 Respirația anaerobã este un metabolism oxidativ în care substratul este
transformat pânã la CO2, iar electronii sunt cedați prin oxidare unor compuși anorganici.
 Acest tip de respirație este întâlnit la bacteriile strict anaerobe.
Astfel, bacteriile denitrificatoare pot transforma NO3 la azot molecular, bacteriile
metanogene pot transforma dioxidul de carbon în metan, bacteriile acetogene ale genului
Clostridium pot transforma dioxidul de carbon în acid acetic.
Aceste bacterii obțin o cantitate micã de energie și pot crește în absența oxigenului
molecular, la un potențial de oxidoreducere de –0,2…-0,3 V. Ținând cont cã mediile care vin
în contact cu O2 au un potențial redox de +0,2…+0,4 la un pH= 7, pentru a asigura dezvoltarea
anaerobilor, în mediu se adaugã substanțe cu caracter reducãtor ca: tioglicolat de sodiu,
cistein-SH, sulfurã de sodiu. Substanțele reducãtoare mențin un potențial oxidoreducãtor
scãzut, care permite dezvoltarea anaerobilor în plãci, chiar când mediul vine în contact cu
aerul. Pentru cultivarea anaerobilor se pot folosi și vase speciale numite anaerostate, în care
O2 este legat chimic, sau cultura se menține în atmosferã de gaze inerte (CO2, N2).
 Metabolismul oxidativ anaerob poate fi întâlnit și la microorganisme facultativ
anaerobe. Aceste microorganisme au capacitatea de a crește aerob, utilizând oxigenul din aer
(respitație aerobã), sau anaerob, utilizând compuși organici ca acceptori finali ai electronilor
produși prin catabolism.
În condiții aerobe microorganismele facultativ anaerobe își adapteazã echipamentul
enzimatic pentru procese de oxidare pânã la produși finali, utilizând preferențial oxigenul,
când este disponibil, datoritã cantitãții mai mari de energie rezultatã prin respirație aerobã
(36 moli ATP/mol glucozã asimilatã, fațã de 2-3 moli ATP/mol glucozã fermentatã).

Celula microbianã prelucreazã nutrienții obținând energie și diferiți compuși, iar
produșii de catabolism sunt eliminați. În cursul acestor prelucrãri metabolice, în funcție de
faza de creștere a celulei, rezultã produși de metabolism, care pot fi împãrțiți astfel:
 produși primari, care se formeazã în faza de creștere exponențialã a celulelor
(trofofaza) și sunt produși esențiali pentru celulã;
 produși secundari, care sunt formați în faza de declin a crșterii celulelor (idiofazã) și
nu sunt esențiali celulei (toxine, alcaloizi).

44 Fermentații

Fermentații anaerobe
și produse de fermentație Microorganisme
selecționate Fermentații oxidative
și produse de fermentație Microorganisme
selecționate
Alcoolicã
(alcool etilic și CO2) Saccharomyces sp. Aceticã
(acid acetic, H2O) Acetobacter sp.
Lacticã
(acid lactic, diacetil) Lactobacillus sp.
Lactococcus sp. Gluconicã
(acid gluconic) Gluconobacter
Aspergillus niger
Propionicã
(acid propionic,
acid acetic, CO2) Propionibacterium Citricã
(acid citric) Aspergillus niger
Butiricã
(acid butiric, CO2, H2) Clostridium sp. Oxalicã, fumaricã Aspergillus sp.

Fermentații anaerobe

Fermentația alcoolicã
 Fermentația alcoolicã este un proces anaerob prin care glucidele fermentescibile
sunt metabolizate prin reacții de oxidoreducere, sub acțiunea echipamentului enzimatic al
drojdiei, în produși principali (alcool etilic și CO2) și produși secundari (alcooli superiori,
acizi, aldehide ș,a.).
 Agenții tipici ai fermentației sunt drojdiile genului Saccharomyces care, prin
fermentarea glucidelor, pot sã producã mai mult de 8o alcool etilic.
 Fermentația alcoolicã este un proces întâlnit și la alte microorganisme: Bacillus
macerans, Clostridium acetonoetilicus, Zygomonas mobilis, dar acestea produc prin
fermentare cantitãți mai reduse de alcool etilic comparativ cu drojdiile și nu sunt considerate
agenți tipici.

Fermentația lacticã
 Fermentația lacticã este un proces anaerob prin care glucide le fermentescibile sunt
metabolizate sub acțiunea echipamentului enzimatic al microorganismelor în acid lactic ca produs
principal și produse secundare, cum ar fi: diacetil, acetonã, acid acetic, alcool etilic și CO2.
Bacteriile lactice homofermentative: Streptococcus lactis, Pediococcus acidilactici, Lactobacillus
bulgaricus, L.leichmanii, L. casei, L. acidophilus, L. jensenii fermenteazã glucoza la acid lactic, cu
producere numai de urme ale altor produși.
Bacteriile lactice heterofermentative: Leuconostoc mesenteroides, L. lacti, Lactobacillus fermenti,
Lactobacillus brevis produc fermentație mixtã în care numai 1/2 din glucozã este convertitã la acid
lactic, restul fiind utilizatã cu formare de alcool, formiat, acetat și CO2.

Procese metabolice aerobe (fermentații oxidative)

 Spre deosebire de fermentațiile propriu-zise anaerobe, fermentațiile aceticã,
gluconicã, citricã ș.a. sunt procese oxidative simple, care se desfãșoarã în condiții aerobe și se
diferențiazã de metabolismul oxidativ (respirație) prin aceea cã oxidarea este limitatã,
rezultând în condiții industriale acizi organici cu mare valoare economicã.

Fermentația aceticã
 Fermentația aceticã este un proces aerob prin care substratul (alcoolul etilic) este
oxidat în prezența oxigenului din aer, sub acțiunea echipamentului enzimatic al bacteriilor
actice, în acid acetic ca produs principal al fermentației.

45  Caracterele morfologice și fiziologice ale bacteriilor acetice. Bacteriile acetice sunt
bacterii strict aerobe, sub formã de bastonașe, gram-negative, grupate în perechi sau lanțuri,
cu dimensiuni variabile (0,5-0,8)x(80,9-4,2) ìm. Pot fi imobile sau mobile, cu cili polari sau
peritrichi. În mediu acid, în timp, pot apãrea forme de involuție, ramificate, care își pierd
capacitatea de reproducere.
 În medii lichide (staționar) se dezvoltã sub forma unui voat fragil care, cu creșterea
în dimensiuni, ascensioneazã pe pereții vasului (Acetobacter ascendens, A. aceti). Alte specii,
A.xylinum, A. xilinoides formeazã, în vin oțețit sau în oțet, un strat gelatinos de naturã â-glucanicã
(coloidal și fibros).
 Bacteriile acetice sunt mezofile (temperatura optimã 30 oC) și produc fermentația
aceticã într-un domeniu larg de temperaturi, 0…35 oC. Au o termorezistențã scãzutã în mediu
lichid cu pH acid, inactivitatea lor având loc la 60 oC într-un minut, în timp ce bacteriile
reținute pe suporturi solide (doage de lemn) sunt inactivate la temperaturi mai ridicate (100 oC).

Fermentația gluconicã
 Fermentația gluconicã este un proces oxidativ simplu prin care glucoza, în prezența
oxigenului din aer și a sistemului enzimatic al microorganismelor selecționate, este
transformatã în acid gluconic ca produs principal.
 Agenții tipici ai fermentației gluconice sunt bacteriile din genurile Gluconobacter
(Acetomonas) și Moraxella și mucegaiurile din genurile Aspergillus (A. niger, A. phoenicis,
A.Wentii) și Penicillium (P. chrysogenum, P. luteum).

Fermentația citricã
 Fermentația citricã este un proces oxidativ complex prin care substratul glucidic
(zaharoza) este metabolizat la compuși intermediari de oxidare, cu acumulare în mediu a
acidului citric ca produs principal.
 Agenți tipici ai fermentației citrice sunt tulpinile selecționate ale speciei Aspergillus
niger care produc activ citrat sintetazã. Acidul citric se poate obține cu un bun randament (52
g/dm3) și prin cultivarea tulpinilor de drojdii din specia Candida oleophilla pe medii cu
parafine.

Transformãri microbiene ale compușilor organici macromoleculari

 Se apreciazã cã prin fotosintezã, energia radiațiilor solare care cad anual pe pãmânt
(echivalențã cu 3×1024 J) este convertitã în energia chimicã a combinațiilor organice, cu
acumularea a 2×1011 tone C/an. Din aceastã biomasã vegetalã, cea mai mare parte o constituie
celuloza, substanțele pectice, amidonul și în cantitãți mai reduse, lipidele, acizii nucleici ș.a.
 În condiții naturale dupã moartea viețuitoarelor vegetale și animale, în diferitele
habitaturi (sol, apã) se produc degradãri microbiene specifice, cu formare de:
 produși intermediari (condiții de anaerobiozã);
 produși finali, ca CO2 și H2O (condiții de aerobiozã).
 În afarã de substraturile direct fermentescibile (glucozã, zaharozã, lactozã, acizi
organici) microorganismele pot acționa și asupra altor compuși organici, fie în condiții
dirijate, când se obțin produse cu valoare economicã, fie în condiții naturale, când au loc
procese complexe cu rol vital în circuitul natural al elementelor (C, N, O, S, P) și menținerea
vieții pe Pãmânt.

46 Descompunerea amidonului și a glicogenului
 Descompunerea acestor polioze au loc datoritã unor microorganisme ce produc
enzime extracelulare, care produc hidroliza acestor compuși macromoleculari la molecule
simple (glucozã, maltozã) transportabile prin membranã și folosite în nutriție.
 Dintre enzimele microbiene care hidrolizeazã amidonul fac parte: á-amilaza, â-
amilaza și glucoamilaza, enzime extracelulare elaborate de bacterii, mucegaiuri și drojdii.
 Bacteriile genului Bacillus (B.subtilis, B.subtilis var. amyloliquefaciens,
B.licheniformis, B.macerans, B.sthearothermophillus sunt producãtoare de â-amilazã, enzimã
zaharogenã care, prin hidroliza legãturilor á 1-4 glucozidice, elibereazã molecule de maltozã.
 Mucegaiurile Aspergillus, Mucor, Rhizopus produc mai ales á-amilazã și
glucoamilazã.
 Aspergillus niger și A. oryzae produc á-amilaze.
 Mucegaiurile A.awamori, A.usami, A.niger și Rhizopus delemar produc
glucoamilazã.
 Se cunosc peste 100 de specii de drojdii care produc á-amilazã și glucoamilazã,
dintre care mai importante sunt cele din genurile Saccharomycopsis (S.bispora, S.fibuligera),
Schwanniomyces, Trichosporon și Candida.
 Hidroliza enzimaticã a amidonului cu enzime vegetale (din malț) sau cu enzime
microbiene, cu formare de glucide fermentescibile, este folositã în biotehnologia spirtului, a
berii, a panificației sau pentru obținerea siropurilor dulci, a dextrinelor, a maltozei, a glucozei
cristalizate ș.a.

Descompunerea celulozei și hemicelulozei
 Celuloza este un poliglucid rãspândit în materiile prime de origine vegetalã
(aproximativ 1/3) și în structura pereților celulari ai fungilor. Celuloza ajunsã în sol și în ape
este transformatã în timp, sub acțiunea microorganismelor care produc enzime celulozolitice:
micromicete-agenți ai putrezirii, bacterii aerobe și anaerobe.
 Produșii intermedieari de hidrolizã sunt metabolizați în mod diferențiat, în funcție de
natura microorganismelor și de prezența/absența oxigenului din aer.
 Degradarea aerobã a celulozei se caracterizeazã prin formarea din celobiozã sau
glucozã, în prima etapã, a hidroxiacizilordin care, prin oxidare, se elibereazã CO2 și H2O.
Dintre bacteriile aerobe care asimileazã celuloza fac parte bacterii cu forme spiralate
aparținând genurilor: Cytofaga, Cellvibrio, Cellulomonas.
Importanțã industrialã o au bacteriile din genul Cellulomonas, care pot fi cultivate aerob pe
deșeuri vegetale, pe hârtie ș.a., iar biomasa rezultatã prin înmulțire este valoroasã prin
conținutul ridicat în proteine (46,2%).
 Dintre micromicete au activitate celulozoliticã superioarã specii ale genurilor:
Botryotinia, Fusarium, Mucor, Rhizopus, Trichoderma și Tricothecium.
 Tulpini selecționate de micromicete ale genurilor Trichoderma și Aspergillus sunt
bune producãtoare de celulaze și sunt folosite industrial ca surse de enzime.
 Degradarea anaerobã a celulozei are loc permanent în sedimente și în mâlul apelor,
la fermentarea compostului, în rumenul ierbivorelor, în profunzimea solului, în soluri
inundate, lacuri termale.
 În transformarea celulozei se pot distinge trei etape, în funcție de natura produselor
de fermentație.
 Dupã hidroliza celulozei la compuși simpli, sub acțiunea unei microbiote heterogene
alcãtuite din bacterii anaerobe și facultativ anaerobe din familiile Enterobacteriaceae,
Bacillaceae (genul Clostridium), se acumuleazã alcooli, acizi, CO2 și H2.
 Produsele rezultate în acest stadiu sunt folosite de bacteriile acetogene producãtoare
de acid acetic pe cale anaerobã, în a doua etapã.

47  În etapa a treia, denumitã metanogenã, sunt active bacteriile metanogene strict
anaerobe din genul Methanobacterium cu speciile M.ruminantium, M.formicicum, M.mobilis,
M.farkeri ș.a.
 Bacteriile anaerobe pot folosi acidul acetic ca sursã energeticã și produc metan. Se
apreciazã cã 73% din metan dezultã din acidul acetic format în faza acetogenã:

CH3-COOH   ikerbarcina Methanosar CH4 + CO2

Methanobacteriile pot forma metan prin reacția:
4CO + 2H2O   trophicum thermoauto cina Methanosar CH4 + 3CO2

 În afara acestor procese naturale, care explicã formarea zãcãmintelor de metan, în
ultimele decenii a luat amploare metanogeneza dirijatã în scopul obținerii de biogaz, prin
prelucrarea microbiologicã a dejecțiilor animale, când se realizeazã concomitent protecția
mediului și valorificarea energeticã a metanului și a hidrogenului.

48 9. DINAMICA MULTIPLICÃRII BACTERIILOR ÎN CULTURI

 În general microorganismele sunt cultivate pentru mai multe scopuri:
– izolarea și identificarea lor;
– menținerea în stare viabilã, în colecții, fãrã pierderea funcțiilor importante;
– studiul structurii și funcției lor;
– studierea rolului în naturã;
– obținerea de produși rezultați din biomasa celularã, biosintezã, fermentații, bioconversii etc.

 În prezent se cunosc puține date în legãturã cu dinamica multiplicãrii populațiilor
bacteriene în naturã. Procesul este însã destul de bine cunoscut raportat la multiplicarea în
condiții experimentale, de laborator, sau industriale.
 Existã douã tipuri principale de culturi bacteriene:
 culturi discontinue (în mediu de culturã nereînnoit), care se pot realiza în douã
variante
o asincrone;
o sincrone.
 culturi continue, în medii de culturã reînnoite continuu.

Culturi discontinue asincrone
 Aceste culturi corespund cultivãrii în „sisteme închise”, în care un anumit volum de
mediu corespunzãtor este „însãmânțat” cu bacteriile respective („batch-culture”, eng. batch =
șarjã, lot). În aceste condiții, creșterea este limitatã la un volum fix de mediu, care nu este
reînnoit și care de multe ori este modificat de acumularea produșilor de metabolism, putând
deveni la un moment dat necorespunzãtor pentru creștere. Acest mod de cultivare este folosit
frecvent în laborator, deși are o serie de dezavantaje de care trebuie ținut seama: numãrul
bacteriilor variazã continuu, ritmul de creștere este impus de compoziția chimicã a mediului
care variazã de la un moment la altul, vârsta bacteriilor individuale este variabilã, numãrul de
generații posibile este limitat.
 Prin inocularea de celule, aparținând unei culturi pure, într-un mediu nutritiv steril se
poate stabili dinamica de creștere prin studiul vitezei de acumulare a biomasei sau prin
creșterea numãrului de celule raportat la unitatea de volum a mediului. În timp ce la
mucegaiurile inferioare, la care prin creștere are loc prin diviziunea nucleilor și nu a celulei
coenocitice, creșterea se apreciazã prin determinarea masicã a biomasei formate, la alte
microorganisme, la care concomitent cu diviziunea nuclearã are loc și diviziunea celularã
(înmugurirea la drojdii, sciziune la bacterii, formare de pereți despãrțitori la mucegaiurile
superioare), creșterea se apreciazã fie prin acumularea de biomasã fie prin determinarea
numãrului de celule.
 Pentru a aprecia dinamica multiplicãrii, la intervale regulate se recolteazã probe mici
de culturã, care sunt analizate, iar valorile logaritmice ale numãrului de celule sunt înscrise pe
curbe ale cãror modificãri aratã tranziția de la o fazã de creștere la alta. În general, se folosesc
logaritmi în baza 2, deoarece fiecare unitate pe ordonatã reprezintã o dublare a populației
bacteriene respective. În aceste condiții procesul evolueazã în șase faze succesive, în funcție
de rata de creștere (notatã cu r sau ì): faza de lag, faza de accelerare, faza de creștere
exponențialã, faza de încetinire și faza de declin.
o Faza de lag (eng. to lag = a întârzia), numitã și de latențã, sau de creștere zero, (ì=0)
în care nu se constatã o creștere a numãrului de celule, numãrul celulelor din inocul rãmâne
neschimbat, sau chiar scade temporar. În aceastã fazã are loc o adaptare a celulelor la
condițiile de mediu, biosinteza de ADN/ARN și o activizare a sistemelor enzimatice și
elaborarea de enzime induse. În cazul drojdiilor, aceastã fazã poate dura 1-2 ore, duratã ce

49 depinde de compoziția mediului și de capacitatea de reglare a metabolismului propriu. Durata
fazei de lag poate fi redusã la limite imperceptibile în cazurile în care se folosește un
inoculum mare de culturã în fazã logaritmicã, iar transplantarea se face într-un mediu de
culturã bogat, identic cu cel în care au fost cultivate bacteriile din inoculum.
o Faza de inițiere a creșterii, sau faza de accelerare a ritmului de creștere (ì ∕ ), când
are loc o creștere în dimensiuni a celulelor prin mãrirea mai rapidã a volumului în raport cu
suprafața celularã, ceea ce favorizeazã declanșarea procesului de diviziune;
o Faza de creștere logaritmicã sau de multiplicare exponențialã, care reprezintã faza
în care creșterea masei de celule poate fi determinatã cantitativ prin dublarea numãrului de
celule în unitatea de timp (pentru drojdii și bacterii), sau ca dublare a biomasei / t pentru
microorganismele filamentoase (streptomicete și fungi). Prin exprimarea acestor valori pe o
scarã semilogaritmicã rezultã o dreaptã. Dacã unghiul pantei acestei drepte este mic aceasta se
datoreazã condițiilor de creștere, care nu sunt din cele mai favorabile. Deși celulele produc o
modificare a mediului de culturã prin asimilare de compuși nutritivi și eliberarea compușilor
de catabolism, în faza logaritmicã, rata de creștere rãmâne constantã.
Rata de creștere este independentã de concentrația în nutrienți atâta timp cât aceștia se
aflã în exces. Rata de creștere în biomasã X(g x dm-3) este corelatã cu rata specificã de
creștere ì, în timp ce rata de creștere a numãrului de celule este corelatã cu rata specificã de
creștere ì și densitatea celulelor N.
Rata specificã de creștere ì, este dependentã de trei parametri:
– concentrația substratului limitativ S;
– rata maximã de creștere ìm;
– constanta specificã dependentã de substrat Ks,
conform ecuației stabilitã de Jaques Monod:
ì = ìm S
Ks + S
Constanta Ks este concentrația substratului la care se obține ½ din rata specificã maximã
de creștere (ì = 0,5 ìm ) și este echivalentã cu constanta Michaelis în cinetica enzimaticã.
Dacã existã un exces al tuturor nutrienților, atunci ì = ìm și cultura se aflã deci în faza
logaritmicã la rata maximã de creștere.
Dacã unul dintre nutrienții preferați, de exemplu glucoza, s-a epuizat, în prezența altor
surse de carbon se observã așa-numitul fenomen de diauxie când se poate, dupã o nouã fazã
lag, sã aibã loc metabolizarea noului substrat și creșterea exponențialã a celulelor.
La sfârșitul fazei logaritmice se acumuleazã o cantitate maximã de biomasã, substratul
este rapid epuizat și cultura trece în faza staționarã de creștere. Rata specificã de creștere
maximã ìm, are o importanțã considerabilã în procesele industriale în care se urmãrește
obținerea de celule și este dependentã de natura microorganismului și de condițiile de
cultivare. De exemplu, pentru mucegaiuri, aceasta poate sã varieze între 0,090 și 0,61 h-1.
La cultivarea lui Aspergillus niger pe un mediu cu glucozã la 30oC s-au obținut o ratã
maximã de creștere ìm = 0,2 și un timp de dublare al biomasei de 3,46 h.
Bacteriile aflate în faza logaritmicã au o citoplasmã omogenã, nu conțin substanțe de
rezervã și au o mare afinitate pentru coloranții bazici, datoritã conținutului lor mare de ARN.
Mãrimea lor este constantã, depãșind însã dimensiunile caracteristice speciei.
o Faza de încetinire a creșterii corespunde perioadei în care, ca urmare a epuizãrii
treptate a nutrienților, reducerea concentrației în oxigen și acumularea de compuși de
catabolism ce pot avea efect inhibitor asupra celulelor, creșterea ia toate valorile intermediare
între creșterea cu o ratã maximã și 0.
o Faza staționarã de creștere, când se stabilește un echilibru între numãrul de celule
care se formeazã prin reproducere și cel al celulelor care se autolizeazã. Cantitatea de biomasã

50 poate rãmâne constantã, deși se schimbã compoziția celulelor. Datoritã lizei unor celule se
elibereazã noi substraturi care vor servi drept nutrienți pentru celulele viabile. Aceastã fazã
poate fi prelungitã atunci când urmãrim pãstrarea culturii pure, prin modificarea unor factori
care scad viteza de metabolism celular;
o Faza de declin sau curba de distrugere și inactivare metabolicã a celulelor, are loc
ca urmare a urmãtorilor factori:
o lipsa surselor de nutriție și energie;
o denaturarea componentelor celulare în prezența substanțelor acumulate
(alcooli, acizi, ș.a.);
o procentului de celule autolizate.
Consecința acestor acțiuni conduce, în final, la sterilizarea mediului și, deci, la
moartea tuturor celulelor, respectiv la pierderea culturii.

Culturi discontinue sincrone
 În cazul culturilor bacteriene obișnuite diviziunile celulelor individuale urmeazã
ritmuri proprii, în așa fel încât rezultã o populație eterogenã, formatã din indivizi aflați, practic,
în toate fazele ciclului lor de creștere și multiplicare. Chiar în cazuri speciale, în care pornim de
la o singurã celulã, se constatã cã la descendenții acesteia, dupã o perioadã de diviziune sincronã
apar diferențe decurgând din timpul diferit dnecesar celulelor progene sa se dividã.
 Culturile cu creștere sincronã sunt selecționate din culturi asincrone și conțin
organisme foarte asemãnãtoare deoarece aparțin aceleiași categorii de vârstã și/sau de
dimensiune și ca urmare se divid aproape simultan.
 Procesul de diviziune sincronã dureazã numai câteva generații (2-3) deoarece
diferențele individuale determinã procese de defazare în ritmul de creștere, chiar între
descendenții unei singure celule.
 Tehnicile de obținere ale culturilor sincrone pot fi grupate în douã categorii:
A. Tehnici bazate pe selecție dupã dimensiuni de vârstã:
 filtrarea prin teanc de hârtii de filtru suprapuse;
 separarea prin centrifugare în gradienți de densitate nemetabolizabili de
microorganismul studiat;
 separarea prin filtrare pe filtre de membranã.
B. Tehnici bazate pe modificãri ale mediului, pot fi utilizate în numerase variante:
 expunerea microorganismelor auxotrofe la o perioadã de înfometare, în medii
fãrã n factor de creștere esențial, înainte de a fi trecute într-un mediu complet;
 expunerea la doze subletale de radiații;
 expunerea la acțiunea unui antibiotic care inhibã sinteza proteinelor;
 expunerea microorganismelor fotosintetizante alternativ la întuneric și
luminã;
 expunerea alternativã, unicã sau repetatã, la temperaturi optimale și supra-
sau suboptimale pentru creștere.

Culturi continue
 Anumite procese experimentale de laborator sau de producție industrialã necesitã
prezența unor bacterii în fazã exponențialã de creștere, ceea ce nu se poate realiza timp
îndelungat în condițiile obișnuite de cultivare, într-in spațiu închis, respectiv într-un volum fix
de mediu nereînnoit, în care faza exponențialã are un numãr limitat de generații, iar unele
condiții de mediu devin limitante.
 Obținera culturilor continue se realizeazã cu ajutorulunui dispozitiv numit chemostat
baza pe principiul diluției ontinue în volum constant.