Incluziile

Incluziile

Incluziile sunt structuri inerte, ce apar in celula bacteriana la sfarsitul fazei de crestere logaritmica.

Dupa compozitia chimica, incluziile sunt de 3 tipuri :

polimeri organici: polizaharidici (amidon, glicogen), incluzii de poli b-hidroxibutirat (PHB) contin lipide (2%) si proteine, polimeri de natura proteica (incluzia parasporala la B. thuringiensis) (fig 33);

polimeri anorganici (polimetafosfat denumite incluzii de volutina);

incluzii anorganice simple (de sulf coloidal, CaCO₃).

Dupa criterii structurale se disting :

incluzii delimitate de membrane, ce au ca prototip pe cele de poli-b-hidroxibutirat. Ca trasatura distinctiva, ele releva o structura lamelara concentrica, ce corespunde cresterii progresive a incluziei. Sinteza se face pe o cale laterala a sintezei acizilor grasi ;

incluzii lipsite de membrane (cele de glicogen, de sulf, incluzia proteica parasporala).

La microscopul optic, in celula vie, incluziile au aspect granular cu forma neregulata, refringente, cu dimensiuni de 50-100 nm.

Natura chimica a incluziilor se evidentiaza prin metode citochimice, cu coloranti care le coloreaza specific. Incluziile de amidon (poliglucozid neramificat) se coloreaza in albastru cu solutia Lugol, iar glicogenul (poliglucozid ramificat) se coloreaza brun. Incluziile de PHB se coloreaza cu negru de Sudan, ca si depozitele lipidice neutre ale celulei eucariote si din aceasta cauza au fost identificate incorect ca rezerve lipidice. Incluziile proteice se coloreaza cu amido-schwarz, iar cele de polimetafosfat sunt metacromatice, pentru ca dupa colorare cu albastru de metilen, dobandesc culoarea rosie.

Fig. 33. Incluzii bacteriene. a. Formula structurala a glicogenului (molecule de glucoza legate ά -1,4, cu ramificatii ά -1,6. b. Polifosfatul. c. Acidul poli-β-hidroxibutiric. d. Imaginea electrono-optica a celulei de Azotobacter cu incluzii de poli-β-hidroxibutirat. e. Imaginea electrono-optica a incluziei proteice parasporale la Bacillus thuringiensis (original).

Ca regula generala, o specie bacteriana formeaza un singur tip de depozit celular.

Granulele de volutina (polimetafosfat), denumite astfel pentru ca s-au identificat la Spirillum volutans, sunt polimeri lineari de ortofosfati, de lungime variabila. Se sintetizeaza in conditiile deficitului oricarui nutrient major, prin adaugarea secventiala a resturilor de fosfat la pirofasfat, dupa reactia :

Degradarea polifosfatului urmeaza reactia inversa si furnizeaza energie celulara sub forma de ATP.

Incluziile de sulf anorganic pot fi citoplasmatice sau sunt localizate la nivelul unor pliuri ale membranei plasmatice si apar la doua grupe fiziologice de bacterii:

la cele sulfuroase purpurii (Chromatiaceae), care folosesc H₂S ca donor de electroni in procesul fotosintezei;hv c

la cele filamentoase chimiolitotrofe (Beggiatoa, Thiotrix), care oxideaza H₂S si elibereaza energie. Dupa epuizarea H₂S din mediu, S^o depozitat in celula este oxidat la sulfat.

Semnificatie biologica. Formarea incluziilor constituie o modalitate a celulei de a depozita cantitati mari de materiale de rezerva. Ele se formeaza in conditiile unui mediu bogat in substante nutritive, sau in cazul unui dezechilibru al compozitiei chimice a mediului, in special al raportului C/N. Materialele incluziei sunt consumate dupa epuizarea resurselor energetice din mediu sau cand raportul C/N revine la normal.

Stocarea moleculelor sub forma polimerilor este o modalitate de pastrare a echilibrului osmotic intre celula si mediu, deoarece prin polimerizare. Moleculele devin inactive osmotic. Prin polimerizarea acidului PHB se evita acidifierea citoplasmei, consecutiva acumularii monomerilor. Gruparile libere - COOH ale acidului PHB sunt anihilate prin formarea legaturilor esterice intre monomeri.

Sinteza incluziilor proteice parasporale este sincronizata strans cu initierea procesului de sporogeneza.

Magnetosomii sunt structuri magnetice intracelulare care confera bacteriilor purtatoare, capacitatea de a se orienta si de a migra de-a lungul liniilor geomagnetice. Sunt cristale minerale de Fe magnetic, de dimensiuni nano, delimitate de membrana.

Bacteriile magnetotactice sunt un grup heterogen de procariote, ubicvitare in mediul aquatic marin si dulce. Probabil au rol ecologic important in circuitul Fe. Magnetosomii se pastreaza dupa moartea celulelor bacteriene si se depun ca magnetofosile, ceea ce contribuie la magnetizarea sedimentelor.

Particulele de Fe mineral, in general, constau din magnetita (Fe₃O₄). Formula structurala este Fe³⁺(Fe²⁺Fe³⁺)O₄, cu proprietati magnetice. Spre deosebire de magnetita din sistemele anorganice sau produsa extracelular prin activitatea metabolica a bacteriilor care fac reducerea respiratorie a Fe, cristalele intracelulare de magnetita au dimensiuni uniforme, cu variatii in limite inguste: 35-120 nm.

De obicei, magnetosomii sunt organizati in lanturi, rezultand un dipol magnetic permanent, suficient de mare pentru a orienta intreaga celula de-a lungul campului geomagnetic.

Tulpinile de Magnetospirillum cresc microaerob, pe medii simple cu acizi organici scurti ca sursa de C si au metabolism de tip respirator dependent de O₂, desi nitratul poate fi acceptor de e^- in microaerobie.

Mecanismul formarii. Fe III este luat de celula, probabil pe cale reductiva. Se crede ca Fe este reoxidat pentru a forma un oxid cu densitate mica si deshidratat pentru a forma un oxid de Fe III.

La Magnetospirillum, magnetosomul mineral este acoperit de o membrana trilaminara, alcatuita din fosfolipide si proteine, dintre care unele sunt unice pentru aceasta membrana.

Compartimentarea prin formarea veziculelor magnetosomului permite ca procesul formarii sa fie reglat pe cale biochimica. Membrana poate actiona ca bariera de compozitie, pH si pentru mentinerea gradientului redox intre vezicula si mediul cellular.