Ile jest mikrobów w 1g jelita? 10⁹ - 10¹¹

Jaka bakteria jest odpowiedzialna za próchnicę? Streptococcus mutans

Co należy do drobnoustrojów? Wirusy właściwe, archebacterie, glony, grzyby

Nazwiska pierwszych mikrobiologów: Redi, , bakterie Needham, Spallanzam, Pasteur, Tyndall, Cohn

Kiedy trwał złoty wiek mikrobiologii? 1875 - 1918

Robert Koch - osiągnięcia: Zajmował się wąglikiem, stworzył postulaty, używał zestalonej surowicy i przekrojonego ziemniaka jako podłóż, opracował metody hodowania bakterii poza organizmem człowieka.

Postulaty Kocha

a) można stwierdzić obecność drobnoustroju w organizmie w każdym przypadku choroby

b) można wyizolować bakterie z zakażonego osobnika i uzyskać ich czystą kolonię

c) można wywołać objawy choroby po zakażeniu wrażliwego organizmu czystą kulturą

d) można ponownie wyizolować zarazek z tego zakażonego organizmu

Jaka bakteria wywołuje gruźlicę? Mycobacterium tuberculosis

Osiągnięcia Pasteura, Listera, Jennera, Fleminga, Jacoba i Monoda

Pasteur:

- odkrycie zjawiska fermentacji,

- pasteryzacja

- obalenie teorii samorództwa

Lister:

- wprowadził odkażanie

- zmniejszył gorączkę popołogową

Jenner:

- zastosował pierwszą szczepionkę (wcierał strupy z ospy bydlęcej w skórę)

Fleming:

- odkrył penicylinę

Jacob i Monod:

- teoria regulacji syntezy białek

Co należy do archebakterii? metanogeny, halofile, ekstremalne termofile

Różnice między Eukariota i Prokariota

- Mniejsze rybosomy (70S)

- Brak mitochondriów

- Brak choroplastów

- Brak jądra

- mniejsza średnica (0,3 - 2μm)

- inne chromosomy (1 do 4, ale zazwyczaj 1)

- specyficzne składniki ściany komórkowej

Rodzaje substancji zapasowych

- ziarna skrobi

- ziarna glikogenu

- polimery kw. β-hydroksymasłowego

- polimer fosforanowy (WOUTYNA)

- ziarna siarki

- wtręty białkowe

Co to

a)karboksyzony; pęcherzyki otoczone błoną białkową, zawierające enzym (rybuozo-1,5-difisfikarboksyalazę), umożliwiają wiązanie CO­₂.

b) cysterny powietrzne: umożliwiają bakteriom wodnym zanurzanie się i wypływanie w zależności od iości powietrza

c) mezozom: uwypuklenia błony cytoplazmatycznej do wnętrza komórki, biorą udział w transporcie elektronów i protonów, są miejscem fosforylacji oksydacyjnej, biorą udział w podziale komórki i tworzeniu przetrwalnika

d) magnetozomy: mają właściwości magnetyczne, są odpowiedzialne za orientację bakterii wzdłuż pola magnetycznego

Budowa ściany bakterii G(-)

Składa się z cienkiej warstwy peptydoglikanu (mureiny) oraz błony zewnętrznej. Połączone są one wiązaniami kowalencyjnymi i jonowymi. Między błoną cytoplazmatyczną a błoną zewnętrzną znajduje się przestrzeń periplazmatyczna - to w niej znajduje się m.in. mureina.

Błona zewnętrzna wykazuje typową budowę dwuwarstwową. Cechuje się jednak znacznie mniejszą przepuszczalnością związków hydrofobowych niż błona cytoplazmatyczna. Wynika to z małej ilości lub w niektórych przypadkach - braku fosfolipidów w jej warstwie zewnętrznej. Zamiast nich znajduje się tam LPS (lipopolisacharyd), który składa się z:

- lipidu A zbudowanego z difosforanu disacharydu glukozaminy połączonego z resztami kwasów tłuszczowych; po lizie komórki lipid ten zostaje uwolniony i odpowiada za działanie toksyczne na organizm zarażony (jest endotoksyną);

- rdzenia wspólnego dla większości bakterii G(-)

- antygenu O - swoistego łańcucha cukrowego zawierającego unikatową powtarzającą się jednostkę

W ścianie komórkowej znajdują się również białka pełniące różne funkcje. Mogą to być białka uczestniczące w transporcie (poryny) bądź strukturalne, lub wiążące.

Lipoproteiny odpowiadają za stabilizację błony zewnętrznej. Tkwią w części wewnętrznej błony zewnętrznej, a większa ich część znajduje się w periplazmie. Składnik białkowy lipoproteid połączony jest wiązaniami peptydowymi z resztami kwasu diaminopimelinowego łańcuchów bocznych PG.

Na czym polega barwienie bakterii metodą Grama?

Składa się z następujących etapów:

a) utrwalenie preparatu - zabicie bakterii + „przyklejenie” ich do szkiełka aby nie uległy zmyciu w trakcie barwienia

b) barwienie r-rem fioletu krystalicznego - wybarwiają się zarówno bakterie G(-), jak i G(+).

c) bejcowanie płynem Lugola - jod zawarty w roztworze tworzy kompleksy z fioletem krystalicznym, przez co barwa jest trwalsza.

d) odbarwianie alkoholem i acetonem - u bakterii G(-) warstwa mureiny jest cienka. Alkohol/aceton powiększa pory w mureinie, przez co staje się ona bardziej przepuszczalna i barwnik zostaje wymyty z wnętrza komórki. W bakteriach G(+) warstwa PG jest na tyle gruba, że barwnik nie zostaje wymyty mimo użycia alkoholu i acetonu.

e) dobarwianie przy pomocy fuksyny - bakterie G(-) barwią się na kolor czerwony, kontrastujący z niebieskim kolorem bakterii G(+).

Co stanie się po podziałaniu lizozymem, EDTA?

Substratem dla lizozymu są wiązania β-1,4-glikozydowe występujące w murenie. W wyniku działania lizozymu na komórkę bakterii G(+) powstaje protoplast. U bakterii G(-) występuje błona zewnętrzna - lizozym ma utrudniony dostęp do mureny i potrzebny jest dodatek EDTA - powoduje on dezintegrację błony zewnętrznej poprzez wiązanie jonów Ca²⁺, które stabilizują ją.

Co to jest protoplast i sferoplast.

Protoplast - pozostałość po działaniu lizozymem na bakterię G(+) - bakteria pozbawiona ściany komórkowej, w której zachowane zostają funkcje życiowe pod warunkiem odpowiedniego ciśnienia osmotycznego środowiska (izotoniczne lub hipertoniczne).

Sferoplast - jest to protoplast z pozostałościami ściany komórkowej.

Mechanizm działania penicyliny

Penicylina (jak inne leki β-laktamowe) jest inhibitorem syntezy ściany komórkowej:

a) związanie się penicyliny z receptorami komórki („białko wiążące penicylinę”, PBP) - zostaje zablokowana reakcja transpeptydacji (związanie się penicyliny z transpeptydazą, co uniemożliwia powstawanie mostka peptydowego) i zahamowana synteza peptydoglikanu

b) usunięcie lub unieczynnienie inhibitora enzymów autolitycznych w ścianie komórkowej - uczynnienie enzymu litycznego i liza, jeśli środowisko jest izotoniczne, a w środowisku wyraźnie hipertonicznym - powstaje protoplast lub sferoplast.

Penicylina działa na 3. etapie syntezy mureny (przenoszenie aminokwasów znajdujących się na dwucukrze związanym z mureiną na D-Ala)

Cykloseryna działa na etap I (dodawanie kolejnych aminokwasów)

Bacytracyna - na etap II (wiązanie z baktoprenolem)

Wankomycyna - na etap II

Bakterie bez ściany komórkowej

a) Mycoplasmy - zamiast ściany komórkowej posiadają sterole wbudowane w błonę cytoplazmatyczną - nie syntetyzują ich, lecz pobierają z organizmu żywiciela; są to pasożyty zwierząt i ludzi

b) Formy L - żyją w organizmie człowieka, utraciły zdolność do syntezy ściany całkowicie lub częściowo - mogą powstawać samorzutnie lub pod wpływem działania antybiotyków i są bardzo groźne dla zainfekowanego organizmu. Mogą przeżyć w chronionych częściach ustroju, a następnie rewertować do prawidłowej formy i powodować nawrót jawnego zakażenia. Niektóre formy L nie mają zdolności do rewersji. Potrzebne do przeżycia jest dla nich środowisko o odpowiedniej sile osmotycznej.

c) Archebacterie - osobna grupa bakterii, które nie posiadają peptydoglikanu. Zamiast niego posiadają:

-pseudomureinę, która zawiera kwas N-acetylotalozoaminouronowy zamiast NAM. NAG i ten kwas połączone są wiązaniem β-1,3-glikozydowym, przez co nie jest ona wrażliwa na działanie lizozymu

-warstwę S - białka pełnią funkcję błony

Co to są hopanoidy? Gdzie występują i po co?

Hopanoidy znajdują się w błonie cytoplazmatycznej archebakterii. Są to sterole wbudowane w błonę, które nadają jej wielką wytrzymałość (wytrzymują temp. do 100 st.C)

W normalnych lipidach występują wiązania estrowe, a tu eterowe między glikogenem a polimerem izoprenu. Jest to fytanyl. Dwa łańcuchy izomerów izoprenoidu (C₄₀) tworzą bifytanyl. Zapewnia on dużą wytrzymałość.

Co to są otoczki? Z czego są zbudowane? Otoczki mogą mieć postać śluzu luźno związanego z powierzchnią komórki lub otoczki właściwej ściśle związanej z powierzchnią komórki. Są one wirulentne ponieważ utrudniają pracę układu odpornościowego człowieka. Najczęściej są zbudowane z cukrowców, ale też z polipeptydów lub np. kwasu hialuronowego. U Bacillus subtilis z form L-i D-glutaminianu.

Co to są endospory? Które bakterie je wytwarzają? Endospory to formy przetrwalnikowe bakterii. Mogą je wytwarzać niektóre ich gatunki w sytuacjach, gdy warunki środowiska ulegają pogorszeniu - umożliwia to przetrwanie w trudnych warunkach.

Położenie endospory jest cechą taksonomiczną!

Endospory zawierają bardzo małe ilości wody (ok.15% normalnej wartości), kwas dwupikolinowy wiążący jony Ca²⁺, czemu endospory zawdzięczają niezwykłą trwałość.

Przetrwalniki składają się z:

1. rdzenia

2. błony wewnętrznej

3. ściany przetrwalnika

4. kory

5. błony zewnętrznej

6. płaszcza

7. egzosporium

Gatunki wytwarzające endospory:

Bacillus sp.

Clostridium sp.

Sporolactobacillus

Sporosarcina

Streptomyces

Coxiella brunetti

Cechy odróżniające endospory od komórek wegetatywnych:

Duża ilość Ca²⁺; sine załamywanie światła; bardzo mała aktywność enzymatyczna; b. mała ilość wody; małe wykorzystanie tlenu; duża odporność na temperaturę, promieniowanie i chemikalia; ciężko się barwią; odporne na lizozym; kwas dwupikolinowy.

Struktury „wystające” z komórki. Są to fimbrie i rzęski (flagella).

Fimbrie mogą być płciowe - czynnik wiruencji (komórki je posiadające to komórki męskie) lub adhezyjne służące do przyczepiania się do powierzchni

Rzęski służą do przemieszczania się. Składają się z długiego włókna, haka i pierścieni. Rosną „od końca” - odwrotnie niż włosy. U bakterii G(+) są dwa pierścieni: M w błonie cytoplazmatycznej i S w PG. U G(-) są cztery pierścienie: M w błonie cytoplazmatycznej, S w periplazmie, P w PG, L w błonie zewnętrznej.

Włókno rzęski zbudowane jest z flageliny. Jest puste w środku. Rzęskę wprawia w ruch obrót haka. Białka MOT powodują ruch rzęski - zgodnie z teorią chemiosmotyczną transport jonów H⁺ jest motorem ruchu rzęski. Białka Fli pozwalają zmienić kierunek obrotu.

Jeśli rzęska bakterii monotrichalnej porusza się w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara - porusza się do przodu. Jeśli zgodnie - to do tyłu.

Jeśli jest urzęsienie peritrichalne, ruch jest prostoliniowy, jeśli wszystkie rzęski kręcą się w jednym kierunku. Jak się bakteria zatrzyma, działa dyfuzja, która może ją obrócić. Bakteria porusza się ruchem segmentowym, a nie prostoliniowym

Wymień czynniki wirulencji: Śluzy, otoczki, fimbrie.

Co to jest chemotaksja? Jest to rozpoznanie czasowe - bakteria nie może „wyczuć” na odległość zmian stężenia substancji w środowisku. Przemieszcza się w danym kierunki, a receptory odbierają informacje na temat środowiska zewnętrznego. Na tej podstawie dobiera kierunek poruszania się.

Co to jest skotofobotaksja i fototaksja?

Skotofobotaksja - bakterie wybierają długość fali światła, którą mogą absorbować

Fototaksja - ruch w kierunku światła.

Jak dzielą się bakterie ze względu na zapotrzebowania pokarmowe?

Chemotrofy - czerpią energię z przemian chemicznych (utlenianie)

Fototrofy - czerpią energię ze światła

Rodzaj	Źródło energii	Źródło węgla
chemoautotrofy	przemiany chemiczne	CO2
chemoheterotrofy	związki organiczne	związki organiczne
litoheterotrofy	związki nieorganiczne	związki organiczne
fotoautotrofy	światło	CO2
fotoheterotrofy	światło	związki organiczne

Przykłady reakcji będących źródłem energii.

Dlaczego muł w Morzu Czarnym jest czarny?

Ponieważ bakterie beztlenowe produkują podczas oddychania beztlenowego siarkowodór, który reaguje z jonami żelaza zredukowanymi przez bakterie do jonów Fe²⁺. Jony żelaza reagują z siarczkami tworząc czarny siarczek żelaza(II), który ma kolor czarny.

Bakterie, których nie da się hodować na pożywce, jedynie rosną w organizmie żywiciela.

Riketsje, Chlamydia, Treponema palladium

Zysk z glikolizy w obecności/nieobecności tlenu. 38 ATP / 2 ATP

Co to są enzymy konstytutywne, indukowalne? Są to enzymy występujące w komórce stale, bez względu na obecność lub brak substratów w środowisku.

Enzymy indukowane syntetyzowane są jedynie w obecności potrzebnych substratów.

Do czego używany jest NADH produkowany w glikolizie beztlenowej?

Do redukcji pirogronianu do mleczanu - powstaje NAD⁺, który może być użyty w procesie glikolizy lub do redukcji pirogronianu do etanolu (Saccharomyces)

Napisz reakcje fermentacji alkoholowej.

CH₃(CO)COOH CO₂+CH₃CHO; CH₃CHO+NADH+H⁺CH₃CH₂OH+NAD⁺

Napisz reakcję fermentacji mlekowej

CH₃(CO)COOH + NADH + H⁺ CH₃CH(OH)COOH + NAD⁺

Co to są heterofermentery/homofermentery?

Heterofermentery - bakterie, które w wyniku fermentacji wytwarzają różne produkty

Homofermentery - bakterie, które w procesie fermentacji wytwarzają tylko 1 główny produkt.

Co to jest czas generacji? Czas pomiędzy dwoma podziałami komórki. Zależy on od temperatury - im wyższa temperatura, tym krótszy czas generacji. Gdy temperatura jest już za wysoka, następuje zahamowanie podziałów.

Jak dzielimy bakterie ze względu na preferowaną temperaturę?

Psychrofile- od -5 do20^oC - niszczą jedzenie w chłodniach i magazynach

Mezofile - 20-40^oC - chorobotwórcze

Termofile - 40-80^oC

Ekstremalne termofile - >80^oC - w źródłach termalnych

Podział ze względu na zapotrzebowanie na tlen.

Jakie enzymy świadczą o rozkładaniu tlenu?

Katalaza: 2H₂O₂  2H₂0 + O₂

Dysmutaza nadtlenkowa: 2O₂^- + 2H⁺  O₂ + H₂O₂  H₂O + O₂

Dlaczego słodzimy przetwory owocowe i solimy mięso? Aby stworzyć środowisko silnie hipertoniczne dla komórek bakterii. Powoduje ono wypływ wody z komórki, a w konsekwencji - plazmolizę. Jeśli z kolei środowisko jest hipotoniczne, bakteria chłonie wodę i pęka.

Na czym polegało doświadczenie Griffitha i jakiego szczepu użył?

Doświadczenie to polegało na podaniu myszom 2 szczepów bakterii Streptococcus pneumoniae: szczep S (smooth) posiadał otoczkę i wobec tego był wirulentny - powodował śmierć myszy; szczep R (rough) nie posiadał otoczki - nie był zjadliwy i myszy przeżywały.

Jeśli zagotujemy bakterie S przed wstrzyknięciem - myszki przeżywają. Jednak gdy martwe bakterie ze szczepu S dodamy do żywych bakterii R, po wstrzyknięciu myszkom - następuje śmierć bidulek.

Mamy tu do czynienia ze zjawiskiem transformacji (przemiany). Bakterie niektórych gatunków posiadają umiejętność pobierania DNA ze środowiska. W wyniku transformacji w doświadczeniu powstawały zjadliwe bakterie Streptococcus pneumoniae (wytwarzały otoczki).

Opis doświadczenia udowadniającego proces transdukcji.

Kwas nukleinowy bakteriofagów znakujemy za pomocą pożywki zawierającej ciężki fosfor ³²P. Bakteriofagi dodajemy do hodowli bakterii i pozostawiamy na 10 min, aby bakteriofagi przyczepiły się do komórek bakteryjnych. Po tym czasie mieszamy mixerem. W ten sposób odrywamy bakteriofagi od bakterii. Widzimy, że kwasy nukleinowe znaczone radioaktywnym fosforem znajdują się w osadzie na dnie - w komórkach Bakkeryjnych. Lekkie białkowe kapsydy bakteriofagów pozostają w supernatancie - przy powierzchni roztworu. Świadczy to o tym, że bakteriofagi przekazały swój materiał genetyczny do komórek bakteryjnych. Jest to zjawisko transdukcji.

Możemy również znakować białka za pomocą ³⁵S w cysteinie. Po odwirowaniu mieszaniny bakteriofagów i bakterii znaczone białka będą w supernatancie - nie przejdą do komórek bakteryjnych.

Jaka długość ma komórka E.coli? 1μm = 10^-6m , a DNA E.coli ma długość 1mm=10^-3m.

Co to jest plazmid? Jest to element dziedziczenia pozachromosomalnego. Może mieć kształt kolistej cząsteczki lub postać superzwiniętą. Forma pośrednia to forma zrelaksowana.

Kierunek syntezy nici DNA.

Od 5' do 3', bo na węglu 3' znajduje się grupa OH, do której przyłącza się grupa fosforanowa.

Co to jest AZT? Jest to analog nukleotydu, który przy węglu 3' posiada zamiast grupy OH grupę N₃. W ten sposób hamuje syntezę kwasu nukleinowego, a tym samym - rozwój AIDS.

Co to są oddziaływania stosowe?

Są to oddziaływania między parami zasad leżących „jedna nad drugą”. Są to główne oddziaływania stabilizujące strukturę DNA. Zasady są skręcone w stosunku do siebie o kąt 34 st.

Co to jest denaturacja DNA?

Jest to proces, który ma miejsce w czasie ogrzewania DNA. Pękają wówczas wiązania wodorowe, nici rozchodzą się. Wyraża to krzywa denaturacji A(T). T_m - temperatura topnienia. Jest to temperatura, w której osiąga się połowę maksymalnego przyrostu ekstynkcji. Następuje wówczas zniszczenie struktury II-rzędowej DNA. Im więcej jest par G≡C w stosunku do par A=T, tym wyższa jest temperatura topnienia - trudniej jest rozerwać wiązania potrójne niż podwójne.

Na temp. topn. ma wpływ środowisko: jeśli dodamy NaCl, temperatura będzie wyższa. W wodzie DNA topi się łatwiej.

Jeżeli narysujemy wykres: %denaturacji(T) dla procesu ogrzewania DNA, a następnie dla ochładzania i linie nam się pokryją - znaczy, że nici były komplementarne.

Na czym polega doświadczenie Meselsona i Stahla?

Chcieli oni sprawdzić, który model replikacji jest zgodny z rzeczywistością: konserwatywny, czy semikonserwatywny? W tym celu wyhodowali pokolenie bakterii na pożywce zawierającej „ciężki” azot: ¹⁵N, a następnie przenieśli je na pożywkę z „lekkim” azotem ¹⁴N. Po pewnym czasie przeniesiono hodowlę do probówki z chlorkiem cezu (bardzo ciężka sól). Wirowali w ultrawirówce. W zależności od ciężaru DNA osadzało się w różnych częściach probówki. I tak ciężkie DNA rodziców osiadło na dnie probówki. W pierwszym pokoleniu uzyskano samo ciężko - lekkie DNA, które zatrzymało się w połowie wysokości probówki. W drugim pokoleniu przeważało już lekko - lekkie DNA. Znaczyło to, że nić potomna powstawała w sposób semikonserwatywny: do nici rodzicielskiej dobudowywana była nowa nić.

Jak wygląda chromosom bakteryjny?

Jest to kolista cząsteczka dwuniciowego DNA, silnie zwiniętego i połączonego z białkami podobnymi do histonów.

Z ilu par zasad składa się DNA E.coli? Z 10⁶ par nukleotydów.

Co to są topoizomerazy? Są to enzymy zmieniające topologię DNA, czyli poziom jego superskręcenia. Należy do nich gyraza, która nacina jedną z nici DNA, obraca i ponownie łączy końce, powodując zmniejszenie naprężeń w chromosomie i przygotowując go do replikacji.

Wymień enzymy uczestniczące w procesie replikacji.

Helikaza - rozwija helisę DNA umożliwiając dostęp do zasad.

Primaza - wytwarza krótki ciąg rybonukeotydów (starter) komplementarny do nici DNA.

Do grupy OH przy węglu 3' startera przyłącza się pierwszy deoksyrybonukleotyd zsyntetyzowany przez polimerazę III DNA. Synteza jest kontynuowana dopóki polimeraza nie napotka sekwencji terminującej lub innego startera.

Polimeraza I - wycina primer dzięki aktywności 3'  5' egzonukleazy, a aktywność polimeryzująca zastępuje go deoksyrybonukleotydami. Pozostają luki, które są usuwane przez ligazę, która łączy grupy: 5'-fosforanową i 3'-OH.

Ile czasu zajmie replikacja DNA u E.coli?

Szybkość syntezy nukleotydów przez polimerazę III: 10000 na minutę.

Ilość nukleotydów w DNA u E.coli: 10⁶.

10⁶ : 10⁴ = 100

Widełki poruszają się w przeciwnych kierunkach, więc replikacja zachodzi w obu kierunkach. Dlatego ten czas trzeba podzielić przez 2:

100 : 2 = 50 minut

Na jakiej podstawie możemy stwierdzić, że to polimeraza III bierze udział w replikacji DNA?

a) Szybkość syntezy nukleotydów przez polimerazę I wynosi ok. 600/min. Jest to zbyt mała prędkość biorąc pod uwagę, że czas generacji wielu bakterii zamyka się w kilkunastu - kilkudziesięciu minutach. Polimeraza I nie zdążyłaby w tym czasie całego DNA skopiować

b) Ilość molekuł w komórce.
Polimeraza III : 10 - 20 molekuł. Polimeraza I : 400 molekuł. Sugeruje to inne zastosowanie niż replikacja DNA, gdyż taka ilość molekuł nie jest potrzebna.

Na czym polega Proofreading? Jest on związany z aktywnością 3'5' egzonukleazową. Polega on na sprawdzaniu przez polimerazę poprawności replikacji - w razie błędu nukleotydy są wycinane i zastępowane właściwymi.

© Kasia Ż. :-)

---