Teoria komórkowa -wszystkie żywe organizmy są zbudowane z osobnych komórek. Wg teorii takie procesy, jak wzrost i rozmnażanie, wynikają z przemian zachodzących w komórkach. nowe komórki mogą powstawać wyłącznie przez podział komórek już istniejących tzn. komórki nie powstają spontanicznie z materii nieożywionej. Dowodem wspólnego pochodzenia wszystkich komórek jest podobieństwo podstawowych struktur i cząsteczek, z których są zbudowane.
molekularny skład komórki : 70% czast, h2o, 15% białko - 3 rodzaje rrna, 60 trna, 1000 mrna, 3% monomery i polimery sacharydów, 2% aminokwasy i nukleotydy, 1,4% lipidy, 1%jony nieorganiczne, 1%dna.
Makromolekularny skład kom. e.coli :
1)sztywna sciana kom. : sacharydy lipidy i białka,
2)błona plazmatyczna, półprzepuszczalna, : lipidy,białka, enzymy ł.oddechowego i fosforylacji oksydacyjnej,
3)koliste dna połączone z błoną przez mezosomy,
4)Rybosomy, kazdy zbudowany z 55 rodzajów białek i 3 rodzajów rrna,
5)rozpuszczalne w h20 zwazki małoczasteczkowe,trna, enzymy,
Aktyna i tubulina mają odmienne działanie i funkcje u org. Pro- i eukariotycznych.
-u eukariota aktyna tworzy pierscien cytokinetyczny a tubulina wlokna wrzeciona mitotycznego
-u bakterii odpowiadające tubulinie bialko FtsZ tworzy pierscien cytokinetyczny ,a podobne do aktyny bialko MreB uczestniczy w segregacji DNA
-poprzez uczestnictwo w syntezie mureiny bialka cytoszkieletowe bakterii okreslaja kształt komórki
- u bakterii wykazano tez obecnośc bialek o domenowej strukturze i wlasciwosciach fizycznych odpowiadających filamentom pośrednim – krescentyna CreS
Inkluzje:
Polisacharydy :
-glikogen(granuloza) – odkładany w postaci granul, rozproszony lub jako obłonione inkluzje co jest cechą gatunkową
-poliglukoza – polimer glukozy zwiazany wiązaniami beta, odkladana przy jednoczesnym dostępnie do weglowodanow i aminokwasow Glu lub Lys
-inne polisacharydy bakteryjne : ksantan, alginian, dekstran, kurdlan,
-polisacharydy grzybow : skleroglukan (rozpuszczalny, pseudoplastyczny, stosowany do farb,tuszy, środków ochrony roślin
pullulan (tworzy mocne, elastyczne powłoki, nieprzepuszczalne dla tlenu)
KSANTAN – jest glukanem z trisacharydowymi łancuchami bocznymi. Stabilizuje, żeluje, reguluje lepkość, subst. Zagęszczaj.
GELAN – subst, zagęszczająca , wytwarzany przez fitopatogeny Sphingomonas elodea
ALGINIAN – stosowany w farmacji do opatrunków,zbud. Z kwasu beta-d-mannuronowego i alfa-l-guluronowego, wytwarzany przez glony i bakterie Azotobacter vinelandi, A.chroocoocum,Pseudomonas,tworzy elastyczny żel gdy przeważa kwas mannuron. Oraz kruchy i mocny gdy przewaza kwas guluronowy
DEKSTRAN – wykorzystywany jako substytut plazmy krwi, alfa-glukan z przewagą wiązań alfa-1,6
Niektóre bakterie gram+ wytwarzają otoczki peptydowe
Lipidy :
-kwas poli-B-hydroksymasłowy (PHB) produkowany przez bakterie Curpividus necator, zbudowany z długich łańcuchów reszt kwasu B-hydroksymasłowego. Polihydroksykwasy tłuszczowe mają właściwości termoplastyczne.
-poli-B-hydroksyalkaniany (PHA)
-triacyloglicerole (TAG) – magazynowane są w wodniczkach u drożdży i innych grzybów
Polipeptydy : odkładają sinice w postaci nieobłonionych ziaren cjanoficyny. Zbud. z Arg i Asp,stanowią zapas C,N,energii
Polifosforany :żródło energii, P nieorganicznego, chelator metali Mg i Ca,regulator gosp. Fosforanowej, odkładane w postaci nieobłonionych ziaren, tworzą długie łańcuchy – 500 reszt fosforanowych, metafosforany tworzą formy cykliczne. Wewnątrz ziaren polifosforanu jest glukokinaza polifosforanowa . Ziarna nazywane są : -wolutyną lub – ciałami metachromatycznymi –niektóre barwniki wybarwiają je co daje zjawisko metachromazji, np. blekit toluidynowy na różowo a reszte kom. Na niebiesko. – aksydokalcysomy –organelle zlozone z polifosforanu i pirofosforanów w kompleksach z wapniem i innymi pierwiastkami, w bud podobne do wolutyny,ale otoczone błoną o silnie kwasowym charakterze
Siarka – fototroficzne bakterie siarkowe, tlenowe i beztlenowe chemotrofy odkładają globule siarki która powstaje po wykorzystaniu jej zredukowanych form (h2S) jako zrodla elektronów. Globule mogą być odkładane prze bakterie utleniające siarke : - pozakomórkowo przez bakterie zielone i purpurowe oraz wewnątrz komórkowo przez Chroatiaceae w cytoplazmie lub peryplazmie (wówczas jest ona obloniona). Siarka nagromadzana przez bakterie w globulach wystepuje w co najmniej 3 formach : 8-atomowe cząst. Pierścieniowe S8-oktasiarka u Beeggiatoa, politioniany lub łańcuchy o min. Długości 3 atomów, W warunkach niedoboru zredukowanej siarki globule znikają a zawarta w nich siarka utleniana jest do siarczanów. Dla bakterii tlenowych utleniających h2S siarka jest zrodlem energii a dla beztlenowych jest zrodlem elektronów.
Magnetosomy – pęcherzyki wypelnione magnetytem – Fe3O4 ulozone wzdłuż dluzszej osi komórki, ma bud. Krystaliczną otoczony dwuwarstwą lipidową. Głównym fosfolipidem błony jest fosfatydyloetanoloamina. Wiekszość białek tej błony wystepuje w blonie cytoplazmatcznej oprócz : GTP-aza, Mms 16, Mms 6, Mam 22,. Białka te uczestniczą w : transporcie żelaza , tworzeniu magnetytu, morfologi magnetosomu. Magnetosomy wystepuja u bakterii gram- zdolnych do ruchu chemotaktycznego.Działają jak igła biologicznego kompasu, dzięki czemu kom. mogą migrować wzdłuż linii pola elektromagnetycznego Ziemii, w kierunku odpowiedniego bieguna.
KARBOKSYSOMY I ENTEROSOMY – ciałka inkluzyjne wypełnion enzymami karboksylazą /oksygenazą rybulozo-1,5-bifosforanową(rubisco) u sinic i bezwzględnych chemoautotrofów. jednowarstwową osłoną białkową, enzym składa się z 8 małych i 8 dużych podjednostek, związany z kilkoma białkami, z których niektóre tworzą osłonkę, a jedno ma aktywność anhydrazy węglanowej. Rola ich jest niejasna, może stanowią rezerwę enzymów cyklu Calvina , przy niedoborze co2 ich liczba zwiększa się. Podobne ciałka u Salmonella nazwano enterosomami – zawierają dehydratazę diolową – enzym kluczowy w katabolizmie propanodiolu. U e.coli zawierają liazę amoniową. Rola ich również jest niejasna, może wiążą toksyczne pochodne lub chronią enzym przed tlenem, hamującym jego aktywnośc.
SYSTEMY CYTOPLAZMATYCZNYCH BŁON
MEZOSOMY,CHROMATOFORY- kuliste lub owalne struktury, o bud. Warstwowej wystepuja u Nitrobacter, Nitrosomonas, Nitrosococus. Chromatofory u bakterii fotosyntet,zawierają barwniki absorbujące swiatło : chlorofil bakteryjny, karotenoidy, przenośniki elektronów, układ fosforylacyjny. Powstają przez wpuklenia błony cytoplazmatycznej – inwaginację, mieszczą się w błonach wewnatrzcytoplazmatycznych ICM, stanowią centrum procesów fotosyntezy, mezosomy to wpuklenia błony cytoplazmatycznej bakterii, tworzącymi błony wewnatrzcytoplazmatyczne o strukturze mogą być miejscem replikacji DNA, wyspecjalizowanych reakcji enzymatycznych, centrum energetycznym, uczestniczą w tworzeniu blon poprzecznych przy podziale, uczestniczą w rozdziale nukleoidów po podziale,
PIRELULOSOMY I I ANAMOKSOSOMY – systemy wewnatrzkom. Błon,które dziela kom na przedziały, a ich nazwy pochodzą od bakterii u których wystepuja.przedstawicielami Planctomycetes tlenowych chemoorganotrofów nie wytwarzających mureiny są : Isosphaera pallida i Pirellula marina, przedziały kom. tych bakterii obejmują : białkową ścianę kom, blone cytoplazmatyczna, paryfoplazmę, blone wewnatrzcytoplazmatyczna ICM, ryboplazmę. Cały przedział wewnętrzny otoczony ICM nazwano pirelulosomem. U Gammata utleniających amoniak do n2 nukleoid znajduje się w ryboplazmie, otoczona błoną czesc centralna nazywa się anamoksosomem, wewnątrz niego utleniany jest amoniak, jego błona AM zawiera nietypowe lipidy pierścieniowe – lipidy laderanowe.
WAKUOLE GAZOWE – nadają kom pławność, wyst u bakterii wodnych, skadaja się z pecherzykow gazowych, których sciany zbbydowane sa z białek hydrofobowych, które przepuszczają gazy. Napiecie powierzchniowe po stronie wewnętrznej nie przepuszcza wody.
OSŁONY BAKTERYJNE
BŁONA CYTPLAZMATYCZNA – błona kom która ściśle otacza cytoplazmę i odgradza wnętrze kom. od sciany kom., jest przegroda wybiorczo-polprzepuszczalna, która kontroluje wymiane subst. Z otoczeniem, trójwarstwowy kompleks lipidowo-bialkowy, z białkami zanurzonymi w 2 warstwach lipidów. Funkcje błony : transport pierwiastków, subst odzwyczych i produktów metabolizmu, (dyfuzja prosta i ułatwiona, transport aktywny). W błonie cytoplazmatycznej bakterii funkcjonuje łańcuch oddechowy, zachodzi synteza ATP, syntezowane sa składniki sciany kom. , otoczek i egzoenzymów, znajduje się tam centrum replikacji DNA, zakotwiczone sa rzeski,
ŚCIANA KOM. – zewnetrzna osłona kom. , strefa kontaktu ze środowiskiem, elastyczna, nadaje kształt, przepuszczalna dla soli i subst. Drobnocząsteczkowych, najbardziej złożona i chemicznie i strukturalnie czesc kom. , wystepuje tam peptydoglikan mureina który jest skieletem podporowym.
Osłony bakteryjne składają się z kilku warst, ktore tworzą:
błona cytoplazmatyczna,
ściana komórkowa ( bakterii gram + i bakterii gram -)
błona zewnętrzna bakterii gram -,
warstwa S,
białka amyloidalne,
otoczki bakteryjne,
1. Błona cytoplazmatyczna:
- Właściwa błona komórkowa, która ściśle otacza cytoplazmę i odgradza wnętrze komórki od ściany komórkowej.
- Jest przegrodą wybiórczo półprzepuszczalną, która kontroluje wymianę substancji z otoczeniem.
- Tworzy ją trówarstwowy kompleks lipiodowo - białkowy, w którym w podwójną warstwę lipiodową włączone są białka integralne.
- Białka stanowią 50 - 75% składu: są przenośnikami ł. oddechowego , absorbuję światło, transporują( permeazy), są receptorami.
- U baktreii gramdodatnich: mono - i difosfatydyloglicerol,
- U bakterii gramujemnych: fosfatydyloinozytol i fosfatydyloetanoloami.
Funkcje błony komórkowej u bakterii:
- Najważniejsza to transport: pierwiastków, substancji odżywczych i produktów metabolizmu: ( na zasadzie: dyfuzji prostej, dyfuzji ułatwionej, transportu aktywnego z udziałem ATP)
Ponadto w błonie cytoplazmatycznej bakterii: funkcjonuje łańcuch oddechowy; zachodzi syneza ATP; syntetyzowane są składniki ściany komórkowej i otoczek; synteyzowane i wydzielane są egzoenozymy; znajduje się centrum replikacji DNA; zakotwiczone są rzęski;
Model błony cytoplazmatycznej. Białka znajdują się w podwójnej warstwie lipidowej. Białka peryferyczne są położone na powierzchni błony.
Transport cząsteczek przez błonę:
niepolarne cząsteczki hydrofobowe( azot, tlen, alkohol benzylowy, etan, telenek azotu, wodór) przechodzą przez błonę,
małe cząsteczki polarne bez ładunku ( woda, mocznik, glicerol, dwutlenek węgla) przechodzą przez błonę,
duże cząsteczki polarne bez ładunku ( glukoza, sacharoza) nie przechodzą przez błonę,
jony (kationy: sodu, potasu, magnezu, wapnia, aniony: HCO3, chloru, HPO4) nie przechodzą przez błonę,
duże cząsteczki polarne z ładunkiem ( glukozo - 6- fosforan 2-, ATP4-, aminokwasy) nie są przepuszczane przez błonę.
2.Ściana komórkowa:
Wraz z błoną cytoplazmatyczną stanowi 25% s.m. komórki,
Jest zewnętrzną osłoną komórki i strefą kontaktu ze środowiskiem,
Jest elastyczna, nadaje kształt komórce,
Całkowicie przepuszczalne jest dla soli i substancji drobnocząsteczkowych,
Jest jedną z najbardziej złożonych chemiczne i strukturalne części komórek,
Budowa ściany komórkowej jest kryterium podziału bakterii na gram + i gram --,
Charakterystycznym składnikiem ściany stanowiącym szkielet podoporowy jest peptydoglikan mureina, który występuje u obu grup.
Bakterie metodą Grama barwione są na: bakterie gram +( Bacillus cereus) na niebiesko a gram -- (Pseudomonas aeruginosa) na czerwono.
Ściana komórkowa bakterii gramdodatnich:
Składnikami jej są: peptydoglikan; kwas tejchojowy; kwas lipotejchojowy; białka, które przenikają peptydoglikan na zewnątrz.
Budowa peptydoglikanu - mureiny:
1.) Łańcuchy sacharydowe zbudowane na przemian z N- acetyloglukozoaminy i kwasu N acetylomuraminowego (wiąz. ß-1,4- glikozyd.) który połączony jest z pentapeptydem o składzie charakterystycznym dla gatunku.
2.) Pentapeptyd zawiera aminokwsay szeregu D kwas m- diaminopimelinowy (związki nie występujące u roślin i zwierząt).
Rola peptydoglikanu w komórce:
- Warunkuje kształt bakterii,
- Chroni przed skutkami zmian ciśnienie, czynnikami chemicznymi, fizycznymi, mechanicznymi,
- Pełni rolę sita molekularnego - wiąże jony metali.
Składnikami ściany tych ecoli bakterii są: peptydogąlikan, zewnętrzna błona cytoplazmatyczna o budowie asymetrycznej (warstwe wewnętrzną tworzą fosfolipidy)m zaś zewnętrzną unikatowe związki - lipopolisacharydy LPS. Obszar pomiędzy obu błonami stanowi przestrzeń peryplazmatyczna; mureina, osmoregulowane glukany, liczne białka: enzymy kataboliczne, ochronne, wiążące, itegrujące, transportujące, fuzyjne, itp.
Budowa:
Zawiera tylko 1-3 warstw mureiny, fosfolipidy, białka, lipoproteiny, lipopolisachatyd -LPS oraz nie zawiera kwasów tejchojowych.
Charakterystycznym składnikiem jest lipopolisacharyd -LPS. Składa się z 3 częśći: lipidu A, rdzenia R i O-swoistych ł. bocznych.
1. Lipid A: Disacharyd glukozoaminy, którego gr. OH są zestryfikowane kwasami tłuszczowymi ( C13, C14, C16), zakotwiczonymi w błonie zewnętrznej. Najbardziej konseratywna część LPS- aktywna endotoksycznie.
2. Rdzeń R:
Tworzą go: - 3 reszty KDO kwasu 2-keto, 3-deoksyoktonowy,
- 2 częśći heptozy ,
- rozgałęziony łańcuch: Glu, Gal, GluNAc.
Otoczki:
Są to substancje pokrywające zewnętrzną ścianę komórkową bakterii.
Jeżeli są ściśle związane z powierzchnią komórki, to tworzą otoczki; jeżeli lużno to - śluzy.
Zdolność syntezy substancji otoczkowych jest cechą gatunkową.
Zależy od składu środowiska i obecności tlenu.
Skład chemiczny otoczek jest cechą gatunkową lub rodzajową.
W większości otoczki składają się z:
-polisacharydów: glukany, aminocukry, ramnozy, kwasy uronowe.
kwasów: kwas pirogronowy, kwas octowy,
także: polipeptydów, peptydoglikanów, glikolipidów.
Rola otoczek:
Chronią bakterie przed wysychaniem, oraz działaniem antybiotyków,
Mogą wiązać jony metali ciężkich i kationy potrzebne komórce,
Uczestniczą w nieswoistej adhezji( adherencji)
Są czynnikiem zjadliwości, chronią przed fagocytozą,
Bakterie chorobotwórcze tworzą mikrokolonie w otoczce wielocukru- glikokaliks, który chroni je przed fagocytozą, oraz służy wymianie substancji odżywczych.
Przykłady:
- Leuconostoc mesenteroides z sacharozy wytwarza dekstran,
Bakteryjne warstwy S ( ang. Surface layer)
Są to najbardziej zewnętrzne struktury osłon bakteryjnych, nie licząc otoczek,
Tworzy je pojedyncza warstwa identycznych jednostek białkowych kwaśnych lub hydrofobowych.Warstwę S mogą także tworzyćglikoproteiny.
Białka S przylegają do mureiny lub LPS, który przerastają.
Nie są niezbędne do życia, ich rola i funkcja nie jest w pełni poznana.
Mogą pełnić rolę sita molekularnego ( wiążą kationy wapnia i magnezu), hamnować adhezję do fibroblastów, mieć funkcję ochronną.
Występują u archebakterii: u których stanowią jedyną strukturę powierzchniową obok błony plazmatycznej, u Arcinetobacter, Aquaspirillum, Bacilllus, Clostridium.
Białka amyloidalne:
Amyloidy są to włókniste struktury białkowe Mają wspólny motyw strukturalny tzw: poprzeczną strukturę β.
Obecność fibryli amyloidalnych jest cechą diagnostyczną chorób: Alzheimera, Creudzfedta-Jacoba.
Struktóry zewnątrzkomórkowe:
1. Rzęski:
- Są to organelle ruchu, zbudowane z kurczliwego białka flagellinyo strukt. lewoskrętnej helisy, pustej w środku. Są immunogenne - tzw. antygen H.
- Składają się z ciałka podstawowego zaczepionego w błonie cytpolazmatycznej, włókna i haczyka.
- Osadzone są biegunowo lub bocznie.
- Występowanie i sposób ułożenia są cechą taksonomiczną. Antygeny rzęskowe H wykorzystywane są w serodiagnostyce.
- Rzęska bakterii gramdodatnich ma prostą budowę: rdzeń, 2 pierścienie M i S w warstwie mureiny, hak i włókno.
Budowa rzęski:
Rzęskę bakterii gramujemnej buduje 25 różnych białek, z czego 20 ciało podstawowe. Ma 4 pierścienie.
Ciało podstawowe- obrotowy motor, który nadaje ruch, oraz kotwiczy rzęskę w osłonkach komórkowych.
Jest najbardziej złożoną częścią: 4 pierścienie, przez które przechodzi centralny pusty rdzeń:
1. pierścień MS zbudowany z białka FliF, od wewnątrz związany z białkiem FliG zakotwiczony w błonie cytoplazmatycznej.
2. pierścień P zbudowany z białka FliI zakotwiczony w mureinie
3. pierścień L zbudowany z białka FliH zakotwiczony w warstwie lipopolisacharydowej błony zewnętrznej
4. pierścień C (cytoplazmatyczny) zbudowany z białka FliM i FliN, poniżej ppierśc. MS- związany z wieloma białkami transportowanymi do haka i włókna. Białka C i FliG tworzą rotor. Na pozpiomie pierścienia MS związane są białka statora.
2. Fimbrie Nitkowate struktury białkowe odchodzące od komórki w stronę środowiska- Zbudowane z białka piliny(fimbryny) - Występują u bakterii urzęsionych i nieuurzęsionych, głównie gram--
Ich rola jest różnorodna:
- Niektóre pośredniczą w koniugacji zwiększając powierzchnię absorbcyjną komórki (F)
- Mają zdolności adhezyjne do komórek roślinnych i zwierzecych, co wskazuje na ich funkcję ekologiczną
- Nadają komórkom zdolność do agregacji co umożliwia im wzrost w postaci biofilmu lub błonki na podłożach stałych
- Pilusy płciowe typu F występują pojedynczo u szczepów E. coli K12 zawierających czynik F(Fim+).
Podział fimbri u bakterii:
- pospolite:
- płciowe
Pilusy
Wyróżnia się 3 szlaki biogenezy pilusów u enterotoksycznych E.coli:
- Piliny dostają się na zewnątrz komórki szlakiem ogólnej sekrecji np. fimbrie P
- Translokacja pilusów typu IV z udziałem specjalnych białek błony zewnętrznej o charakterze supersekretnym
- Składanie pilusów typu curli.
3. Celulosomy
Są to duże, wielobiałkowe kompleksy (0,7-2 Mda) związane z powierzchnią komórek niektórych beztlenowych bakterii celulolitycznych np. Clostridium cellulolyticum, Bacteroides cellulsolvens.
- Charakteryzują się skuteczną degradacją krystalicznej celulozy i innych polisacharydów ścian komórkowych roślin.
obecności jonów Ca2+.
- Oprócz kohenzyn mają domeny wiążące celulozę lub węglowodany oraz białka powierzchniowe komórki bakteryjnej.
- Celulosomy mogą tworzyć skupienia= policelulosomy
- Wydajność katalityczna enzymów zawartych w celulosomach jest znacznie wyższa w porównaniu z enzymami wydzielanymi pozakomórkowo.
Regulacja wytwarzania tych struktur jest złożona i słabo poznana.
Pojawiają się około 5 godz. po podaniu do podłożą celulozy, oraz znikają w ciągu 5 min. od jej zastąpienia innym cukrem.
4. Pęcherzyki błonowe
Bakterie gramujemne podczas wzrostu tworzą uwypuklenia błony zewnętrznej nazywane pęcherzykami błonowymi
Zawierają one: część peryplazmy, białka błony zewnętrznej, lipopolisacharyd, fosfolipidy.
Wśród białek pęcherzyków MV obecne są: autolizyny hydrolizujące mureinę, fosfolipazy C, proteazy hemoolizyny, β - laktamaz.
Rola pcherzyków:
Pęcherzyki mogą atakować bakterie gramdodatnie i gramujemne, ulegają fuzji z ich błoną zewnętrzną i uwalniają swoją treść do peryplazmy. Enzymy w peryplaźmie "ofiary" degradują mureinę i inne składniki.
Pęcherzyki w agregacji wielu gatunków w jamie ustnej, co prowadzi do powstania biofilmu i kolonizacji szkliwa.
Szczepy E.coli translokują czynnik nekrotyczny za pomocą MV.
Mogą rówznież degradować białka i polisacharydy pozakomórkowo, ulegając adhezji do włókien celulozy.
Mogą także chronić komórkę przed bakteriofogami lub związkami toksycznymi.
U niektórych bakterii zawierają DNA, któy w ten sp, chroniony jest przed nukleazami.
Mogą także DNA wprowadzać do komórek biorcy np: Neisseria, Salonella, E.coli.
Archebakterie ( Archaebacteriae)
Równorzędne do eubakterii królestwo archebakterii ( Archaea), jest systematyczną grupą organizów bezjądrowych.
- zajmują pośrednią pozycję między organizmami prokariotycznymi i eukariotycznymi
- wyróżniają się szczególnymi wlaściwościami ekologicznymi gdyż są przystosowane do występowania w skrajnych warunkach środowiska: beztlenowych, silnie zasolonych, w wodach o wysokiej temperaturze, w wodach kwaśnych.
Wyrażanie różnią się od pozostałych bakterii i sinic:
- budową lipidów wchodzących w skład komórkowej. Zamiast estróe kwasów tłuszczowych z glicerolem jak u eubakterii i organizmów eukariotycznych zawierają etery glicerolowe izoprenoidów alkilowych z resztami C20 - fitanylu i C40 - bifitanylu lub węglowodory izoprenoidowe C15 i C16
- odmiennymi właściwościami transportującymi kwasów nukleinowych tRNA
- strukturą ściany komórkowej, w której brak peptydoglikanów - mureiny
- mają szereg cech zbliżających je do organizmów eukariotycznych ( np. obecność intronów w niektórych genach)
| Nr. Cecha | Bacteria | Archaea | Eukarya |
|---|---|---|---|
|
nie | nie | tak |
|
tak | nie | nie |
|
Estrowe | estrowe | estrowe |
|
70S | 70S | 80S |
|
fMet | Met | Met |
|
jedna | kilka | trzy |
|
nie | tak | tak |
|
tak | nie | nie |
|
tak | tak | nie |
|
nie | nie | tak |
|
nie | tak | nie |
|
tak | tak | nie |
|
tak | nie | nie |
|
tak | tak | nie |
-Archebakterie mają nietypowe procesy metaboliczne
-chemoautotrofy-redukują siarczany
-chemolitoautrotrofy-wykorzystują CO2 jako źródło węgla, związki mineralne jako źródło energii
Autotroficzne wiązanie CO2 nie zachodzi w cyklu rybulozobisfosforanowym ale przez acetylokoenzym A
-organotrofy-jako źródło węgla i energii wykorzystują związki organiczne.
-Ich budowa jest zróżnicowana:
Komórki mają kształty sferyczne, pałeczkowate, spiralne lub płatowate o średnicy 0,1- 15 µm
-żyją jako pojedyncze komórki, tworzą nitki lub agregaty(kolonie), włókna do 200 µm długości
-nie tworzą przetrwalników
-ich rozmnażanie jest również bardzo różnorodne-np. podział lub fragmentacja.
-fizjologicznie są bardzo różnorodne. Mogą być: aerobami(tlenowcami), fakultatywnymi anaerobami(względnymi beztlenowcami), ścisłymi anaerobami(ścisłymi beztlenowcami)
-niektóre są mezofilami(żyją w temp 20-40*C) inne hipertermofilami – mogą żyć w temp, powyżej 100*C
-mogą prowadzić fotosyntezę- są autotrofami, ale brak im chlorofilu więc wykorzystują bakteriorodopsynę.
W cytoplazmie sinic występują różnego rodzaju inkluzje:
1.Ziarna wielokątne(poliedralne)-zawierają najważniejszy enzym fazy ciemnej fotosyntezy, odpowiedzialny za wiązanie CO2-karboksylazę
2.Ziarna poliglukanu(skrobi, zbliżonej do zwierzęcego glikogenu), o funkcji zapasowej
3.Ziarna polifosforanowe nazywane wolutyną o funkcji zapasowej
4. Ziarna cyjanoficyny-argininy i kwasu asparaginowego, o funkcji zapasowej
Rozmnażanie
Sinice rozmnażają się wyłącznie wegetatywnie poprzez podział lub rozerwanie wielokomórkowej nici. Wiele sinic wytwarza specjalne twory służące do rozmnażania wegetatywnego:
1.Akinety akinety mają charakter zarodników przetrwalnikowych;
2. Endospory powstają przez podział zawartości komórki macierzystej i uwalniają się poprzez rozpad jej ściany;
3. Egzospory powstają ze ścian komórki macierzystej, która pęka lub śluzowacieje na szczycie, a wnętrze kom. odcina jednokomórkowe egzospory
4. Hormogonie(ruchliwki)- Fragmenty trychomów, które wypełzają z pochew dają początek nowym osobnikom; otoczone grubą ścianą i pozbawione ruchu nabierają charakteru przetrwalnikowego i noszą wówczas nazwę hormocyst; Jednokomórkowe fragmenty trychomów, analogicznie do hormogonii nazywane są planokokami
Biofilmy bakteryjne
-W warunkach laboratoryjnych większość bakterii zarówno saprofitycznych jak i patogennych rozmnaża się na stałych pożywkach tworząc skupiska w postaci kolonii
-W środowisku naturalnym większość bakterii występuje w postaci biofilmów.
-najczęściej biofilm tworzą komórki należące do różnych gatunków drobnoustrojów, przylegających do siebie, otoczonych wytwarzaną przez nie macierzą pozakomórkową.
Jest on heterogenną zorganizowaną przestrzennie strukturą dwu- lub trójwymiarową składającą się z komórek i materiału pozakomórkowego.
Występowanie biofilmu:
Biofilm może ukształtować się na dowolnej powierzchni:
a) stałej biotycznej: wewnątrz żywych organizmów: na błonie śluzowej narządów, na zębach, na implantach, na tkankach roślin.
b)abiotycznej jakimi są naturalne systemy wodne, skały w strumieniach będące w kontakcie z wodą czy rury kanalizacyjne
c)na granicy faz woda/powietrze
d)przez wzajemną adhezję komórek
e)Inne przykłady:na korzeniach roślin motylkowych, w przewodzie trawiennym zwierząt, na szkłach kontaktowych, na protezach, implantach medycznych, drenach, cewnikach, w wewnętrznych częściach przewodów i instalacji przemysłowych, na kamieniach rzecznych, na kadłubach statków, w wodach gruntowych.
Powstawanie struktury biofilmu:
1.Makromolekuły znajdujące się w środowisku osadzają się na powierzchni adhezji tworząc warstwę kondycjonującą
2. Mikroorganizmy zbliżają się do powierzchni, do której następuje adhezja
3. Adhezja odwracalna, niektóre komórki mogą swobodnie powrócić do środowiska
4, Adhezja nieodwracalna
5. Dojrzewanie biofilmu i wydzielanie EPS
6. Oddzielanie się niektórych mikroorg. Ze struktury biofilmu
Adhezja zachodzi w dwóch fazach:
Faza początkowa- odległość podłoża od organizmu wynosi ponad 50nm. Największą rolę odgrywają tu oddziaływania fizyczne: siły hydrodynamiczne, dyfuzja, grawitacja, ruchy Browna, siły van der Waalsa, ładunki komórek i ich ruchliwość.
Faza zasadnicza- odległość komórki od podłoża wynosi ok. 3 nm. Zasadnicza rolę w tworzeniu wiązań odgrywają siły chemiczne: wiązania wodorowe, kompleksy jonowe, wiązania C-C.
Stabilizują one rolę każdego biofilmu.
Charakterystyka biofilmu:
*Bytujące w biofilmie mikroorganizmy wykazują wysoką odporność na:
-czynniki antymikrobiologiczne: antybiotyki, detergenty, toksyny, metale, surfaktanty
-na fagocytozę
-na zmiany pH
-ograniczoną dostępność składników odżywczych
-nie odpowiednie warunki tlenowe, co predysponuje bakterie do bytowania w niekorzystnych warunkach środowiskowych.
*wydzielane przez mikroorganizmy wtórne metabolity np. biosurfaktanty, egzopolisacharydy stanowią dodatkowe źródło węgla, azotu i innych niezbędnych pierwiastków oraz związków.
*w obrębie biofilmu następuje różnicowanie poszczególnych komórek i dostosowanie ich do specyficznych funkcji, poprzez wydzielanie do środowiska biowarstwy specyficznych cząsteczek autoinduktorów.
Środowisko biofilmu:
-w obrębie biofilmu bakterie znajdują się w mieszanych stanach metabolicznych.
-na obrzeżach wykazują przejawy życia takie jak np. wzrost
-natomiast komórki położone w głębszych warstwach są żywe, ale ‘uśpione’(znajdują się w stanie anabiozy).
Negatywne konsekwencje tworzenia biofilmu przez bakterie:
-dojrzała struktura biofilmu jest trudna do usunięcia z powierzchni na której powstała.
-bakterie tworzące biofilm powodują przewlekłe schorzenia u ludzi, zwłaszcza o obniżonej odporności immunologicznej.
-są przyczyną skażeń żywności.
-zaburzeń w wymianie ciepła oraz korozji stali, wynikających z utworzenia się trójwymiarowej struktury mikrokolonii wewnątrz instalacji produkcyjnych.
Pozytywne strony powstawania biofilmów:
-odpowiedni dobór gatunków bakterii oraz warunków tworzenia biofilmu może być wykorzystany do:
*biokontroli patogenów roślinnych
*w bioremediacji gleb
*w degradacji biopolimerów
*do czyszczenia wody oraz inhibicji
Kompartmenty są to oddzielone membranami miejsca w komórce wyposażone w składniki do spełnienia specyficznej funkcji.
Jądro komórkowe- podstawową funkcją- magazynowa i powielanie informacji genetycznych: replikacja DNA i transkrypcja mRNA.
Cytozol- wszelkie procesy związane z metabolizmem pośrednim.
Siateczka śródplazmatyczna- synteza białek i lipidów błon. Wspólnie z ap. Golgiego ma funkcję: wydzielnicze, sortująca, transportowe i syntetyczne ( białka i lipidy błon).
Aparat Golgiego(wszystkie diktiosomy komórki)- kontrola glikozylacji, sortowanie produktów syntezy, modyfikowanie białek eksportowych.
Mitochondria; chloroplasty- synteza ATP, fotosynteza, utlenianie cukrów, lipidów i aminokwasów.
Lizosomy- degradacja obumarłych struktur i uczynnianie zablokowanych metabolitów.
Mikrociała- udział w procesach utleniania i rozkładu substancji zbędnych np. H2O2.
Kompartment może być organellem(np. jądro) lub nie; polisomy- są organellami, ale nie są kompartmentem.
PROTOPLAST jądro komórkowe, chromatyna jądrowa, jąderko, macierz jądrowa
+ rys. ruchu organelli i pęcherzyków, rys. połączenia komórka-komórka (różne rodzaje)
| kategoria połączenia | nazwa | główne właściwości |
|---|---|---|
|
styk zwarty połączenia zamykające:obwódka zamykająca, strefa zamykająca, plamka zamykajaca |
integralne białka sąsiadujących błon powiązane ze sobą |
| II. Komunikacyjne(szczelina: 2nm) | połączenia szczelinowe; synapsa chemiczna | przestrzeń między błonami ok. 2 nm; w błonach – koneksony |
|
Desmosom pasowy;obwódka przylegania Desmosom dyskowy(plamkowy, punktowy);plamka przylegania |
przestrzeń między błonami 15-25nm przestrzeń między błonami 22-35nm |
Pozycję jądra w komórce utrzymują filamenty pośrednie:
-przebiegają od powierzchni jądra do błony plazmatycznej
-od jednego połączenia międzykomórkowego do drugiego
-w obrębie otoczki (blaszki) jądrowej w nukleoplaźmie tworzą karioszkieletową siateczkę
+ rys. schemat frakcjonowania jąder komórkowych wątroby
Budowa jądra interfazowego
dwa główne składniki
- otoczka jądrowa- podwójna błona, kompleksy porowe (porosom)
-nukleoplazma chromatyna, jąderko (a), macierz (matriks) jądrowa, obszar międzychromatynowy
Jądro jest organellą, która cyklicznie może zmieniać strukturę
-podczas cyklu podziałowego z chromatyny wyodrębniają się chromosomy, a otoczka jądrowa ulega rozpadowi
-po zakończonym podziale procesy odwrotne odtwarzają strukturę potomnych jąder interfazowych
Heterochromatyna
Heterochromatyna zbudowana jest z tandemowo powtórzonych sekwencji DNA, głównie satelitarnych, które nie podlegają transkrypcji. Stanowi heterochromatynę strukturalną (konstytutywną). W jej obszarze mogą występować nie aktywne geny i retranspozony.
-jest najbardziej skondensowaną formą chromatyny interfazowej,
- stanowi około 10% chromosomu interfazowego,
- w chromosomach ssaków występuje zazwyczaj wokół regionu centromeru oraz w telomerach,
- geny znajdujące się w obrębie heterochromatyny nie podlegają ekspresji, ponieważ jest ona ściśle upakowana,
- jej lokalizacja nie jest przypadkowa, ale charakterystyczna dla gatunku lub chromosomu.
Euchromatyna
- jest to pozostała, luźna część chromatyny interfazowej,
- nie jest homogenna: znajdują się w niej regiony częściowo nieaktywne, składające się z pętli chromosomowych upakowanych we włókna 3-nm – solenoidy; także regiony, gdzie geny są aktywnie transkrybowane, o strukturze „sznura koralików” – nukleosomów,
- euchromatyna ma różny stopień rozproszenia, zależny od aktywności transkrypcyjnej. Aktywna transkrypcyjnie jest najmniej skondensowana
- czasowo nieaktywna może podlegać kondensacji = heterochromatyna fakultatywna
- DNA w heterochromatynie jest wysoko metylowany, a w euchromatynie nie.
Poziomy upakowania DNA:
Krótki region dwuniciowej helisy
Chromatyna w formie sznura koralików (nukleosomów)
Nukleosomy upakowane we włókna chromatyny grubości 30 nm – solenoidy
Fragmenty chromosomu w formie rozproszonych pętli
Fragmenty chromosomu w formie skondensowanej
Cały chromosom mitotyczny
MITOZA
Profaza -> prometafaza -> metafaza -> anafaza -> telofaza
Profaza
- kondensacja chromosomów (zreplikowanych w fazie S), składających się z dwóch chromatyd siostrzanych
- tworzenie wrzeciona mitotycznego na zewnątrz jądra, pomiędzy dwoma centrosomami, które zaczynają się od siebie oddalać
chromatydy siostrzane – ściśle związane kopie chromosomów, połączone przez kompleksy białkowe – kohezyny
kondensyny – zespół kompleksów białkowych wspomagających kondensację chromosomów
wrzeciono mitotyczne – mikrotubule i inne białka współdziałające, precyzyjny rozdział materiału genetycznego
centrosom – podwojony przed rozpoczęciem przez kom fazy M „centrum organizacji mikrotubul”
cykl centrosomowy – proces duplikacji centrosomów i ich rozdział do kom. Potomnych
Prometafaza
- rozpad otoczki jądrowej
- przyłączenie chromosomów do mikrotubul przez kinetochory
kinetochory – kompleksy białkowe formowane na skondensowanych chromosomach w późnej profazie
Metafaza
- ustawienie się chromosomów w płaszczyźnie rówikowej wrzeciona pomiędzy biegunami (płytka metafazowa)
- przyłączanie mikrotubul kinetochorowych do przeciwległych biegunów wrzeciona
Anafaza
- synchroniczny podział chromatyd = chromosomów potomnych (rozerwanie wiązań tworzonych przez kohenzyny)
- początek cytokinezy
- Anafaza A – skracanie (depolimeryzacja) mikrotubul
Anafaza B – przesuwanie biegunów wrzeciona
Telofaza
- powstanie nowej otoczki jądrowej wokół każdego zespołu chromosomów (wprowadzenie białek jądrowych; powiększenie jądra, dekondensacja chromosomów – umożliwienie replikacji)
- inicjacja podziału cytoplazmy – bruzda podziałowa prostopadle do osi podłużnej wrzeciona, powstanie pierścienia kurczliwego pod błoną komórkową
- koniec procesu cytokinezy
- przejście komórki w stan interfazy
pierścień kurczliwy – głównie filamenty aktynowe i miozynowe, skurcz pierścienia skutkujący wciągnięciem błony i podziałem komórki, stopniowo zmniejszający się podczas cytokinezy i zanikający po podziale komórki
MEJOZA
Profaza I -> Metafaza I -> Anafaza I -> Telofaza I -> Profaza II -> Metafaza II -> Anafaza II-> Telofaza II
Diploidalni rodzice -> haploidalne jajo i plemnik -> diploidalna zygota - > nowy organizm diploidalny złożony z wielu komórek
Profaza I
- Chromosomy widoczne w postaci długich, cienkich nici – stadium leptotenu
- chromosomy homologiczne łączą się tworząc biwalenty (połowa liczby chromosomów homologicznych) – stadium zygotenu
- kondensacja chromosomów (tzw. Stadium grubych nici) – stadium pachytenu
- chromosomy homologiczne zaczynają się częściowo rozsuwać (brak całkowitego rozdzielenia - chiazmy) – stadium diplodentu
- postępująca spiralizacja chromosomów – stadium diakinezy
Metafaza I
Zanika błona jądrowa, powstanie wrzeciona kariokinetycznego, w którego płaszczyźnie równikowej układają się tetrady. Rozdzielenie chromosomów homologicznych (składających się z dwóch chromatyd i niepodzielnego centromeru)
Anafaza I
Rozdział chiazm i centromerów. Chromosomy homologiczne wędrują do przeciwległych biegunów wrzeciona kariokinetycznego. Każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd połączonych centromerem. Każda z grup chromosomów zebranych na biegunach wrzeciona ma tylko po jednym chromosomie homologicznym.
Telofaza I
Wyodrębnienie się jąder potomnych (cytoplazma zazwyczaj dzieli się ale oddzielnie komórki nie wyodrębniają się)
Profaza II
Zanik błony jądrowej, utworzenie wrzeciona kariokinetycznego, chromosomy jako diady połączone centromerem ustawiają się w jego płaszczyźnie równikowej
Metafaza II
Chromosomy ułożone w płaszczyźnie równikowej, podział centromerów
Anafaza II
Przesunięcie chromatyd siostrzanych w kierunku przeciwległych biegunów
Crossing over – rekombinacja – wymiana fragmentów chromosomów homologicznych (podczas pierwszego podziału mejotycznego w każdej parze chromosomów ludzkich 2-3 razy)
Chiazmy – połączenia pomiędzy dwoma nie siostrzanymi chromadtydami, utrzymywanie bliskiej odległości między chromosomami homologicznymi do momentu ich rozdziału w anafazie I
Mitoza i mejoza porównanie:
| Mitoza | Mejoza |
|---|---|
| W komórkach somatycznych, jeden podział, powstają dwie komórki o tej samej ploidii jak komórka macierzysta | W komórkach macierzystych gamet (zwierzęta) i zarodników (rośliny), powstają cztery o zredukowanej ploidii |
| Profaza | |
| Trwa krótko, chromosomy dzielą się na dwie chromatydy | Trwa długo: leptoten, zygoten, pachyten, diploten, diakineza. Zachodzi koniugacja chromosomów homologicznych i crossing over |
| Metafaza | |
| Chromosomy złożone z dwóch chromatyd w płaszczyźnie równikowej wrzeciona | Tetrady (pary chromosomów homologicznych podzielonych na cztery chromatydy) w płaszczyźnie równikowej wrzeciona kariokinetycznego |
| Anafaza | |
| Do biegunów rozchodzą się chromatydy | Do biegunów rozchodzą się chromosomy homologiczne |
| Telofaza | |
| Powstają dwa jądra potomne o tej samej licznie chromosomów co komórka macierzysta, zachodzi cytokineza | Powstają dwa jądra potomne o haploidalnej liczbie chromosomów, nie zachodzi cytokineza |
Powiązania metaboliczne:
Szlaki anaboliczne i kataboliczne są ze sobą ściśle powiązane, gdyż reakcje syntezy (anaboliczne) zachodzą przy niezbędnym nakładzie energii z zewnątrz ,która wykorzystywana jest z energii uwalniananej w reakcjach katabolicznych. Dlatego też reakcje syntezy i rozkładu przeprowadzane są jednocześnie, choć w różnych strefach komórki. Przetransportowanie dzieje się zapośrednictwem związków wysokoenergetycznych.W pojedynczej komórce poszczególne przeciwstawne przemiany metaboliczne są od siebie oddzielone przedziałami wewnętrznych błon komórkowych, np. błoną jądrową, błoną lizosomów, błoną mitochondriów czy błonami E.R., i przebieg tych procesów nie jest niczym zakłócony. Jeszcze bardziej precyzyjne oddzielenie procesów metabolicznych ma miejsce w organizmie wielokomórkowym, posiadającym wyspecjalizowane metaboliczne organySą one złożonymi i sprawnie działającymi „laboratoriami biochemicznymi”, przeprowadzającymi reakcje syntezy i rozpadu.