1. Przedstaw osobliwe właściwości Archea odróżniające tę domenę od Bactria i Eukarya.

2. [a] Przedstaw budowę rzęski bakteryjnej;
[b] narysuj i nazwij typy urzęsienia.

3. Objaśnij formy/ stadia rozwojowe grzybów:
[a] balistospora;
[b] blastospora;
[c]artrospora;
[d] chlamydospora;
[e] grzybnia reproduktywna;
[f]sporokarp.

4. Wskaż różnice w sposobach rozmnażania wegetatywnego i płciowego grzybów strzępkowych należących do Zygomycota i Ascomycota.

5. [a] Objaśnij istotę procesu oddychania (utleniania biologicznego);
[b] podaj różnicę między fermentacją a oddychaniem azotanowych/siarczanowym.

6. Scharakteryzuj grupy fizjologiczne drobnoustrojów:
[a] prototrofy,
[b] auksotrofy,
[c] chemolitotrofy,

[d] fotolitotrofy.
Zilustruj je przykładami.

7. [a] Podaj przeciętne wartości wieku osobniczego (tg) dla bakterii, drożdży i pleśni;
[b] wskaż 3 powody ustania wzrostu w okresowej hodowli mikroorganizmów;
[c] oblicz po jakim czasie populacja bakterii o wyjściowej gęstości N=5x10^6 jtk/ml osiągnie ok. 1x10^9 jtk/ml przy założeniu wzrostu wykładniczego a tg=30min.

8. Zmienność fenotypowa drobnoustrojów i jej przyczyny.

9. [a] Zdefiniuj parametr aktywność wody (aw);
[b] objaśnij jego znaczenie dla wzrostu drobnoustrojów.

10. Przedstaw główne przemiany związków azotowych przeprowadzanych przez mikroorganizmy w otwartych środowiskach przyrodniczych (obieg azotu).

Ad 1.
Archea:

1. wydzialają metan, u Bacteria jest to nieznane

2. mają kolistą dwuniciową spiralę DNA związaną z białkami histonowymi, podobnie jak Eucarya, a nie Bacteria

3. różnice między budową membrany cytoplazmatycznej: L-glicerol zamiast D-glicerolu
rozgałęzione łańcuchy

Wiązania eterowe, a nie estrowe
brak peptydoglikanu, jest mureina

Ogólnie są to podobne struktury do innych organizmów, ale budują je z innych związków chemicznych, nie jak Procariota i Eucariota

4. nie posiadają systemu błon wewnętrznych

5. rybosomy wykazują więcej podobnych cech z Eucaria niż z Bacteria

6. większość żyje w warunkach ekstremalnych, np. halofile, termo acidofile

Ad. 2

a) budowa rzęski bakteryjnej

Rzęska bakteryjna składa się z:

-zaczepu = haczyka

-filamentu

-ciałka bazalnego

Od góry:

1. Fi lament

2. Pierścień L

3. Rod (kołeczek)

4. Pierścień P

5. Pierścien S

6. Pierścień M

7. Pierścień C

Ciałko bazalne = Rod (kołeczek) + pierścienie

Pierścienie L i P => Są obecne tylko u bakterii G(-), dodatkowo ograniczają przemieszczanie się ciałka bazalnego

Pierścienie S i M => wprowadzają kołeczek (rod) w rotację

Pierścień C => jest statorem, czyli łożyskiem oporowym

Po boku pierścienia C jest Mot, czyli białko przewodzące impulsy elektryczne

• Rzęski mają średnicę 10-20 nm do 50 nm

b) Typy urzęsienia:

1. Monotrichalne

2. Ditrichalne

3. Politrichalne

4. Atrichalne

• Rozmieszczenie rzęsek:

1. Monopolarne

2. Bipolarne

3. Peritrichalne

4. Subpolarne

5. Lofotrichalne - dużo po jednej stronie

6. Amfitrichalne - dużo po dwóch stronach

Ad 3.

Objaśnij formy/ stadia rozwojowe grzybów:

1. BALISTOSPORA - rodzaj Sporobolomyces (drożdże), klasa Basidiomycetes

- zarodniki na wypustkach, które po osiągnięciu stadium dojrzałości są „wystrzeliwane” z komórki macierzystej za pomocą tzw. Mechanizmu kropelkowego

- powstaje na drodze enteroblastycznej konidiogenezy, odmiennej niż proces tworzenia pączka

- pączki przekształcające się w balistosporę tworzone są w jednym określonym miejscu, a po oderwaniu spory powstaje charakterystyczny kołnierzyk

- są łatwo wykrywalne na podstawie tworzenia lustrzanego odbicia kolonii na wieczku płytki przez wyrzucanie z dojrzałych komórek spory i wzrostu na agarze „satelitarnych” mikrokolonii wokół kolonii macierzystych

-jest to przy rozmnażaniu bezpłciowym drożdży (pączkowanie)

2. BLASTOSPORA - klasa Basidiomycetes

- podobnie jak balistospora z tym, że blastospory nie są „wystrzeliwane”

- powstają na drodze enteroblastycznej konidiogenezy, odmiennej niż proces tworzenia pączka

- pączki przekształcają się w blastospory/ balistospory

- po oderwaniu pozostaje charakterystyczny kołnierzyk

- w rozmnażaniu bezpłciowym drożdży (pączkowanie)

3. ARTROSPORA - pojedyncza komórka po podziale strzępki

- pełni rolę zarodnika przetrwalnikowego

- występuje u nitkowatych form sinic i u niektórych glonów zyjących w szybko zmieniających się środowiskach

- często przyjmują kształt owalny

- ich rozmiary są większe niż rozmiary komórek wegetatywnych

- są otoczone grubą ścianą komórkową

- mają dużą ilość materiału zapasowego

- brak w nich barwników asymilacyjnych

4. CHLAMYDOSPORA - grubościenny zarodnik przetrwalnikowy powstający ze strzępek grzybni, w wyniku tworzenia się grubych ścian komórkowych

- u różnych gatunków mogą tworzyć się w różny sposób, np. w formie łańcuchów pojedynczych komórek , zgrupowań

5. GRZYBNIA REPRODUKTYWNA = POWIETRZNA = ROZRODCZA

- tworzą ją strzępki wyrastające ponad powierzchnię środowiska, nazywa się strzępkami powietrznymi

- strzępki powietrzne licznych rodzajów grzybów wykazują szczególnie duże zróżnicowanie form i służą do rozmnażania zarówno bezpłciowego jak i płciowego

- są organy czepne: przylgi, stolony, ryzoidy

- są formy spoczynkowe: chlamydospory, sklerocja, gemmy

Z wykładów: - potomstwo jest tworzone w wyniku zespolenia: gamet, gametangiów, komórek lub strzępek (+) i (-)

- gamety i gametangia mogą być: ROZRÓŻNIALNE -męskie = plemnie

- żeńskie = lęgnie

NIEROZRÓŻNIALNE - izogamety, izogametangia

- w wyniku zespolenia, a następnie segregacji rodzicielskich genomów powstają zarodniki płciowe:

- zygospory (Zygomycetes)

- askospory (Ascomycetes)

- bazydiospory (Basisiomycetes)

6. SPOROKARP - wyspecjalizowana struktura występująca u niektórych pleśni

- związana z wytwarzaniem i uwalnianiem zarodników

- ciałko owocujące

- płciowe zarodniki

4. Wskaż różnice w sposobach rozmnażania wegetatywnego i płciowego grzybów strzępkowych należących do Zygomycota i Ascomycota.

ROZMNAŻANIE BEZPŁCIOWE

ZYGOMYCETES	ASCOMYCETES
- wytwarzanie endospor -za pomocą zarodników sporangialnych (wytwarzanych w sporangiach) albo konidialnych -rozsiewane przez wiatr lub dzięki mechanizmom wyrzutowym	- pączkowanie (drożdże) lub przy pomocy spor zwanych konidiami - przez podział

ROZMNAŻANIE PŁCIOWE

ZYGOMYCETES

ASCOMYCETES

- połączenie gametangiów, czyli płciowo zróżnicowanych strzępek - w wyniku kopulacji niezróżnicowanych morfologicznie różno jądrowych gametangiów (+) (-) tworzy się grubościenna zygospora o charakterze przetrwalnikowym - nie wytwarzają owocników - nie ma dikariofazy - kariogamia bezpośrednio po plazmogamii

- nie tworzą konidiów - na strzępkach grzybów o różnych znakach płciowych wyrastają askogony (żeńskie organy rozrodcze) lub plemnie (męskie) - odgałęzienia te mogą splątać się wokół siebie albo askogon zostaje otoczony przez wyrastające boczne strzępki plemni - zlanie cytoplazmy - faza dikariotyczne - zlanie jąder - mejotyczny podział chromosomów PERITECJUM = OWOCNIK -> heterotalizm, homotalizm (s.88 w skrypcie)

5. [a] Objaśnij istotę procesu oddychania (utleniania biologicznego)

Heterotrofy (chemoorganotrofy) czerpią energię ze związków organicznych = zredukowanych związków węgla

ODDYCHANIE = utlenianie biologiczne

- oderwanie e^- i H⁺ od związku utlenianego, czyli substratu oddychania przy udziale specyficznych dehydrogenaz

S₂ + NAD⁺ ---------------------------- S⁺² + NADH + H⁺

A + NADH + H⁺ -------------------- AH₂ + NAD + energia

[b] podaj różnicę między fermentacją a oddychaniem azotanowych/siarczanowym.

W fermentacji końcowym akceptorem elektronów i protonów jest związek organiczny, a w oddychaniu siarczanowym związek nieorganiczny.

6. Scharakteryzuj grupy fizjologiczne drobnoustrojów:
   

1. PROTOTROFY

Heterotrofy dzielą się na: prototrofy i auksotrofy

- wykorzystują organiczne źródło węgla - zredukowane związki C

- wymagają do wzrostu oprócz substancji mineralnych jednego organicznego źródła węgla

Przykład : Escherichia coli

2. AUKSOTROF

- organizmy żywe pozbawione zdolnoości syntezy określonych, niezbędnych do ich wzrostu, skomplikowanych związków organicznych, takich jak WITAMINY, ZASADY ORGANICZNE, AMINOKWASY

-organizm auksotroficzny musi pobierać ten związek z otoczenia

-wymagają do wzrostu podłóż o bogatym i złożonym składzie

Przykład: bakterie fermentacji mlekowej: Lactococcus, Lactobacillus

Równanie fermentacji mlekowej:
C₆H₁₂O₆ + bakterie mlekowe → 2CH₃CHOHCOOH + 22,5 kcal

3. CHEMOLITOTROFY

- bezwzględne tlenowce

- G (-) z wyjątkiem niektórych bakterii wodorowych i węglanowych

Przykład: bakterie metanowe

Bakterie nitryfikacyjne - Nitrosomonas

Bakterie siarkowe - Thiobacillus

Bakterie wodorowe - Pseudomonas, Bacillus

Bakterie żelazowe - Leptothrix ochracea

Źródło C - CO₂

Źródło energii - związki chemiczne

Źródło e^- - związki nieograniczne

4. FOTOLITOTROFY

- glony

- sinice

- nieliczne bakterie

Źródło C- CO₂

Źródło energii - światło

Źródło e^- - związki nieograniczne

7. [a] Podaj przeciętne wartości wieku osobniczego (tg) dla bakterii, drożdży i pleśni;

Bakterie 15 - 90 min

Drożdże 45 - 180 min

Pleśnie 180 - 360 min
[b] wskaż 3 powody ustania wzrostu w okresowej hodowli mikroorganizmów;

-

-

-

[c] oblicz po jakim czasie populacja bakterii o wyjściowej gęstości N=5x10^6 jtk/ml osiągnie ok. 1x10^9 jtk/ml przy założeniu wzrostu wykładniczego a tg=30min.

T0 5* 10^6

30 min 1* 10^7

60 min 2* 10^7

90 min 4* 10^7

120 min 8* 10^7

150 min 1,6 *10^8

180 min 3,2* 10^8

210 min 6,4* 10^8

240 min 1,28* 10^9

Odp: 240 min.

8. Zmienność fenotypowa drobnoustrojów i jej przyczyny.

FENOTYP - zespół cech ujawniających się

• GENOTYP - zespół potencjalnych możliwości organizmu zaszyfrowany w DNA

ZMIENNOŚĆ CECH może być FENOTYPOWA lub GENOTYPOWA

FENOTYPOWA ZMIENNOŚĆ dzieli się na Rozwojową i Modyfikacyjną

ZMIENNOŚĆ ROZWOJOWA:

-obserwowane podczas rozwoju populacji

1) zmiany kształtu i wielkości komórek

2) zmiany pewnych drugorzędnych cech fizjologicznych

3) tworzenie form przetrwanych

4) przechodzenie przypisanego gatunkowi cyklu rozwojowego

! Zmienność rozwojowa NIE ZALEŻY od czynników zewnętrznych

! Zmienność rozwojowa NIE DZIEDZICZY SIĘ - dziedziczy się zdolność do podlegania określonym dla gatunku zmianom rozwojowym

ZMIENNOŚĆ MODYFIKACYJNA:

- zasadnicza zmiana właściwości drobnoustroju pod wpływem warunków bytowania:

1) zmiana typu oddychania u względnych beztlenowców

2) przejściowa utrata zdolności do syntezy śluzów otoczkowych

3) przejściowa utrata zdolności do wytwarzania rzęsek

4) zmiana typu wzrostu w podłożach płynnych lub stałych

5) zmiana sposobu odżywiania

! Zmiany tego rodzaju mogą utrzymywać się przez wiele pokoleń - zwykle nie są dziedziczone

- po ustaniu bodźca cofają się

PRZYCZYNY ZMIENNOŚCI FENOTYPOWEJ:

- rozwój i starzenie się organizmów (zmiana kształtu, wielkości, przetrwalnikowanie)

- wpływ środowiska (zmiana w sposobie odżywiania, oddychania)

9. [a] Zdefiniuj parametr aktywność wody (aw);

AKTYWNOŚĆ WODY - jest miarą zawartości wody wolnej/niezwiązanej, czyli dostępnej dla drobnoustrojów

gdzie: P - ciśnienie pary roztworu

P₀ - ciśnienie pary czystego

rozpuszczalnika ( wody )

N₁ - liczba moli subst. rozpuszcz.

N₂ - liczba moli rozpuszcz. ( wody )

[b] objaśnij jego znaczenie dla wzrostu drobnoustrojów.

Woda może sprzyjać procesom utleniania przez zwiększenie rozpuszczalności jonów metali uczestniczących w tych reakcjach. Przeciwutleniające działanie wody może być spowodowane m.in.: utrudnieniem dyfuzji tlenu do miejsc reakcji, przyspieszeniem tych reakcji, których produkty mają właściwości przeciwutleniające.

mała aktywność wody=mało wody wolnej=kiepski rozwój

Większość drobnoustrojów wymaga A_w = 0,999 ÷0,995

Przedstaw główne przemiany związków azotowych przeprowadzanych przez mikroorganizmy w otwartych środowiskach przyrodniczych (obieg azotu).

Wiązanie N₂ ( w atmosferze 78% N )

Symbiotyczne Rhizobium, Bradyrhizobium
Niesymbiotyczne Azotobacter, Azotomonas, Beijerinckia, Clostridium ;

słabiej wiążą N Arthrobacter, Pseudomonas

Proteoliza ( → amonifikacja ): ♦ grzyby, ♦ bakterie Bacillus, Pseudomonas

i rozkład innych organicznych związków N: ♦ liczne bakterie właściwe,

♦ grzyby, ♦ promieniowce, ♦ drobnoustroje tlenowe i beztlenowe

Nitryfikacja - utlenianie NH₄⁺ → NO₃^- - chemolitotrofy Nitrosomonas, Nitrobacter

Denitryfikacja - redukcja NO₃^- → NO₂^- → NH₄⁺ → NO → N₂O → N₂

♦ Bacillus, ♦ Pseudomonas, ♦ Micrococcus, ♦ Spirillum

- denitryfikacja całkowita ( właściwa ) zachodzi w warunkach beztlenowych

- denitryfikatorami mogą być chemolitotrofy, np. Thiobacillus denitrificans

A_w = P / P₀ = N₁ / N₁ + N₂

---