Aparat ruchu
-niektóre bakterie posiadają rzęski
-rzęski zbudowane z białka flageliny, która jest antygenem (antygen H) wykorzystywanym w diagnostyce serologicznej
-rzęski mają średnicę od 12-20 nm
-są one umocowane na haczykowatym ciałku podstawnym zlokalizowanym w błonie komórkowej
-wykonują ruchy obrotowe z prędkością 10-80 μm/sek. („jak śmigło w samolocie”)
-bakterie wykonując ruch obrotowy rzęskami w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara poruszają się w przód, natomiast obracając się zgodnie z wskazówkami zegara doprowadzają do „przekoziołkowania” bakterii umożliwiając ruch do tyłu i zmianę kierunku ruchu
-ze względu na ilość i położenie rzęsek wyróżnia się:
a. bakterie monotrychalne = jednorzęse, np. przecinkowiec chordus
b. bakterie lofotrychalne = czuborzęse - kilka rzęsek wychodzi z jednego miejsca np. Pseudosomonas, Helicobacter
c. bakterie perytrychalne = (w)okołorzęse - posiadają rzęski na całej powierzchni np. Proteus
Uwaga: U bakterii można też zaobserwować tzw. ruchy Browna (czyt. Brauna), które nie są związane z aparatem ruchu tylko z ruchami otaczającego je środowiska np. molekuł wody.
Fimbrie (czyli tzw. pilusy, od łac. pili - fimbrie)
-są to białkowe nici pokrywające powierzchnię Gram-
-są ok. 5 × krótsze od rzęsek, ich średnica - 0,5-12 nm, długość 0,5-1 mikrometra
-dzielimy je na zwykłe (pospolite) i płciowe (tzw. F)
-pierwsze odgrywają rolę w przyleganiu bakterii do powierzchni błon śluzowych, drugie biorą udział w koniugacji
Nukleoid
-jest to chromosom bakteryjny
-zajmuje ok. ½ objętości komórki
-jest nieobłoniony i występuje w ilości 1 szt./bakterię (stąd nazwa „monochromosom”) bakterie są 1n (wyjątek: 2 „chromosomy” bakteryjne występują u Brucella melitensis i Vibrio cholerae)
-całkowita długość bakteryjnego DNA przewyższa 1000-krotnie rozmiary bakterii sięgając długości 1 mm, natomiast po upakowaniu długość nuklidu w komórce sięga 100-200 nm
-DNA kolisty, kowalencyjnie zamknięty dwuniciowy DNA
-upakowanie DNA w komórce odbywa się na następujących poziomach:
1. superskręcenie 2. formy napięte 3. struktura stabilizowana przez białko histonopodobne HV - do którego przyłącza się 12-80 pętli DNA tworzących domeny chromosomalne.
-za upakowanie DNA odpowiada też topoizomeraza IV
-ponadto w wielu bakteriach oprócz nukleosomu występują plazmidy - mniejsze, również kuliste cząsteczki DNA, które mogą zawierać geny odporności na antybiotyki, ponadto mogą one być wymieniane pomiędzy różnymi osobnikami.
Rybosomy
-występują w ilości ok. 10 tys./bakterię
-służą do produkcji białek
-rybosom bakteryjny to rybosom 70S złożony z podjednostki dużej i małej - odpowiednio 50S i 30S [gwoli przypomnienia: Eukaryota - 80S=60S+40S], [S - jednostka Svedberga]
-Duża podjednostka (50S) składa się z 23S, 5S rRNA i 34 białek [Eukaryota: 5S; 28S; 5,8S rRNA + 49 białek]
-mała podjednostka (30S) składa się z 16S rRNA oraz 21 białek [Eukaryota: 18S rRNA + 33 białka]
-Rybosomy bakteryjne mogą tworzyć struktury polisomów, ale bakterie nie posiadają rybosomów związanych z siateczką śródplazmatyczną, bo w ogóle nie mają siateczki
Błona komórkowa
-bakterie posiadają błonę komórkową o planie budowy zbliżonym do błony komórkowej komórek eukaryotycznych - jest to dwupokład fosfolipidowy o szerokości 7-8 nm
-błona komórkowa bakterii nie zawiera steroli, za wyjątkiem klasy Mollicutes, które wprawdzie posiadają sterole w błonie komórkowej, zalicza się tu też Mycoplasma, ale te nie mają jednak ściany komórkowej.
-pewne bakterie zawierają hopanoidy - zbliżone do steroli
-30% suchej masy błony stanowią fosfolipidy
-70% suchej masy błony stanowią białka o rozmaitych funkcjach - są to enzymy, białka transportowe etc. Należy pamiętać, że w obrębie błony wyróżnia się białka peryferyjne (luźno z nią związane i położone powierzchownie) i integralnie (silnie związane z błoną, z reguły przebijają one błonę na wylot)
-zadanie błony - fizyczna i metaboliczna bariera i selektywna przepuszczalność
-jest narządem pobierania pokarmu i wydalania zbędnych produktów metabolizmu
1. Endospory - przetrwalniki klasyczne:
-powstają wewnątrz komórki bakteryjnej, z której są uwalniane
-tworzone są przez ok. 150 form bakterii
-prowadzą do tzw. pauzy metabolicznej („śpiączka” bakteryjna)
-niezwykle odporne na czynniki fizyczne (np. UV, czy godzinne gotowanie w temp. 100°C, stąd gotowanie nie starczy dla sterylizacji, tylko w suszarce przez 30 min. w temp. 180°C możemy się ich pozbyć) i chemiczne (na antyseptyki)
-tworzą je tylko laseczki bakterii Gram+ z rodzaju Bacillus (tlenowe) i Clostridium (beztlenowe), jest jak na razie jeden wyjątek: Coxiella burnetti = Gram- riketsja powodująca odzwierzęcą gorączkę Q dotyczącą zapalenia płuc i opon mózgowo-rdzeniowych
* najbardziej rozpowszechniona bakteria wywołująca chorobę odzwierzęcą, powoduje zap. jelit, biegunkę, zap. układu pokarmowego, czasem zap. opon mózgowo-rdzeniowych
** powoduje chorobę wrzodową żołądka i uznana jest za karcinogen żołądka (wywołuje raka żołądka)
Przykłady wytwarzających endospory
Bacillus anthracis (laseczka wąglika - wykorzystywana swego czasu jako broń biologiczna w listach)
• posiada otoczkę polipeptydową
• endospora w kształcie „kija bambusowego” położona centralnie (dzięki zastosowaniu met. Mellera jest koloru czerwonego, nie barwi się w met. Grama, stąd określenie, że ma strukturę twardą - w miejscu przetrwalnika w barwieniu Grama „puste miejsce”) - met. Mellera używa 5% kwasu chromowego [„Panie wiedzą, że niszczy pończoszki”] i błękitu metylenowego; przetwalnik - czerwony, cytoplazma - niebieska
• metoda też służy do identyfikacji prątków gruźlicy [bo Meller to modyfikacja Ziehl-Neelsena]
Clostridium tetani (laseczka tężca)
• długie, dość wąskie leseczki • szczepionki należy przyjmować co 8-10 lat • są urzęsione perytrychalnie
• endospora ułożona terminalnie w kształcie owalnym, daje wrażenie, że jest zewnątrzkomórkowo, ale to nie prawda, bo jest wewnątrzkomórkowo (przypomina „główkę od szpilki”)
Clostridium botulinum (laseczka jadu kiełbasianego)
• posiada subterminalnie, owalnie ułożoną endosporę (przypomina „rakietę tenisową”)
• powoduje zaburzenia widzenia, trudności w mówieniu, połykaniu, śmierć - porażenie ośrodka oddechowego, zatrzymanie akcji serca • formy urzęsione
Clostridium perfrigens (laseczka zgorzeli gazowej)
• subcentralne ułożenie endospory • nie ma urzęsienia • wytwarza 12 toksyn
• odpowiedzialna za zatrucia pokarmowe i zgorzel
Clostridium difficile
• występuje w przewodzie pokarmowym, bardzo „perfidna” bakteria, produkuje dwie toksyny
2. Proces tworzenia endospor
• nazywamy to sporulacją
• w warunkach doświadczalnych zachodzi na początku fazy stacjonarnej
• jest procesem złożonym, wieloetapowym
• podczas tych procesów zachodzą zmiany morfologiczne, strukturalne i chemiczne
• zaangażowane jest w to 200 genów, 30 operonów
• trwa 8-10 h
• podczas sporulacji bakterie mogą tworzyć różne substancje czy toksyny, jak np. Clostridium botulinum - toksynę jadu kiełbasianego, czy laseczki z rodzaju Bacillus wytwarzają bioinsektycydy - wpływające na niszczenie owadów, co zaczynamy wykorzystywać
• proces jest inicjowany przez zmniejszenie ilości GTP
• proces odwrotny (czyli powrót z formy przetwalnikowej w metaboliczną) nazywamy germinacją - „kiełkowaniem”, „kwitnieniem”, jest on dość szybki - trwa od kilkunastu min. do 1 h; przy czym też mogą się przy okazji wytwarzać różne toksyny (np. laseczka tężca = Clostridium tetani wytwarza wtedy tetanospazminę)
Stadia tworzenia endospory:
1. inicjacja sporulacji
• związana z niekorzystnymi czynnikami środowiska, np. z niedoborem organicznego źródła węgla, co odbija się na poziomie molekularnym zmniejszeniem ilości GTP, indukcja więc zachodzi na poziomie molekularnym
• błona cytoplazmatyczna wpukla się - inwaginacja błony (do wnętrza)(
• po jej oddzieleniu powstaje prespora - zawiera chromosom bakteryjny, zagęszczoną cytoplazmę z dużą ilością kw. dipikolinowego, który łączy się z jonami Ca2+, tworząc dipikoliniany wapnia dającymi odporność na temp. i zawiera też SASP - małe kwasorozpu-szczalne cząsteczki białkowe (dające odporność na UV i wzmacniające odporność na czynniki fizyczne)
2. formowanie endospory dojrzałej
3. uwalnianie
• następuje wskutek lizy ściany kom. bakt.
• pozostanie w takim uśpieniu aż do przyjścia sprzyjających warunków
3. Budowa endospory
Endosporę można podzielić na trzy zasadnicze przedziały:
1. Najbardziej wewnętrzną warstwę stanowi protoplast
• znajduje się w nim chromosom bakteryjny, rybosomy oraz zagęszczona cytoplazma
• znajduje się tu również kw. dipikolinowy (DPA) związany z Ca2+ zapewniający twardość i odporność przed wysokimi temperaturami. Tego kw. nie posiadają bakterie i egzospory!
• zawiera też krótkie, niskocząsteczkowe, kwasorozpuszczalne białka SASP
2. Kolejna część to warstwa korowa (tzw. kora endospory)
• zbudowana z peptydoglikanu ale różniącego się od tego znajdującego się w ścianie bakteryjnej ze względu na niskie usieciowanie
• obecność enzymu GSLE - niezbędny do germinacji (kwitnienia, powrotu do formy metabolicznej), jest to amidaza, która hydrolizuje korę endopory umożliwiając uwolnienie protoplastu endospory przy germinacji
• amidozy, hydrolazy potrzebne dla umocnienia nowej kom. bakt.
3. Zewnętrznie znajduje się płaszcz spory (tzw. płaszcz białkowy)
• zbudowany z keratynopodobnego białka