Wykład 6
Wirusy (łac. virus = jad) są zbudowane z kwasów nukleinowych, zawierających informację genetyczną niezbędną dla odtwarzania potomnych cząstek wirusa i syntezy enzymów, które ten proces mogłyby przeprowadzić. Brak im jednak własnych układów enzymatycznych, jakie są potrzebne do pobierania pokarmu i przeprowadzania procesów metabolicznych (uzyskiwanie energii, synteza enzymów i innych białek, budowa nowych cząstek wirusa).
Wirusy są to więc organizmy niekompletne, rozporządzające wprawdzie informacją genetyczną, ale nie mające możności samodzielnie ani jej przekazać następnym pokoleniom, ani jej odczytać w przebiegu syntezy białek.
Muszą więc korzystać z systemów pełnych, jakimi są komórki organizmów zarówno Procaryota, jak i Eucaryota.
Budowa wirusów
Materiał genetyczny DNA lub RNA
Kapsyd i okrywa membranowa (warstwa kwasów tłuszczowych z materiałów komórki gospodarza).
Ligandy
Białka wystające ponad powierzchnię wirusa. Służą do rozpoznawania komórek gospodarza.
Kształty wirusów: A - cylindryczny (np. wirus mozaikowatości tytoniu), B - wielościenny (np. adenowirus), C - kulisty z glikoproteinami (np. wirus grypy), D - główka ze strukturami pomocniczymi - bakteriofag
Wirusy można zdefiniować jako mikroorganizmy zawierające jako materiał genetyczny DNA lub RNA, namnażające się wyłącznie wewnątrz żywej komórki gospodarza (bakterii, rośliny, zwierzęcia).
Kwas nukleinowy koduje wirusowe białka strukturalne i enzymy konieczne do ekspresji wirusowych genów i replikacji genomu. Genom osłonięty jest jednostkami białkowymi kapsomerami, tworzącymi kapsyd.
Duże wirusy mają budowę złożoną. Proste wirusy zbudowane są z genomu i białka strukturalnego, wirusy o bardziej złożonej strukturze zawierają glikoproteiny, lipidy i różne enzymy.
Niektóre wirusy mają lipoproteinową osłonkę.
-Wirusy występują w dwóch postaciach funkcjonalnych:
pozakomórkowej (spoczynkowej), określanej jako wirion,
-wewnątrzkomórkowej (aktywnej) zawierającej w komórce gospodarza materiał genetyczny pozbawiony białkowego płaszcza.
Wirusy wykorzystują procesy metaboliczne komórki gospodarza do namnażania się i tworzenia potomnych cząstek, namnażając się hamują syntezę komórki
Wirusy zwierzęce mają kształt sferyczny, dwudziestoscianu, nieliczne są cylindryczne lub cegiełkowate. Średnica wirusów zwierzęcych małych wynosi 20-50 nm, średnich - 50-150 nm. Największe osiągają rozmiary ponad 300 nm, są zatem większe od niektórych bakterii.
Klasyfikacją wirusów, która jest na bieżąco weryfikowana, zajmuje się Międzynarodowy Komitet d/s Taksonomii Wirusów powołany w 1966 roku.
Klasyfikacja wirusów opiera się na własnościach wirionu - to jest na morfologii, własnościach fizycznych, charakterystyce genomu i sposobie replikacji, własnościach antygenowych i biologicznych.
Klasyfikacja wirusów:
wirusy DNA
wirusy RNA
bakteriofagi
Namnażanie wirusów w komórce zwierzęcej lub roślinnej oraz namnażanie bakteriofagów w komórce prokariotycznej obejmuje zróżnicowane procesy występujące w kolejnych etapach:
adsorpcja wirusa do powierzchni komórki
przeniknięcie do wnętrza komórki
utrata ochronnej osłonki białkowej
ekspresja i replikacja wirusowego genomu
odtworzenie pełnej cząstki wirusa, dojrzewanie
uwolnienie wirusa z komórki
Pełny cykl replikacji wirusa może trwać od 8 do 40 godzin i składa się z następujących etapów:
Pierwszy etap, czyli przyłączenie cząstki wirusa ...
W drugim etapie namnażania wirusów ...
W następnym etapie wirus zostaje uwolniony ...
Po zsyntetyzowaniu genomu i białek
Łączenie to zachodzi według określonych ...
Uwolnienie powstałej cząstki wirusa ...
Choroby wirusowe to: grypa, odra, różyczka, świnka, ospa wietrzna, ebola, HIV
Zarówno DNA-, jak i RNA wirusy powodują pewne typy nowotworów u zwierząt. Kwas nukleinowy takich wirusów wnika do DNA komórek gospodarza, które ulegają wówczas przekształceniu w komórki nowotworowe. Niektóre wirusy powodujące raka maja jeden lub kilka genów zwanych onkogenami, które zmieniają komórki gospodarza w komórki nowotworowe. Onkogeny odkryto w normalnych nie zainfekowanych większości gatunków, a badania wskazują, że aktywacja onkogenów powoduje przekształcenie nowotworowe komórek. Niektóre nie niosące onkogenów wirusy mogą wywołać aktywacje onkogenów istniejących w komórkach.
BUDOWA BAKTERII
Wielkość bakterii wynosi od 1 do kilkudziesięciu mm. Komórki bakterii nie posiadają jądra komórkowego oraz błony jądrowej, natomiast zawierają nukleoid, będący funkcjonalnym odpowiednikiem jądra komórkowego.
Odpowiednikami mitochondriów są mezosomy, a plastydów - ziarna chromatoforowe. W komórkach bakterii nie występują lizosomy, retikulum endoplazmatyczne i aparat Golgiego.
Niektóre bakterie mają zdolność wytwarzania otoczki bakteryjnej, niekiedy wydzielania do środowiska w formie śluzu. Nieliczne bakterie mogą tworzyć rurkowate osłonki zwane pochewkami.
Wiele gatunków wytwarza formy przetrwalne - endospory. Liczne gatunki bakterii są zdolne do poruszania się w środowisku płynnym przy użyciu rzęsek, ruchów śrubowych, ślizgania się, kurczenia lub podrzutów. Część bakterii przemieszcza się w środowisku w sposób bierny, z ruchami powietrza, wody, oraz przez kontakty fizyczne.
Otoczka - warstwa substancji śluzowej: polimery cukrów, aminocukrów lub kwasów uronowych.
Funkcje jakie pełni otoczka:
-chroni bakterie przed czynnikami zewnętrznymi (np. suszą, bakteriofagami, antybiotykami, metalami ciężkimi)
-nie jest koniecznym składnikiem komórki i może być usunięta bez naruszenia jej funkcji życiowej
-skład śluzu jest bardzo różnorodny, nawet odmiany tego samego gatunku tworzą śluz o innym składzie chemicznym
-śluz może też być efektem wydalania zbędnych produktów metabolizmu, lub substancji będących w nadmiarze
Ściana komórkowa - sztywna osłona komórki znajdująca się na zewnątrz błony cytoplazmatycznej; zapewnia utrzymanie kształtu bakterii i przebywanie w roztworze hipotonicznym; pełni funkcje fizjologiczne (np. wymiana z otoczeniem składników pokarmowych i metabolitów, oraz jonów i gazów).
Skład: peptydoglikany, kwasy tejchojowe, białka
Warstwa S - dodatkowa warstwa osłonowa u archebakterii (niekiedy jest to jedyna ich osłona) i niektórych eubakterii, zbudowana z białka, pełni funkcje mechanicznej ochrony komórki.
Błona zewnętrzna - błona okrywająca ścianę komórkową u bakterii gramujemnych. Zbudowana z fosfolipidów i lipopolisacharycdów. Lipopolisacharydy warunkują właściwości pasożytnicze i chorobotwórcze bakterii, wpływają na wrażliwość komórek na antybiotyki i inne czynniki chemiczne.
Błona cytoplazmatyczna - integralny składnik komórki:
-organ pobierania pokarmu
-miejsce występowania enzymów i przenośników elektronów ostatnich faz oddychania i magazynowania energii (funkcja mitochondrium u Eucaryota
-miejsce tworzenia ciałek chromatoforowych u bakterii fotosyntetyzujących
Peryplazma - przestrzeń między błoną zewnętrzną bakterii gramujemnych a błoną cytoplazmatyczną; peryplazmę przecinają złącza między błoną zewnętrzną i błoną cytoplazmatyczną, zawierające białka ochronne, odżywcze i transportowe.
Rzęski - wici - narządy ruchu bakterii, zbudowane z kurczliwych białek
Fimbrie - służa do przyczepiania bakterii do podłoża lub do innych komórek bakteryjnych
Pile - pilusy - biorą udział w koniugacji - są organem, za pomocą którego komórki "męskie" rozpoznają komórki "żeńskie".
NUKLEOID - wyodrebniony obszar cytoplazmy zawierający chromosom bakteryjny w postaci podwójnej helisy DNA zamkniętej w kolisty twór.
Charakterystyka chromosomu bakteryjnego:
-Podwójna helisa DNA jest skręcona w spiralę II rzędu podtrzymywaną przez rdzeń złożony z RNA i białek histonopodobnych
-DNA związany jest w jednym miejscu z błoną cytoplazmatyczną; w tym miejscu zaczyna się replikacja DNA
-Większość genów bakteryjnych nie zawiera intronów (wyjątki: archebakterie i niektóre sinice)
-Procesy transkrypcji i translacji odbywają się niemal równocześnie
PLAZMIDY - małe koliste cząsteczki DNA, zawierające m.in. geny oporności na antybiotyki
Rybosomy - złożone z dwóch podjednostek 30S i 50S (70S), podobne do rybosomów wystepujących w mitochondriach i chloroplastach komórek eukariotycznych.
Enzoszkielet - białka biorące udział w segragacji potomnych chromosomów i cytokinezie
Ciałka chromatoforowe - kuliste lub jajowate twory o budowie warstwowej, zawierające chlorofil, barwniki karotenoidowe, białka i lipidy; wytwarzane są z błony cytoplazmatycznej przez jej wpuklanie. U sinic występują oddzielone od błony cytoplazmatycznej tylakoidy.
Wtręty ciał zapasowych - granule tłuszczowe, glikogen, kryształy białkowe itp.
Pęcherzyki gazowe - błona pęcherzyków (wakuoli) selektywnie przepuszcza gazy; regulacja wielkości pęcherzyków zmienia ciężar pławny komórek bakteryjnych.
Rozmnażanie się bakterii
Nukleoid, czyli skupienie materiału genetycznego jest zbudowany z jednej długiej, kolisto zamkniętej podwójnej helisy DNA. Replikacja genoforu (kolistej cząsteczki DNA) bakterii zaczyna się w określonym jego miejscu, nazywanym początkiem replikacji i posuwa się wzdłuż nici DNA w obu kierunkach od początku.
Replikacja kończy się w stałym miejscu na genoforze, określanym nazwą terminus replikacji.
Nukleoid jest zawsze połączony z błoną komórkową za pomocą mezosomu. Organelle te biorą udział w rozdziale nukleoidów po podziale, oraz odgrywają rolę w tworzeniu błon poprzecznych przy podziale komórki.
W komórce przed ostatecznym podziałem, ale już po podzieleniu się nukleoidów, wytwarza się pomiędzy przyszłymi komórkami oddzielająca błona cytoplazmatyczna (septum), a następnie tworzy się ściana komórkowa odgradzająca przyszłe komórki
Wymiana materiału genetycznego
Chociaż u bakterii nie występuje rozmnażanie płciowe, polegające na łączeniu się gamet, czasem jednak zachodzi wymiana materiału genetycznego pomiędzy komórkami.
Wymiana ta może odbywać się trzema różnymi drogami, przez:
Transformację, transdukcje, koniugacje
Niektóre bakterie w cyklu rozmnażania po podziale komórkowym nie rozdzielają się od siebie, lecz tworzą charakterystyczne układy, np. dwoinek, czworaczków, pakietowców, nieregularnych układów podobnych do winogron (gronkowce - Staphylococcus), czy łańcuszków (paciorkowce - Streptococcus).
Metabolizm bakterii
- heterotrofy - saprofity i pasożyty
- autotrofy - fotoautotrofy - sinice, bakterie zielone, bakterie purpurowe
- chemolitoautotrofy - syntetyzują związki organiczne przy udziale energii wyzwolonej podczas utleniania nieorganicznych związków chemicznych - bakterie nitryfikacyjne, siarkowe, wodorowe, żelazowe
Bakterie są obecne we wszystkich niszach ekologicznych środowiska naturalnego zewnętrznego, ale również zasiedlają skórę, błony śluzowe jam ciała oraz przewód pokarmowy człowieka i zwierząt.
Bakterie mają ogromne znaczenie biologiczne, są jednymi z czynników utrzymujących krążenie materii w przyrodzie oraz oddziałujących na właściwości gleby
Człowiek wykorzystuje je w przemysłach fermentacyjnym i farmaceutycznym, w rolnictwie, w biooczyszczalniach ścieków oraz do likwidacji zanieczyszczeń środowiska, a także w badaniach naukowych.
Bakterie występują jako autotrofy, saprofity, saprobionty, symbionty, komensale i jako pasożyty (bakterie chorobotwórcze).