Zagadnienie szczegółowe na egzamin z mikrobiologii:
BUDOWA BAKTERII
podpunkty: 3 - 38.
3, 4. Ogólna budowa bakterii, formy morfologiczne komórek bakteryjnych.
- Najmniejsze bakterie (Mycoplasmatales) mają ok. 0,15-0,2 μm, największa bakteria
(Epulopiscium fishelsoni) ma 0,5 mm długości i 50 μm średnicy, wymiary większości bakterii
wahają się od jednego do paru mikrometrów
- Różnorodność form zewnętrznych u bakterii jest stosunkowo mała, bakterie najczęściej
występują w formach:
•
Kulistej/owoidalnej (ziarniak np. Micrococcus luteus)
•
Cylindrycznej (pałeczka np. Lactobacillus, laseczka np. Clostridium perfringens)
•
Cylindra spiralnie skręconego (przecinkowiec np. Vibrio cholerae gdy komórka
stanowi małą część spirali, śrubowiec np. Myxomycetes, gdy bakteria jest wygięta w
pełną spiralę)
•
Ciało nieregularnie cylindryczne w postaci pałeczek tworzących niekiedy
rozgałęzienia (maczugowiec np. Corynebacterium diphteriae, promieniowce –
Nocardia, Actinomyces, Streptomyces, prątek – Mycobacterium)
•
Beggiatoaceae – bakterie siarkowe, długie nitki złożone z kubicznych komórek,
poruszają się ruchem ślizgowym
•
Krętki – np. Borrelia burgdorfieri cienkie, wielokrotnie skręcone spiralnie komórki
•
Bakterie śluzowe (Myxobacteriales) ciało pałeczkowate, giętka, elastyczna ściana
•
Hyphomicrobium – kształt ameboidalny
•
Chromatiaceae – duże, różnokształtne komórki
•
Stella – kształt gwiazdy
•
Microcyclus – rogaliki
•
Arcus – kwadratowe, płaskie płytki
•
Paciorkowiec – np. Streptococcus mutans łańcuszki
•
Gronkowiec – np. Staphylococcus aureus nieregularne skupienia
•
Pakietowiec np. Gafkya tetragena
•
Dwoinka np. Streptococcus pneumoniae
- Struktury komórkowe: nukleoplazma, cytoplazma, polisomy, błona cytoplazmatyczna,
ściana komórkowa, murena, błona zewnętrzna, kwasy tejchojowe, fimbria, rzęska, otoczka
9, 10, 44, 56. Otoczki bakteryjne – przykłady, biologiczne właściwości otoczek
bakteryjnych, budowa i funkcje otoczek bakteryjnych, barwienie otoczek.
- Warstwa substancji śluzowej
- Może być cienka (10-30nm) niedostrzegalna przy obserwacji mikroskopowej, może być
wykryta jedynie metodami chemicznymi lub serologicznymi
- U pasożytów, bakterii glebowych i wodnych – grube otoczki
- Otoczki barwi się trudno lub nie barwi się w ogóle, najłatwiej można ją uwidocznić przez
barwienie negatywne, kiedy barwnikiem, nie wnikającym do komórki, wyróżniamy tło
preparatu
- Barwienie otoczek bakteryjnych metodą Manevala
•
Odczynnik A: 1% roztwór czerwieni Kongo
•
Odczynnik B: 5% roztwór wodny fenolu, 20% kwas octowy, 30% chlorek żelazowy,
1% kwaśna fuksyna
1. Na szkiełku przedmiotowym zmieszać 1 kroplę odczynnika A z 1 kroplą hodowli
badanych bakterii
2. Po rozprowadzeniu próby na szkiełku przedmiotowym pozostawić preparat do
wyschnięcia
3. Następnie nakropić na szkiełko odczynnik B i pozostawić na 5 minut
4. Preparat spłukać wodą i wysuszyć
•
W wyniku barwienia komórki bakteryjne wybarwiają się na czerwono, tło preparatu
jest niebieskie, zaś otoczki bakteryjne pozostają bezbarwne
- Otoczki są najczęściej zbudowane z polimerów cukrów, aminocukrów lub kwasów
uronowych
- Łańcuchy wielocukrowe, mające zwykle ujemny ładunek elektryczny, są połączone między
sobą jonami Ca2+ lub Mg2+
- U Bacillus subtilis materiał otoczkowy zbudowany jest z mieszaniny izomerów D i L kwasu
glutaminowego
- Bacillus anthracis gdy rośnie w atmosferze dwutlenku węgla tworzy otoczkę zbudowaną z
kwasu D-glutaminowego
- Streptococcus pneumoniae występuje w ponad 90 typach różniących się między sobą
budową otoczek
- Śluzy otoczkowe ułatwiają bakteriom przetrwanie okresu suszy, chronią je przed
szkodliwymi czynnikami zewnętrznymi, przed bakteriofagami, antybiotykami i metalami
ciężkimi, u bakterii pasożytniczych otoczki chronią bakterie przed fagocytozą (np. dwoinka
zapalenia płuc z otoczką nie ulega fagocytozie, rozmnaża się w organizmie człowieka
powodując chorobę, ta sama dwoinka bez otoczki jest nieszkodliwa, komórki żerne szybko ją
wychwytują i niszczą)
- Bakterie pasożytnicze i chorobotwórcze oddziałują na organizm gospodarza szkodliwie
m.in. śluzami otoczkowymi (materiał otoczkowy u szczepu K5 E. coli przypomina związek
pośredni w syntezie heparyny i rozpoznawany jest przez organizm człowieka jako własny)
- Otoczka i warstwa śluzu nie jest koniecznym składnikiem komórki i może być usunięta bez
naruszenia jej funkcji życiowych
4. Podobieństwa i różnice w budowie komórkowej organizmów prokariotycznych i
eukariotycznych
- Różnice
•
Procaryota nie mają osłoniętego podwójną błoną jądra, zamiast niego mają nagi,
zawieszony w cytoplazmie splątek DNA
•
Brak chromosomów skomplikowanie zbudowanych z DNA i histonów
•
Brak cytoszkieletu zbudowanego z wielu białek (np. aktyny, kalmoduliny,
tropomiozyny) nadającego komórce kształt i regulującego wiele jej funkcji
•
Brak ruchu cytoplazmy
•
Niezdolność do pochłaniania cząsteczkowego pokarmu wobec braku mechanizmów
fagocytozy i pinocytozy
•
Brak organelli komórkowych takich jak plastydy (chloroplasty), mitochondria,
kinetosomy
•
Prosta budowa organów ruchu – rzęsek i brak złożonych struktur wici
•
Brak mitozy i mejozy, rozmnażanie przez podział poprzeczny
- Podobieństwa
•
Organizmy prokariotyczne i eukariotyczne zbudowane są z takich samych aktywnych
biologicznie makrocząsteczek (białka, kwasy nukleinowe)
•
Te same aminokwasy budują białka u Procaryota i Eucaryota
•
Te same nukleotydy budują kwasy nukleinowe
•
Enzymy katalizujące podstawowe przemiany metaboliczne mają podobną budowę i
funkcję
6. Bakteryjne formy L.
- Są to reaktywne formy bakterii, powstające w wyniku działania niekorzystnych czynników
środowiskowych i umożliwiające bakteriom przetrwanie
- Są pozbawione ściany
- Tylko wyjątkowo pojawiają się one spontanicznie (u Streptobacillus, Bacteroides)
- Streptobacillus spontanicznie wytwarza formy L (formy bardzo drobne, przechodzące w
„ciała olbrzymie”, rosnące w postaci mikrokolonii o charakterystycznym wyglądzie), które
mogą z powrotem przemieniać się w postacie pałeczkowate
- Powstawanie form L można indukować czynnikami naruszającymi syntezę ściany
komórkowej np. penicyliną
- Powrót do postaci pałeczkowatej następuje po usunięciu szkodliwego czynnika np.
penicyliny
7, 8. Sferoplasty, protoplasty.
- Protoplasty – komórki pozbawione ściany przez działanie lizozymu (enzym muramidaza w
białku jaja kurzego, łzach, pępowinie); głównie Gram(+), bo są na niego wrażliwe. Bakteria
przyjmuje postać kuli. W odpowiednich warunkach komórka jest zdolna do życia: rośnie,
przyjmuje pokarm, dzieli się i tworzy endospory. Nie potrafi odtworzyć zniszczonej ściany
komórkowej i jest bardzo wrażliwa na wartość osmotyczną ośrodka, w jakim się znajduje
- Sferoplasty – twory podobne do protoplastów, ale zawierają fragmenty ściany komórkowej.
11. Warstwa S.
- Dodatkowa warstwa osłonowa (u Caulobacter crescentus, Aquaspirillum serpens,
Aeromonas salmonicida, Corynebacterium, Bacillus)
- Zbudowana zwykle tylko z jednego białka
- Warstwę S niekiedy tworzą glikoproteiny
- Cząsteczki białka czy glikoproteiny są ułożone bardzo regularnie, nadając warstwie
charakter krystaliczny
- Warstwa S jest tworem samoorganizującym się
- Ma grubość 3-25 nm
- U eubakterii leży zwykle na zewnątrz błony zewnętrznej
- U Bacillus brevis występują dwie warstwy S jedna na drugiej
- U licznych bakterii metanogennych warstwa S jest jedyną osłoną komórkową na zewnątrz
błony cytoplazmatycznej
- Pełni funkcje mechanicznej ochrony komórki, u archebakterii determinuje kształt komórki,
może chronić przed atakiem ze strony bakteriofagów
12, 13. Budowa ściany komórkowej bakterii Gram(+), Gram(-) i archebakterii, budowa
mureiny u bakterii Gram(+) i Gram(-).
- Mureina jest podstawowym składnikiem ściany komórkowej
- Jest to polimer kwasu N-acetylomuraminowego i N-acetyloglukozaminy połączonych
wiązaniami β-1,4 w łańcuchy kilkudziesięcioczłonowe
- Do reszt kwasu muraminowego dołączone są krótkie peptydy, wiążące ze sobą łańcuchy
wielocukrowe jakby poprzecznymi mostkami, dzięki czemu powstaje rodzaj ciągłej sieci
- Boczne peptydy są zawsze krótkimi, liczącymi kilka aminokwasów łańcuchami, z reguły
zawierają oprócz L- także D-enancjomery aminokwasów
- Bakterie Gram(+)
•
Barwią się na niebiesko
•
Muriena stanowi ok. 30-70% suchej masy
•
Zawartość białek jest nieznaczna
•
Kwasy tejchojowe i tejchuronowe
•
Ściana komórkowa ma 15-50nm grubości
•
Brak przestrzeni peryplazmatycznej i błony zewnętrznej
- Bakterie Gram (-)
•
Barwią się na czerwono
•
Jednowarstwowa mureina, mniej niż 10% suchej masy ściany komórkowej
•
Mureina znajduję się w przestrzeni periplazmatycznej
•
Nie zawiera lizyny, ale kwas m-diaminopimelinowy
•
Brak mostków międzypeptydowych
•
Duże ilości (80% suchej masy) lipoprotein, lipopolisacharydów i innych lipidów
przyłączonych do zewnętrznej powierzchni mureny
•
Ca2+ potrzebne do zachowania stabilności warstwy lipopolisacharydowej
•
Ściana komórkowa ma grubość 2-10nm
•
Występuje przestrzeń peryplazmatyczna i błona zewnętrzna
•
Posiadają lipoproteinę Browna łączącą błonę zewnętrzną ze ścianą komórkową
•
Mureina tworzy 2-3 warstwy
- Archebakterie
•
Pseudomureina
•
Nie zawiera kwasu N-acetylomuraminowego, a N-acetylotalozoaminouronowy
•
Wiązania typu 1,3
•
Termoplasma acidophilum posiada lipoglikan zanurzony w błonie
cytoplazmatycznej, można w nim wyróżnić element hydrofobowy (zbudowany z
kwasów tłuszczowych połączonych wiązaniem estrowym z glicerolem) i
hydrofilowy (zbudowany z cukrów)
14. Różnice w strukturze muropeptydu Escherichia coli i Staphylococcus aureus.
- Cząsteczki kwasu N-acetylomuraminowego u Staphylococcus aureus są dodatkowo
acetylowane przy atomie węgla C-6
15. Budowa pseudomureiny u archebakterii.
- Pseudomureina zawiera kwas N-acetylotalozoaminouronowy zamiast N-
acetylomuraminowego
- wiązania nie są typu β-1,4 lecz 1,3
16. Osłony komórkowe u archebakterii.
- Methanosarcina ma ścianę zbudowaną z metanochondroityny, polimeru N-
acetyloglukozaminy lub galaktozoaminy i kwasów uronowych oraz krótkich peptydów z
lizyny, alaniny, glutaminy (podobną budowę ma heteropolisacharyd tworzący ścianę innych
archebakterii)
- Thermoplasma posiada wbudowany w błonę cytoplazmatyczną lipoglikan oraz
glikoproteinę bogatą w mannozę; łańcuchy cukrowe tych związków wystają do środowiska,
tworząc rodzaj osłony komórkowej, czasem zwanej glikokaliksem
- Methanospirillum nie ma właściwie ściany komórkowej, komórka otoczona jest lużną
pochewką białkową
- U Methanococcus osłona białkowa zastępująca ścianę jest jeszcze luźniejsza i łatwo
podlega rozpadowi
17. Budowa osłon komórkowych bakterii nie posiadających mureiny (Mycoplasmatales).
- Mycoplasmatales pozbawione są ściany komórkowej, posiadają jedynie błonę komórkową
- Błona komórkowa zawiera sterole lub izoprenoidy
- Powierzchnię Mycoplasmatales pokrywa adhezyna (białko umożliwiające przyleganie
bakterii do nabłonka układu oddechowego lub moczopłciowego
18, 19, 20. Białka bakterii Gram(+) związane z mureiną, kwasy tejchojowe,
lipotejchojowe, tejchuronowe, lipoproteina Browna.
- Kwasy tejchojowe
•
Stanowią 50% ściany komórkowej bakterii G(+)
•
Są to łańcuchy złożone z 8-50 cząsteczek glicerolu lub rybitolu połączonych
mostkami fosfoestrowymi
•
Mają silny ładunek ujemny (dzięki występowaniu reszt kwasu fosforowego)
•
Funkcja: magazynują kationy Mg2+, regulują aktywność enzymów hydrolizujących
murenę np. amidazy, stanowią antygeny bakterii i receptory dla bakteriofagów
- Kwasy lipotejchojowe (LTA)
•
Zbudowane z fosforanu glicerolu połączonego w długi (40-50 cząsteczek) łańcuch
wiązaniami fosfodwuestrowymi
•
Kotwica glikolipidowa zbudowana jest z dwóch cząsteczek cukru połączonych
wiązaniami β-1,6
•
Funkcja: przechowywanie jonów Mg2+ i Ca2+
- Kwasy tejchuronowe
•
Cukry w postaci pochodnych kwasów uronowych
•
Są czasem syntetyzowane zamiast kwasów tejchojowych w warunkach głodu
fosforanowego
•
Funkcja: wzmacniają ścianę, wychwytują i przechowują dwuwartościowe kationy
metali
- Białko M
•
Związane z mureiną
•
Chroni komórki przed fagocytozą przez leukocyty
•
Występuje u bakterii Gram(+) np. Streptococcus pyogenes
•
Białko M ma charakter dimeru zlokalizowanego na powierzchni komórki
•
Składa się z części stałej i zmiennej
- Białko A
•
42 kDa
•
U Staphylococcus aureus
•
Ma zdolność wiązania immunoglobulin G
•
Jest wydzielane na zewnątrz bakterii i powoduje omamianie układu
immunologicznego (układ odpornościowy atakuje wydzielane przez bakterię
białko, a nie ją samą)
- Lipoproteina Browna
•
Może występować w stanie wolnym lub związanym z mureiną
•
Przyłącza się przez peptyd końcem C do NAM, końcem N do glicerolu
zestryfikowanego
•
Zbudowana jest z 58 aminokwasów
•
Ulokowana w peryplazmie
•
Nie jest niezbędna do życia
•
Występuje u bakterii Gram(-)
21. Budowa błony zewnętrznej bakterii Gram(-).
- Lipopolisacharyd jest endotoksyną, w której można wyróżnić zakotwiczony w błonie
zewnętrznej lipid A, rdzeń wielocukrowi oraz antygen O stanowiący najbardziej zmienną
część całości
- Endotoksyna wywołuje wzrost temperatury, stan zapalny, nadciśnienie, hiperglikemię,
całkowite wyczerpanie
- Lipid A jest najbardziej toksyczny, to pochodna glukozaminy połączona z kwasami
tłuszczowymi
- Lipopolisacharyd w organizmie działa głównie na makrofagi, powodując zwiększenie
metabolizmu prostaglandyny, syntezę czynnika nekrotyzującego tkankę nowotworową,
działa na ośrodki temperatury w mózgu (ze wzrostem temperatury rośnie tempo
metabolizmu, a to prowadzi do wycieńczenia organizmu)
- W błonie zewnętrznej występują kanały, które pełnią funkcję transportową (tylko u
Gram(-))
- Zbudowane są z białek określanych mianem poryn
- Przez nie przechodzą wszystkie hydrofilowe substancje odżywcze
- Transport odbywa się zgodnie z gradientem stężeń
- Poryny są zbudowane z trzech podjednostek
22. Białka błony zewnętrznej E. coli.
- Błona zewnętrzna E. coli jest prawie nieprzepuszczalna dla siarczanu dodecylu (SDS),
wolnych kwasów tłuszczowych, niektórych antybiotyków (nowobiocyna, ryfampicyna)
oraz dla niektórych barwników (eozyna, błękit metylenowy)
23. Przewężenia Bayer’a.
- To miejsca, w których błona zewnętrzna zlewa się z błoną cytoplazmatyczną
- Są to obszary będące najcieńszą barierą pomiędzy środowiskiem a wnętrzem komórki
- Stąd wydostają się produkowane w cytoplazmie białka i najprawdopodobniej tutaj
odbywa się wprowadzenie DNA plazmidowego
24. Antygeny powierzchniowe bakterii. – nic nie znalazłam niestety
25, 26,27. Przestrzeń peryplazmatyczna, enzymy charakterystyczne dla przestrzeni
peryplazmatycznej, funkcje przestrzeni peryplazmatycznej
- Przestrzeń między błoną zewnętrzną bakterii Gram(-), a błoną cytoplazmatyczną
- Ma grubość 15nm
- U E. coli peryplazma to 7% objętości komórki, 7% suchej masy i 4% jej białek
- Błona zewnętrzna łączy się z w sposób stały z błoną cytoplazmatyczną w licznych
miejscach zwanych złączami Bayera
- W miejscach tych zgromadzone są białka biorące udział w syntezie i transporcie
składników błony
- W komórce bakterii są poprzeczne pierścienie, w których błona zewnętrzna jest też stale
połączona z błoną cytoplazmatyczną
- Pierścienie to najprawdopodobniej odgrywają rolę przy segregacji kopii chromosomów
po ich replikacji
- Białka peryplazmy mają trzy główne funkcje:
•
Ochronną – np. białka rozkładające penicylinę
•
Odżywczą – np. enzymy hydrolizujące polimery, jak amylazy, peptydazy,
fosfatazy, nukleazy
•
Transportową – np. duże białka (30-40000 Da), funkcjonujące w systemie tzw.
transportu wrażliwego na szok osmotyczny
28. Budowa i funkcje błony cytoplazmatycznej.
- Ma 2-8nm grubości
- Zbudowana z białek (60-70%) i lipidów (fosfolipidy, pochodne kwasu fosfatydowego)
- Ma budowę mozaikowatą
- Błona cytoplazmatyczna bakterii różni się składem lipidów od błon komórek
eukariotycznych
- Cholesterol spotyka się w tylko w błonach chromatoforów sinic i u pasożytniczych
Mycoplasmatales
- W lipidach błon bakteryjnych rzadko występują nienasycone kwasy tłuszczowe, ich miejsce
zajmują nasycone, rozgałęzione kwasy tłuszczowe
- Rozgałęzione kwasy tłuszczowe występują w dużych ilościach w błonie bakterii
termofilnych
- W błonie cytoplazmatycznej wielu bakterii zakotwiczone są kwasy lipotejchojowe
- Białka stanowiące większość suchej masy błony są bardzo różne
- Są to białka czynne np. w oksydatywnej fosforylacji, w przekazywaniu energii, w
transporcie elektronów i protonów, w syntezie osłon komórki, a także białka rozpoznające i
transportujące substraty
- W błonie archebakterii no ogół nie ma kwasów tłuszczowych, fosfolipidy są tu związane z
izoprenoidami, ponadto znajdują się tu glikolipidosiarczany
- Lipidy tych bakterii zawierają często wiązania eterowe, w miejscu zwykle występujących
wiązań estrowych
- Na błonie Halobacterium występuje w postaci łat pokrywających 50% powierzchni tzw.
błona purpurowa zawierająca tylko jedno białko – bakteriorodopsyna.
- W błonie Thermoplasma, nie mającej ściany komórkowej, długie łańcuchy wielocukrowe są
kowalencyjnie związane z lipidami; takie lipoglikany przypuszczalnie stabilizują błonę i
ułatwiają bakterii przyczepianie się do powierzchni stałych
- Funkcje błony: jest organem pobierania pokarmu (albo wnikającego biernie na zasadzie
różnicy stężeń w komórce i środowisku zewnętrznym albo za pośrednictwem przenośników
znajdujących się w błonie cytoplazmatycznej), w błonie rozmieszczone są też enzymy i
przenośniki elektronów czynne w ostatnich fazach oddychania i magazynowania energii, w
błonie zaczynają się procesy replikacji DNA, z błony cytoplazmatycznej powstają ciałka
chromatoforowe zastępujące u bakterii fotosyntetyzujących chloroplasty roślinne
29, 30, 31, 32, 33, 34. Transport pierwotny i wtórny, transport substancji przez błony,
mechanizmy tych procesów, przykłady białek transportowych, transport przez system
grup translokacyjnych, typy dyfuzji.
- Bakterie pobierają pokarm przez powierzchnię ciała
- Ściana komórkowa odgrywa w tym procesie rolę bierną, nie dopuszczając do wnętrza
niektórych zbyt wielkich cząsteczek
- W pobieraniu pokarmu ograniczoną rolę odgrywa błona zewnętrzna
- Kanały w porynach mają małą średnicę 0,6-2nm (przepuszczają cząsteczki o masie
cząsteczkowej od kilkuset do kilkutysięcy)
- Większość poryn to poryny „ogólnej dyfuzji”, nieswoiste, przepuszczające cząsteczki
zależnie od ich masy cząsteczkowej
- Istnieją jednak również poryny swoiste, przepuszczające jedynie określone substancje (np.
poryna LamB u E. coli przepuszcza jedynie maltozę i maltodekstryny oraz aminokwasy, a
poryna PhoE fosforany i inne aniony)
- Istotnym „organem” pobierania pokarmu bakterii jest błona cytoplazmatyczna
- Bakterie pobierają pokarm wybiórczo, gromadząc go w komórce nawet wtedy gdy stężenie
danej substancji w środowisku jest znikomo małe
- Pobieranie pokarmu przez bakterie nie jest procesem biernym opierającym się jedynie na
dyfuzji i osmozie, tylko niektóre substancje pobierane są na zasadzie osmozy np. NaCl
- Większość pokarmów wchłaniana jest w inny sposób
- Pewne związki, zwłaszcza trudno rozpuszczalne w wodzie, a mające powinowactwo do
tłuszczów (barwniki, węglowodory), wnikają na zasadzie ich wybiórczej rozpuszczalności w
błonie cytoplazmatycznej zawierającej lipidy
- Największą rolę odgrywają jednak różne mechanizmy czynnego przenoszenia – przez
specjalne przenośniki – składników pokarmowych przez błony czemu towarzyszy zużycie
energii
- Pobieranie pokarmu przez bakterie jest swoiste, tzn. bakteria rozpoznaje dany składnik i
wybiórczo transportuje go przez błonę cytoplazmatyczną do wnętrza komórki
- Rozpoznanie substratu pokarmowego i związanie go na powierzchni błony zachodzi dzięki
obecności w niej specjalnych białek, zwanych białkami wiążącymi lub permeazami
- Są to nieduże cząsteczki o wielkości 30000 Da mające specyficzne miejsca wiążące dany
substrat
- Związanie substratu przez permeazę nie jest równoznaczne z jego wniknięciem, jest ono
jednak koniecznym tego warunkiem
- Mechanizm pobierania substratu przez błonę jest różny:
•
Może się opierać na funkcji białka łączącego obie strony błony
(transmembranowego), korzystając z pojedynczego przenośnika
•
Może polegać na grupowej translokacji, łącznym przenoszeniu dwóch substancji
•
Wreszcie może mieć charakter aktywnego transportu, wymagającego działania
pompy energetycznej
- Przykładem wykorzystania pierwszego mechanizmu jest np. pobieranie jonów żelazowych
oraz jonów magnezu, potasu, jonów fosforanowych
- Przy większych stężeniach w środowisku mogą one przenikać przez poryny
- Przy mniejszych stężeniach są pobierane aktywnie przez swoiste przenośniki
- Przenośnikami takimi są często cykliczne peptydy o cząsteczce kolisto zamkniętej
- Jednym z takich przenośników nazywanych jonoforami jest antybiotyk walinomycyna
- Cząsteczka przenośnika ma zdolność ma zdolność wiązania się z substratem, uprzednio
połączonym z permeazą, a dzięki obecności niewysyconych grup kwasowych wiąże też
kation potasu
- Taki transport substratu jest zależny od istnienia gradientu stężeń potasu oraz od transportu
tego kationy przez błonę
- Gradient ten jest utrzymywany kosztem energii pochodzącej z ATP
- Żelazo jest pobierane zwykle po uprzednim połączeniu ze związkami chelatujacymi
(związki wiążące silnie jon metali jakby szczypcami)
- Bakterie często tworzą i wydalają takie związki nazywane sideroforami (E, coli wytwarza
enterochelinę, która wiąże żelazo i wraz z nim jest transportowana przez błonę)
- Siderofory łączą się z białkami receptorowymi w błonie i są jakby wtaczane do cytoplazmy
- W cytoplazmie albo Fe3+ podlega redukcji do Fe2+ i jest uwalniany z sideroforu łączącego
się z jonem żelazawym, albo sam siderofor ulega rozkładowi uwalniając kation żelazowy
- Czynne pobieranie kationów i anionów jest przeprowadzane przez system swoistych białek
rozpoznających i przenoszących je z wykorzystaniem energii
- Transport zachodzi tu z udziałem pompy protonowej
- Przenoszenie protonów wynika albo z różnicy pH albo z różnicy potencjału elektrycznego
po obu stronach błony
- Transport aktywny - rodzaj przenikania
związków chemicznych
przez
błony komórkowe
,
który zachodzi z udziałem pewnych mechanizmów transportujących lub substancji
przenośnikowych, ze środowiska o mniejszym
stężeniu
do środowiska o stężeniu większym,
czyli wbrew
gradientowi stężeń
. Taki transport wymaga dostarczenia
energii
. Jej źródłem
jest
hydroliza
cząsteczki
ATP
.
- Przykładem mechanizmu transportującego jest
pompa sodowo-potasowa
.
- Aktywny transport substancji może być następujący:
•
uniport
- transport jednej cząsteczki (substancji)
•
symport
– transport dwóch substancji w tym samym kierunku
•
antyport
- transport dwóch substancji w różnym kierunku.
•
-
Transport bierny
Transport ten można określić jako pochodzenie różnych substancji przez błony
biologiczne bez nakładu energii metabolicznej żywego organizmu. Ten transport
bierny może odbywać się dzięki następującym mechanizmom: dyfuzji prostej, dyfuzji
złożonej i dzięki transportowi nośnikowemu.
"Dyfuzja prosta" opiera się o gradient stężenia, czyli o różnicę stężeń. Prawo Ficka
określa mechanizm dyfuzji prostej.
"Dyfuzja złożona" jest procesem, w którym oprócz czynnika dyfuzyjnego występuje
wpływ innych czynników (np. gradient ciśnienia hydrostatycznego).
W procesach "dyfuzji ułatwionej" czyli transportu nośnikowego cząsteczki
przenoszone są przy pomocy białek nośnikowych. Cząsteczka (np. substancja
lecznicza) w przestrzeni zewnątrzkomórkowej łączy się z białkiem błony
komórkowej,
następnie to białko przenosi w formie kompleksu cząstkę chemiczną do
wnętrza komórki, gdzie następuje proces dysocjacji czyli oderwania się tej naszej
cząstki od białka nośnikowego. Przeniesione cząstki chemiczne pozostają we wnętrzu
komórki, tam wywierają swoje działanie, natomiast białko nośnikowe zmienia swoją
postać (konformację) w sposób umożliwiający przeniesienie innych cząstek. Funkcję
nośnikową przypisuje się białkom integralnym błony komórkowej. Ważnym
elementem transportu błonowego są "kanały jonowe", utworzone przez białka
integralne, którymi mogą napływać do komórki lub z niej wypływać różne cząstki
chemiczne. Kanały jonowe mają zdolność otwierania i zamykania i jest to związane ze
zmianami konformacyjnymi białek integralnych. Ważnym elementem wpływającym
na transport bierny są różne substancje chemiczne charakteryzujące się wielkością,
ładunkiem elektrycznym, rozpuszczalnością i średnicą cząsteczki.
-
Grupy translokacyjne: szereg białek ulegających fosforylacjom; następuje
fosforylacja cukru i przenoszenie do cytoplazmy (transport fruktozy, glukozy,
mannozy)
35. Rzęska bakteryjna budowa i funkcja.
- Rzęski bakteryjne działają jak śmigło
- Obracają się z dużą szybkością w jedną lub drugą stronę
- W budowie rzęsek bakterii Gram(+) i Gram(-) występują różnice związane z
odmiennym kotwiczeniem wynikającym z budowy ścian komórkowych
- Elementami składającymi się na rzęskę są:
1. Włókno zbudowane z jednego rodzaju białka zwanego flagelliną
2. Hak, element łączący włókno z elementem podstawowym
3. Ciałko podstawowe, umocowuje rzęskę w ciele podstawowym
36. Podobieństwa i różnice w budowie rzęsek bakterii Gram(+) i Gram(-).
- Elementami wspólnymi dla rzęsek Gram(+) i Gram(-) są pierścienie P i M
- Bakterie Gram (+) mają tylko powyższe dwa pierścienie
- Bakterie Gram(-) mają jeszcze pierścienie L i S
- Przy grubej warstwie mureiny Gram(+) wystarczą dwa pierścienie, a rolę
dodatkowego mocowania pełni ściana
- Gram(-) mają cienką warstwę peptydoglikanu i stąd dodatkowe wzmocnienie
osadzenie rzęsek przy pomocy pierścieni L i S
- Salmonella typhimurium ma włókna zbudowane z flagelliny ułożonej lewoskrętnie w
11 rzędów wzdłuż osi włókna
- Ułożone w ten sposób włókna tworzą strukturę pustą w środku tak, że powstaje rura
- Długość rzęski wynosi 10-20μm a średnica około 20nm
- Rzęski obu typów bakterii są puste w środku
- Taka konstrukcja wiąże się z ich rozbudową; kanał w środku jest przewodem, przez
który transportowane są cząsteczki flagelliny służącej wydłużaniu rzęski
- Funkcjonalnie najważniejszym elementem w budowie rzęski jest pierścień M
wprowadzający ją w ruch
- Siłą napędową ruchu rzęsek jest gradient protonów w błonie
- Lewoskrętnie ułożone włókna rzęski podczas jej ruchu w lewo zacieśniają swoją
strukturę; pozwala to na ukierunkowane przemieszczanie bakterii
- Podczas ruchu rzęski w prawo dochodzi do rozluźnienia lewoskrętnej struktury rzęski,
a to w konsekwencji nie pozwala na uporządkowany, ukierunkowany ruch, lecz
powoduje koziołkowanie
- Rzęski są strukturami drażniącymi układ immunologiczny i stymulującymi go do
wytwarzania przeciwciał
- Antygeny rzęskowe ulegają zmianie pod wpływem presji selekcyjnej; jest to walka
mikroorganizmów z układem immunologiczny polegająca na nieświadomym
poszukiwaniu luk w systemie obronnym gospodarza
- Bakterie wytwarzają różne warianty struktur; przykładem może być obfitość rodzajów
lipopolisacharydów (LPS)
37. Typu urzęsienia.
- Peritrychalne u Enterobacteriaceae, Bacillaceae (dużo rzęsek dookoła całej komórki)
- Monotrychalne u Vibrio metschnikovii, Caulobacter (jedna rzęska)
- Amfitrychalne u Spirillum (2 rzęski po różnych stronach)
- Lofotrychalne u Pseudomonas, Chromatium (2 skupiska po kilka rzęsek po
przeciwnych stronach)
38. Zmienność antygenowa rzęsek bakteryjnych.
- Podstawą zmienności fazowej jest wytwarzanie przez bakterie dwóch rodzajów
flagelliny
- Może to być flagellina H1 lub H2
- W zależności od rodzaju przeciwciał produkowanych przez gospodarza bakteria
wytwarza takie antygeny, które nie są rozpoznawane i niszczone przez żywiciela
- Niw wiązany antygen wytwarzają tylko te mikroorganizmy, które zdolne są przeżycia;
odbywa się to na zasadzie selekcji
- U Salmonella typhimurium i wielu innych bakterii mamy do czynienia z dwoma
genami kodującymi określony rodzaj flagelliny; jednak pomimo obecności dwóch
genów wytwarzany jest tylko jeden rodzaj białka
- Operon H2 jest skomplikowany; zawiera gen kodujący flagellinę H2 i położony za
nim gen represora promotora H1
- Gdy zachodzi transkrypcja dochodzi do ekspresji produktu genu H2 – flagelliny H2 i
jednocześnie hamowania transkrypcji genu flagelliny H1
- Obszar promotorowy ograniczony jest sekwencją hix L i hix R, na którą może działać
specyficzna rekombinaza
- Rekombinaza ta pozwala na odwrócenie odcinka leżącego pomiędzy hix Li hix R
poprzez zapętlenie i inwersję
- Jej działanie jest spontaniczne
- Konsekwencją jest odwrócenie obszaru promotorowego i, po przyłączeniu się
polimerazy, transkrypcja odcinka leżącego pomiędzy hix L i hix R w odwrotnym
kierunku
- Ostatecznie nie zachodzi transkrypcja represora H1 i wydajna transkrypcja i ekspresja
genu flabelliny H1
- Tak więc w populacji bakterii występują bakterie o dwóch alternatywnych typach
antygenowych flagelliny
- Przyłożenie ciśnienia selekcyjnego prowadzi do zmiany stosunku obu form fazowych
- Podobnie ma się sytuacja z wywieraniem presji selekcyjnej przy pomocy
antybiotyków
- Początkowo nieliczna grupa bakterii opornych najęła miejsce tych, które nie przeżyły
zmieniając w ten sposób dotychczas panujące stosunki liczbowe obu
Zagadnienie szczegółowe na egzamin z mikrobiologii:
BUDOWA BAKTERII
podpunkty: 39 - 56.
39. Chemotaksja.
- Ruch w kierunku pewnych substancji, ucieczka przed innymi
- Bakterie w kropli pożywki pływają w sposób chaotyczny
- Bakteria płynie w określonym kierunku przez chwilę, po czym fika koziołka i zaczyna
płynąć w innym kierunku
- Ten typ ruchu pochodzi stąd, że bakteria co jakiś czas zmienia kierunek obrotu rzęsek
- Obroty rzęski w kierunku przeciwnym kierunkowi ruchu wskazówek zegara pchają
komórkę do przodu
- Zmiana obrotu na zgodny ze wskazówkami zegara zwykle powoduje koziołkowanie
komórki
- Zmiana kierunku obroty rzęski służy uzyskaniu pokarmu lub uniknięciu szkodliwej
substancji
- Bakterie mają w błonie specjalne białka rozpoznające i wychwytujące z podłoża
składniki pokarmu
- Substancje przyciągające to atraktanty, a odpychające to repelenty
- Bakteria rozpoznaje zmiany w stężeniu substancji i gdy znajdzie się w większym
stężeniu atraktantu częstość koziołkowania zmniejsza się (reakcja na zmianę stężenia
repelenta jest odwrotna)
- Bakterie reagują na bardzo małe stężenia atraktantów i większe stężenia repelentów
40. Transdukcja sygnału w chemotaksji (rola białek CheW, CheA, CheY, CheZ).
- CheW – regulator aktywności kinazy histydynowej
- CheA – kinaza histydynowa (enzym fosforylujący)
- CheY – II regulator reakcji chemotaktycznej, działający na składniki aparatu
rzęskowego
- CheZ – regulator defosforylacji CheY~P, FliG, FliM i FliN, powodujący odwrócenie
kierunku obroty rzęski
41, 43. Budowa i funkcje fimbrii i pili płciowych, udział fimbrii w procesie adhezji.
- Fimbrie są strukturami związanymi głównie z bakteriami Gram(-), pośród Gram(+)
ograniczone są do rodzaju Corynebacterium
- Są to struktury mające formę krótkich wypustek na zewnątrz komórki
- Buduje je białko pilina o masie około 26 kDa
- Grubość od 1,5 do 4nm, długość od kilku do 10μm
- Fimbrie można podzielić na:
•
Fimbrie płciowe (pile płciowe)
+ umożliwiające nawiązanie kontaktów bakteriom o różnej płciowości
+ występują u męskich osobników, przy ich pomocy komórki męskie rozpoznają
żeńskie i łączą się z nimi w procesie koniugacji
+ receptorem jest białko
+ brak ciałka podstawowego
+ występują w liczbie 1-2, ale są masywne
+ przez pilusy wnikają do komórki fagi i zakażają komórki męskie
•
Fimbrie typu I (pile typu I)
+ umożliwiają adhezję (przyleganie) do powierzchni komórek nabłonka u zwierząt
+ adhezja często jest procesem swoistym, w którym następuje interakcja pomiędzy
komplementarnymi cząsteczkami na powierzchni bakterii lub w organellach
powierzchniowych (np. fimbriach) a cząsteczkami na powierzchni, do której
następuje adhezja
+ cząsteczki to noszą nazwy adhezyn i receptorów
+ adhezyjny najczęściej są białkami, receptorami są reszty węglowodanowe,
glikoproteiny lub glikolipidy
+ ciałko podstawowe nie występuje
+ adhezja poprzedza kolonizację i ewentualną inwazję lub proces pasożytnictwa
bakterii u zwierząt
+ fimbrie uczestniczą też w adhezji do komórek roślinnych i minerałów
42. Fimbrie – zmienność fazowa i antygenowa.
•
Zmienność fazowa lub antygenowa bakteryjnych struktur powierzchniowych (białek
osłon, fimbrii, rzęsek) jest jedynym z mechanizmów, które uruchamiają bakterie,
przede wszystkim chorobotwórcze, by chronić się przed odpowiedzią immunologiczna
organizmu gospodarza.
•
Zmienność fazowa polega na okresowej ekspresji lub jej braku genów kodujących
określony fenotyp komórki.
•
Zmienność antygenowa polega na zdolności pojedynczego szczepu do wyrażania
kilku różnych wariantów antygenowych składnika komórki (osłon).
•
Zmienność fazowa fimbrii najlepiej poznana została: fimbrie typu 1 E. Coli., fimbrie
Neisseria gonorrhoeae i Pseudomonas aeruginosa.
•
Pojedyncza komórka E. Coli ma 200 – 300 fimbrii typu 1.
◦
Zmienność fazowa tych fimbrii jest pod kontrolą transkrypcyjną.
◦
W populacji średnio jedna komórka na 1000 może nagle przyjąć fenotyp
odmienny od pozostałych tzn:
Fim + → Fim - , lub Fim - → Fim +
◦
Mechanizm zmienności fazowej polega na obecności w genomie odwracalnego
odcinaka DNA o długości 314 pz.
◦
Na obu jego końcach znajdują się krótkie (9 pz), odwrócone, powtarzające się
sekwencje.
◦
W obrębie tego odcinaka znajduje się promotor, który tylko w jednej orientacji
pozwala na transkrypcję genu strukturalnego białka – fim A.
◦
Orientacja promotora zależy od obecności 2 białek – Fim B i Fim E.
◦
Nadmiar jednego prowadzi do „ włączenia lub wyłączenia” transkrypcji fim A.
◦
białka Fim B i Fim E działają najprawdopodobniej jako rekombinazy.
•
Odmienny mechanizm powoduje występowanie zmienności fazowej u Neisseria
gonorrhoeae.
◦
W hodowli in vitro komórek wytwarzających fimbrie z częstością ok. 10-3
pojawiają się formy pozbawione tych wypustek.
◦
Następuje zamiana w odwrotnym kierunku : Fim - → Fim + 10-5
◦
Jedynie kom. Fim + mają właściwości infekcyjne.
◦
Szczepy Neisseria gonorrhoeae charakteryzują się również dużą zmiennością
antygenową ich fimbrii.
◦
Różnią się one wielkością, a podjednostki strukturalne często wykazują duże
zmiany w sekwencji aminokwasów.
◦
Zmienione fimbrie różnią się właściwościami antygenowymi.
◦
Geny kodujące białko fimbrii mają trzy odcinki: stały oraz wysoce zmienny,
częściowo zmienny.
◦
Zmiany nukleotydowe w części zmiennej dotyczą pojedynczych kodonów, a w
odcinku wysoce zmiennym oprócz substytucji pojedynczych kodonów występują
liczne inercje i delecje obejmujące od jednego do 4 kodonów.
◦
Zmiany te powodują powstawanie szczególnych epitopów antygenowych w
strukturze fimbrii.
45. Rybosomy, ich budowa.
- Rybosomy u Prokaryota są mniejsze niż u Eukaryota
- Mają niższą masę cząsteczkową i stałą sedymentacji Svedberga wynoszącą 70S w
porównaniu z 80S u Eukaryota
- Różnice między rybosomami mają ogromne znaczenie przy leczeniu infekcji, gdyż
niektóre antybiotyki wybiórczo hamują syntezę białek na chromosomach 70S, nie
wpływając na działanie rybosomów 80S
- Rybosomy bakteryjne 70S:
•
Podjednostka duża 50S :23S rRNA, 5S rRNA; 32 specyficzne białka
rybosomowe (od L1 do L32)
•
Podjednostka mała 30S: 16S rRNA; 21 spesyficznych białek rybosomowych
(od S1 do S21)
- Podjednostki rybosomów występują w cytoplazmie oddzielnie, łączą się ze sobą tylko
po połączeniu z mRNA w czasie syntezy białek
- Tworzą wtedy polirybosomy (polisomy) skupienia wielu rybosomów połączonych
nicią mRNA
46. Cytoplazma.
- Ziarniaki mają następujący skład cytoplazmy:
•
Woda – 1,3 * 10 do 9
•
Białko – 3 * 10 do 5
•
RNA – 10 do 4
•
DNA – 1
•
Wielocukry – 4 * 10 do 7
•
Lipidy – 10 do 7
47. Nukleoid, jego organizacja.
- Obszar komórki prokariotycznej będący odpowiednikiem jądra komórkowego u
Eukaryota
- W przeciwieństwie do jądra komórek eukariotycznych nukleoid nie jest oddzielony
od cytoplazmy otoczką jądrową
- Zawiera genofor (chromosom bakteryjny) czyli pojedynczą kolistą cząsteczkę
dwuniciowego DNA o długości do 200nm (0,6-13 mln par zasad)
- Cząsteczka DNA zawiera geny ułożone w zespoły, które regulują określony szlak
metaboliczny, konkretną właściwość organizmu lub proces komórkowy
- Niektóre funkcje organizmu (np. oporność na antybiotyki, synteza bakteriocyn) są
kodowane przez plazmidy – samoreplikujące się, zamknięte, koliste cząsteczki
dwuniciowego DNA
- Nukleoid wraz z plazmidami zawiera pełną informację genetyczną komórki
48. Białka związane z organizacją przestrzenną nukleoidu w komórce bakteryjnej.
- Położenie nukleoidu w komórce nie jest stałe
- Jest on utrzymywany przez część rdzeniową zbudowaną z RNA i białek, wśród
których ważną rolę spełniają białka histonopodobne
- Są to niskocząsteczkowe zasadowe białka, które łącząc się z DNA tworzą struktury
podobne do nukleosomów u Eukaryota
- Uczestniczą one w replikacji, transkrypcji i rekombinacji DNA
49. Pozachromosomowe elementy genetyczne (plazmidy).
- Plazmid - cząsteczka
DNA
występująca w
komórce
poza
chromosomem
i zdolna do
autonomicznej (niezależnej)
replikacji
. Plazmidy występują przede wszystkim u
prokariotów
,
ale znane są także nieliczne plazmidy występujące u
eukariotów
. Zazwyczaj plazmidy nie
niosą
genów
metabolizmu
podstawowego, a więc nie są
komórce
niezbędne do przeżycia.
Mogą jednak kodować produkty potrzebne w pewnych specyficznych warunkach, na przykład
geny
oporności
na
antybiotyki
lub umożliwiające rozkład i asymilację różnych związków
odżywczych. Plazmidy w drodze
koniugacji
mogą być przekazywane pomiędzy
komórkami
bakteryjnymi.
- Większość znanych plazmidów to niewielkie, koliście zamknięte cząsteczki
DNA
.
Najmniejsze plazmidy mogą mieć rozmiar około 1000
bp
, największe - około 1,7
Mbp
. Znane
są również plazmidy naturalnie występujące w formie liniowej.
Plazmidy mogą kodować wiele
genów
związanych ze swoim utrzymaniem,
replikacją
oraz
transferem do innych
komórek
. Najważniejszym elementem budowy każdego plazmidu jest
ori (od ang. origin of replication), czyli sekwencja, w której następuje rozpoczęcie
replikacji
DNA
plazmidowego, niezależnie od
replikacji
DNA
chromosomowego
. W plazmidzie może
występować więcej niż jeden region ori.
Plazmidy mogą być przekazywane nie tylko z
komórki
macierzystej do komórek potomnych,
ale także pomiędzy dwiema komórkami
bakteryjnymi
w procesie
koniugacji
. Jest to jeden z
elementów
horyzontalnego transferu genów
. Jest on niezwykle istotny dla
ewolucji
bakterii,
ponieważ umożliwia niezwykle szybką adaptację do zmieniających się warunków
środowiska. Ma to także znaczenie dla człowieka, gdyż większość
genów
oporności
na
antybiotyki
kodowanych jest na plazmidach, co umożliwia szybkie rozprzestrzenianie się
oporności wśród bakterii chorobotwórczych.
Jak zostało wspomniane, plazmidy zazwyczaj nie kodują żadnych
informacji genetycznych
niezbędnych dla przeżycia komórki. Stanowią jednak dla gospodarza dodatkowe obciążenie
metaboliczne
, muszą więc posiadać systemy stabilizujące ich obecność w komórce, inaczej po
pewnym czasie zostałyby wyeliminowane z
populacji
bakterii. Do czynników utrzymujących
plazmidy w komórce należą:
•
Wysoka liczba kopii plazmidu
•
Systemy miejscowo specyficznej rekombinacji
•
Systemy partycyjne (aktywnego rozdziału)
•
Systemy addykcyjne
Wysoka liczba kopii plazmidu
Niewielkie plazmidy występują zazwyczaj w komórce w wysokiej (kilkanaście -
kilkadziesiąt) liczbie kopii. Dzięki temu przy
podziale komórki
zapewnione jest bardzo
wysokie prawdopodobieństwo odziedziczenia plazmidu przez komórki potomne. Im więcej
kopii plazmidu, tym większe prawdopodobieństwo, że w wyniku podziału komórki nie
powstanie
komórka
bezplazmidowa.
Systemy miejscowo specyficznej rekombinacji
Gdy w komórce znajduje się więcej niż jedna kopia plazmidu, spontanicznie zachodzi ich
łączenie się poprzez
sekwencje
homologiczne, co powoduje powstawanie dimerów i
oligomerów. Przy podziale komórki oligomery tworzą razem jedną cząsteczkę, która zostaje
przekazana jednej z komórek potomnych. Zachodzi więc niebezpieczeństwo, że wszystkie
plazmidy połączone w jedną cząsteczkę zostaną przekazane tylko jednej komórce, a druga
komórka będzie pozbawiona plazmidu. Spowodowałoby to po pewnym czasie zwiększenie
się w populacji liczby bakterii nie posiadających plazmidu.
Aby temu zapobiec, na plazmidzie mogą znajdować się
geny
systemu miejscowo specyficznej
rekombinacji. Zawierają one specjalne sekwencje res oraz kodują białko resolwazę
(rekombinazę). Resolwaza działa na sekwencje res i w drodze
rekombinacji
homologicznej
powoduje rozdzielenie multimeru na pojedyncze plazmidy. Tego rodzaju system nie
zapobiega jednak ponownemu tworzeniu multimerów, lecz jedynie rozdziela już istniejące.
Systemy partycyjne (aktywnego rozdziału)
Dzięki obecności tych systemów następuje aktywny i ściśle kontrolowany rozdział
plazmidów do komórek potomnych. W skład systemów tego typu wchodzą specyficzne
sekwencje DNA
, wykazujące podobieństwo do eukariotycznych
centromerów
, oraz białka
uczestniczące w procesie rozdziału. Podczas podziału
komórki
sekwencje centromeropodobne
wiązane są przez rozpoznające je białka, do tych zaś przyłączają się kolejne białka
bezpośrednio uczestniczące w rozdziale. Plazmidy zostają ustawione w płaszczyźnie
równikowej, a następnie rozchodzą się do przeciwległych biegunów
komórki
.
Systemy addykcyjne
Systemy addykcyjne powodują eliminację komórek, które nie odziedziczyły plazmidu
podczas
podziału komórki
. Składają się na nie geny kodujące trwałą toksynę (truciznę) oraz
labilną antytoksynę (antidotum). W komórce posiadającej plazmid zachodzi
ekspresja
obydwu tych genów, jednak antytoksyna znosi efekt działania toksyny. Po podziale, komórki
potomne dziedziczą po komórce macierzystej zarówno truciznę, jak i antidotum obecne w
cytoplazmie. Jeśli komórka nie otrzymała przy podziale plazmidu, labilne antidotum jest
szybko rozkładane, natomiast trwała trucizna jest dalej obecna w
cytoplazmie
i, w zależności
od typu, powoduje efekt bakteriobójczy lub bakteriostatyczny. Jeśli natomiast komórka
odziedziczyła plazmid, jest w stanie produkować własne antidotum.
Istnieją dwa typy systemów addykcyjnych:
•
Trucizna to białko, a antidotum to antysensowne
RNA
uniemożliwiające
translację
mRNA
trucizny
•
Trucizna i antidotum to dwa białka, które razem tworzą nieaktywny kompleks
System cddAB
Przykładem systemu addykcyjnego typu "białko-białko" jest system cddAB (patrz rysunek).
•
a) System tworzą dwa
geny
: cddA (2), kodujący antidotum (3), oraz cddB, (4)
kodujący truciznę (5). Obydwa geny są transkrybowane ze wspólnego
promotora
(1),
a więc tworzą
operon
.
•
b) Podczas normalnego funkcjonowania komórki bakteryjnej posiadającej plazmid
kodujący system cddAB, trucizna pozostaje związana przez antidotum (6) i nie
wywiera toksycznego wpływu na swój cel komórkowy (7), jakim w tym wypadku jest
gyraza
.
•
(c) Jeśli komórka utraci plazmid z genami systemu cddAB, nietrwałe antidotum
zostaje zdegradowane (8), a toksyna wiąże się ze swoim celem (9) hamując dalsze
podziały komórki.
System hok/sok
Przykładem systemu addykcyjnego typu "białko-RNA" jest
system hok/sok
.
Zastosowanie
Plazmidy bakteryjne znalazły zastosowanie w
inżynierii genetycznej
jako
wektory
. Obecnie
używa się plazmidów silnie zmodyfikowanych, często wykazujących jedynie śladowe
podobieństwo do naturalnie występujących pierwowzorów.
50. Substancje zapasowe.
-
Kwas polibetahydroksymasłowy
,
polifosforany
nieorganiczne, cząsteczki
tłuszczów
oraz
polisacharydów
51. Endospory – ich budowa.
- Endospory – spoczynkowe, przetrwalnikowe formy
bakterii
, nieprawidłowo nazywane
zarodnikami
, charakteryzujące się znacznym stopniem
odwodnienia
zawartej w nich
cytoplazmy
oraz grubymi i wielowarstwowymi osłonami.
Umożliwiają bakteriom przetrwanie skrajnie niekorzystnych warunków (brak
wody
i
substancji odżywczych
, wysoka i niska
temperatura
, wysychanie,
promienie UV
, niekorzystne
pH
).
Występują u niektórych bakterii (
Bacillus
,
Clostridium
,
Sporosarcina
), głównie
Gram-
dodatnich
. Powrót endospor do
życia
, czyli tzw.
germinacja
lub kiełkowanie przetrwalnika,
polega na pobraniu wody, rozerwaniu
ściany
i utworzeniu normalnej
komórki wegetatywnej
.
Sygnałem
biochemicznym
do wyjścia ze stadium endospory jest wzrost stężenia
alaniny
,
adenozyny
lub
tyrozyny
w
środowisku
.
Endospory bakterii są swego rodzaju kapsułami ratunkowymi. Powstają wewnątrz
komórki
przez obudowanie
genoforu
(wraz z pewna ilością cytoplazmy,
błoną komórkową
i
rybosomami
) wielowarstwową ścianką złożoną z
białek
i
cukrów
wysyconych
tłuszczami
.
52. Proces sporulacji – przebieg.
Sporulacja – proces tworzenia endospory, przebiega on według następującego schematu:
•
I stadium – uwypuklenie
błony cytoplazmatycznej
do wnętrza komórki. Tworzy się
przegroda
•
II stadium –
DNA
dzieli się na genofor
sporangium
i genofor prespory
•
III stadium – DNA prespory zostaje oddzielone i otoczone dwiema błonami
cytoplazmatycznymi
•
IV stadium – wewnętrzna błona tworzy ścianę komórkową przetrwalnika, a
zewnętrzna daje do środka
korteks
•
V stadium – zakończenie formowania korteksu i osłon białkowych
•
VI stadium – osłonki stają się nieprzepuszczalne i ciepłoodporne, silnie załamuje
światło, ustanie
metabolizmu
i wejście stan
anabiozy
•
VII stadium – uwolnienie endospory spowodowane
lizą
sporangium
53. Mechanizm barwienia bakterii metodą Grama.
1. nanieść bakterie na szkiełko podstawowe, po wysuszeniu utrwalić preparat przez
przeciąganie szkiełka podstawowego nad płomieniem palnika
2. na utrwalone bakterie nakropić fiolet krystaliczny tak by pokrył on powierzchnię, na
którą naniesiono bakterie; barwnik pozostawić na 2 minuty, po czym spłukać wodą
destylowaną
3. nanieść płyn Lugola na 1 minutę, płyn spłukać najpierw alkoholem etylowym,
następnie woda destylowaną
4. nanieść na preparat roztwór fuksyny zasadowej na 40 sekund po czym spłukać wodą i
wysuszyć preparat
- Bakterie Gram(+) barwią się na kolor niebiesko-fioletowy, Gram (-) czerwono-różowy
54. Porównanie bakterii Gram(+) i Gram (-).
- Bakterie Gram(+)
•
Barwią się na niebiesko
•
Muriena stanowi ok. 30-70% suchej masy
•
Zawartość białek jest nieznaczna
•
Kwasy tejchojowe i tejchuronowe
•
Ściana komórkowa ma 15-50nm grubości
•
Brak przestrzeni peryplazmatycznej i błony zewnętrznej
- Bakterie Gram (-)
•
Barwią się na czerwono
•
Jednowarstwowa mureina, mniej niż 10% suchej masy ściany komórkowej
•
Mureina znajduję się w przestrzeni periplazmatycznej
•
Nie zawiera lizyny, ale kwas m-diaminopimelinowy
•
Brak mostków międzypeptydowych
•
Duże ilości (80% suchej masy) lipoprotein, lipopolisacharydów i innych lipidów
przyłączonych do zewnętrznej powierzchni mureny
•
Ca2+ potrzebne do zachowania stabilności warstwy lipopolisacharydowej
•
Ściana komórkowa ma grubość 2-10nm
•
Występuje przestrzeń peryplazmatyczna i błona zewnętrzna
•
Posiadają lipoproteinę Browna łączącą błonę zewnętrzną ze ścianą komórkową
•
Mureina tworzy 2-3 warstwy
Bakterie Gram-dodatnie, G+ -
bakterie
barwiące się
na
niebiesko
w
barwieniu metodą Grama
.
W budowie
komórki
bakterii G+, w przeciwieństwie do
Gram-ujemnych
, nie wyróżnia się
zewnętrznej błony komórkowej
.
Ściana komórkowa
bakterii G- jest cieńsza od bakterii G+.
Przykłady
patogennych
bakterii G+ i G-:
5. G+
1.
gronkowce
(Staphylococcus)
2.
paciorkowce
(Streptococcus)
3.
laseczka tężca
(Clostridum tetani)
4.
laseczki zgorzeli gazowej
(Clostridium perfringens)
5.
laseczka wąglika
(Bacillus anthracis)
6.
maczugowiec błonicy
(Corynebacterium diphtheriae)
7.
prątek gruźlicy
-
Kocha
(Mycobacterium tuberculosis)
8.
prątek trądu
(Mycobacterium leprae)
6. G-
1. pałeczki z rodzaju
Brucella
2. pałeczki z rodzaju
Salmonella
3. pałeczki z rodzaju
Shigella
4.
krętek blady
(Treponema pallidum)
5.
pałeczka okrężnicy
(Escherichia coli)
6.
pałeczka dżumy
(Yersinia pestis)
7.
przecinkowiec cholery
(Vibrio cholerae)
8. pałeczka
Helicobacter pylori
Bakterie Gram-ujemne (w skrócie G–) to
bakterie
barwiące się
na
czerwono
w
barwieniu
metodą Grama
.
W budowie
komórki
bakterii G–, w przeciwieństwie do
Gram-dodatnich
, wyróżnia się
zewnętrzną błonę komórkową
.
Ściana komórkowa
bakterii G– jest cieńsza, zawiera mniej
warstw
peptydoglikanu
(
mureiny
).
Bakterie G+ zatrzymują
fiolet krystaliczny
i nawet po odbarwianiu
acetonem
lub
etanolem
pozostają ciemno zabarwione. Tymczasem G– wiążą niewiele fioletu i łatwo się odbarwiają.
Później dobarwiane są zwykle na czerwono. Rozróżnianie bakterii G+ i G– sprowadza się
więc do rozróżnienia czy po barwieniu, odbarwianiu i dobarwianiu są różowe lub czerwone
(Gram-ujemne), czy też fioletowe do brązowych (Gram-dodatnie).
55. Barwienie bakterii kwasoopornych.
Barwienie metodą Ziehla-Neelsena - w
bakteriologii
rodzaj techniki diagnostycznej służącej
do odróżniania
bakterii kwasoopornych
i
niekwasoopornych
(diagnostyka
gruźlicy
).
1. na utrwalony
rozmaz
bakterii na odtłuszczonym szkiełku podstawowym nanosimy
barwnik podstawowy (stężona
fuksyna
) na 15 min. W trakcie barwienia podgrzewamy
preparat
palnikiem (do tzw. "trzech par")
2. zlewamy barwnik. Nie spłukujemy
wodą destylowaną
3. odbarwiamy preparat w 3% roztworze
HCl
w
etanolu
(kwaśny alkohol)
4. spłukujemy wodą destylowaną
5. nanosimy barwnik kontrastowy, np.
błękit metylenowy
na 10 min.
6. spłukujemy wodą destylowaną
7. suszymy preparat na pasku bibuły i przeprowadzamy obserwacje w
mikroskopie
świetlnym
z zastosowaniem
imersji
W wyniku takiego postępowania
bakterie kwasooporne
przybierają kolor czerwony
pochodzący od
fuksyny
(nie odbarwiają się one bowiem w kwaśnym alkoholu). Natomiast
bakterie niekwasooporne
są wrażliwe na działanie kwaśnego alkoholu, odbarwiają się w nim
z fuksyny i mają kolor niebieski od
błękitu metylenowego
.
Kwasooporność np. prątków jest zależna od budowy fizykochemicznej i obecności kwasu
mikolowego.
Metodą tą można też barwić zarodniki grzybów i przetrwalniki bakterii.
56. Metody barwienia bakterii.
Rodzaje barwienia bakterii - aby zaobserwować
bakterie
w
mikroskopie świetlnym
, ocenić
właściwie ich wielkość, kształt, niektóre cechy
morfologiczne
, należy je zabarwić. Bakterie
bowiem słabo załamują promienie świetlne.
Ze względu na to, co podlega barwieniu, wyróżnia się:
•
barwienie negatywne bakterii
, polegające na barwieniu tła, a bakterie pozostają
niezabarwione,
oraz
•
barwienie pozytywne
, polegające na barwieniu bakterii, z których przygotowany jest
preparat
.
Do barwienia bakterii służą liczne
barwniki
, m.in.
błękit metylenowy
,
fiolet krystaliczny
,
fuksyna zasadowa
,
fuksyna kwaśna
,
safranina
,
zieleń malachitowa
.
Ze względu na ilość barwników zastosowanych przy barwieniu, wyróżnia się barwienie
proste (jeden barwnik) oraz barwienie złożone (stosuje się kolejno kilka barwników).
Barwienie złożone ma większe znaczenie, gdyż umożliwia określenie nie tylko kształtu
bakterii, ale także pozwala ocenić jej niektóre cechy morfologiczne. Przykładem barwienia
złożonego jest barwienie wg
metody Grama
,
metody Ziehl-Neelsena
,
metody Schaeffera-
Fultona
.
Technika każdego barwienia polega na pokrywaniu szkiełka podstawowego z naniesionym i
utrwalonym preparatem-barwnikiem na określony czas, a następnie spłukiwaniu
poszczególnych barwników wodą przed nalaniem następnych. Czasami w zależności od
przepisu stosuje się także takie substancje jak
alkohol
, czy
płyn Lugola
, a także podgrzewanie
preparatu nad palnikiem. Preparat po wysuszeniu obserwuje się pod
imersją
. Wyróżnić można
także barwienie bakterii przeżyciowe (rzadkie) i pośmiertne (częściej stosowane).
Metoda barwienia Schaeffera-Fultona - metoda polegająca na
identyfikacji
bakterii
zaliczanych do grupy Bacillus i Clostridium, a przede wszystkim
przetrwalników
tych
bakterii, ich kształt i rozmieszczenie w komórce.
Etapy barwienia
1. Wykonujemy
posiew
bakterii na szkiełku podstawowym i utrwalamy (najczęściej w
płomieniu),
2. Przemywamy zielenią malachitową (barwnik),
3. Ponieważ endospory mają wiele warstw ochronnych, należy podgrzać preparaty aby
komórki się zabarwiły,
4. Należy podgrzewać preparaty tak długo, aż zaczną one parować, wtedy endospory
rozluźniają swoje otoczki i barwnik może do nich wniknąć,
5. Czekamy aż preparaty wystygną - w czasie tego procesu endospory zamykają swoje
otoczki i barwnik pozostaje wewnątrz,
6. Płuczemy preparaty - zabarwione są tylko endospory, reszta komórki - nie,
7. Aby zabarwić pozostałą część komórki, używamy
safraniny
.
Document Outline