BŁONA CYTOPLAZMATYCZNA - jest to błona zbudowana z białek i

fosfolipidów oraz kwasów lipotejchojowych (reszty fosforanu i

glicerolu połączone wiązaniem diestrowym w łańcuchu)

FUNKCJE: W pierwszej kolejności błona jest organem pobierania

pokarmu, albo wnikającego biernie na zasadzie różnicy stężeń w

komórce i środowisku zewnętrznym, albo dzięki wybiórczej

przepuszczalności błony dla różnych składników, ale najczęściej

czynnie za pomocą przenośników znajdujących się w błonie

cytoplazmatycznej(permeazy). W błonie rozmieszczone są także

enzymy i przenośniki elektronów, czynne w ostatnich fazach

oddychania i magazynowania energii. W komórkach Eucaryota funkcje

takie spełniają mitochondria. U Procaryota czynności mitochondriów

przejmuje błona cytoplazmatyczna (jej wpuklenia to mezosomy).

W błonie też, z którą związany jest nukleoid, zaczynają się procesy

replikacji DNA. Z błony cytoplazmatycznej powstają także ciałka

chromatoforowe, zastępujące u bakterii fotosyntezujących

chloroplasty roślinne.

CYKLE ODDECHOWE ZACHODZĄCE BEZ GLIKOLIZY I ICH ROLA

1) cykl pentozowy, w którym przemiany cukrów dają metabolity C

3

, C

7

,

C

4

2) cykl Entnera-Doudoroffa, który daje metabolity C

3

, C

5

, C

4

a więc oba

te cykle spełniają głównie rolę amfiboliczną (produkty do syntez

komórkowych)

3) cykl kwasów dwukarboksylowych

Cykl Krebsa jest poprzedzany glikolizą.

FERMENTACJA Z GLIKOLIZĄ I BEZ GLIKOLIZY.

Fermentacje z glikolizą: fermentacja mlekowa, mrówkowa,

alkoholowa, propionowa ( w tych fermentacjach wytwarzane są 2 ATP

– bardzo mało), fermentacja masłowa – bardzo ważna – jedna z

nielicznych, która daje nadmiar wodoru

Fermentacja bez glikolizy: heterofermentacja mlekowa i alkoholowa

bakteryjna

FERMENTACJA HOMOMLEKOWA I ALKOHOLOWA

- Fermentacja mlekowa

C

6

H

12

O

6

+ bakterie mlekowe → 2CH

3

CHOHCOOH + 22,5 kcal

(cukier prosty → kwas mlekowy + energia)

- Fermentacja alkoholowa – proces rozkładu węglowodanów pod

wpływem enzymów wytwarzanych przez drożdże z wytworzeniem

alkoholu etylowego i dwutlenku węgla:

C

6

H

12

O

6

→ 2C

2

H

5

OH + 2CO

2

PRODUKTY RÓŻNYCH FERMENTACJI

Typ- produkty końcowe fermentacji

alkoholowa - etanol, CO

2

homofermentacja kwasu mlekowego - kwas mlekowy

heterofermentacja kwasu mlekowego - Kwas mlekowy, etanol, CO

2

,

kwas octowy

mieszanina kwasów - kwas mlekowy, etanol, kwas octowy, kwas

mrówkowy lub H

2

+ CO

2

glikol butynelowy - jak fermentacja mieszaniny kwasów lecz z

dodatkiem 2,3-glikolu butylenowego

kwas masłowy - kwas masłowy, kwas octowy, H

2

, CO

2

acetonowo-butanolowa - butanol, aceton, izoprolanol, atanol, H

2

,

CO

2

kwas propionowy - kwas propionowy, kwas octanowy, CO

2

FOTOSYNTEZA U B. PURPUROWYCH, SIARKOWYCH, ZIELONYCH

ATP powstaje w systemie fosforylacji

cyklicznej. Regeneracja chlorofilu następuje

przez elektrony z siarczków, tiosiarczanów,

siarki lub wodoru ( środowisku muszą być

zredukowane związki siarki). Produktami są

związki nieorganiczne jak siarczany, woda, ale

nie tlen. Niezbędne do zredukowania

produktu wiązania C0

2

jest zredukowanie

koenzymu NADP do NADPH

2

, wymaga to

dodatkowego źródła siły redukującej (bo mała

jest aktywność fosforylacji cyklicznej).

Dodatkowe źródło siły redukującej pochodzi z

odwrotnego łańcucha przepływu elektronów:

ODDYCHANIE BEZTLENOWE

- reakcje azotanów-denitryfikacja np. Paracoccus denitrificans;

enzymy-reduktazy

2 NO

3

ˉ + 4 H

+

→ 2 NO

2

ˉ + 2 H

2

O

2 NO

2

ˉ + 4 H

+

→ 2 NO + 2 H

2

O

2 NO + 2 H

+

→ N

2

O + H

2

O

N

2

O + 2 H

+

→ N

2

+ H

2

O

2 NO

3

ˉ + 12 H

+

→ N

2

+ 6 H

2

O

W oczyszczaniu ścieków doprowadza się żeby było NO

3

ˉ, ale później to

się redukuje do N

2

aby nie było eutrofizacji.

- redukcja siarczanów

SO

42-

→ SO

32-

→ H

2

S + 3 H

2

O → S

- redukcja węglanów

4H

2

+ CO

2

→ CH

4

+ 3 H

2

O + 131 kJ/mol

- oddychanie azotowe (redukcja azotanów) jest prowadzona

bezwzględnie przez beztlenowe bakterie (Paracoccus denitrificans).

-oddychanie siarczanowe, siarczkowe, węglanowe, mrówczanowe,

żelazowe

OTOCZKI KOMÓRKOWE zbudowane z polimerów cukrów,

aminokwasów (lub kwasów uronowych). Łańcuchy cukrowe

połączone są jonami Ca

2+

, Mg

2+

. Rola:

1.ochrona przed wysuszeniem , bakteriofagami, antybiotykami i

metalami ciężkimi,

2.ochrona przed antybiotykami,

3.ochrona przed fagocytozą komórek żernych,

4.rola regulacyjna w procesach wydalania (śluzy mogą odgrywać rolę

jako zapas),

5.żółtozielone barwniki fluoryzujące, bakterie z rodziny Pseudomones

dają fluorescencję w UV, działają jako siderofory, które są wydzielone

do podłoża, gdy brak jest żelaza. Biorą udział wiązaniu

i transporcie żelaza do komórki,

6.bakterie są w stanie zmieniać skład chemiczny otoczek, produkując

zamiast cukrów lipidy

i fosfolipidy o charakterze hydrofobowym, które chronią komórkę

przed działaniem szkodliwych związków hydrofilowych np.

dezyfekonów (zw. Chloru),

7.barwniki fotosyntezy (p. fotosynteza).

PLAZMIDY I ICH ROLA W KOMÓRCE-koliście zamknięta podwójna

helisa DNA poza nukleoidalna; mogą warunkować m.in.

- zdolność do koniugacja,

- odporność na antybiotyk i jony metali ciężkich,

- odporność na działanie UV,

- wytwarzanie antybiotyków,

- wytwarzanie bakteriocyn (toksyny bakteryjne) np. nizyna stosowana

jako antybiotyk,

- biodegradację złożonych związków organicznych,

- wytwarzanie enterotoksyn i hemolizyn;

PODZIAŁ MIKROORG. ZE WZGLĘDU NA ŹRÓDŁO ENERGII I WĘGLA

AUTOTROFY (litotrofy) Auto- chemolitotrofy Źródło węgla: CO

2

Źródła energii: (ATP)

1.*światło: Fotosynteza bakterii (beztlenowe), Fotosynteza glonów i

roślin (tlenowce)

2.Utlenianie związków nieorganicznych (niewiele ATP)

Fe (II) -> Fe(III)

H

2

S -> H

2

SO

4

Nitryfikacja -> NH

4

-> HNO

2

-> HNO

3

CO -> CO

2

H

2

-> H

2

0

HETEROTROFY (organotrofy), Foto- i chemoorganotrofy

Źródło węgla: związki organiczne

Źródła energii: (ATP)

1.Światło: Fotosynteza bakterii

2.Utlenianie związków organicznych (najwięcej ATP)

Glukoza -> glikoliza -> cykl Crebsa -> łańcuch oddechowy -> O

2

3.Oddychanie beztlenowe np. redukcja

Azotanów -> N

2

(denitryfikacja)

Siarczanów -> H

2

S

Węglanów -> CH

4

4.Fermentacja z wytworzeniem kwasów, alkoholi, CO

2

, H

2

(najwięcej

ATP)

METYLOTROFY

- wszystkie bakterie rosnące na związkach jednowęglowych (metan,

metanol, mrówczan, metyloaminy). Są bezwzględnymi tlenowcami,

zawierającymi katalazę i oksydazę cytochromową. Są to najczęściej

pałeczki gramujemne, spokrewnione z rodzajem Pseudomonas.

Tworzą formy przetrwalne, powstające z całej komórki i

niezawierające kwasu dipikorynowego. Inną cechą jest obecność
licznych lameli warstwowo ułożonych. Bakterie metylotrofy włączają

związki jednowęglowe w tzw. drodze serynowej.

REDUKTYWNY CYKL KWASÓW (WIĄZANIE CO2 U B. PUR I SIAR

RÓŻNICE MIĘDZY DOMENAMI ARCHEA, A BACTERIA

Archae: obejmują bakterie w warunkach ekstremalnych. Głównie

bakterie:

-Metanogenne (produkujące metan),

-Halofile (słonolubne, kwasolubne, termolubne).

1.Ściana Archae nie zawiera peptydoglikanu, ale tzw. Pseudomureinę

lub białka, czy polisacharydy,

2.Błona komórkowa to etery glicerolowe izoprenoidów z resztami

fitonylowymi, a nie estry kwasów tłuszczowych i glicerolu,

3.Różnice w sekwencji nukleotydów 16S rRNA,

4.Zawierają koenzymy F

420

i F

430

z wbudowanym niklem (których to

koenzymów nie zawierają inne bakterie),

5.Wiążą CO

2

autotroficznie przez acetylokoenzym A, a nie w cyklu

Calvina.

RÓŻNICE W BUD. PROCARYOTA I EUCARYOTA:

Kom. Eucaryota: pierwotniaki, grzyby, glony, rośliny, zwierzęta/

chromosomy otoczone dwuwarstwową błoną jądrową/ struktura

chromosomu jest złożona, DNA jest zwykle związane z białkami tzw.

Histonami/ podział komórki wymaga mitozy i mejozy/ściana

komórkowa jeśli występuje zawiera składniki strukturalne takie jak

celuloza lub chityna lecz nigdy nie zawiera peptydoglikanu/

mitochondria są powszechnie obecne, chloroplasty występują w
komórkach fotosyntetyzujących/komórki zawierają dwa typy

rybosomów: większe w cytoplazmie i mniejsze w mitochondriach i

chloroplastach/wici gdy występują mają złożona strukturę

Kom. Procaryota: bakterie (w tym sinice)/brak błony jądrowej,

chromosomy bezpośrednio kontaktują się z cytoplazmą/ struktura

chromosomu jest stosunkowo prosta/mitoza i mejoza nie występują/

komórki zawierają rybosomy tylko jednego typu/rzęski gdy występują

mają stosunkowo prostą strukturę

SYNTEZA CUKRÓW

- z C

1

– formaldehyd zostaje włączony do tzw. Drogi serynowej i

tworzy się hydroksypirogronian lub zostaje włączony na drodze

rybulozowej. Reakcje te przeprowadzają tlenowe metylotrofy.

- z C

3

– kondensacja dwóch cząsteczek fosfotrioz powoduje powstanie

difosforanu fruktozy, a następnie fosforowego estru glukozy, z której

tworzą się inne cukry.

- z C

6

- z glukozy i z fruktozy pod wpływem trans glikozydazy tworzy

się sacharoza, a z niej może powstać dekstran + fruktoza

- inne reakcje: z maltozy powstaje skrobia + glukoza, a z fruktozo-6-

monofosforanu powstaje mureina.

SYNTEZA BIAŁEK

Synteza aminokwasów zachodzi na drodze transami nacji to jest

reakcji przeniesienia grupy aminowej z jednego związku na drugi.
Amoniak łączy się z kwasem



-ketaglutarowym, tworząc kwas

glutaminnowy. Grupa aminowa może zostać przeniesiona z kwasu
glutaminowego na np. kwas szczawiooctowy, dając kwas



-

ketoglutorowy i kwas asparaginowy.

Inne aminokwasy powstają z odpowiednich keto kwasów, na które

grupa aminowa zostaje przeniesiona z kwasu glutaminowego lub

asparaginowego w obecności enzymów transaminaz.

SYSTEMY GENERACJI ATP

Są trzy systemy generacji ATP

•Fosforylacja substratowa

-Powstaje podczas odłączania się fosforu od fosforanu aldehydu

glicerynowego, kwas 1,3 - bisfofoglicerynowy, kwas fosfoglicerynowy

•Fosforylacja oksydacyjna

-Zachodzi podczas przebiegu łańcucha oddechowego

•Fosforylacja fotosyntetyczna

ŚCIANA KOMÓRKOWA - zbudowana z heteropolimerów, cukrów i

aminokwasów tj. mureiny (peptydoglikanu). Łańcuchy cukrowe to

reszty glukozaminy i kwasu muraminowego połączone wiązaniem

β(1-4) glikozydowym i krótkimi peptydami (zbudowane z alaniny,

kwasu glutaminowego, kwasu diaminopimelinowego i alaniny). Z

muraminą związanie są polimery: kwasy tejchojowe, kwasy

lipotejchojowe, kwasy tejchuronowe. Kwasy tejchojowe połączone są

wiązaniem dniestrowym z grupą hydroksylową C

6

kwasu

muraminowego mureiny. ROLA: Ochrona przed uszkodzeniami

mechanicznymi i lizą osmotyczną, Utrzymuje wysokie ciśnienie

wewnątrz komórki (turgor) 3-5atm G

+

, 30atm G

-

, Działa jak sito

„molekularne” (bariera przepuszczalności), ale ma aktywną rolę w

regulacji transportu jonów i cząstek.

TRANSPORTU SUBSTRATÓW DO KOMÓRKI

Dyfuzja prosta - dzięki dyfuzji prostej przez błonę cytoplazmatyczną

są pobierane jony.

Dyfuzja ułatwiona - pobieranie związków zgodnie z gradientem

stężeń następuje wyrównywanie stężeń wewnątrz i na zewnątrz

komórki niekiedy transport ten wymaga udziału permeaz (enzymy

transportowe)

Transport aktywny - przenoszenie wbrew gradientowi stężenia,

wymaga energii, a cząstki nie ulegają modyfikacji

Translokacja grupowa - zachodzi jak przy transporcie aktywnym ale

związki są modyfikowane np. cukry mogą podlegać fosforylacji

UTLENIANIE ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH PRZEZ

CHEMOAUTOTROFY
nitryfikacja autotroficzna
NH

4+

+ 1 ½ O

2

→ NO

2

ˉ+ 2 H

+

+ H

2

O

NO

2

ˉ +1 ½ O

2

→ NO

3

ˉ

NH

3

→ NH

2

OH→ [NOH] → NO

2

ˉ → NO

3

ˉ

hydroksyloamina
-nitryfikacja heterotroficzna
-utlenianie związków siarki
S

2-

+ 2O

2

→ SO

42-

S + H

2

O + 1 ½ O

2

→ SO

42-

+ 2 H

+

S

2

O

32-

+ H

2

O + 2 O

2

→ SO

42-

+ 2 H

+

Prowadzą te reakcje bakterie siarkowe G-, urzęsione Thiobacillus
-utleniania żelaza (Thiobacillus ferroxidans), jednocześnie też i
siarkę
4Fe

2+

+ 4 H

+

+ O

2

→ 4Fe

3+

+ 2 H

2

O

Leptothrix utlenia mangan
-utlenianie wodoru cząsteczkowego (Alcaligenes eutrophus)
6H

2

+ 2 O

2

+ CO

2

→ (C H

2

O)* + 5 H

2

O

-utlenianie CO (karboksydobakterie) (Pseudomonas
carboxidomonas)
7CO + 1 ½ O

2

+ H

2

O → (C H

2

O)* + 6 CO

2

*) cykle szlaku

rybulozobifosforanowego
Bakterie nitryfikacyjne:
- bakterie utleniające amon (Nitroso-)
NH

4+

+ 1 ½ O

2

→ NO

2

ˉ+ 2 H

+

+ H

2

O Nitrosomonas europea,

Nitrosococcus oceanus, Nitrosospira briensis
- bakterie utleniające azotyn (Nitro-)
NO

2

ˉ +1 ½ O

2

→ NO

3

ˉ Nitrobacter winogradskyi, Nitrobacter

hamburgensis
ŹRÓDŁA POKARMOWE

Węgiel: CO

2

, związki organiczne, głównie węglowodory, tłuszcze,

węglowodany

Azot: N2, NH

4+

, NO

3-

Fosfor: PO

43-

, SO

42-

ŹRÓDŁA POKARMOWE - ZWIĄZKI AZOTU

Najważniejsze szlaki asymilacji azotu. Jony amonowe obecne w

podłożu są pobierane bezpośrednio do komórki. Jony azotanowe są

przekształcane do jonów amonowych w asymilacyjnej redukcji

azotanu, a azot cząsteczkowy jest przekształcany do jonów

amonowych na skutek wiązania azotu. Azot amonowy jest

wbudowany do związków organicznych albo przez glutaminę, przy

współudziale ATP albo bez udziału ATP przez bezpośrednią

reduktywną aminację 2-kteoglutaran lub pirogronian

Wiązanie azotu atmosferycznego. Reakcja N

2

do NH

3

zachodzi pod

wpływem nitrogenezy zawierającej koenzym żelazo-molibdenowy i

jest procesem wymagającym dużo energii. Azot wiąże liczne bakterie

m.in. tlenowe: Azotobacter, Azomonas, Alcaligenes żyjące w symbiozie

z roślinami Rhizobium, akterie beztlenowe: Clostidium, Dessulforibrio,

fotoautotrofy: Chlorobium, Rhodospirillum oraz sinice. Azotany to

źródło azotu, musza więc ulęgać redukcji do amoniaku (jonu

amonowego):

N



N

> HN



NH

> H

2

N-NH

2

> 2NH

3

N

2

+ 8H

+

+ 16ATP -> 2NH

3

+ H

2

+ 16ADP + 16Pi