WIRUSY

Wirusy nie należą do świata żywego,
ponieważ

nie

prowadzą

własnego

metabolizmu, a także nie wykazują
budowy komórkowej i nie zawierają
żadnych organelli. Są jednak zdolne do
ewolucji, zawierają informację genetyczną
zapisaną w pojedynczej lub podwójnej nici
kwasu nukleinowego (DNA lub RNA). Mają
zdolność do samopowielania się przy
wykorzystaniu

substratów

reakcji

(nukleotydów, aminokwasów), nośników
energii, enzymów oraz organelli komórek
gospodarza.

Wirusy składają się z cząstki kwasu
nukleinowego (RNA lub DNA) otoczonej
białkowym kapsydem lub otoczką z
fragmentu błony komórki żywiciela. (U
eukariotów zlokalizowany jest w jądrze
komórkowym, a u prokariotów
bezpośrednio w cytoplaźmie, a u
wirusów w kapsydach). Są o wiele
mniejsze od komórek (od 0,02 do 0,3
m). Wewnątrz kapsydu (płaszcza
białkowego) występują nieliczne
enzymy, np. odwrotna transkryptaza
(enzym syntetyzujący nić DNA na
matrycy RNA).

Cząstki wirusów mają różną budowę.
Mogą być utworzone z cząsteczek
białka spiralnie zwiniętych (wirus
mozaiki tytoniu) lub symetrycznie
ułożonych w formie regularnych
wielościanów. Niektóre wirusy
zwierzęce, takie jak np. wirus grypy
czy wirus HIV, mają otoczkę
pochodzącą z powierzchni komórek
gospodarza, zbudowaną z
dwuwarstwy lipidowej z licznymi
glikoproteinami. Struktura
bakteriofagów jest złożona. W
„główce” o spiralnej budowie ukryte
jest DNA, natomiast wydłużony
ogonek umożliwia wnikanie do
komórek gospodarza.

Białka kapsydu są odporne na
działanie enzymów proteolitycznych.
Często same mają właściwości
enzymatyczne, co ułatwia wnikanie
wirusa do komórek. Ulegają szybkim
mutacjom na skutek błędów w
replikacji(proces w którym podwójna
nić DNA ulega skopiowaniu) lub
transkrypcji(przepisywanie informacji
zawartej w DNA do RNA). Wirusy
atakują określony typ komórki np.
wirus żółtaczki- komórki wątroby,
bakteriofagi- komórki bakteryjne.

Reprodukcja wirusów

(powielanie)

Wirusy nie są zdolne do samodzielnego
powielania się. Cząstki wirusa muszą
wniknąć do wnętrza komórki
gospodarza, zmusić ją do produkcji
składników niezbędnych do budowy
nowych cząstek. Składniki te muszą
być uporządkowane we właściwą
strukturę, a powstałe w ten sposób
nowe cząsteczki wirusa opuszczają
komórkę gospodarza i są zdolne do
zarażania kolejnych komórek.

Etapy namnażania

bakteriofagów

Bakteriofagi- wirusy atakujące bakterie
1. Rozpoznanie i zakotwiczenie na
powierzchni komórki gospodarza.
2. Penetracja – wstrzyknięcie materiału
genetycznego wirusa do wnętrza komórki.
3. Synteza enzymów umożliwiających
replikację wirusowego materiału
genetycznego z wykorzystaniem
monomerów, enzymów i organelli komórki
gospodarza.

4. Replikacja (powielanie) cząsteczek
kwasu nukleinowego wirusa. Jeśli
materiałem genetycznym jest RNA,
to niezbędny jest dodatkowy etap:
odwrotna transkrypcja
(przepisanie RNA na DNA z udziałem
enzymu odwrotnej transkryptazy).
5. Synteza białek tworzących kapsyd
wirusa.
6. Uporządkowanie przestrzenne
kapsydów( płaszcza białkowego) –
otoczenie cząsteczek kwasu
nukleinowego białkami kapsydu.
7. Opuszczenie komórki gospodarza
przez liczne nowo powstałe cząstki
wirusa.

Cykl lityczny i cykl lizogenny

Bakteriofagi zjadliwe

– lityczne

rozpuszczają (niszczą) komórkę gospodarza.

Bakteriofagi łagodne

– lizogenne – nie

zabijają komórek gospodarza podczas cyklu
lizogennego, ale mogą powrócić do cyklu
litycznego i zniszczyć gospodarza. Zakażając
podatną komórkę gospodarza, wirus
wykorzystuje jej procesy metaboliczne do
replikacji DNA i produkcji swoich białek.

Cykl lityczny – etapy infekcji

litycznej

1. Adsorpcja – fag przyłącza się do swoistego receptora na

powierzchni komórki gospodarza. Aby przedostać się przez
ścianę komórkową, wirusy wykorzystują receptory obecne
na powierzchni komórki albo za pomocą swoich białek
przebijają ścianę komórkową.

2. Wnikanie – kapsyd zazwyczaj pozostaje na zewnątrz,
przebicie błony komórkowej i wstrzyknięcie do wnętrza
komórki gospodarza, DNA lub RNA wirusowego(materiału
genetycznego), gdzie wykorzystuje mechanizmy komórek
gospodarza do produkcji nowych cząsteczek wirusa,.
3. Replikacja – DNA wirusowe ulega replikacji, RNA musi
najpierw ulec odwrotnej transkrypcji, tj. przepisaniu na DNA.
Po translacji na rybosomach gospodarza powstają białka
kapsydu wirusa.

4. Składanie – we wnętrzu komórki
gospodarza z syntezowanych cząsteczek
powstają nowe wirusy. Składanie nowych
wirusów - kopii wirionu(cząstka wirusa),
który zaatakował komórkę.
5. Uwolnienie – pod wpływem
specjalnych enzymów trawiących wirus
dziurawi błonę komórki i uwalnia się,
niektóre wirusy zabierają fragmenty
błony jako swoje otoczki (np. wirus HIV).
komórka gospodarza ulega rozpadowi
(lizie - stąd nazwa cykl lityczny), a kopie
wirusa wydostają się na zewnątrz.
Niektóre wirusy nie powodują rozpadu
komórki, ale uwalniane są stopniowo.
Z jednej cząsteczki wirusa powstaje
ponad 100 cząsteczek potomnych w
ciągu 30 minut.

Cykl lizogenny - etapy infekcji

lizogennej:

Cykl lizogenny-

odmiana replikacji wirusów, polegająca na wnikaniu

materiału genetycznego wirusa do komórki gospodarza i
jego replikacji wraz z DNA gospodarza, która nie prowadzi do
lizy komórki.
Wirus pozostaje „w ukryciu ” przez dłuższy czas, nie niszcząc
komórki gospodarza.
1.

Adsorpcja – fag przyczepia się do swoistego receptora na
powierzchni komórki gospodarza czyli wniknięcie materiału
genetycznego wirusa do komórki gospodarza.

2. Wnikanie – przebicie błony komórkowej i wstrzyknięcie do
wnętrza komórki DNA lub RNA wirusowego. W przypadku wirusów,
których materiałem genetycznym jest RNA, RNA musi najpierw
zostać przepisane na DNA w procesie odwrotnej transkrypcji. Wirus
w genomie gospodarza nazywany jest prowirusem, w
przypadku bakteriofagów mówi się o profagu. Kapsyd pozostaje na
zewnątrz.
3. Integracja – fagowy DNA „wkleja się” do DNA gospodarza.
Powstaje profag, a komórka gospodarza zachowuje się prawie
normalnie.
4. Replikacja – zintegrowany profag replikuje razem z DNA
gospodarza

Wirusy chorobotwórcze

• roślinne: mozaiki tytoniowej, plamistości i skręcania liści
• zwierzęce: pryszczycy, wścieklizny, nosówki, chorób pszczół i

jedwabników

• Człowieka:
* Zawierające DNA: zapalenia dróg oddechowych, wirusy
onkogenne (nowotwory skóry, wątroby, białaczki), brodawek
skórnych, opryszczki, półpaśca, ospy;
*Zawierające RNA: choroby Heinego-Medina (łac. poliomyelitis
anterior acuta, ostre nagminne porażenie dziecięce, wirusowe
zapalenie rogów przednich rdzenia kręgowego, H14 –
wirusowa choroba zakaźna wywoływana przez wirus polio (wirus
zapalenia rogów przednich rdzenia kręgowego), przenoszona drogą
fekalno-oralną),
zapalenia mózgu, opon mózgowych, grypy, świnki, odry, żółtej
febry, różyczki, żółtaczki zakaźnej, AIDS.

Wirus

H-1

parwowirus
Bakteriofag 
Wirus

opryszczki typ

I
Wirus mozaiki

tytoniu
Reowirus typ

III
Wirus SV 40

Gospodarz

Zwierzęta
Bakterie
Zwierzęta

Rośliny

zwierzęta
zwierzęta

Kwas

nukleino

wy

1nicio.

DNA
2nicio.

DNA
2nico.

DNA
1nicio.

RNA
2nicio.

RNA
2nicio.

DNA

Struktura

liniowa
liniowa
liniowa

liniowa

liniowa
kolista

Wielkość

5176 zasad
48 514 par zasad
152260 par

zasad
9370 zasad

23 549 par zasad
5224 par zasad

Genom

PRZYKŁADY GENOMÓW WIRUSOWYCH

Wiroidy

– to czynniki wywołujące choroby roślin,

zbudowane jedynie z RNA, bez otoczek białkowych.
Namnażają się dzięki enzymom komórek gospodarza

Priony

– to odkryte przez S. Prusinera ( Nagroda Nobla,

1997) białka wywołujące choroby zwierząt i człowieka. Nie
zawierają żadnego kwasu nukleinowego. Są to cząsteczki
białka – glikoproteiny błonowej, w których nastąpiła
zmiana struktury przestrzennej, pociągając za sobą
zmianę niektórych właściwości. Białko staje się
nierozpuszczalne w wodzie i oporne na enzymy
proteolityczne, doprowadzając do powstawania objawów
chorobowych. Choroby prionowe mogą mieć podłoże
genetyczne (zmutowany allel dominuje nad prawidłowym)
lub infekcyjne. Występują one u wielu gatunków ssaków, w
tym u człowieka. Choroby infekcyjne przenoszone są
głównie drogą pokarmową, także pomiędzy gatunkami.

Bakterie

•Bakterie (łac. bacteria, od gr. bakterion – pałeczka) –

grupa mikroorganizmów, stanowiących osobne królestwo. Są
to jednokomórkowce lub zespoły komórek o budowie prokariotycznej.
Badaniem bakterii zajmuje się bakteriologia, gałąź mikrobiologii.

•Cechą charakterystyczną budowy komórek bakteryjnych jest brak

otoczonych błoną organelli, takich jak jądro
komórkowe czy mitochondrium, które występują u wszystkich innych
organizmów żywych – grzybów, roślin, protistów i zwierząt. Wielkość
bakterii wynosi od 0,2 do kilkudziesięciu mikrometrów (μm). Mogą
mieć różne kształty, np. kulisty, pałeczkowaty lub spiralny. Niektóre
bakterie potrafią łączyć się ze sobą, tworząc luźne, charakterystyczne
układy przestrzenne (np. pakietowce, paciorkowce, trychomy).

•Bakterie występują we wszystkich biotopach. Można je spotkać w

glebie, w innych organizmach i w wodzie, na lodowcach Antarktydy i
wokół oceanicznych kominów hydrotermalnych

Bakterie

• Bakterie odgrywają ważną rolę w obiegu biogennych

pierwiastków (są destruentami). Biorą udział w podtrzymywaniu
wszystkich cykli biogeochemicznych (np. obiegu azotu) oraz w
procesach fermentacji i gnicia. Jako symbionty żyjące w
organizmach zwierząt, w tym ludzi, odpowiadają m.in. za
trawienie pokarmów, umożliwiając lub przynajmniej ułatwiając
w ten sposób ich odżywianie. Są producentami różnych
ważnych dla funkcjonowania ekosystemu substancji, np.
niektórych witamin dla konsumentów. Niektóre bakterie mogą
zakłócać funkcjonowanie organizmów, powodując u nich
choroby. W przemyśle i biotechnologii bakterie są niezwykle
cenione, w tym przy biologicznym oczyszczaniu ścieków ( jako
główny element osadu czynnego) oraz przy wytwarzaniu
produktów spożywczych, np. jogurtu i sera. Stosunkowo łatwo
poddają się manipulacjom genetycznym, dzięki czemu mogą
być wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym do
produkcji peptydów i białek, które trudno uzyskać z innych
źródeł. Modyfikowane genetycznie bakterie są producentami
np. insuliny stosowanej jako lek w terapii cukrzycy.

Bakterie

Tradycyjnie termin bakterie oznacza wszystkie
mikroskopijne organizmy prokariotyczne. Ostatnie
badania potwierdziły, że wśród organizmów
prokariotycznych można wyróżnić dwie grupy
organizmów, które różnią się wszystkim, z wyjątkiem
braku jądra komórkowego i mikroskopijnych
rozmiarów.
Obecnie organizmy prokariotyczne dzielone są na
dwie domeny:
1. Bakterie zwane też bakteriami właściwymi

(Eubacteria)

2. Archeony, starsza nazwa to archebakterie

Właściwości bakterii

• Organizmy prokariotyczne (brak otoczonego błoną jądra

komórkowego)

• Brak organelli półautonomicznych: mitochondriów i plastydów
• Pojedyncza cząsteczka DNA stanowiąca ich materiał

genetyczny (w postaci koliście zamkniętej cząsteczki,
pozbawionej białek histonowych)

• Brak wici lub rzęsek zbudowanych z mikrotubul, mogą

występować flagelle utworzone z białka flageliny

• Rybosomy mają inną strukturę
• Ściana komórkowa (jeśli jest obecna) jest utworzona z

peptydoglikanu (mureiny- struktura cukrowo-peptydowa)

•W błonie komórkowej nie występuje cholesterol ani inne

sterole

•Brak cyklu komórkowego z podziałem mejotycznym lub

mitotycznym

Budowa komórki

•Bakterie

cechuje prosta budowa komórki. Materiał genetyczny

bakterii

genofor

zlokalizowany jest w centralnym regionie

komórki (nukleoidzie), nie oddzielonym od pozostałej cytoplazmy.
DNA bakteryjne ma postać skręconej, koliście zamkniętej
cząsteczki DNA, pozbawionej białek histonowych. Ponadto w wielu
komórkach bakteryjnych obecne są dodatkowe, niewielkie cząstki
DNA (plazmidy), niosące pewne geny (odporności na antybiotyki,
determinacji płci). Plazmidy mogą z łatwością być przekazywane z
jednej komórki bakteryjnej do kolejnej (w procesie transformacji
[aktywne pobieranie DNA]), przenosząc ze sobą nowe cechy
fenotypowe. W ten sposób wyjątkowo korzystne cechy,
zwiększające przystosowani, są w krótkim czasie przekazywane
wielu kolejnym komórkom.

Komórki bakteryjne

otoczone są błoną i

grubą ścianą komórkową. Szczegółowy
skład chemiczny ściany komórkowej jest
bardzo różnorodny
i stanowi istotne kryterium identyfikacji
i klasyfikacji gatunków bakterii. W komórce
bakteryjnej nie ma otoczonych błoną
organelli, takich jak mitochondria czy
chloroplasty.
W komórkach bakterii fotosyntetyzujących
bardzo rozwinięte są wpuklenia
wewnętrznej błony komórkowej
zwiększające powierzchnię zakotwiczenia
fotosystemów, zaś bakterie tlenowe
wykorzystują wpuklenia błony komórkowej
(tzw. mezosomy) w trakcie oddychania
komórkowego. W cytoplaźmie wszystkich
komórek bakteryjnych znajdują się liczne
rybosomy, brak jest organelli błoniastych –
siateczki śródplazmatycznej i aparatu
Golgiego.

Wiele gatunków bakterii ma zdolność poruszania się.
Typowym organellum umożliwiającym ruch jest wić,
podobna do półsztywnego bata, zakotwiczona na
jednym lub obu biegunach komórki, o budowie innej
niż wici komórek eukariotycznych.
Komórki bakteryjne są otoczone warstwą substancji
śluzowej o różnej grubości, która umożliwia np.
przetrwanie suszy lub chroni przed fagocytozą.
Śluzy zbudowane są z polimerów cukrów,
aminocukrów, substancji peptydowych.

Zróżnicowanie form bakterii

Komórki pojedyncze różnych kształtów

• Ziarniaki

. . . . . . . . . .Coccus (kuliste, owalne)

• Pałeczki

. . . . . . . . . . .Bacterium (krótkie

cylindry)

• Laseczki

. . . . . . . . . . Bacillus (wydłużone

cylindry)

• Przecinkowce

. . . . . . Vibrio (wygięte, wałeczki)

• Krętki, śrubowce

. . . Spirillum (wydłużone,

spiralne)

Zróżnicowanie form bakterii

Kilkukomórkowce

Dwoinki

. . . . . . . . Diplococcus

Gronkowce . . . . .

Staphylococcus

Paciorkowce

. . . . streptococcus

Różnorodność sposobów oddychania bakterii

Tlenowce

Escherichia coli,

Thiobacillus, Bacillus
subtilis,

Streptomyces

Beztlenowce –

anaeroby

• Bezwzględne

(obligatoryjne)

Veilonella alcalescens
(żwacz),

Clostridium sp.
(gleba)

• Względne

(fakultatywne)

Lactobacillus

(bakterie mlekowe)
Clostridium oroticum

(gleba)

Barwienie Grama

To metoda różnicującego barwienia baterii, nazwana
tak na cześć XIX- wiecznego duńskiego bakteriologa,
który ją opracował. Bakterie są wybarwiane na
fioletowo fioletem krystalicznym, a następnie
odbarwiane w roztworze alkoholu lub acetonu.
Bakterie Gram (-) tracą kolor, zaś bakterie Gram
(+) pozostają zabarwione. Aczkolwiek może
wydawać się, że barwienie metodą Grama daje
arbitralny, sztuczny podział, okazało się, że
odpowiada on istnieniu dwóch grup bakterii o różnej
strukturze ściany komórkowej.

Bakterie Gram (-) : Escherichia
coli, Salmonella typhi, Vibrio
cholerae, Helicobacter pylori,
Bakterie Gram (+) : Bacillus
anthracis, Lactobacillus,
Clostridium tetani, Streptococcus
aureus

Procesy metaboliczne bakterii

Tlenowce (aeroby) wykorzystują tlen do reakcji
spalania cukrów w procesach oddychania
komórkowego.
Beztlenowce (anaeroby) prowadzą różnorodne
reakcje niecałkowitego spalania glukozy
(fermentacja mlekowa, alkoholowa, masłowa).
Beztlenowce bezwzględne mogą rozwijać się
tylko przy całkowitym braku dostępu tlenu (tlen
jest toksyczny). Beztlenowce względne mogą
żyć w atmosferze tlenowej, nie wykorzystując
tlenu

Odżywianie bakterii

Bakterie mogą odżywiać się:

1.

Cudzożywnie (heterotroficznie)

• saprofitycznie, rozkładając martwą materię organiczną,
• Pasożytniczo, rozkładając wielocząsteczkowe związki

wewnątrz komórek gospodarza

Heterotrofy

- do syntezy własnych związków organicznych

wykorzystują proste związki organiczne z podłoża np.
metan, metanol, octan i ewentualnie witaminy. Często są
pasożytami wewnętrznymi i odżywiają się kosztem
organizmu gospodarza. Bakterie nie mogą pobierać
związków wielkocząsteczkowych, trawią je
pozakomórkowo i pobierają proste monomery

2. Samożywnie

(autotroficznie), dzieląc się

na:

• Fotosyntetyzujące, które asymilują

dwutlenek węgla i przy użyciu energii
świetlnej oraz wodoru syntetyzują
wszystkie potrzebne związki

• Chemosyntetyzujące, które asymilują

dwutlenek węgla, wykorzystując energię
uzyskaną z reakcji utleniania związków
nieorganicznych np. amoniaku, azotynów

Bakterie chorobotwórcze

Riketsje (uproszczona budowa, przenoszone przez wszy

i kleszcze) wywołujące dur plamisty i gorączki plamiste;

Mykoplazmy (pozbawione ściany komórkowej) wywołują

nietypowe zaplenia płuc u człowieka,

Chorobotwórcze bakterie właściwe to:
• paciorkowce ( szkarlatyna, angina, zapalenie płuc,

oskrzeli, ucha środkowego, osierdzia, zakażenia ran,
choroba reumatyczna, róża)

• Gronkowce (stany ropne, czyraki), dwoinki (zapalenie

płuc, opon mózgowych, rzeżączka),

• Pałeczki (Salmonella zapalenia jelit, dur brzuszny,

czerwonka, bruceloza, dżuma, koklusz

 Chorobotwórcze bakterie właściwe to:

 Maczugowce (błonica czyli dyfteryt,

różyca)

 Prątki (gruźlica i trąd),

 Laseczki tlenowe (wągliki zapalenia płuc i

opon mózgowych),

 Laseczki beztlenowe (zgorzel gazowa,

tężec, zatrucie jadem kiełbasianym

Wzrost i rozmnażanie bakterii

W optymalnych warunkach bakterie dzielą się na
drodze amitozy(podział bezpośredni, czyli taki, w
którym nie dochodzi do wytworzenia wrzeciona
podziałowego ani wyodrębnienia chromosomów.
Polega na przewężeniu jądra i całej komórki) co 15-
20 minut. Rosną i syntetyzują DNA i białka w
sposób ciągły. Czas replikacji DNA wynosi
wprawdzie ok. 40 minut, ale jej kolejne rundy
nakładają się na siebie. Komórki potomne
otrzymują DNA w połowie zreplikowane. Większość
bakterii rozmnaża się przez podział, pączkowanie,
bądź rozpad nitek kolonii na pojedyncze komórki.

Budowa komórki bakterii