Wykład 5
Miksotrofy - to takie, które mogą prowadzić metabolizm w różny sposób
Struktura błony kom.
Część substancji może być transportowana przez ścianę kom - transport przez nią ma charakter dyfuzji (zgodnie z gradientem) największe ograniczenie wielkość cząsteczek 600-700 Da. Większe substancje nie mogą być trans, dlatego bakterie wydzielają egzoenzymy - cząsteczki są rozkładane na zewnątrz i transportowane.
Złożone węglowodany rozkładane do cukrów prostych, tłuszcze rozbijają lipazy, które rozcinają wiązanie estrowe, białka, proteazy rozkładają do aminokwasów.
Najistotniejsza funkcje w transporcie ma błona (większa zawartość fosfatydylo...
Pobór substancji odżywczych przez kom prokariotyczne
dyfuzja bierna (np. woda, tlen, dwutlenek węgla)
dyfuzja ułatwiona ( z udziałem permeaz np. glicerol) tez zgodnie z gradientem stężeń, ale uczestniczą tu białka permeaza 30000 Da, ma specyficzne miejsce wiążące substrat i transportują przez błonę substancje
transport aktywny ( z nakładem energii):
z udziałem transporterów ABC (proteina przyłączająca substrat i transportująca go z wykorzystaniem energii ATP (dotyczy np. arabinozy, maltozy, galaktozy, rybozy, histydyna, leucyny kwasu glutaminowego)
z wykorzystaniem gradientu protonowego i sodowego (np. laktoza), w tą samą stronę (symport) lub przeciwną (antyport) bez modyfikacji substratu przenoszonego
translokacja grupowa (transport substancji wraz z jego modyfikacją (np. fosforylacją) - system PTS (fosfoenolopirogronian; fosfotransferaza cukru)
pobór żelaza z udziałem sideroforów i specyficzny transport przez błonę z nakładem energii ATP (układ siderofor żelazo transportowany jest do komórki - to taki inny sposób)
Teraz ryciny:
Gradient jest wytwarzany podczas wędrówki elektronów w procesach zachodzących w organizmie miktobakterii(łańcuch oddechowy)
PTS transport bakteryjny -PEP jest przenoszony przez enzym pierwszy, kolejne enzymy do 2C ten enzym pełni funkcje sensora, białka, które jest rozpoznawane przez substrat, ale jednocześnie pomaga w ufosforyzowaniu np. glukozy. Służy do transportu najczęściej glukozy, alkoholi, (dla każdego związku układ enzymów jest inny)
Wzrost mikroorganizmów
większość bakterii przechodzi prosty podział życiowy, w którym komórka rośnie, następnie dzieli się wytwarzając komórki potomne, cykle ten się powtarza
niektóre bakterie wytwarzają liczne kom w wyniku, wielokrotnych podziałów form wydłużonych lub nitkowatych (np. Bdellovibrio sp.)
niektóre promieniowce wytwarzają strzępki powietrzne lub sporangia, które ulęgają podziałom tworząc formy spoczynkowe, konidia, zwane także egzosporami.
niektóre bakterie (Hyphomicrobium sp., Rhodomicrobium sp.- jednokomórkowe sinice) rozmnażają się przez pączkowanie
komórki potomne mogą powstawać tak wewnątrz macierzystej np. u Epulopsicium sp. 2-12, a u sinicy Staniera spo - 4-ok. 1000 tzw.. beocytow.
u niektórych bakterii może występować cykl życiowy np. u Caulobacter sp chlamydii i bakterii śluzowych
Budowa septy w podziale kom jest bardzo złożona, dlatego ze w każdym fragmencie cyklu musi! być ściana komórkowa, ponieważ w bakterii jest ogromny, turgor i nie wytrzymałaby ciśnienia.
W środowisku bakterie najczęściej żyją w postaci wielokomórkowych społeczności: agregatów, kolonii, konsorcjów, biofilmów:
Konsorcjum - uorganizowany związek pomiędzy dwoma lub więcej gatunkami bakterii, zachowującymi stabilny kontakt międzykomórkowy, w którym każdy gatunek czerpie z obecności pozostałych
Biofilm - to osiadła społeczność komórek związana z powierzchnią, otoczona matriks najczęściej polisacharydowym. W matriks mogą występować substancje nie majce pochodzenia komórkowego np. kryształy minerałów, cząsteczki gliny, szlamów itp. Wyróżnia się trzy typy biofilmów:
Płaskie, dwuwymiarowe, homogenne struktury (np. na płytce nazębnej tworzone przez nawet przeszło 500 gat. Bakterii), o niewielkiej grubości, ale z przestrzeniami wypełnionymi płynem, połączone ze sobą siecią kanałów.
Mikokolonie bakteryjne tworzące struktury piętrowe (otoczone zewnątrz matriks ze związków o budowie polimerów), tworzące kolumny otoczone ciekłą faza. Pod kolumnami występuje warstwa o grubości ok 5 μm zawierające komórki przyczepione do podłoża. Ten typ biofilmu nazywany jest „ modelem heterogennej mozaiki”
Typ zwany „modelem grzyba”, gdy bakterie tworzą strukturę gdzie występuje krotka łodyżka, wspierająca większą cześć górną. Przez całość przebiegają liczne kanały wypełnione płynem, połączone porami ze środowiskiem zewnętrznym.
Bakterie leżące na peryferiach biofilmu są bardziej narażone na działanie szkodliwych substancji i częściej zamierają, podczas gdy kom leżące głębiej są lepiej chronione, również przed działaniem antybiotyków,
Ponad 80% infekcji u człowieka powodowanych jest przez drobnoustroje tworzące biofilmy.
Biofilmy tworzone są np. w rurach gdzie płynie woda pitna. Bakterie żyjące w takim biofilmie są bardziej odporne na chlor niż nie żyjące w tej społeczności.
Fazy wzrostu:
Faza lag - faza zastoju - dzielą się bardzo wolno
Faza logarytmicznego wzrostu - w postępie logarytmicznym następuje przyrost, bardzo szybki przyrost bakterii(wtedy, gdy maja odpowiednie warunki). Z czasem jednak, kiedy nie dostarczamy do pożywki żadnych związków - to się wyczerpują, szybkość podziałów spada, to tez może być związane z wytwarzaniem metabolitów wiec kolejna faza:
Faza stacjonarna - liczba bakterii utrzymuje się na jednym poziomie - ta faza - to główna faza produkcji różnych metabolitów wykorzystywanych tez przez człowieka (np. antybiotyków), z czasem przyrost toksycznych związków przemiany materii wzrasta, coraz się bardziej skifi wiec liczba bakterii w hodowli spada i jest to tzw.:
Faza zamierania (czasem bardzo gwałtowna)
(to była hodowla okresowa), ale do celów biotechnologicznych potrzebna jest hodowla ciągła.
(fermentor)Na pożywkę wprowadza się szczepy bakteryjne i widzimy te same fazy - do fazy stacjonarnej, - która się utrzymuje. Bakteriom dostarcza się po prostu do tego fermentatora wszystkie potrzebne związki, tlen, czy tam, co chcą, wszystko jest mieszane żeby wszystkie miały równo
Czynniki wpływające na wzrost mikroorganizmów:
pH, temperatura, ciśnienie, UV, stężenie tlenu
AKTYWNOŚĆ WODY |
Aktywność wody - wiąże się ze stopniem zasolenia, określa się na podstawie zawartości wody w materiale i w parach nad materiałem, wartość współczynnika max - 1, w suchych mniejsza niż jeden. (wartości 0,90, 0,95 gram -juz nie występują, gram + tak), halofilne do NaCl 0,3 - 05 M, poniżej 0.55 DNA niszczone |
pH |
Innym czynnikiem, który może hamować lub sprzyjać rozwojowi bakterii to pH - wyróżniamy 3 grupy: organizmy neutrofilne - 5,5 - 8 pH organizmy kwasolubne - 0 - 5,5 pH organizmy alkalofilne od 8 - 11,5 |
TEMPERATURA |
Temperatura - wartości optymalne; można podzielić na: psychrofilne - wzrost 0 stopni, ale optimum 15 stopni psychrotrofy - rosną w zakresie 0-7, ale optimum 20-30 st, a max 35 stopni - czasem chorobotwórcze i namnażają się w lodowce mesofile -20 - 45 optimum bakterie chorobotwórcze dla człowieka (e coli, gronkowiec), dwoinka zapalenia opon mózgowych - gdyby taką bakterię posiać to bakterie w 15 stopniach zginą ogrzane do 30 można badać - posiać termofilne - wzrost 55 lub wyżej, optimum 55- 65 st C (chodzi oczywiście do zdolność do dzielenia, bo przetrwalniki to więcej) hipertermofile - 80 - 113 st C - maja nadzwyczaj szybki metabolizm i szybciej dzięki temu się dzielą - im optimum w wyższej temperaturze tym szybciej się dzielą, poza tym skład ich błon cytoplazmatycznych wykazują zdolność do transportu w tak niekorzystnych warunkach. |
TLEN |
Tlen - jest wykorzystywana u wielu jako ostateczny akceptor elektronów, ale bakterie, jeśli tlenu nie mają, mają inne akceptory (1 gat. może różne akceptory wykorzystywać) z tego względu można podzielić ja na 5 grup Bezwzględne tlenowce - 11,5tlen niezbędny (ok 20 % mycobaterium, większość glonów, pierwotniaków) Względne beztlenowce -,5nie wymagają tlenu, ale lepiej rosną w jego obecności, (np. e coli, enterococcus, drożdże piekarnicze) Beztlenowce aerotolerancyjne - rosną w obecności i przy braku tlenu (streptogynus pyogenes) - odpowiada za anginę Bezwzględne beztlenowce - nie tolerują obecności tlenu, giną w jego obecności (clostridium) Często od potencjału elektrochemicznego danego podłoża niektóre bezwzględne beztlenowce mogą w obecności tlenu mogą rosnąć Ale są takie, które nie będą rosły w tlenie i koniec
Mikroaerofile - mniej tlenu potrzebują - 2-10% tlen je uszkadza i w jego obecności nie występują helicobacter, kamylobacter. - przystosowane do bytowania w organizmie, bo tam jest mniejsze stężenie tlenu. |
CIŚNIENIE |
Barotolerancyjne i barofilne organizmy- bakterie są ogólnie oporne (mało wrażliwe), jeśli chodzi o zmiany - podwyższenie ciśnienia (400 - 500 atmosfer mogą przetrwać, przetrwalniki do 20 000 atmosfer) są tylko takie, które rosną tylko w wysokim ciśnieniu (te z dna oceanów) tam ciśnienie b. wysoko ok 6 000 atmosfer, ale nie są w stanie żyć w normalnym ciśnieniu, sta takie, które mogą żyć do 2000 atmosfer i w 1 atmosferze. |
INNE |
Promieniowanie UV - szkodliwe dla bakterii, bo działa mutagennie - uszkadza kwasy nukleinowe, hydratacja uracylu i cytozyny -, dimeryzacja T i C
Światło widzialne tez nie jest korzystne dla bakterii (związane z obecnością w nim UV) Promieniowanie jonizujące, działa mutagennie, powoduje pękanie obu nici DNA i efekt letalny. Kationy i aniony mineralne mogą działać negatywnie, ale uzależnione to jest od stężenia, także metale (ciężkie - zmieniają właściwości błony cytoplazmatycznej, są szkodliwe jako tlenki lub sole metali ciężkich) Niektóre bakterie rozwinęły mechanizmy inaktywacji tych związków |
Jeśli jakiś składnik jest w optimum przekłada się to na największym przyroście (podziałach) a czas generacji najkrótszy minimalna - jeszcze zachodzą podziały ale najwolniej poniżej wartości minimalnej bakterie się nie dzielą, - ale nie giną, jeżeli zostaną przeniesione do przedziału normy to znów mogą się dzielić.