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 C₃, C₇, C₄

2) cykl Entnera-Doudoroffa, który daje metabolity C₃, C₅, C₄ 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

C₆H₁₂O₆ + bakterie mlekowe → 2CH₃CHOHCOOH + 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:

 

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂

PRODUKTY RÓŻNYCH FERMENTACJI

Typ- produkty końcowe fermentacji

alkoholowa - etanol, CO₂

homofermentacja kwasu mlekowego - kwas mlekowy

heterofermentacja kwasu mlekowego - Kwas mlekowy, etanol, CO₂, kwas octowy

mieszanina kwasów - kwas mlekowy, etanol, kwas octowy, kwas mrówkowy lub H₂ + CO₂

glikol butynelowy - jak fermentacja mieszaniny kwasów lecz z dodatkiem 2,3-glikolu butylenowego

kwas masłowy - kwas masłowy, kwas octowy, H₂, CO₂

acetonowo-butanolowa - butanol, aceton, izoprolanol, atanol, H₂ , CO₂

kwas propionowy - kwas propionowy, kwas octanowy, CO₂

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 C0₂ jest zredukowanie koenzymu NADP do NADPH₂, 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 NO₃ˉ + 4 H⁺ → 2 NO₂ˉ + 2 H₂O

2 NO₂ˉ + 4 H⁺ → 2 NO + 2 H₂O

2 NO + 2 H⁺ →  N₂O + H₂O

N₂O + 2 H⁺ →  N₂ + H₂O

2 NO₃ˉ + 12 H⁺ →  N₂ + 6 H₂O

W oczyszczaniu ścieków doprowadza się żeby było NO₃ˉ, ale później to się redukuje do N₂ aby nie było eutrofizacji.

- redukcja siarczanów

SO₄^2- → SO₃^2- → H₂S + 3 H₂O → S

- redukcja węglanów

4H₂ + CO₂ → CH₄ + 3 H₂O + 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 Ca²⁺, Mg²⁺. 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: CO₂ Źródła energii: (ATP)

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

2.Utlenianie związków nieorganicznych (niewiele ATP)

Fe (II) -> Fe(III)

H₂S -> H₂SO₄

Nitryfikacja -> NH₄ -> HNO₂ -> HNO₃

CO -> CO₂

H₂ -> H₂0

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 -> O₂

3.Oddychanie beztlenowe np. redukcja

Azotanów -> N₂ (denitryfikacja)

Siarczanów -> H₂S

Węglanów -> CH₄

4.Fermentacja z wytworzeniem kwasów, alkoholi, CO₂, H₂ (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 F₄₂₀ i F₄₃₀ z wbudowanym niklem (których to koenzymów nie zawierają inne bakterie),

5.Wiążą CO₂ 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 C₁ – formaldehyd zostaje włączony do tzw. Drogi serynowej i tworzy się hydroksypirogronian lub zostaje włączony na drodze rybulozowej. Reakcje te przeprowadzają tlenowe metylotrofy.

- z C₃ – kondensacja dwóch cząsteczek fosfotrioz powoduje powstanie difosforanu fruktozy, a następnie fosforowego estru glukozy, z której tworzą się inne cukry.

- z C₆ - 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 α-ketaglutarowym, tworząc kwas glutaminnowy. Grupa aminowa może zostać przeniesiona z kwasu glutaminowego na np. kwas szczawiooctowy, dając kwas α-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 C₆ 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

NH₄⁺ + 1 ½ O₂ → NO₂ˉ+ 2 H⁺ + H₂O

NO₂ˉ +1 ½ O₂ → NO₃ˉ

NH₃ → NH₂OH→ [NOH] → NO₂ˉ → NO₃ˉ

hydroksyloamina

-nitryfikacja heterotroficzna

-utlenianie związków siarki

S^2- + 2O₂ → SO₄^2-

S + H₂O + 1 ½ O₂  → SO₄^2- + 2 H⁺ 

S₂O₃^2- + H₂O + 2 O₂ → SO₄^2- + 2 H⁺ 

Prowadzą te reakcje bakterie siarkowe G-, urzęsione Thiobacillus

-utleniania żelaza (Thiobacillus ferroxidans), jednocześnie też i siarkę

4Fe²⁺ + 4 H⁺ + O₂  → 4Fe³⁺ + 2 H₂O

Leptothrix utlenia mangan

-utlenianie wodoru cząsteczkowego (Alcaligenes eutrophus)

6H₂ + 2 O₂ + CO₂  → (C H₂O)* + 5 H₂O

-utlenianie CO (karboksydobakterie) (Pseudomonas carboxidomonas)

7CO + 1 ½ O₂ + H₂O → (C H₂O)* + 6 CO₂*) cykle szlaku rybulozobifosforanowego

Bakterie nitryfikacyjne:

- bakterie utleniające amon (Nitroso-)

NH₄⁺ + 1 ½ O₂ → NO₂ˉ+ 2 H⁺ + H₂O Nitrosomonas europea, Nitrosococcus oceanus, Nitrosospira briensis

- bakterie utleniające azotyn (Nitro-)

NO₂ˉ +1 ½ O₂ → NO₃ˉ Nitrobacter winogradskyi, Nitrobacter hamburgensis

ŹRÓDŁA POKARMOWE

Węgiel: CO₂, związki organiczne, głównie węglowodory, tłuszcze, węglowodany

Azot: N2, NH₄⁺, NO^3-

Fosfor: PO₄^3-, SO₄^2-

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 N₂ do NH₃ 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 $\frac{}{4H \rightarrow H2}$> HN=NH $\frac{}{2H}$> H₂N-NH₂ $\frac{}{2H}$> 2NH₃

N₂ + 8H⁺ + 16ATP -> 2NH₃ + H₂ + 16ADP + 16Pi