KOMÓRKA PROKARIOTYCZNA
I CHARAKTERYSTYKA: Procaryota to organizmy żywe nie posiadające jąder komórkowych. Sa niewielkie(7 mikrometrów). Zaliczamy do nich: bakterie właściwe, sinic, mikoplazmy, archeabakterie.
Charakteryzują się:- brakiem osłonki jądrowej oddzielającej materiał genetyczny od cytoplazmy - brakiem organelli wewnątrzkomórkowych - występowaniem grubej ściany komórkowej
Ogólne cechy:- istnieją jako organizmy jednokomórkowe, mimo że zachodzą w nich najbardziej zróżnicowane procesy chemiczne,- występują w różnych środowiskach, w ilości przeważającej inne organizmy żyjące na Ziemi, - mogą żyć w warunkach tlenowych i beztlenowych. W ewolucji mitochondria powstały przez wniknięcie bakterii tlenowej do beztlenowej prakomórki eukariotycznej, zatem można uznać, że nasz metabolizm tlenowy oparty jest na aktywności komórek bakteryjnych.- źródłem pokarmu są: związki organiczne i nieorganiczne, woda, CO2, azot z powietrza, siarka i fosfor z minerałów- rozmnażają się prze podział; jeden podział trwa około 20 minut- niektóre mają zdolność do fotosyntezy, czyli potrzebną do biosyntez energię czerpią ze światła słonecznego, są to tzw. Autotrofy- uczestniczą w obiegu azotu w przyrodzie- autotrofy wiążą azot atmosferyczny i przekształcają go w przyswajalny. Gleba i woda są źródłem azotu pochodzącego z obumarłych organizmów. Bakterie nitryfikacyjne utleniają NH3 do azotanów (V). Niektóre bakterie i rośliny redukują azotany do amoniaku, który natomiast wprowadzają do związków organicznych, np. aminkowasów. PROCARYOTA: BAKTERIE ARCHEA
Bakterie żyją w wodzie, glebie, powietrzu. Są patogenami(flawobakterie, bakterie purpurowe, G(+),G(-), bakterie zielone. Często są saprofitami (niechorobotwórcze).
Archeony żyją w środowisku wrogim dla innych, np. w wysokim stopniu zasolenia, silnie kwaśnym, zasadowym, w gorących źródłach wulkanicznych, w beztlenowych osadach dennych, poniżej wiecznej zmarzliny Antarktydy. Warunki życia archeonów przypominają pierwotne warunki na Ziemi, kiedy powstawały pierwsze organizmy żywe.
STRUKTURA
1.CYTOZOL: Zawartość wnętrza komórki poza nukleotydem. Miejsce przebiegu procesów enzymatycznych i genetycznych. Zawieszone są w nim struktury: nukleoid, rybosomy, cytoszkielet, mezosomy(chromatofory), inkluzje i inne.
2.NUKLEOID: Struktura zawierająca upakowane DNA- podwójnie skręcona spiralnie i koliście zamknięta, bezpośrednio zawieszona w cytoplazmie. Chromosom bakteryjny zorganizowany jest w około 50 domen (pętli) po 50-100 kpz, których końce przytwierdzone są do rusztowania białkowego. Chromosom bakteryjny = genofor zawierający zespół genów. U E.coli 1500 genów ułożonych w klustery- regulują określony szlak metaboliczny lub jakąś właściwość. Zawartość G i C jest cechą taksonomiczną. Replikacja DNA poprzedza podział komórki. DNA nie jest otoczone błoną jądrową.
Plazmidy- samodzielne cząsteczki DNA =, koliste lub liniowe, które samodzielnie replikują. Determinują odporność na antybiotyki, wytwarzanie bakteriocyn i inne. Inne ruchome elementy: bakteriofagi i elementy transpozycyjne.
3.RYBOSOMY: Składają się w 60-80% z rRNA oraz 20-40% białka. Ich ilość to 5-50 tys. w komórce, wielkość 30 nm. Występują pojedynczo lub w skupieniach (polisomy). Im jest ich więcej, tym szybszy jest wzrost komórki. Składają się tylko z dwóch podjednostek: mniejszej i większej.
4.CYTOSZKIELET: FtsZ- włókna wrażliwe na temperaturę, które są uniwersalnym białkiem cytoszkieletu Prokaryota. Białko to jest bakteryjnym homologiem tubuliny. Jest GTP-azą, montuje protofilamenty i struktury podobne do mikrotubul. In vitro FtsZ tworzy pojedyncze protofilamenty, które zależne od obecności GTP lub GDP, są proste lub zakrzywione (mają 2 stany konformacyjne).
E.coli zawiera 15 tysięcy cząsteczek FtsZ. Białko to tworzy pierścień Z, który kurcząc się zaciska błonę przy powstawaniu przegrody podziałowej komórki. Cząsteczki FtsZ ulegają ciągłej wymianie. 60-70 % tego białka krąży po helikalnych torach wewnątrz komórki. Strukturę pierścienia stabilizują białka ZipA i FtsA, które są niezbędne do przyłączenia kolejnych, np. FtsK.
Białko NOC- odpowiada za okluzję nukleoidu; zapobiega tworzeniu pierścienia w miejscu nukleoidu.
Białko MreB- ma strukturę podobną do aktyny drożdży; In vitro w obecności ATP tworzy filamenty. Jest konieczne u bakterii o kształcie cylindrycznym; brak go w komórkach kulistych =, regulują syntezę i autolizę mureiny.O lokalizacji pierścienia Z w komórce decydują białka systemu. M. in. C, D, E. In vivo tworzą helikalne struktury od bieguna do bieguna. Są to struktury dynamiczne, uczestniczą w podziale komórki, determinują jej kształt, pełnią funkcję centromeru. ParM- białko współpracujące z białkami podobnymi do aktyny F, Mbl i MreBH.
Aktyna i tobulina- mają odmienne działanie i funkcje u organizmów prokariotycznych i eukariotycznych, -u eukariota aktyna tworzy pierścień cytoszkieletu, a tubulina włókna wrzeciona mitotycznego. -u bakterii odpowiadające tubulinie białko FtsZ tworzy pierścień cytokin, a podobne do aktyny MreB uczestniczy w segregacji DNA. -poprzez uczestniczenie w syntezie mureiny białka cytoszkieletowe bakterii określają kształt komórki.
5.INKLUZJE I MATERIAŁY ZAPASOWE W komórce mogą być odkładane: polisacharydy, polipeptydy, lipidy, polifosforany, siarka. Nagromadzenie tych związków zachodzi wtedy, gdy w podłożu są składniki potrzebne do ich syntezy, ale jednocześnie wzrost komórek jest ograniczony lub zatrzymany przy deficycie jakiegoś składnika odżywczego, np. N,S,P. Są osmotycznie nieczynne, ale mogą być włączone do metabolizmu.
POLISACHARYDY:1.Glikogen(granuloza)- odkładany jest w postaci granul, rozproszony lub jako obłonione inkluzje(granuloza) co jest cechą gatunkowa2.poliglukoza- polimer glukozy związanej wiązaniami beta(1 2). Odkładana jest przy jednoczesnym dostępie do węglowodanów i aminokwasów Glu lub Lys. 3.Inne: a. ksantan (beta-1,4-glukan)- stabilizuje, zeluje, reguluje lepkość. Substancja zagęszczająca w przemyśle spożywczymb. gelan-substancja zagęszczająca; wytwarzany przez fitopatogeny; heteropolisacharyd c. alginian- stosowany w farmacji opatrunków. Zbudowany z kwasu beta-d- mannuronowego i alfa-l-guluranowego. Wytwarzany przez glony. Tworzy elastyczny żel gdy beta-d-mannuronowy jest w przewadze, oraz mocny i kruchy gdy w przewadze jest alfa-l-gluuronowy. d. dekstran- wykorzystywany jako substrat plazmy krwi. Alfa-glukan z przewagą wiązań alfa-1,6 4.POLISACHARYDY U GRZYBÓW: a. skleroglukan ( beta-1,3-glukan)- rozpuszczalny, pseudoplastyczny, stosowany do : farb, tuszy, środków ochrony roślin b. pullulan ( alfa-glukan, polimaltotrioza)- tworzy mocne, elastyczne powłoki, nieprzepuszczalne dla tlenu.
POLIPEPTYDY: Odkładają je sinice w postaci nieobłonionych ziaren cyjanoficyny. Zbudowane z Asp i Arg w stosunku 1:1. Ich masa cząsteczkowa wynosi 25-100 kDa. Stanowią zapas węgla, azotu i energii. Niektóre bakterie G(+) wytwarzają otoczki polipeptydowe. Proporcje izomerów D- i L-Glu zależą m.in. od zawartości tlenu w środowisku.
POLIFOSFORANY: Odkładane w postaci nieobłonionych ziaren. Tworzą długie łańcuchy reszt fosforanowych ( w przybliżeniu 500). Metafosforany tworzą formy cykliczne. Wewnątrz ziaren polifosforanów znajduje się glukokinaza polifosforanowa. Polifosforan może służyć jako: źródło energii, źródło fosforu nieorganicznego, chelator metali- Ca i Mg, regulator gospodarki fosforowej.Ziarna polifosforanów nazywane są:-wolutyną- pierwszy raz wykryte u Spirillum volutans -ciałami metachromatycznymi-niektóre barwniki wybarwiają je, co daje zjawisko metachromazji, np. błękit toluidynowy na różowo resztą komórek na niebiesko
LIPIDY: Lipidy zapasowe drobnoustrojów wydzielane są jako: -kwas poli-beta-hydroksymasłowy (PHB)- w skali przemysłowej produkowany jest przez bakterie. Ziarna otoczone są pojedynczą błoną lipidowo- białkową. Stanowią 50% masy komórki. Jest lipidem zbudowanym z długich łańcuchów reszt kwasu beta-hydroksymasłowego. W błonie obecna jest syntetaza i enzymy degradujące polimer, który jest źródłem energii. Polihydroksykwasy tłuszczowe mają właściwości termoplastyczne.
SIARKA Fototroficzne bakterie siarkowe, tlenowe i beztlenowe chemotrofy odkładają globule siarkową, która powstaje po wykorzystaniu jej zredukowanych form(H2S) jako źródło elektronów. Globule mogą być odkładane przez bakterie utleniające siarkę:-pozakomórkowo przez bakterie zielone lub purpurowe-wewnątrzkomórkowo w cytoplazmie(wówczas jest ona obłoniona) Siarka nagromadzona jest przez bakterie w globulach występuję co najmniej w trzech formach:1.8- atomowe cząsteczki pierścieniowe S8- oktasiarka u Beeggiatoa2.politionany3.łańcuchy o minimalnej długości 3 atomów.W warunkach niedoboru zredukowanej siarki, globule znikają, a zawarta w nich siarka jest utleniana do siarczanów. Dla bakterii utleniających H2S jest źródłem energii, a dla bakterii beztlenowych źródłem elektronów.
6.MAGNETOSOMY Pęcherzyki wypełnione magnetytem-F3O4, ułożone wzdłuż dłuższej osi komórki. Magnetyt ma budowę krystaliczną, otoczony jest dwuwarstwą lipidową 2-4 nm. Głównym fosfolipidem błony jest fosfatydyloetanoloamina. Większość białek tej błony występuje w błonie cytoplazmatycznej oprócz: GTP-aza, Mms 16,Mms 6, Mam 22. Białka te uczestniczą w transporcie żelaza, tworzeniu magnetytu, morfologii magnetosomu. Magnetosomy występują u G(-) zdolnych do ruchu chemotaktycznego. Działają jak igła kompasu, dzięki czemu komórki mogą migrować wzdłuż linii pola elektromagnetycznego Ziemi w kierunku odpowiedniego bieguna.