Mikrobiologia 2012
Pytania z poprzednich lat
Budowa komórki prokariotycznej (pytania 5, 7, 8, 13, 29, 33)
WARSTWA S:
- najbardziej zew. warstwa
-może wys., ale nie musi
- zbud. z białka jednego typu lub glikoprotein; proteiny ułożone są obok siebie w zwartej postaci
- u wielu b. białko to jest charakter. dla gat.
- 3-25nm grubośći
# mechaniczna ochrona kom. przed zmianą pH, zw. chem., ukł. odpornościowym.
OTOCZKA (33. Budowa rzęsek, fimbrii, otoczki i śluzu):
- warstwa wydzielin komórkowych
- składa się z 90 % wody + egzopolisacharydy (glukoza , ramnoza, kwasy uronowe, pochodne galaktozy, kwas pirogronowy); może być polipeptydowa.
- ściśle przylega do kom., ciężko ją oddzielić.
- bez otoczki b. nie są chorobotwórcze
# chroni kom. przed wysuszeniem, czyn.chemicznymi i fizycznymi, ukł. odpornościowym, fagocytozą
# adhezyjne – umożliwia przyłączenie kom. do podłoża lub do innej kom.
ŚLUZ (33):
- ‘rodzaj’ otoczki
- warstwa mniej zwarta z kom., raczej związana z podłożem
Np. Streptococcus za pomocą śluzu przytwierdza się do szkliwa zęba, przeprowadza fermentacje mlekową, której prod. uszkadzają szkliwo i prowadzą do próchnicy
ŚCIANA KOM (29. Opis i schemat ściany komórkowej G(-), 13. Różnice G(+) i G(-)):
# kształt,
# zabezpiecza przed działaniem czyn. fiz. i chem.
# wytrzymałość
Gram+
- zbud. z: 50-80% peptydoglikanów (=mureina, glikopeptyd)
0-3% lipidów
10-20% aminokwasów
+ kw. tejchojowe i lipotejchojowy – związane z lipidami bł., zakotwiczają ścianę w bł.
# kw. tejchojowe biorą udział w transporcie sub. odżywczych
Peptydoglikan – długie nici kwasu N-acetylomuraminowy połączone wiązaniami 1-4 β-glikozydowymi z N-acetyloglukozaminą;
Tetrapeptyd jest połączony z wiązaniem z N-acetylomureina(?); trzeci peptyd połączony wiązaniem poprzecznym z innym tetra peptydem.
- przestrzeń periplazmatyczna – między ścianą kom. a bł.; o konsystencji żelu; zawiera:
- białka enzymatyczne – hydrolizują substancje na zew. kom. (prototoksyny)
- białka uczestniczące w transporcie elektronów
- białka receptorowe #chemotaksja
- białka transportowe (przez bł.)
Gram – (29)
- około 10 nm szerokości
-zbud. głownie z fosfolipidów (glicerole itp.) z wiązaniami estrowymi
- zawiera poryny – 3 cząsteczki białka tworzące kanał do transportu na drodze dyfuzji
- zawiera lipoproteiny Brauna, które kotwiczą z peptydoglikanem.
- Tu peptydoglikan znajduje się w przestrzeni periplazmatycznej + to co w p. periplazmatycznej G+
LPS – lipopolisacharyd; najbardziej zew. składnik ściany.
- składa się z:
*lipidu A #zakotwicza w bł., adhezja, ochrona
*łańcuchów rdzennych i pobocznych
-może pełnić funkcje endotoksyny u chorobotwórczych
Właściwości ścian komórkowych:
- G+ są wrażliwe na antybiotyki hamujące syntezę mureiny (penicylina, cefalosporyny).
- Wytrzymałość G+ -> 25 atm. G- -> do 7 atm
- G+ bardziej wrażliwe na detergenty anionowe i barwniki fenolowe, także na lizozym (hydrolizuje 1,4-beta wiązania mureiny)
- G- są wrażliwsze na ultradźwięki
- niektóre G- są kwasooporne (duża zawartość tłuszczy, szczególnie kw. stearynowego, mykolowego,
oleinowego i palmitynowego)
| Gram (+) | Gram (-) |
|---|---|
| Brak blony zewnetrznej w scianie | Blona zewn w scianie |
| Grubosc sciany 20-80 nm | Gr sciany 10 nm |
| Peptydoglikan 50 - 80 % i kwas N-acetylomuraminowy | Peptydoglikan ok. 10% i kawas diaminopimelinowy |
| LPS brak | LPS jest oraz proteina Brauna |
| Lipidy w ścianie 0-3% | Lipidy w ścianie 10-30 % |
| Aminocukry 10-22% | Aminocukry 2-8% |
| Kilka rodzajów aminocukrów | Wiele rodzajów aminocukrów |
| Występują kwasy tejchojowe | Brak kwasów tejchojowych |
| Wrażliwe na penicylinę | Niewrażliwe na penicylinę |
| Rzadko wytwarzają fimbrie | Wiele gatunków wytwarza fimbrie |
| Wytwarzają endospory | Brak endospor |
| Oddzielenie błony cytoplazm trudne | Oddzielenie błony cytoplazm łatwe |
| Optymalne pH dla wzrostu wysokie | Optymalne pH dla wzrostu niższe |
| Zdolność do autolizy mniejsze | Zdolność do autolizy większe |
| Wrażliwość na detergenty anionowe b duża | Wrażliwość na detergenty anionowe mała |
| *Rodzaj wytwarzanych toksyn- białkowe egzotoksyny o różnym działaniu | *Rodzaj wytwarzanych toksyn – endotoksyny o podobnym działaniu |
| Liczne mostki tetrapeptydoww | Mało mostków tetrapeptydowych |
BŁONA KOMÓRKOWA (8. Funkcje błon cytoplazmatycznych, sygnały „komunikowania” się bakterii):
- budową zbliżona do innych org.
- selektywna bariera mechaniczna i fizjologiczna
- u mykoplazmów brak ściany kom. #bł. jedyną formą ochroyn
# transport,
# sekrecja metabolitów,
# miejsce lokalizacji szlaków metabolicznych (łańcuch oddechowy, fotosynteza), odbieranie sygnałów
„Komunikacja”
1) ukł. dwuskładnikowy – po zew. str. bł. wys. proteiny sensoryczne odbierające zmiany ze środ. ( pH, temp., obecność sub. odżyw.). Proteina sensoryczna ulega fosforylacji i sygnał przekazywany jest na proteinę regulatorową. Następuje ekspresja genów.
Reakcja bardzo szybka.
2) Autoindukcja (wyczucie obecnośći) – zjawisko monitorowania przez b. zgęszczenia własnej populacji z udziałem małych cząstek chemicznych, np. ?, i związanej z tym ekspresji genów.
Przykłady zjawisk regulowanych w ten sposób:
- bioluminescencja, Vibrio
- synteza i uwalnianie czyn. wirulencyjnych, u Paeruginosa
- tworzenie biofilmów, u Pseudomonac aeraginosa
- prod. toksyn przez Staphylococcus aureus.
- prod. antybiotyków przez Erwinia corotovora, Pseudomonas aureafacicus, Streptomyces griseus
- stymulacja sporulacji Bacillus subtilis.
MEZOSOMY (8 ?):
-wpuklenia bł., struktura oddzielona bł.
1. karboksysomy – w nich karboksylacja u b. autotroficznych, koliste, jajowate
2. magnetosomy – u wodnych, zawiera magnetyd (Fe3O4); # orientacja b. w środ.
CYTOPLAZMA:
-wodny roztwór białek, cukrów, kw. org. w postaci inkluzji, np. związki zapasowe (glikogen, skrobia, kwas Poli-β-hydroksymasłowy)
RYBOSOMY:
Mniejsze niż u Eucaryota, 70s = 50s +30s
APARAT GENETYCZNY:
- stanowią go cz. DNA – główna to chromosom, który znajduje się w nukleoidzie
CHROMOSOM BAKTERYJNY:
- kolisty, liniowy u Sceptomyces
- mogą wys. 2-3 niezależne chromosomy – zwierają różne geny i nie są swoją kopią
U archeonów nie stwierdzono więcej niż 1 chormosom
- zawiera geny metabolizmu podstawowego
- 70-80% to geny strukturalne, budujące
20% - geny regulujące
0,05% - geny repetytywne – powtarzające się.
- zdolność do samo naprawy
- struktura :
Białka histonopodobne
Polimeraza RNA
Topoizomeraza I
- u archeonów brak białek histonopodobnych, występują białka histonowe.
PLAZMIDY (7. Co to plazmid, właściwości i typy):
-pozachromosomowe cz. DNA,
-autonomicznie replikujące się
- dwuniciowe
- koliste kowalencyjnie skręcone (CCC), rzadko liniowe
- może być kontrolowany ze strony chromosomu –wtedy mało kopii plaz. DNA; brak kontroli – dużo kopii
-mają zdolność wbudowania się w chromosom (episom)
- może zwierać geny dla poszczególnych poj. cech bakteryjnych, ale nie mogą zastąpić chromosomu
- utrzymanie plazmidu to wydatek energet. – po replikacji są usuwane, nie wys. w kom. potomnych.
- typy plazmidów:
1. koniugacyjne – koduje pille umożliwiające przeniesienie kopii podczas koniugacji
- np. F; u E.coli, Salmonella sp.
2. wirulencyjne – kod. elementy chorobotwórcze:
Ent – kod. geny na enterotoksyny;
k88 - kod. geny na adhezyjny;
col V-K30 – kod. geny na siderofory-chelatory Fe.
metaboliczne – kod. geny pozwalające na poszerzenie zakresu reakcji metabolicznych:
CAM – degradacja kamfory (Pseudomonas sp.)
SAL – degradacja salicyny (Pseudomonas sp.)
TOL – degradacja toluenu (Pseudomonas sp.)
Inne – degradacja laktozy, ureaz (e.coli)
Sym – wiązanie azotu
R – kod. geny odpornośći na Ap, Km, Nm, Tc, (antybiotyki, środki chemiczne sole metali ciężkich) promieniowanie UV, przez to stwarzają problemy terapeutyczne, np. Pseudomonas sp.
RP4 - 54 kpz, 1-3 kopii
R1
R6
R100
Cal – kod. geny odpowiedzialne za produkcje bakteriocyny, np. kolicyna E1 u E. coli
Bakteriocyny to związki ham. wzrost innych szczepów tego samego gat. lub gat. blisko spokrewnionych
-episomy – zintegrowany plazmid z chromosomem
RZĘSKI (5. Rzęski bakteryjne, typy urzęsienie, 33):
#ruch
-długie –do 20mikrometrów
-zbud. z:
* Ciałko podstawowe
-zakotwicza w ścianie kom.
- u G- wys. dwie pary pierścieni – przy bł. cytoplazm. # ruch rzęski;
przy bł. zew. #stabilizująca
- u G+ brak pary pierścieni przy bł. zew.
* Hak
– o zwartej strukturze, budowa podobna do filamentu, z flageliny
* Filament
- zbudowany z flageliny – globulina budująca 11 włókienek spiralnie skręconych
- puste w środku
- energia do ruchu rzęsek z gradientu protonowego
- ruch rzęski przeciwnie do ruchu wskazówek zegara – ruch w jednym kierunku
- ruch rzęski zgodnie z ruchem wskazówek zegara – ucieczka, ruch koziołkowy.
- u arecheonów
-zakotwiczone w bł. kom.
- kilka typów flageliny Fla B1, B2, B3, A
- energia do ruchu rzęsek z hydrolizy ATP.
Rodzaje urzęsienia:
- monotrichalne: 1) biegunowe 2) lateralne=boczne
- peritrichalne – duża ilość rzęsek na całej powierzchni kom.
- lofotrichalne – duża ilość rzęsek na jednym biegunie kom.
- amfitrichalne – duża ilość rzęsek na obu biegunach kom.
PILE:
-nitkowate, w środku pusta
-kod. przez genom plazmidowy dalatego wys. u tych bakterii, które mają plazmidy przekazywalne
- u G-
- zbudowana z podjednostek piliny = białko +glukoza + 2 reszty kw. fosforowego
-struktura heliakalna z kanałem 2,5 nanometra
- w trakcie koniugacji przez pille przekazywany jest kw. nukleinowy
FIMBRIE (33):
-długie i cienkie, kilka tysięcy na jednej kom.
-nitkowate struktury zbudowane z fimbryliny-liniowo powtarzająca się struktury proteinowe
#adhezja do substratu czasem do podłoża lub innej b.
1. Archaea:
- życie w ekstremalnych środ.
- ściana kom. psudomureinowa lub postaci kulistych białek na powierzchni
- u Thermoplasma brak ściany
- w bł. kom. wiązania eterowe, brak steroli
- u termofilnych lipidy obu bł. połą. kowalencyjnie, bł. sztywna
- obecne histony
- brak jądra kom., chromosomy zamknięte, koliste, pojedyncze
- brak tyminy w tRNA
- geny zlokalizowane w operonach podobnych do bakteryjnych
- niektóre posiadają introny
- kodon inicjujący translację: metionina
-czynnik elongacyjny zawiera dwuftaminę
- 8-12 jed. polimerazy RNA
- rybosomy typu 70 S (16S,23S,5S)
- rzadko wys. plazmidy
- ponad połowa genów nie podobna do pro i eukariotycznych
Zróżnicowanie metaboliczne archeonów przejawia się w podziale na:
-metanogenne- bezwzględnie beztl., mają zdolność do redukcji siarki do H2S. Wytwarzają metan z H2
-redukujące zw. siarki- redukują siarczany, siarczyny, tiosiarczany do H2S, mogą także wytwarzać metan.
Bezwzględne beztl. i termofile.
-ekstremalne halofile- zdolne do wzrostu przy wysokim zasoleniu ponad 1,5M NaCl. Są czerwone, niektóre zdolne do tworzenia bł. purpurowych z bakteriorodopsyną
-bezścienne archeony- termoacydofilne chemoorganotrofy. Bezwzględne beztl. posiadające lipoglikany.
-ekstremalne termofile metabolizujące siarkę- gram- cocci lub formy cylindryczne redukują lub utleniają siarkę, zwykle bezwzględnie beztl. Prowadzą glikolizę szlakiem ED
Pytanie 14. ENDOSPORY – CHARAKTERYSTYKA, JAK POWSTAJĄ, U JAKICH BAKTERII
Formy przetrwalne:
Endospory
Egzospory
Cysty
ENDOSPORY
- ciepłooporne, odporne na promieniowanie UV i na chemikalia
- najbardziej oporne na czyn. zew. – przeżywa do 100 tys. lat
- np. Clostridium, Bacillus – powszechne w glebie
- nie wykazują mierzalnej akt. metabolicznej
- tworzenie endospor trwa 12-16 godzin
- ułożenie w kom. jest charakter. dla gat.: centralne, terminalne, subterminalne
- endospory o średnicy większej niż szerokość kom. zniekształcają ją
-bardzo lekkie, noszone przez powietrze wraz z kurzem
- budowa:
- śćiana spory
- kortex
- błonka zewnętrzna
- płaszcz proteinowy z dużą ilością aminokwasów zawierających siarkę
- egzosporium
- germinacja
- kiełkowanie endospor
- proces nieodwracalny
- polega na degradacji, depolimeryzacji skł. endospory (wcześniej syntetyzowanych polimeraz) -> wydzielenie kw. 2-pikolinowego (?) -> rdzeń uwalnia się na zew. i funkcjonuje jako kom. wegetatywna.
-wymaga odpowiedniego st. alaniny, proliny, jonów wapnia, potasu i strontu.
Powstawanie endospor:
- kom. dzieli się poprzecznie, tworzy się przegroda z błony i ściany kom.
- warunki głodowe, brak azotu i fosforu są sygnałem do wytworzenia endospor
- replikacja chromosomu, pow. osiowy filament, który dzieli protoplast nierównomiernie; mniejsza część to PRESPORA
-prespora jest „oblewana” przez protopolas (większa część po podziale)
- pomiędzy presporą a protoplastem odkładany jest peptydoglikan=warstwa KORTEKSU
- na zew. korteksu i bł. zew. odkładany jest białkowy-płaszcz prespory o zwartej budowie
W tym czasie spora dojrzewa – następuje upakowanie chromosomu, odwodnienie cytopl., synteza kw. pikolinowego, synteza białek ochronnych dla chromosomu, zwiększa się ciepłoodporność, magazynowanie jonów wapnia
- odkładanie na zew. egzosporium
- liza kom. i uwolnienie endospory do środ.
Pytanie 12. PORÓWNANIE PROCARYOTA I EUCARYOTA
Pytanie 1. SCHARAKTERYZUJ ARCHAEA I CZYM SIĘ RÓŻNIĄ OD BACTERIA
| Cecha | Bacteria | Archaea | Eucaryota |
|---|---|---|---|
| JĄDRO | - | - | + |
| CHROMOSOMY | Przeważnie 1 | 1 kolisty | Więcej niż 1, liniowy |
| BIAŁKA HISTONOWE | - | -/+ | + |
| PLAZMIDY | Często | często | Rzadko |
| INTRONY W GENACH | Rzadko | rzadko | + |
| SPLICING mRNA | Rzadko | rzadko | + |
| POLICISTRONOWE mRNA | + | + | - |
| OPERONY | + | + | - |
| MITOCHONDRIA | - | - | + |
| CHLOROPLASTY | - | - | -/+ |
| LIZOSOMY | - | - | + |
| ER | - | - | + |
| PEPTYDOGLIKAN | + (- u mycoplazmy) | - | - |
| WIĄZANIA W LIPIDACH BŁONOWYCH | Estrowe | sterowe | Estrowe |
| RYBOSOMY CYTOPLAZ. | 70s | 70s | 80s |
| WAKUOLE GAZOWE | + | + | - |
| PODJEDNOSTKI rRNA | 16s, 23s, 5s | 16s, 23s, 5s | 18s, 28s,5.85s, 5s |
POLIMERAZA RNA: - liczba enzymów - struktura - wraż. na rifanpicynę |
1 4 podjednostki + |
Kilka 8-12 - |
3 12-14 - |
| CHEMOLITOTROFIZM | +/- | +/- | - |
| WIĄZANIE AZOTU | +/- | +/- | - |
| DENITRYFIKACJA | +/- | +/- | - |
Pytanie 34. SKŁADNIKI NIEZBĘDNE DO WZROSTU ORGANIZMÓW PROKARIOTYCZNYCH. CO MOŻE BYĆ ŹRÓDŁEM AZOTU.
- źródło węgla, energii i elektronów
- Makro elementy: C, O, H, N, S, P, jony K, jony Ca, jony Mg, jony Fe(2+) Fe(3+)
- mikroelementy: Mn2+, Zn2+, Co2+, Mo2+, Ni2+, Cu2+
- specyficzne zw. lub czyn., np. duże stężenie Na2+ u halofili
- czyn. wzrostowe- zw. org., których mikroorg. nie są zdolne do samodzielnej syntezy:
- aminokwasy
- puryny i pirymidyny
-witaminy: biotyna, B12, kw. foliowy, kw. pantotenowy, pirydoksyna, niacyna, ryboflawina, tiamina
Źródło azotu:
Red. azotanów do azotynów NO3 (-) do NO2 (-)
Red. azotynów do amoniaku NO2(-) ->Nitroksyl NOH ->Hydroksyamina NH2OH -> amoniak NH3
Mocznik – za pomocą ureazy rozszczepiany do amoniaku, wody i dwutlenku węgla
Wiązanie azotu cząsteczkowego – z udziałem kompleksu nitrogenezy. Nitrogenaza składa się z dwóch białek: 1. reduktazy dinitrogenazy (białko żelazowe) #dostarcza elektrony z ferredoksyny; 2. ?nitrogenaza (białko żelazowo-molibdanowe???) wykorzystuje te elektrony do red. azotu cząsteczkowego do amoniaku z wykorzystaniem 16 cząsteczek ATP.
Pytanie 25. KLASYFIKACJA MIKROORGANIZMÓW ZE WZGLĘDU NA ŹRÓDŁO WĘGLA, ELEKTRONÓW, ENERGII
Źródło węgla:
autotrofy z CO2
heterotrofy ze zw. org.
Źródło energii
fototrofy – światło
chemotrofy – utlenianie zw. chem.
Źródło elektronów
litotrofy z redukcji zw. nieorg.
organotrofy ze zw. orga.
Pytanie 2. TYPY METABOLICZNE BAKTERII
| TYP | ŹRÓDŁO WĘGLA | ŹRÓDŁO ENERGII | ŹRÓDŁO ELEKT. | PRZYKŁADY |
|---|---|---|---|---|
| Fotolitoautotrofy | CO2 | Światło | Zw. nieorg. | Glony, sinice, b. purpurowe, b.zielone, b. siarkowe |
| Fotoorganoheterotrofy | Zw. org. | Światło | zw. org. | b. purpurowe, bezsiarkowe, b. zielone, |
| Chemolitoautotrofy | CO2 | Zw. nieorg. | zw. nieorg. | b. utleniające S, b. wodorowe, b. nitryfikujące, b. utleniające Fe2+, archeony metagogenne |
| Chemoorganoheterotrofy | zw.org. | zw. org. | Zw. org. | Większość b. również patogenne (E. coli, Staphylococcus ureus), archeony, grzyby, pierwotniaki |
Miksotrofy – mogę zachowywać się jak różne typy metaboliczne w zależności od potrzeb. np. Beggiatoa sp.
Prototrofy – do wzrostu potrzebny jest 1 zw. org, resztę zw. są w stanie zsyntetyzować
Auksotrofy - do wzrostu potrzeba wiecej niż 1 zw. org., ponieważ nie są zdolne do ich syntezy.
Pytanie 16. BIOFILM
Wielokomórkowe społeczności bakteryjne:
- agregaty
- kolonie
- konsorcjum
- biofilm
Biofilm – osiadła społeczność kom. zw. z powierzchnią, otoczona matriks najczęściej polisacharydowym. W matriks mogą wys. sub. nie mające pochodzenia komórkowego, np. kryształy minerałów, cząsteczki gliny czy szlamów .
3 typy biofilmów:
płaskie, homogenne struktury o niewielkiej grubości, ale z przestrzeniami wypełnionymi płynem, połączone ze sobą siecią kanałów, np. na płytce nazębnej (tworzone przez nawet 500 gat)
„Model heterogennej mozaiki” - mikrokolonie bak. tworzące pionowe struktury, otoczone z zew. matriks ze zw. o budowie polimerów. Tworzą kolumny otoczone ciekłą fazą. pod kolumną wys. warstwa kom. przyczepionych do podłoża (5 mikrometrów)
„Model grzyba” – gdy b. tworzą struktury gdzie wys. krótka łodyżka, która wspiera wyższą część górną. przez całość przebiegają liczne kanały wypełnione płynem, połączone porami ze środ. zew.
B. na peryferiach biofilmu są bardziej narażone na działanie szkodliwych substancji i częściej zamierają, podczas gdy kom. leżące wew. biofilmu często powodują zarażenia.
Tworzenie biofilmu przez Staphylococcus ureus:
Kom. planktonowa przyłącza się do powierzchni.
Proliferacja i wzajemna adhezja z innymi kom.
Dojrzały biofilm.
Oderwanie części biofilmu i uwolnienie części kom.
Pytanie 24. PODZIAŁ W ZALEŻNOŚĆI OD ZAPOTRZEBOWANIA NA TLEN
B. tl. – ich reakcje metabol. i wydzielenie energii zachodzi w warunkach tl. Pozyskiwane elektrony z reak. utl., przenoszone są na akceptory elektronów.
akceptorem elektronów jest tlen, a produktem reakcji woda,
np. wszystkie b. tl. i grzyby
B. beztl.:
NO3 (-), produktem NO2 (-)
np. Enteric bacteria
NO3 (-), produktem NO2(-), N2O, N2
np. Pseudomonas, Bacilluc, Paracoccus
SO4 (2-), produktem H2S
np. Desulfovibrio, desulfotomaculum
CO2, produktem CH4
S, produktem H2S
np.Desulformonas, Thermoproteus
Fe (3+), produktem Fe (2+)
np. Pseudomonas, Bacillus, Geobacter
HAsO4 (2-), produktem HAsO2
np. Bacillus, desulfotomaculum, Sulforospirillum
SeO4 (2-), produktem Se, HSeO3 (-)
np. Aenomonas, Bacillus
-bezwzględne tl. wymagają tlenu do wzrostu np. Micrococcus
-względne beztl. nie wymagają tlenu ale lepiej rosną w jego obecnościnp. Escherichia
-beztl. areotolerancyjne rosną równie dobrze przy braku jak i w obecności tlenu np. Streptococcus
-bezwzględne beztl. nie tolerują tlenu i w jego obecności giną np. Metanobacterium
-beztl. mikroareofilne wymagają tlenu w stężeniach 2-10% np. Helicobacter, Campylobacter
Pytanie 17. SCHEMAT I OPIS OBIEGU AZOTU Z UDZIAŁEM MIKROORGANIZMÓW. WIĄZANIE AZOTU CZĄSTECZKOWEGO PRZEZ MIKROORGANIZMY
Ogólna reakcja wiązania azotu – pytanie 34.
Azotobacter – tleno.; uzyskuje energię utleniając węglowodany, zużywa ją na wiązanie 300 cząsteczek N2
Clostridium – beztlenowiec; 1 miligram sfermentowanej glukozy daje mu energię na związanie tylko 3 miligramów N2
Bakterie brodawkowe z rodzaju Rhisobium, Baradyrhizobium – tworzą brodawki na korzeniach; Azorhizobium – tworzy brodawki na łodygach.
- wolnożyjące w glebie chemoorganotrofy.
- wchodzą w interakcje z roś. motylkowymi.
- na pow. kom. epidermy wys. lektyny. Za pomocą reszt cukrowych (np. mannozy) b. przyczepiają się do białek epidermy. B. wrastają tworząc tzw. nici zakaźne; otoczone kom. korzenia zakażają kolejne kom.
- tworzą się brodawki korzeniowe, a w nich kom. bak. – otoczone bł. Zmienia się ich morfologia (do 10x wieksze) i metabolizm. Tworzą się bakterioidy, o zmienionych kształtach typowych dla gat. i nabierają zdolność do wiązania azotu; tracą zdolność do wykorzystywania prostych węglowodanów. Korzystają z substratów energetycznych dostarczanych przez roś.
- stężenie O2 w brodawkach jest dużo mniejsze niż w atmosferze, bo hamuje on działanie kompleksu nitrogenzay (???)
- w brodawce wys. leg-hemoglobina, która transportuje bezpośrednio tlen do bakterii.
Obieg azotu:
Pytanie 18. JAKIE DOMENY WYRÓŻNIAMY W SYSTEMATYCE I CZYM SIĘ RÓŻNIĄ.
Wyróżniono 3 domeny:
Bacteria
Archaea
Eucaria
Kryterium podziału na domeny.
Do określenia pokrewieństwa ewolucyjnego pomiędzy gat. używa się katalogowania i porównywania sekwencji podjednostki 16S rRNA.
Jeżeli między b. wys. podobieństwo mniejsze niż 97% w sekwencjach podjednostki 16S rRNA, to nie mogą być one zaliczone do jednego gat.
Według tej analizy wyróżniono 3 domeny, które różnią się w istotny sposób elementami 16S rRNA.
+ tabelka pytanie 1., 12.
Pytanie 6. GATUNEK I SZCZEP BAKTERYJNY
Gatunek – podstawowa jednostka taksonomiczna, która obejmuje grupę szczepów powiązanych genomowo – co najmniej 70% podobieństwa określanego metodą hybrydyzacji DNA:DNA; wykazują duże podobieństwo w zakresie niezależnych cech, określonych w wysoko wystandaryzowanych warunkach.
Szczep – grupa kom. pochodzących z podziału jednej kom.
Jeden ze szczepów danego gat. jest oznaczany jako typowy, jest to przeważnie jeden z pierwszych izolatów zaliczanych do nowo opisanego gat. – jest on reprezentantem tej jednostki taksonomicznej i nadaje mu nazwę.
Żadna rearanżacja w obrębie gat. nie może wyeliminować z niego szczepu typowego. W nowo opisywanych gat., szczep proponowany jako typowy nosi nazwę neotypowego, po 2 latach od publikacji staje się on typowym o ile dalsze badania nie wzbudziły sprzeciwu.
Szczep referencyjny – wyizolowany po raz pierwszy z jakąś nową cechą
Szczep dziki – o nieznanych właściwościach wyizolowany ze środ., chorego itp.
Szczep przemysłowy – wyizolowany z mate. od ludzi, z roślin itp. wykorzystywane w celu uzyskania produktów wydajniejszych, o lepszych właściwościach, do analiz, GMO, produkcji antybiotyków
Szczep laboratoryjny –
Pytanie 28. SCHARAKTERYZUJ CHLAMYDIE I RIKETSJE.
Riketsje:
- pałeczki G(-)
- 0,3 – 0,5 mikrom x 0,8-2,0 mikrom
- należą do typu Termatogae; domena Bacteria
- pasożyty wewkom.; pasożytują w erytrocytach, makrofagach, kom. śródbłonka naczyniowego kręgowców.
- po sfagocytowaniu, b. opuszcza natychmiast fagosom i dzieli się w cytoplazmie
- brak szlaku glikolitycznego
- nie wykorzystują glukozy jako źr. węgla i energii
- utleniają glutaminian, kw. trój karboksylowe cyklu Krebsa
- w ich bł. wys. cukry transportujące składniki odżywcze i koenzymy pochodzące z kom. gospodarza
- Rickettsia prowazekii powoduje dur plamisty
Chlamydiae
- pasożyty wewkom.
- G(-), nieurzęsione, ziarniaki
- w ścianie brak peptydoglikanu
- zdolne do reprodukcji tylko w kom. zarażonej
- unikatowy cykl życiowy – rozmnaża się w cytopl., w rozwoju wys. dwie formy ciałka elementarne i retikularne
- ciałka elementarne – forma zakaźna (przenoszone przez powietrze) - są fagocytowane, hamują fuzję fagosomu z lizosomem, są odporniejsze, mają RNA:DNA 1:1, przekształcają się w ciałka retikularne
-ciałka retikularne – delikatne, bardziej przepuszczalne (czerpanie z komórki gospodarza); zawierają więcej rybosomów, dzielą się w fagosomie, po 48h przekształcają się w ciałka elementarne, następuje liza kom. (lub egzocytoza – rzadziej) i wydostają sie na zew.
- nie wytwarza ATP – pobiera energie i inne metabolity z zakażonej kom.
- ma większy stosunek RNA do DNA
- są czynnikiem etiologicznym wielu chorób człowieka
- Chlamydia trachomatis: - jaglica – choroba oczu, prowadzi do ślepoty; dróg rodnych – leczy się tetracyklinami
- Chlamydomonas pneumoniae: - zapalenie płuc o bardzo gwałtownym przebiegu; arterioskleroza – zawały serca - trudne w diagnostyce
- Chlamydia psittaci:- psitakoza (papuzica) – bardzo silne zapalenie płuc pochodzenia ptasiego - być może odpowiedzialne są za astmę
Pytanie 11. BUDOWA WIRIONU I CYKL ŻYCIOWY WIRUSÓW
Wirusy:
- bezwzględne wewnkom. pasożyty
- 18-300 nm
- nie namnażają się przez podział, są niezdolne do namnażania się poza kom. gospodarza
- w formie pozakom. wys. jako wiriony (cząstki wirusowe) - zbudowane z genomu RNA lub DNA i proteinowego kapsydu. Niektóre mają membranowe osłonki składające się z lipidów, protein i glikoprotein – pochodzące od gospodarza, inkrustowane własnymi białkami
- w genomie zawarta jest ich infor. genetyczna w postaci DNA lub RNA (nigdy nie wys. równocześnie)
- kapsyd może mieć różny kształt, wyróżniono 5 typów:
wielościenne o symetrii kubicznej, iksoaedrycznej
kapsyd jest 20-ścienną bryłą, pojedyncza ściana ma kształt trójkąta
niekiedy na zew. kapsydu wys. dodatkowe osłonki
glikoproteinowe, lipoproteinowe – zdeponowane na powierzchni winionu (???)
wielościenne z osłonką
nitkowate o sym. helikalnej, bez osłonki
nitkowate o sym. helikalnej z osłonką
o budowie złożonej z elementów o sym. iksoaedrycznej i heliakalnej, np. bakteriofagi
- główka
- pochewka
- płytka podstawowa
- włókienka kurczliwe
- na powierzchni kapsydu znajdują się enzymy i grupy proteaz, które biorą udział w cyklu rozwoj. wirusów, pozwalając wniknąć im do kom. gospodarza
Cykl życiowy:
- adsorpcja – rozpoznanie receptorów na kom., przyłączenie się do kom.
- penetracja – na drodze endocytozy, fuzji bł., wstrzyknięcia genomu
Penetracja może zachodzić w różny sposób:
wprowadzenie samego genomu, a kapsyd zostaje na zew.
fuzja bł. – gdy na pow. kapsydu wys. frag. zdeponowanych bł. kom. gospodarza. Dzięki temu kapsyd przypomina budową bł. kom. gospodarza
- uwolnienie genomu
- synteza makromolekuł, replikacja:
- wczesny mRNA, synteza białek niestrukturalnych
- replikacja genomu – może zajść na terenie genomu lub cytopl.
- późny mRNA, synteza białek strukturalnych
- potranskrypcyjna modyfikacja protein – fosforylacja, glikolizylacja, acylacja
- składanie i dojrzewanie cząstek wirusowych
-opuszczenie kom. i gospodarza-kom. rozpada się na drodze lizy, egzocytozy, pączkowania
Stan latencji- zakażenie przewlekłe, wirus jest obecny w komórce jednak utrzymane sa procesy życiowe gospodarza. Co jakiś czas produkowane są nowe wiriony.
Konwersja lizogeniczna- wirus wbudowując się do genomu może powodować różnorodne skutki u gospodarza, np. warunkować chorobotwórczość Corynebacterium, lub prowadzić do transformacji nowotworowej. Jest to powodowane wycinaniem regulacyjnych genów gospodarza i ich mutacji. Po integracji z genomem nadekspresja genu regulatorowego powoduje niekontrolowaną proliferację.
Cykl lityczny- namnażanie i opuszczanie komórki.
Wirion niepełnowartościowy- niezdolny do samodzielnego odtworzenia w komórce, potrzebuje tzw. wirusa helperowego. Jednoczesne nim zakażenie powoduje replikację obu wirusów.
Klasyfikacja wirusów: oparta jest na rodzaju kwasu nukleinowego, budowie kapsydu, rodzaju gospodarza sposobie namnażanie (jądro, cytoplazma)
Namnażanie wirusów: namnażać je można tylko w żywej komórce. Stosuje się do tego celu zwierzęta
doświadczalne, zarodki ptasie (inkubowanie w 36 stopniach zapłodnione jaja przepiórcze, kacze lub kurze ze wstrzykniętym doń wirusem). Możliwa jest także hodowla w kulturach tkankowych in vitro.
Efekty cytopatyczne- rozpoznanie obecności wirusa jest możliwe dzięki spustoszeniu jakie czyni w komórce: mogą to być wtręty, syncytia, masa amorficzna cytoplazmy, zatrzymanie podziałów, aberracje chromosomowe, zatrzymanie ruchu komórek, zmiana kształtu jąder i całych komórek, ich liza.
Pytanie 4. PROBIOTYKI I ICH WŁAŚCIWOŚĆI
Są to wyselekcjonowane żywe mikroorganizmy, których celem jest działanie korzystne dla zdrowia, mające potencjał do odtworzenia naturalnej równowagi fizjologicznej i powrotu organizmu gospodarza do zdrowia i normalnego odżywiania. Podawane doustnie.
Cechy probiotyków:
- brak właściwości toksycznych i chorobotwórczych
- żywotność przez długi czas
- zdolność do przeżycia w niskim pH (żołądek) i w obecności soli żółci (jelita)
- zdolność do wzrostu z miejscu/ układzie który ma być skolonizowany
- zdolność do adhezji do nabłonka jelitowego
- wytwarzanie enzymów lub innych produktów, które są użyteczne dla gospodarza
- wytwarzanie substancji antybiotykowych, hamujący wzrost patogenów
- stymulacja nieswoistej odporności organizmu do wytwarzania czynników które będą stymulowały wzrost naturalnej mikroflory organizmu gospodarza
Drobnoustroje stosowane jako probiotyki, to takie które zostały wyizolowane ze środowiska w którym kolonizowały. Nie każdy mikroorganizm może być stosowany jako probiotyk.
Zaburzenia w składzie flory bakteryjnej są bardzo niebezpieczne ponieważ istnieje ryzyko inwazji patogenów, zaburzenia trawienia (dysbakteriozy w 50% śmiertelne).
Pytanie 22. CHOROBOTWÓRCZOŚĆ BAKTERII
Cechy chorobotwórczych bakterii:
Infekcyjność (zakaźność) – zdolność bakterii do wniknięcia do organizmu przez wrota zakaźne:
drogą pokarmową, np. Salmonella sp., Vibrio sp., Clostriduim botulinum
drogą oddechową, np. Mycobacterium sp., Mycoplasma pneumoniae
mechaniczne uszkodzenia skóry, np. skaleczenia Clostridium tetoni; ukłucie igłą Staphylococcus ureus
z udziałem wektora (komar, pchła, kleszcz), np. Rickettsia sp., Borelia spp.
kontakty seksualne, np. Neiseria gonorrhoeae, Treponema palladium
Adhezja, kolonizacja i inwazja
mechanizmy adhezji i kolonizacji: fimbrie, proteiny (?), LPS, kw. tejchojowy, warstw S, otoczki i śluzy, siły hydrofobowe, tworzenie biofilmów z udziałem zewnątrzkomórkowych polisacharydów
inwazja – unikanie mechanizmów odpornościowych, wnikanie w głąb tkanek, rozprzestrzenianie się w organizmie.
destrukcja tkanek przez produkty wzrostu bakterii, szczególnie wskutek fermentacji, produkcji kwasów i gazu
wytwarzanie degradujących enzymów, uszkadzających tkanki, np. lipazy, fosfolipazy, kolagenozy, proteazy, hialuronidazy, fibrynolizyny, NH3, H2O2, DNA-azy
unikanie mechanizmów immunologicznych, np. wytwarzanie proteazy IgA, koagulaza – unikanie zniszczenia wskutek fagocytozy, proteina A – unikanie lizy z udziałem dopełniacza, hamowanie fagocytozy, ucieczka z fagosomu.
toksyczność. Toksyny są produktami bakteryjnymi, które bezpośrednio uszkadzają tkanki lub uruchamiają destrukcyjną aktywność biologiczną
egzotoksyn
endotoksyny
Choroba zakaźna – zespół objawów związanych z uszkodzeniem tkanek lub zaburzenia ich funkcji wskutek zakażenia drobnoustrojami chorobotwórczymi.
Zakażenie inwazyjne – takie, w którym bakterie są izolowane z krwi, płynu rdzeniowo-mózgowego lub innych fizjologicznie jałowych miejsc organizmu.
Pytanie 32. TOKSYNY – DEFINICJE, MECHANIZM DZIAŁANIA
Toksyny są produktami bakteryjnymi, które bezpośrednio uszkadzają tkanki lub uruchamiają destrukcyjną aktywność biologiczną.
Egzotoksyny:
- są syntetyzowane przez bakterie, często kodowane przez geny zlokalizowane w plazmidach lub profagach
- ciepłochwiejne proteiny inaktywowane w temperaturze 60-80 stopni C.
- toksyczne w bardzo mały dawkach
- powodują specyficzne objawy chorobowe, wykazują specyficzny mechanizm działania
- stymulują wytwarzanie neutralizujących je przeciwciał (antytoksyny)
- są łatwo inaktywowane, przez formaldehyd i inne związki chemiczne, do toksoidów – formy immunogenne wywołujące odpowiedz immunologiczną.
- bezpośrednio nie są zdolne do wywołania gorączki
- często nazwa choroby pochodzi od nazwy toksyny, która ją wywołuje.
Aktywność egzotoksyn:
- liza komórek
- zahamowanie translacji, np. egzotoksyna A u P.aernginosa, toksyny błonicze Corynebacterium diphteriae,
- zmiana aktywności metabolicznej komórek po endocytozie toksyny, np. nadmierna produkcja cAMP V. cholerae
- zatrzymanie uwalniania neurotransmiterów C. botulinium
- destrukcja szlaków transdukcji wewnątrzkomórkowych i cytoszkieletu komórki docelowej po wprowadzeniu do niej toksyn z udziałem systemu sekrecyjnego
Endotoksyny:
- ciepło stabilne
- wykazują toksyczny efekt w wysokich dawkach
- są słabo immunogenne
- są podobne w strukturze, bez względu na pochodzenie
- zwykle zdolne do wywoływania następujących objawów: gorączka, szok, koagulacja krwi, krwawienie jelitowe itd.
Aktywność endotoksyn:
- stymulacja produkcji IL-1, TNFα, IL-6, prostaglandyn – dysfunkcja komórek śródbłonka naczyniowego, uszkodzenie mięśnia sercowego, uszkodzenie mózgu, wątroby, płuc, nerek, spowodowanie szoku septycznego.
Mechanizm działania toksyny AB:
- jeden element warunkuje przyłączenie receptora do komórki docelowej
- przyłączenie do komórek
- cała toksyna dostaje się do komórki lub tylko jeden jej element i powoduje określone objawy
- dochodzi do endocytozy, zakwaszenia środowiska
- dochodzi do rozszczepienia toksyny: fragment B jest odłączany, fragment A trafia do cytoplazmy i odnajduje proteinę docelową
- hamowanie transdukcji
- u Vibrro cholerae toksyna składa się z 1 podjednostki A i 6 podjednostek B, endocytoza, podjednostka α podjednostki B która aktywuje cyklazę AMP
Mechanizm działania toksyny botulinowej:
- 3 ligandy warunkują przyłączenie pęcherzyka z neurotransmiterem do błony i uwolnienie acetylocholiny do przestrzeni międzykomórkowej
- toksyny te hydrolizują te receptory warunkujące przyłączenie pęcherzyka do błony synaptycznej przez co dochodzi do porażenia mięśni szkieletowych.
mechanizm działania toksyny 3. andt (laseczki wąglika)
- wytwarzają 3 czynniki:
TTA – rozpoznaje receptory na komórkach
LT – rozszczepia proteiny ze szlaku transdukcji MAPK (odbiór sygnału z zewnątrz komórki)
LF – wzrost cyklicznego AMP prowadzi do obrzęku
- oligomeryzacja (do 11 cząsteczek) jego endocytoza, zakwaszenie środowiska
- ekspresja toksyn na zewnątrz.
Struktury igło podobne bezpośrednio wprowadzają toksyny do komórek docelowych.
Pytanie 20. ANTYBIOTYKI – CO TO, MECHANIZM DZIAŁANIA
Pytanie 10. MECHANIZM DZIAŁANIA ANTYBIOTYKÓW I CHEMITERAPEUTYKÓW
Antybiotyki – substancje chemiczne wytwarzane przez różne organizmy, działające wybiórczo-bójczo lub statycznie – zahamowują wzrost, w niskich stężeniach na drobnoustroje.
Mogą być naturalne (penicyliny), półnaturalne (cefalosporyny), syntetyczne (aztreonam)
DZIAŁANIE:
bakteriobójcze: ampicylina, gentamycyna, penicylina
bakteriostatyczne: tetracykliny, chloramfenikol, sulfonamidy
MECHANIZMY DZIAŁANIA
1. blokowanie syntezy ściany komórkowej
- penicylina, ampicylina, metycylina – inhibicja transpeptydaz syntezujących mostki peptydowe w mureinie, indukcja autolizy komórki
- wankomycyna – przyłącza się do tetrapeptydu hamując transpeptydazę
- bacytracyna – zablokowanie transportu prekursorów przez błonę
2. zahamowanie syntezy kwasów nukleinowych
- cyprofloksacyna i inne chinolony – inhibuje gyrazy (odp.za rozplatanie DNA przed replikacją)
- ryfampicyna – inhibuje polimerazę RNA DNA-zależną
3. blokowanie syntezy białek
- streptomycyna, gentamycyna – przyłączają się do 30S, powodując zły odczyt mRNA
- chloramfenikol – przyłącza się do 50S, blokuje tworzenie wiązań peptydowych przez inhibicję transferazy peptydylowej
- tetracykliny – łączą się z 30S, hamując przyłączenie aa-tRNA
- erytromycyna, klindamycyna – przyłączają się do 50S hamując wydłużanie łańcucha
- kwas fuzydowy – łączy się z czynnikiem elongacyjnym EF-G i hamuje translokację
4. uszkodzenie blony komórkowej
- polimyksyny – przyłączają się do błony, niszcząc jej strukturę i zaburzając funkcje (leczenie miejscowe, np. maści
5. antagonizm metaboliczny
- sulfonamidy – hamują syntezę kwasu foliowego przez współzawodnictwo z kwasem paraaminobenzoesowym
- trymetoprym – hamuje syntezę kwasu tetrahydrofoliowego przez inhibicję reduktazy kwasu
dwuhydrofoliowego
- dapson – zahamowanie syntezy kwasu foliowego i mykolowego
- izoniazyd – uszkadza funkcje i metabolizm NAD, hamuje syntezę kwasu mykolowego.
Pytanie 27. MECHANIZM OPORNOŚĆI BAKTERII NA ANTYBIOTYKI.
– inaktywacja antybiotyku (beta-laktamazy, modyfikacje: metylacja)
– zahamowanie transportu do komórki (penicylina)
– wypompowywanie antybiotyku z komórki (chloramfenikol)
– modyfikacja miejsca docelowego działania antybiotyku
– ominięcie zablokowanego szlaku metabolicznego (sulfonamidy)
Genetyczne uwarunkowanie oporności na antybiotyki, mechanizmy transferu genów oporności
-Geny warunkujące oporność na związki przeciwbakteryjne mogą być zlokalizowane w chromosomie lub plazmidzie.
-Spontaniczna oporność chromosomalna powstaje w wyniku mutacji jedno- lub wielostopniowych.
-Struktura plazmidu koniugacyjnego (rysunek) ma cały zestaw genów RTF odpowiedzialny za, rysunek z fragmentami flankującymi (uczestniczącymi w wycinaniu).
-Struktura transpozonu może być różna, bo mogą to być złożone transpozony różnych rodzin i grup.
Nieuzasadnione stosowanie antybiotyków podczas leczenia
Zbyt szybkie odstawienie antybiotyków przez pacjenta
Łatwy dostęp do antybiotyków
Użycie antybiotyków jako dodatku podczas żywienia zwierząt hodowlanych (zabronione w krajach UE od 2006)
Stosowanie preparatów przyczyniających się do powstawania oporności na antybiotyki
????????Pytanie 31. NEGATYWNE ODDZIAŁYWANIE ANTYBIOTYKÓW I SULFONAMIDÓW NA ORGANIZM CZŁOWIEKA
Pytanie 23. CO TO JEST PRZEBIEG TRANSFORMACJI I KONIUGACJI
Przyczyny zmienności bakterii. Genetyczne uwarunkowania oporności bakterii na antybiotyki:
Mutacje – jedno- lub wielostopniowe spontaniczne, pod wpływem mutagenów prowadzące do małych, lokalnych zmian w sekwencji nukleotydowej.
substytucji – zastąpienie jednej zasady azotowej w DNA inną, ale nie zawsze może prowadzić to do zmiany sekwencji białek; zmiany te mogą prowadzić do syntezy kodonu stop (zahamowana synteza białka) lub do wbudowywania innych aminokwasów
dimeryzacja – dwie sąsiednie zasady azotowe w DNA tworzą dimer
delecja – kiedy jedna zasada azotowa zostaje usunięta z DNA
insercja – kiedy zostaje wstawiony jeden lub więcej nukleotydów do sekwencji DNA
Mogą prowadzić do ekspresji genów strukturalnych i produkcji zmienionych białek, które są celem działania antybiotyków. Mogą powodować zmiany w regulacji ekspresji genów co może prowadzić do wystąpienia mechanicznego wypompowywania antybiotyków z komórki.
Mutacje genów chromosomalnych są jedynym mechanizmem generującym odporność na antybiotyki u Mycobacterium i patogenów wewnątrzkomórkowych.
Zmiany fenotypowe-konsekwencje mutacji:
- zmiana aktywności enzymów w szlakach metabolicznych
- odporność na antybiotyki
- wrażliwość na obniżoną lub podwyższoną temperaturę
- utrata lub modyfikacja powierzchniowych struktur komórkowych ( utrata zdolność wytwarzania otoczki, fimbrii, rzęsek, pigmentu)
- utrata zdolności do syntezy w pełni wykształconego LPS (części oligosacharydowi)
- utrata zdolnośći do fermentacji jakiegoś substratu lub nabywa jej zdolność
- nabycie właściwości odporności na wirusy
Wewnątrzgenowe rearanżacje związane z przemieszczeniem segmentów DNA, niekiedy powiązane z lokalnymi małymi zmianami sekwencji nukleotydów:
- transpozycje mobilnych elementów i sekwencji inercyjnych ID i transpoznów
- rekombinacje ogólne
- rekombinacje zależne od miejsca
a. Sekwencja inercyjne są to niewielkie fragmenty DNA, które kodują swoją własną transpozycję czyli przemieszczanie się na inna pozycję w genomie tej samej komórki. Mogą pozostawać kopie w starym miejscu lub nie.
b. Transpozony (Tn) – fragmenty DNA złożone z kilkuset do kilku tysięcy par nukleotydów, występującymi często w wielu kopiach, zdolne do przemieszczania w genomie, mogą przyczyniać się do jego rearanżacji przez zmiany struktury poprzez duplikowanie, inwersje lub delecje.
c. rekombinacja homologiczna- homologiczne odcinki rozpoznają regiony o podobnej sekwencji nukleotydowej. Następuje wiązanie w każdej zułożonych obok siebie nici DNA. Obie nici DNA łączą się ze sobą w sposób krzyżowy, co powoduje wymianę odcinków w obu cząsteczkach (crossing over). Powstaje mieszaniec DNA
d. rekombinacje zależne od miejsca – integracja kasety genowej w platformę integronu (???)
Platforma składa się z genu integrafy, promotora – biorą udział w transkrypcji włączenia kaset w rejon atH. po integracji kolista kaseta staje się podłużna i włączona do nici DNA. Włączanie takich kaset może warunkować odporność na antybiotyki.
Pozyskanie fragmentu DNA od innego organizmu, mniej lub bardziej pokrewnego (horyzontalny transfer genów)
transformacja bakteryjna – pobranie obcego DNA z otoczenia i wbudowanie go do genomu (zależy od wielkości nici, stanu fizjologicznego koloni). Do bakterii jest przyłączona dwuniciowa DNA, dalej nukleaza rozpuszcza jedną z nich i czynniki integrujące powodują włączenie tej pojedynczej nici do genomu bakteryjnego i może dojść do rekombinacji i ta zmiana jest trwale dziedziczona – gdy jest wysoki stopień podobieństwa DNA; albo jest degradowana – gdy podobieństwo jest małe.
transformacja plazmidem – plazmid nie musi być wbudowany w chromosom i po replikacji może dojść do jego eliminacji
koniugacja bakteryjna - - transfer materiału genetycznego z komórki dawcy do biorcy przy ich bezpośrednim kontakcie. Replikacja plazmidu i kopia jest przenoszona jest do biorcy i tam dosyntetyzowana jest druga nic. Koniugacja łatwo zachodzi miedzy blisko spokrewnionymi szczepami bakterii. Jest to jednokierunkowy transfer materiału genetycznego, a nie wymiana obustronna
Koniugacyjnie przekazywanie plazmidu może być zróżnicowane:
- przeniesienie transpozonu koniugacyjnego i tam integruje się z genomem biorcy. i tam powoduje transpozycje genomu.
- proces mobilizacje plazmidów. SP powoduje syntezę kanału i MP ulega replikacji i przenoszona jest jedna nic do biorcy
- SP jest w komórkach dawce i powoduje syntezę mostku, SP przenosi się do biorcy i mobilizuje MP – występuje u biorcy i jest on przekazywany do dawcy ( tzw. retrotransfer)
koniugacja z udziałem plazmidu F – cząsteczka autonomiczna -> przeniesienie kopii do biorcy; wbudowany w chromosom komórek gospodarza -> przeniesienie całej lub części chromosomu wraz z plazmidem do biorcy -> powstaje tzw. mero zygota z dwoma chromosomami -> gdy jest duże podobieństwo dochodzi do rekombinacji i powstaje mieszaniec, a gdy jest małe podobieństwo dochodzi do degradacji
koniugacja przerywana – wykorzystywana do tworzenia map i przerywamy przenoszenie chromosomu w czasie i określamy kolejność genów
transdukcja fagowa – przeniesienie DNA z komórek dawcy do biorcy przez bakteriofaga. Może zabrać 1-3% genów gospodarza, wprowadza genom do nowego gospodarza i może dojść albo do crossing over albo do połączenia.
Pytanie 3. FERMENTACJA I SCHEMAT FERMENTACJI ALKOHOLOWEJ
Proces odtworzenia ATP w którym produkty rozkładu substratów organicznych pełnią rolę donora i akceptora wodoru. Reakcje te prowadzą do powstawania dwutlenku węgla który jest wydalany z komórki. Produkty pośrednie służą jako akceptory H pochodzącego z NADH2 które następnie ulegają odwodorowaniu z przekazaniem H na NAD. Aby szlak się nie zatrzymał cały czas następuję reoksydacja NAD.
Pirogronian → Aldehyd octowy → etanol
Fermentacja alkoholowa- dekarboksylacja pirogronianu do aldehydu octowego (O.A.E), a następnie redukcja poprzez dehydrogenazę do etanolu. Produkcja etanolu może zachodzić efektywnie przy odpowiednich szczepach drożdżowych do 12%, a górna granica fermentacji to 18%.
Fermentacja alkoholowa prowadzona przez drożdże Saccharomyces cerevisiae i bakterie Zygomonas sp.
Ostatecznym akceptorem e. jest aldehyd octowy, w pierwszym etapie enzymem jest dehydrogenaza alkoholowa, wydziela się CO2 w drugim zachodzi przekazanie e na NADH z NAD.
Pytanie 9. CHEMOLITOAUTOTROFY – ICH METABOLIZM, PRZYKŁADY
Chemolitoautotrofy - źródło energii i elektronów to utlenianie związków nieorganicznych, węgiel z CO2. Wśród nich bakterie utleniające siarkę, wodorowe, nitryfikujące, utleniające żelazo, metanogenne.
Bakterie wodorowe mają dwie hydrogenazy: hydrogenazę I zawierającą Fe i hydrogenazę II z NiFe dzięki temu mają zdolność do uzyskiwania energii z wodoru cząsteczkowego, zaliczamy tu np. Hydrogenomonas sp. Elektron at. wodoru jest przekazywany na łańcuch cytochromów zlokalizowanych w błonie komórki, proton zostaje wybity na zewnątrz komórki, co powoduje aktywność ATP-azy i syntezę ATP, druga dehydrogenaza przekazuje elektron z at. wodoru na NAD w skutek czego powstaje NADH
Bakterie chemolitotroficzne siarkowe – utleniają związki siarki zredukowane
- pierwsze wykorzystują siarkowodór, zasiedlają wody zanieczyszczone np. Betiatoa
- druga grupa – bakterie tionowe – nie odkładają siarki tylko utleniają i powstają produkty pośrednie siarczyny, siarczany, będące źródłem elektronów, który przepływa przez łańcuch oddechowy
Archeony: Sulfolobus, i Cordariella – występują w gorących źródłach i utleniają siarkowodór pochodzenia wulkanicznego.
Bakterie utleniające żelazo: enzymem jest rustycianina przekazujące elektron na kompleks cytochromów, a następnie na NAD, napływ protonów do wnętrza komórki aktywuje ATP-aze, w skutek jej działania jest odtwarzany ATP.
Pytanie 15. MIKROFLORA CZŁOWIEKA; CZYM SĄ ORG. OPORTUNISTYCZNIE PATOGENNE
Człowiek musi współegzystować z wielką różnorodnością bakterii zamieszkujących jego ciało (na samej skórze ok. 10^12 mikrobów!). Jałowe są tylko (u zdrowego człowieka!) płyny ustrojowe, pęcherz, jajowody i jama macicy, tkanki, mięśnie, mózg i ucho środkowe, zatoki oboczne nosa.
Stwierdzenie tam drobnoustrojów jest sygnałem alarmowym, iż nastąpiło zakażenie patogenami.
Mianem patogenu określamy każdy drobnoustrój zdolny do powodowania choroby. Zmiany patologiczne komórek, tkanek i objawy typu zapaleń, nieprawidłowego wyglądu wydzielin i wydalin to częste objawy wieluchorób o różnej genezie.
Część drobnoustrojów organizmu stanowi naturalną jego florę, u zdrowego człowieka są nieszkodliwe, a wręcz pożyteczne- blokują receptory dla adhezji patogenów, wytwarzają witaminy (Alcaligenes faecalis i wit.B12). Nowe badania dowodzą że obecnośc Helicobacter pylori przeciwdziała nowotworom żołądka. Ponadto bakterie mogą produkować bakteriocyny i zakwaszać środowisko życia, tym samym zmniejszając wzrost bakterio chorobotwórczych na naszych nabłonkach.
W wypadku osłabienia organizmu jednak lub po przedostaniu się do konkretnego organu lub układu nasza normalna flora może przeistoczyć się w patogen. Są to tzw. oportunistyczne, lub warunkowe patogeny.
Lokalizacja naszej flory:
Skóra- Staphylococcus epidermilis, S. aureus, Bacillus sp., Candida abicans (drożdże), niechorobotwórcze maczugowce.
Nos- koagulazo(-), S.aureus, Streptokoki zieleniejące S. pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus sp.
Ucho zewnętrzne: gronkowce koagulazo(-) (czynnik przejścia fibrynogenu w fibrynę), maczugowce
Diphteroides, Enterobacteriaceae, Pseudomonas sp.
Jama ustna i gardziel- niektóre kolonizują ją przejściowo, częśc jest stała. Stałymi mieszkańcami są np. gronkowce koagulazo(-), Streptococcus pneumoniae, zieleniejące, Candida sp., Diphteroides, Haemophilus sp.,S. aureus.
Oko i spojówka- gronkowce koagulazo(-), S. aureus,, Streptococcus sp., Bacillus sp.
Żołądek- Helicobacter pylori, Streptococcus i Staphylococcus, Lactobacillus. Warunki w żołądku są ekstremalne ze względu na niskie pH, jest ich mało- 1 bakteria w 10ml soku żołądkowego.
Jelito cienkie- Lactobacillus, Clostridium, Mycobacterium, Enterobacteriaceae i enteroki Niewiele bakterii bufor niskie pH-wysokie pH między żołądkiem a jelitem nie sprzyja wzrostowi bakterii. Ponadto deoksyholany są inhibitorami wzrostu niemikroaerofili.
Jelito grube- największe zgrupowanie bakterii, ponad 400 gatunków. Bakterie z grupy coli (Escherichia coli, Klebsiella sp. inne Enterobacteriaceae), Proteus, Lactobacillus, Pseudomonas paciorkowce kałowe, gronkowce koagulazo+/-, Bifidobacterium („noworodkowe” bakterie mlekowe, zakwaszają jelito zmniejszając ryzyko zakażeń). Najlepszym źródłem mikroflory dla noworodków jest oczywiście mleko matki.
Pochwa- żeńskie drogi rodne są bardzo podatne na zakażenia ze względu na immunosupresję (naturalna ochrona przed niszczeniem plemników- jakby na to nie patrzeć „wrogich” :P )
Pochwowe bakterie zakwaszają środowisko i blokują receptory adhezyjnie, działając osłonowo.
Sa to: Candida sp., Lactobacillus, Clostridium sp., Bacteroides, Streptococcus i Peptostreptococcus.
Drogi moczowe- górne powinny być wolne, w cewce moczowej: Enterokoki fekalne, Corynebacterium, Enterobacteriaceae. O zakażeniu mówimy przy poziomie bakterii w moczu powyżej 10^5 na ml. (wyjątkowo: 10^3 na ml.)
Zasada jest taka: na małych głębokościach (gardło, ucho, jelito grube) zerują koagulazo(-), w jelitach i w bezpośrednim sąsiedztwie ujścia przewodu pokarmowego żyją Enterokoki i Enterobacteriaceae (jelito cienkie, grube, cewka moczowa). Clostridia tam gdzie mało tlenu (jelito cienkie i pochwa), Lactobacillus od gardła w dół (oprócz cewki moczowej). Staphylococcus i Streptococcus od żołądka w górę.
Pytanie 19. NITRYFIKACJA – CO TO, JAKIE BAKTERIE PROWADZĄ I DLACZEGO
Nitryfikacja – proces utleniania amoniaku i soli amonowych do azotynów i azotanów(V) prowadzony przez bakterie nitryfikacyjne. Wyróżniamy 2 fazy prowadzone przez 2 grupy bakterii.
Etap I: Utlenienie amoniaku na koszt ATP do NH2OH, a następnie poprzez przenośniki cytochromowe b-c-a-> przeniesienie elektronów na tlen i uzyskanie 2 ATP (bilans=1 ATP, powolny wzrost bakterii). Azot zostaje utleniony do NO2- (lub N2O lub NO). Przez Nitromonas i Nitrococcus.
Etap II: Utlenianie azotynów do azotanów(V) – przez Nitrobacter i Nitrococcus.
Te procesy są prowadzone przez bakterie aby uzyskać energię oraz w celu przekształcenia azotu aby zamknąć jego obieg w przyrodzie. Bakterie nitryfikacyjne mają duże znaczenie ekologiczne- główną postacią odżywcza dla roślin jest NO3-.
Pytanie 21. FOTOSYNTEZA U BAKT. ZIELONYCH SIARKOWYCH – SCHEMAT, OPIS
Fotosynteza bakterii zielonych siarkowych: (np. Chlorobium) (zielone bezsiarkowe - Chloroflexus)
1 fotosystem, P 640 przekazuje elektrony na bakteriofeofityne, potem na ferrodoksynę (wydziela się ATP), potem na cytochromy B i 553 i z powrotem na P840. Dawcą elektronów do redukcji NADu są zredukowane związki siarki – H2S i S. Elektrony z H2S transportuje cyt c, cyt b, Q. na NAD
U Heliobacter jest tak samo, tylko fotosystem absorbuje falę 798.
Pytanie 30. PODZIAŁ BAKT. ZE WZGLĘDU NA OPTIMUM TERMICZNE WZROSTU
psychofile: rosną od 0st optimum przy 15st np. Bacillus psychophillus
psychotorfy rosną w temp 0-7st optimum 20-30st max 35st np. Listeria monocytogenes
mezofile optimum 20-45st np. E. coli, S. aureus
termofile rosną w 55st lub wyżej optimum 55-60st np. Bacillus steraotermophillus
hipertermofile optimum 80-113st np Sulfolobus, Pyrococcus ich formy przetrwalne wytrzymują znacznie wyższe temperatury, mają inne lipidy i szybszy metabolizm niż pozostałe bakterie.
Pytanie 35. OBIEG SIARKI W PRZYRODZIE
Siarczany są redukowane do siarczków lub siarkowodoru w warunkach beztlenowych (w głębokich wodach, glebie – zwłaszcza bagiennej) przez anaerobowe bakterie desulfuryzacyjne (Desulfovibrio, Desulfomaculatum, Desulfomonas), utleniając materię organiczną lub wodór. W ten sposób powstają złoża pirytu nadające czarną barwę osadom dennym. Podobnie redukowana jest siarka rodzima. Może dochodzić wtedy do powstawania mniejszych cykli tworzonych przez współżyjące symbiotycznie mikroorganizmy, np. gdy Desulfomonas acetoxidans redukuje siarkę rodzimą do siarkowodoru, a ten jest kosztem energii słonecznej utleniany do siarki przez bakterie zielone.
Pytanie 36. GENOM BAKTERYJNY, ZRÓŻNICOWANIA
Genom bakteryjny zorganizowany jest w formie zamkniętego (w większości przypadków) kolistego
chromosomu oraz przenoszących cechy klonalne plazmidów.
W chromosomie kodowane są geny strukturalne i metabolizmu podstawowego, 70-80% DNA koduje białka, ok. 20% odpowiada za ekspresję genów zaś 0,05% to krótkie powtarzające się sekwencje dzielące. Istnieje zależność między wielkością genomu a liczbą kodowanych białek.
Wyznacznikiem pokrewieństwa między bakteriami jest procent molowy par G-C w genomie.
Niektóre bakterie posiadają 2 różne koliste chromosomy jak Rhodobacter, Rhizobium ma ich nawet 3!
Niektóre Bonelia i Streptomyces mają chromosom liniowy, zaś Agrobacterium tumefaciens ma obie formy- liniowy i kolisty. Chromosom bakteryjny upakowany jest nawet 1000-2000
razy dzięki wiązaniu z białkami histonopodobnymi (lub histonami u Archeae) i superhelikalnemu zwinięciu, oraz występującemu w centrum RNA.