Osłony bakteryjne i bakterie G+/ - rzęski, fimbrie, pęcherzyki błonowe
1.BŁONA CYTOPLAZMATYCZNA- ściśle otacza cytoplazmę i odgradza wnętrze od ściany komórki-przegroda półprzepuszczalna, która kontroluje wymianę substancji z otoczeniem-tworzy trójwarstwowy kompleks lipidowo – białkowy, w którym w podwójną warstwę lipidową włączone są białka integralne- białka stanowią 50-75 % składu: są przenośnikami łańcucha oddechowego, absorbują światło, transportują(permeazy), są receptorami.-stosunek białek do lipidów jest cechą gatunkową- lipidy: obojętne i fosfolipidy( stanowią 70-90 % wszystkich lipidów komórkowych); u gramdodatnich – mono- i difosfatydyloglicerol; u gramujemnych- fosfatydyloinozytol i fosfatydyloetanoloamina
FUNKCJE BŁONY KOMÓRKOWEJ BAKTERII:-NAJWAŻNIEJSZA:transport pierwiastków, substancji odżywczych i produktów metabolizmu( na zasadzie dyfuzji prostej, transportu aktywnego z udziałem ATP, dyfuzji ułatwionej)-w błonie cytoplazmatycznej bakterii: funkcjonuje łańcuch oddechowy, zachodzi synteza ATP, syntetyzowane są składniki ściany komórkowej i otoczek, syntetyzowane są i wydzielane egzoenzymy, znajduje się centrum replikacji DNA, zakotwiczone są rzęski.
2. ŚCIANA KOMÓRKOWA-wraz z błoną cytoplazmatyczną stanowi 25% masy komórki-zewnętrzna osłona komórki, strefa kontaktu ze środowiskiem-Elastyczna, nadaje kształt komórce,-całkowicie przepuszczalna dla soli i substancji drobnocząsteczkowych-jedna z najbardziej złożonych chemicznie i strukturalnie części komórki-budowa ściany komórkowej jest kryterium podziału bakterii na grammdodatnie i grammujemne.-charakterystycznym składnikiem budowy ściany stanowiącym szkielet podporowy jest peptydoglikan- mureina- który występuje u obu grup.3.BARWIENIE G(+) i G(-)Bakterie G(+) zabarwiają się na kolor niebieski, a bakterie G(-) na kolor czerwony
4.ŚCIANA KOMÓRKOWA BAKTERI G(+)Składnikami ściany komórkowej bakterii G(+) są:-peptydoglikan,-kwas tejchojowy,-kwas lipotejchojowy,-białka, które przenikają peptydoglikan na zewnątrz.
5.BUDOWA PEPTYDOGLIKANU- MUREINY 1)Łańcuchy sacharydowe zbudowane na przemian z N-acetyloglukozoaminy i kwasu N-acetylomuraminowego (wiązanie beta 1,4 glikozydowe), który połączony jest z pentapeptydem o składzie charakterystycznym dla gatunku.2)Pentapeptyd- zawiera aminokwasy szeregu D; kwas m-diaminopimelinowy (związki nie występujące u roślin i zwierząt).
6.ROLA PEPTYDOGLIKANU W KOMÓRCE -Warunkuje kształt bakterii, -chroni przed skutkami zmian ciśnienia, czynnikami chemicznymi, fizycznymi, mechanicznymi,-pełni rolę sita molekularnego- wiąże jony metali.Schematyczna budowa peptydoglikanu. U bakterii G(+) jest około 40 warstw mureiny.
7.KWASY TEJCHOJOWE Są polimerami (8-50 cząsteczek) fosforanu glicerolu lub fosforanu rybitolu, podstawionymi resztami D-alaniny.
8.KWASY TEJCHURONOWE Są polimerami kwasu uronowego ( najczęściej N-acetylomannozoaminouronowego) lub glukuronowego i innego sacharydu.
9.KWASY LIPOTEJCHOJOWE Polimery fosforanu glicerolu(25-40 reszt) powiązane wiązaniami fosfodiestrowymi, często przedzielone resztami galaktozy. Cechą charakterystyczną jest ich występowanie na końcu łańcucha glikolipidu zakotwiczonego w błonie cytoplazmatycznej.
10.ŚCIANA KOMÓRKOWA BAKTERII G(-) Składnikami ściany komórkowej bakterii G(-) są:-peptydoglikan-zewnętrzna błona cytoplazmatyczna o budowie asymetrycznej(warstwę wewnętrzną tworzą fosfolipidy),zaś zewnętrzną unikatowe związki- lipopolisacharydy LPS. Obszar pomiędzy dwoma błonami stanowi przestrzeń peryplazmatyczną; mureina, osmoregulowane glukany, liczne białka : enzymy kataboliczne, ochronne, wiążące, integrujące, transportujące, fuzyjne, itp.
Budowa ściany komórkowej bakterii G(-) -zawiera tylko 1-3 warstw mureiny, fosfolipidy, białka, lipoproteiny, lipopolisacharyd-LPS -Nie zawiera kwasów tejchojowych-charakterystycznym składnikiem jest LPS- składa się z 3 części: lipidu A, rdzenia R i O-swoistych łańcuchów bocznych.LIPID A-Disacharyd glukozoaminy, którego gr. -OH są zestryfikowane kwasami tłuszczowymi (C13,C14,C16), zakotwiczonymi w błonie zewnętrznej w błonie zewnętrznej. Najbardziej konserwatywna część LPS- aktywna toksycznie.RDZEŃ R-tworzą go:-3 reszty KDO (COOH-CO—CH2-(CHOH)4-CH2OH- kwasu 2-keto,3-deoksyoktonowy)-2 cząsteczki heptozy-rozgałęziony łańcuch: Glu, Gal, GluNAc
11.OTOCZKI: Są to substancje pokrywające zewnętrzną ścianę komórkową bakterii. Jeżeli są ściśle związane z powierzchnią komórki, to tworzą otoczki; jeżeli nie – śluzy.-Zdolność syntezy substancji otoczkowych jest cechą gatunkową.-Zależy od składu środowiska i obecności tlenu.-Skład chemiczny otoczek jest cechą gatunkową lub rodzajową.- W większości otoczki składają się z :a)polisacharydów: glukany, aminocukry, ramnozy, kwasy uronowe;b)kwasów: kwas pirogronowy,kwas octowy;c)także: polipeptydów, peptydoglikanów, glikolipidów. ROLA OTOCZEK: -Chronią bakterie przed wysychaniem oraz działaniem antybiotyków, -mogą wiązać jony metali ciężkich i kationy potrzebne komórce,-uczestniczą w nieswoistej adhezji (adherencji)-są czynnikiem zjadliwości, chronią przed fagocytozą-bakterie chorobotwórcze tworzą mikrokolonie w otoczce wielocukru- glikokaliks, który chroni je przed fagocytozą oraz służy wymianie substancji odżywczych.
12.BAKTERYJNE WARSTWY S-Sa to najbardziej zewnętrzne struktury osłon bakteryjnych ( nie licząc otoczek),-tworzy je pojedyncza warstwa identycznych jednostek białkowych kwaśnych lub hydrofobowych o M.cz 10-200 kDa, charakterystycznych dla gatunku. Warstwę S mogą także tworzyć glikoproteiny.-białka S przylegają do mureiny lub LPS, który przerastają-nie są niezbędne do życia, ich rola i funkcja nie jest w pełni poznana.-mogą pełnić rolę sita molekularnego(wiążą jony CA2+ i Mg2+), hamować adhezję do fibroblastów, mieć funkcję ochronną.-Występują: u archebakterii u których stanowią jedyna strukturę powierzchniową obok błony plazmatycznej
13.BIAŁKA AMYLOIDALNE Amyloidy są to włókniste struktury białkowe 10nm x 0,1-10 mikrometrów. Mają wspólny motyw strukturalny- poprzeczną strukturę beta. Obecność fibryli amyloidalnych jest cechą diagnostyczną chorób : Alzheimera, Creudzfeldta- Jacoba. W 2002 r. wykazano, z tworzą one płaszcz na powierzchni patogenów. Występowanie: u promieniowców i bakterii G(-)(brak jest wówczas warstwy S); u Streptomyces występują chapliny (8 rodzajów), które formują regularne struktury w postaci błonki, która ułatwia wnikanie do komórki gospodarza; u bakterii Salmonella i E.coli białka te tworzą fimbrie spiralne lub agregacyjne.
STRUKTURY ZEWNĄTRZKOMÓRKOWE
1.RZĘSKI-Są to organelle ruchu, zbudowane z kurczliwego białka flagelliny(M.cz 15-70 kDa) o strukturze lewoskrętnej helisy, pustej w środku. Są immunogenne- tzw. antygen H.-11 spiralnie zwiniętych jednostek tworzy włókno o średnicy 10-20 nm, długości 5-50 mikrometrów, w ilości 1-100/komórkę-składają się z ciałka podstawowego zaczepionego w błonie cytoplazmatycznej, włókna i haczyka.-osadzone są biegunowo lub bocznie.-wystepowanie i cechą taksonomiczną . Antygeny rzęskowe H wykorzystywane są w serodiagnostyce.-Rzęska bakterii G(+) na prostszą budowę: rdzeń , 2 pierścienie M i S w warstwie mureiny , hak i włókno.
2.BUDOWA RZĘSKI Rzęskę bakterii G(-) buduje 25 różnych z białek, z czego 20 ciało podstawowe. Ma 4 pierścienie.Ciało podstawowe- obrotowy motor, który nadaje ruch oraz kotwiczy rzęskę w osłonach komórkowych. Jest najbardziej złożoną częścią: 4 pierścienie przez które centralny pusty rdzeń:1.pierścień MS zbudowany z białka FliF, od wewnątrz związany z białkiem FliG zakotwiczny w błonie cytoplazmatycznej.2.pierścień P zbudowany z białka FliI zakotwiczony w mureinie3.pierścień L zbudowany z białka FliH zakotwiczony w wrstwie lipopolisacharydowej błony zewnętrznej4.pierścień C(cytoplazmatyczny) zbudowany z białka FliM i FliN, poniżej pierścienia MS- związany z wieloma białkami transportowanymi do haka i włókna. Białka pierścienia C i FliG tworzą rotor. Na poziomie pierścienia MS związane są białka statora. Włókno buduje białko FliC- flagelina o strukturze podobnej do haka.Hak jest zgiętą strukturą tubularną zbudowaną FlgE ułożonego w 11 rzędów.
Drobnoustroje urzęsione reagują na bodźce ukierunkowanych ruchem-taksją. 1.Chemotaksja- ruch w kierunku substancji chemicznej (atraktanta), lub ucieczka z miejsca(repelenta).2.Fototaksja- ruch w kierunku światła. Zmiany ruchu bardzo szybkie – reakcja przestraszenia.3.Aerotaksja- zachowanie ruchu względem tlenu, np. skupianie bakterii beztlenowych na środku szkiełka, a tlenowych przy brzegach.4.Magnetotaksja- orientacja w polu magnetycznym wzdłuż linii sił pola. Beztlenowce osadów dennych gromadzą w komórkach ferromagnetyczny tlenek żelaza, dzięki któremu dążą w kierunku północnego bieguna magnetycznego- miejsca ich bytowania.5.Termotaksja- ruch w kierunku optymalnej temperatury: mezofile, psychrofile, termofile.
2.FIMBRIE Nitkowate struktury białkowe odchodzące od komórki w stronę środowiska o wymiarach 10 nm(wewn. 0,2), dług. 0,5-2 mikrometry, bardzo zróżnicowane. Zbudowane z białka piliny (fimbryny) o M cz. 26 kDa. Występują u bakterii urzęsionych i nieurzęsionych , głównie G(-), w ilości 10-kilka tysięcy. ROLA: -niektóre pośredniczą w koniugacji zwiększając powierzchnię absorpcyjną komórki(F)-mają zdolności adhezyjne do komórek roślinnych i zwierzęcych , co wskazuje na ich funkcję ekologiczną-nadają komórkom zdolność do agregacji co umożliwia im wzrost w postaci biofilmu lub błonki na podłożach stałych-pillusy płciowe typu F występują pojedynczo u szczepów E.coli K12 zawierających czynnik płciowy F(Fim+). Fimbrie P- zbudowane są z 6 różnych białek, występują na bakteriach wywołujących odmiedniczkowe zapalenie nerek, warunkują przyleganie bakterii do nabłonka dróg moczowych.Fimbrie S- występują u E.coli, które również wywołują zakażenie dróg moczowych.Mannozowrażliwe fimbrie Msh- występują powszechnie na bakteriach: E.coli, Klebsiella, Salmonella, Serratia, Proteus. Tworzą prawoskrętną spiralę – 7nm. Wiążą się z receptorami zawierającymi mannozę na komórkach nabłonka: jamy ustnej, pochwy, jelit. Fimbrie pospolite zlepiają erytrocyty, co może hamować mannoza-Msh.2.
1FIMBRIE TYPU IV (TFP)-Uczestniczą w ruchu na podłożu stałym, wywołują ruch drgający, krótkie przerywane szarpnięcia-wiążą się niespecyficznie z podłożem , a następnie skracając, ciągną komórkę do przodu-umieszczone są biegunowo, nie mają centralnego kanału-niektóre pełnią funkcję adhezyn- wiążą się z receptorami komórek eukariotycznych-TFP Geobacter sulfurreducens uczestniczą a w adhezji, a służą jako biologiczne przewodniki, przenoszą elektrony od powierzchni komórki do końcowego akceptora Fe(III)
Wyróżnia się 3 rodzaje szlaki biogenezy pillusów u enterotoksycznych E.coli:-piliny dostają się na zewnątrz komórki szlakiem ogólnej sekrecji, np. fimbrie P-translokacja pillusów typu IV z udziałem specjalnych białek błony zewnętrznej o charakterze supersekretyn-składanie pillusów typu curli
3.CELULOSOMY Są to duże wielobiałkowe kompleksy( 0,7-2 Mda) związane z powierzchnią niektórych komórek beztlenowych bakterii celulolitycznych, np. Clostridium cellulolyticum, Bacteroides cellulosolvens. Charakteryzują się skuteczną degradacją krystalicznej celulozy i innych polisacharydów ścian komórkowych roślin. Celulosomy składają się z wielu enzymów celulolitycznych i pokrewbych ( mannanazy, chitynazy, ksylanazy, endo- i egzoglukanazy) silnie związanymi z białkami fibrylarnymi tworzącymi rusztowanie, nazywanych skafoldynami. Skafoldyny (Sca) mają miejsca wiązania enzymów- kohezyny. Enzymy mają miejsca wiązania ze skafoldynami- dokeryny. Skafoldyna ma 6-9 kohezyn , które wiążą 26 różnych enzymów celulosomu, a to zależy od obecności jonów Ca2+. Oprócz kohezyn mają domeny wiążące celulozę lub węglowodany oraz białka powierzchniowe komórki bakteryjnej.Celulosomy mogą tworzyć skupienia- policelulosomy. Wydajność katalityczna enzymów zawartych w celulosomach jest znacznie większa w porównaniu z enzymami wydzielanymi pozakomórkowo. Regulacja wytwarzania tych struktur jest złożona i słabo poznana. Pojawiają się po ok. 5 h po dodaniu celulozy, oraz znikają w ciągu 5 min. od jej zastąpienia innym cukrem.
4.PĘCHERZYKI BŁONOWE Bakterie G(-) podczas wzrostu tworzą uwypuklenia błony zewnętrznej nazywane pęcherzykami błonowymi (MV). Pęcherzyki te(50-250 nm) odrywają się od powierzchni. Zawierają one: część peryplazmy, białka błony zewnętrznej, lipopolisacharyd, fosfolipidy.
Wśród białek pęcherzyków MV obecne są : -autolizyny hydrolizujące mureinę -fosfolipazy C -proteazy hemolizyny, -beta-laktamaz ROLA PĘCHERZYKÓW: -pęcherzyki Pseudomonas aeruginosa mogą atakować bakterie G (+) i G (-), ulegają fuzji z ich błoną zewnętrzną i uwalniają swoją treść do peryplazmy. Enzymy w peryplazmie „ofiary” degradują mureinę i inne składniki -pęcherzyki Porphyromonas gingivalis uczestniczą w agregacji wielu gatunków w jamie ustnej, co prowadzi do powstania biofilmu i kolonizacji szkliwa.-Szczepy E. Coli translokują czynnik nekrotyczny za pomocą MV-mogą również degradować białka i polisacharydy pozakomórkowo, ulegając adhezji do włókien celulozy-mogą także chronić komórkę przed bakteriofagami lub związkami toksycznymi