Pytania

27 marca 2013

12:15

 

1. Plazmidy i ich rola w komórce

Koliście zamknięta podwójna helisa DNA pozanukleoidowa. Mogą warunkować m. in.:

1. Zdolność do koniugacji

2. Odporność na antybiotyki i jony metali ciężkich

3. Oporność na działanie UV

4. Wytwarzanie antybiotyków

5. Wytwarzanie bakteriocyn

6. Biodegradację złożonych zw. Organicznych

7. Wytwarzanie enterotoksyn i hemolizyn

 

1. Różnice w budowie komórki prokariotycznej i eukariotycznej

	Eukariota	Prokariota
1	Chromosomy są otoczone dwuwarstwową błona jądrową	Brak błony jądrowej; chromosomy bezpośrednio kontaktują się z cytoplazmą
2	Struktura chromosomu złożona; DNA jest zwykle związany z białkami, zw. histonami	Struktura chromosomu stos. prosta
3	Podział komórki wymaga mitozy lub mejozy	Mitoza i mejoza nie występuje
4	Ściana komórkowa, jeśli występuje zawiera składniki strukturalne, takie jak celuloza lub chityna, lecz nigdy nie zawiera peptydoglikanu	Ściana komórkowa, jeśli występuje, zwykle zawiera peptydoglikan, nigdy nie występują w niej celulozowe lub chitynowe składniki strukturalne
5	Mitochondria powszechnie obecne; chloroplasty występują w komórka fotosyntetyzujących	Mitochondria i plastydy nigdy nie występują
6	Komórki zawierają dwa typy rybosomów większe w cytoplazmie i mniejsze w mitochondriach i chloroplastach	Komórki zawierają rybosomy jednego rodzaju
7	Wici, gdy występują, mają złożoną strukturę	Rzęski, gdy występują, mają stosunkowo prostą strukturę

 

1. Budowa i rola błony cytoplazmatycznej

Błona cytoplazmatyczna zbudowana z białek i fosfolipidów oraz kwasów lipo-tejchojowych ( reszty fosforanu glicerolu połączone wiązaniem di-estrowym w łańcuch).

1. Funkcje

   • Pobieranie pokarmu:

   • Biernie na zasadzie różnicy stężeń komórka- środowisko lub rozpuszczana w lipidach, czynnie za pomocą przenośników(permeazy)

   • Oddychanie i magazynowanie energii - enzymy i przenośniki elektronów

   • Początek replikacji DNA (nukleoid związany jest z błoną)

     • Powstawanie z błony ciałek chromatoforowych

 

1. Budowa i rola ściany komórkowej

Ściana komórkowa zbudowana z polimeru zwanego mureiną lub peptdyoglikanem. Łańcuchy cukrowe to reszty glukozaminy i kwasu muraminowego połączone wiązaniem Beta(1,4) glikozydowym i krótkimi peptydami (zbudowane z alaniny, kw glutaminowego, kwasu diaminopimelinowego). Z muraminą związane są polimery: kwasy tejchojowe, kwasy liptejchoojowe, kwasy tejchuronowe. Kwasy tejchojowe połączone są wiązaniem diestrowym z grupą hydroksylową C₆ kwasu Muraminowego mureiny]

ściana gramdodatnia bakterii jest gruba, do peptydoglikanu przyłączone są kwasy tejchojowe, u gram ujemnych najbliżej błony cytoplazmatycznej leży wielowarstwowy peptydoglikan, a dalej błona zewnętrzna tworząca zewnętrzną warstwę ściany. Błona zawiera białka, dwu warstwę lipidową i zewnętrzną warstwę lipopolisacharydową którą oznacza się jako (LPS) W błonie występują enzymy i swoiste białka - poryny, przez które przechodzą jony i cząsteczki hydrofilowe. LPS jest hydrofobowa słabo przepuszczalna dla detergentów, barwników i niektórych antybiotyków. LPS warunkuję chorobotwórczość i odporność na czynniki środowiska

 

Rola ściany komórkowej

• Ochrona przed uszkodzeniami mechanicznymi i lizą osmotyczną; utrzymuje wysokie ciśnienie wewnątrz komórki (turgor) 3-5 atm G^-; 30 atm G⁺

• Działa jako "sito molekularne" (bariera przepuszczalności) ale ma aktywną rolę w regulacji transportu jonów i cząstek.

 

• Rola otoczek komórkowych

Otoczki, śluzy - zbudowane z polimerów cukrów, aminocukrów ( lub kwasów uronowych. Łańcuchy cukrowe połączone są jonami Ca⁺⁺ (Mg⁺⁺), bakterie mogą zmieniać skład otoczek

Rola:

• Ochrona przed wysuszaniem, bakteriofagami, antybiotykami i metalami ciężkimi oraz dezynfektantów

• Ochrona przed fagocytozą komórek żernych krwi

• Regulacyjna w procesach wydalania (śluzy mogą odgrywać rolę jako zapas)

• Żółtozielone barwniki fluoryzujące, bakterie z rodzaju Pseudomonas dają fluorescencję w UV, działają jako siderofory, które są wydzielane do podłoża gdy brak jest żelaza. Biorą udział w wiązaniu i transporcie żelaza do komórki

• Barwniki fotosyntezy

• 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.. Dezynfektantów (związków chloru jeśli chodzi o Polskę)

 

 

• Różnica pomiędzy domenami Archae i Bacteria

Różnice pomiędzy domeną:
Bacteria	Archae
1	Obejmują bakterie występujące w warunkach ekstremalnych, są to bakterie produkujące metan (metanogenne), halofile, kwasolubne i termolubne;
2	Ściana Archae nie zawiera peptydoglikanu lecz tzw. Pseudomureinę lub białka czy polisacharydy.
3	Błona komórkowa, to etery glicerolowe izoprenoidów z resztami fitanylowymi(pochodne kwasów), a nie estry kwasów tłuszczowych i glicerolu;
4	Różnice w sekwencji nukleotydów 16S rRNA
5	Zawierają koenzymy F420 i F430 z wbudowanym niklem, enzymów tych nie zawierają inne bakterie
6	Wiążą CO2 autotroficznie, przez acetylo - coA a nie przez cykl Calvina

 

1. Podział mikroorganizmów ze względu na źródła węgla i energii

Autotrofy, litotrofy	Heterotrofy
Źródła energi: ATP Światło Fotosynteza bakterii Fotosynteza glonów	Źródła energii: ATP Światło Fotosynteza bakterii
Utlenianie związków nieorganicznych Np..: Fe(II) --> Fe(III) H2S--> H2SO4 Nitryfikacja --> NH4 --> HNO2 --> HNO3 CO-->CO2 H2--> H2O	Utlenianie związków organicznych Np.: Glukoza --> glikoliza --> cykl Krebsa --> łańcuch oddechowy --> O2   Oddychanie beztlenowe, np..: Redukcja Azotanów --> N2 (denitryfikacja) Siarczanów --> H2S Węglanów -->CH4   Fermentacje z wytworzeniem kwasów, alkoholi, CO2, H2
Fotolitotrofy,chemolitotrofy	Fotoroganotrofy, chemoorganotrofy
Akceptor H: nieorganiczny	Akceptor H organiczny

 

 

• Systemy generacji ATP

  1. 3 systemy + przykłady

Są trzy systemy generacji ATP

• Fosforylacja substratowa

  1. Powstaje podczas odłączania się fosforu od

     1. Fosforanu aldehydu glicerynowego, kwas 1,3 - bisfofoglicerynowy, kwas fosfoglicerynowy

 

• Fosforylacja oksydacyjna

  1. Zachodzi podczas przebiegu łańcucha oddechowego

• Fosforylacja fotosyntetyczna

 

• Fotosynteza u bakterii purpurowych, siarkowych

  1. Odwrotny przepływ elektronów

Fotosyneteza bakteryjna

 

ATP powstaje w systemie fosforylacji cyklicznej. Regeneracja chlorofilu 870 następuje przez przeniesienie elektronu z siarczków tiosiarczanów, siarki lub wodoru. Produktami są zw. Nieorganiczne jak siarczany woda ale nie tlen.

Niezbędne do zredukowania produktu wiązania dwutlenku węgla jest zredukowanie koenzymu NADP do NADPH_2. Wymaga to dodatkowego źródła siły redukującej( bo mała jest aktywność fosforylacji). To dodatkowe źródło pochodzi z odwrotnego łańcucha przepływu elektronów. Elektrony pochodzą z H₂S, następnie to "H" przepływa przez cytochromy i w obecności ATP, a później trafia na NADP.

 

 

 

• Wiązanie CO₂ u bakterii purpurowych siarkowych i zielonych

  1. Reduktywny cykl kwasów karboksylowych

Wiązanie CO_2, przez bakterie siarkowe i zielone, zachodzi przez reduktywny cykl kwasów karboksylowych. Przy udziale feredoksyny i ATP zachodzi redukcyjna karboksylacja acetylo-koenzymu A do kwasu pirogronowego oraz bursztynylo CoA do kwasu α-ketoglutarowego.

 

 

• Kwas pirogronowy

  1. Kwas szczawiooctowy

  2. Kwas jabłkowy

  3. Kwas fumarowy

  4. Kwas bursztynowy

  5. Bursztynylo - CoA

  6. α-ketoglutarowego

  7. Kwas izocytrynowy

  8. Kwas cytrynowy

• Ac-KoA

• Kwas fosfoenolopirogronowy

• Triozo - P

 

U :

• Sinic

• Purpurowe bakterie (bezsiarkowych)

• Chemoautotrofów

• Roślin

 

Funkcjonuje cykl Calvina

 

6 CO₂ + 12 NADPH + 18 ATP --> fruktozo-6-P + 12 NADP⁺ 16 ADP + 17_i

 

Wiązanie CO₂ przez rybulozo-1,5 bisfosforan

 

• Utlenianie zw. Nieorganicznych przez chemoautotrofy

Utlenianie związków nieorganicznych

Np..:

1. Fe(II) --> Fe(III)

2. H₂S--> H₂SO₄

3. Nitryfikacja --> NH₄ --> HNO₂ --> HNO₃

4. CO-->CO₂

5. H2--> H₂O

1. Nitryfikacja autotroficzna

Związek przechodzi przez związek przejściowy – hydroksyloamina

NH₃ -> NH₂OH -> [NOH] -> NO₂^- -> NO₃^-

 

1. Nitryfikacja heterotroficzna

 

1. Utlenienie związków siarki:

S₂^- + 2O₂ -> SO₄^2-

S₂O₃^2- +H₂O + 2O₂ -> 2SO₄^2- + 2H

Przeprowadzają tę reakcję bakterie siarkowe G-, urzęsione Thiobacillus

 

1. Utlenianie żelaza (Thiobacillus ferroxidans)), jednocześnie też i siarkę

4Fe²⁺ + 4H⁺ + O₂ -> 4Fe³⁺ + 2H₂O

Leptothrix utlenia mangan

 

1. Utlenianie wodoru cząsteczkowego:

6H₂ + 2O₂ + CO₂ -> (CH₂O)* + 5H₂O

 

1. Utlenianie CO (karboksydobakterie)

.....

 

Alcaligenes eutrophus – bakterie utleniające wodór

Pseudomonas carboxidovorans – karboksydobakterie

 

 

 

 

1. Wymień cykle oddechowe zachodzące bez glikolizy i ich rolę

Warunki tlenowe i utlenianie związków organicznych kończące się spotkaniem wodorów na tlenie i działanie oksydazy cytochromowej, wytwarza się ATP

Utlenianie związków organicznych może zachodzić z glikolizą lub bez glikolizy (glikoliza i cykl Krebsa)

(schemat glikolizy)

 

W przypadku braku glikolizy bakterie posługiwać się mogą trzema cyklami:

-cykl pentozowy, w którym przemiany cukrów dają metabolity C3, C4, C7 (tyle węgli w cząsteczce), następnie cykl

-Entnera-Doudoroffa, który daje metabolity C5, C3, C4, a więc oba te cykle spełniają głownie rolę amfiboliczną.

(Szlak Entnera-Doudoroffa (drugi schemat))

 

-cykl kwasów dwukarboksylowych

 

1. Opisz oddychanie beztlenowe, podaj reakcje.

– redukcja azotanów, denitryfikacja, np. Paracoccus denitrificans

2NO3- + 4H+ -> 2 NO2- + 2H2O enzymy – reduktazy

2NO2- + 4H+ -> 2NO + 2 H2O

2NO + 2H+

......

 

-redukcja siarczanów

SO42- -> SO3 -> H2S + 3H2O -> S

 

-redukcja węglanów

4H2 + CO2 -> CH4

.....

 

-oddychanie azotanowe i przykład

-oddychanie siarczanowe

-oddychanie siarkowe

-oddychanie węglanowe

-oddychanie węglanowe

-oddychanie mrówczanowe

-oddychanie żelazowe

 

1. Wymień fermentacje z glikolizą i bez glikolizy.

FERMENTACJA:

Fermentacje mogą zachodzić z glikolizą (fermentacja mlekowa, alkoholowa, masłowa, propionowa, itd.) oraz bez glikolizy (heterofermentacja mlekowa i alkoholowa bakteryjna).

 

• Fermentacje z glikolizą:

(schematy fermentacji) – mlekowa, mrówkowa, alkoholowa

W tych fermentacjach wytwarzane są 2 ATP – bardzo mało

Fermentacja masłowa – bardzo ważna – jedna z nielicznych, która daje nadmiar wodoru

(2. slajd, schemat pierwszy)

 

• Fermentacja bez glikolizy:

Heterofermentacja mlekowa

Bakterie: Lactobacillus, Leuconostoc mesenteroides

(schemat)

 

• Napisz reakcje fermentacji homomlekowej i alkoholowej. ( jestem pewien na 90%)

• 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

 

 

• Podaj produkty różnych fermentacji.

Typ	Główne produkty końcowe fermentacji
alkoholowa	etanol, CO2
homofermentacja kwasu mlekowego	tylko kwas mlekowy
heterofermentacja kwasu mlekowego	kwas mlekowy, etanol, CO2, kwas octowy
mieszanina kwasów	kwas mlekowy, etanol, kwas octowy, kwas mrówkowy lub H2 + CO2
glikol butylenowy	jak fermentacja mieszaniny kwasów lecz z dodatkiem 2,3 glikolu butylenowego, (2,3-butanediol)
kwas masłowy	kwas masłowy, kwas octowy, CO2, H2
acetonowo-butanolowa	butanol, aceton, izopropanol, etanol, CO2, H2

 

1. Sposoby 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

 

1. Źródła pokarmowe - zw. Węgla

Węgiel : CO₂

Związki organiczne, głównie węglowodany, tłuszcze, węglowodory

 

Azot: N₂, NH₄⁺, NO₃

Fosfor, siarka : PO4, SO4

 

Wykorzystanie sacharydów

 

Pentozy	Heksozy	Oligosacharydy	Polisacharydy
Ksyloza	Galaktoza	Sacharoza	Arabany	Skrobia	Hemiceluloza
Ryboza	Fruktoza	Maltoza	Kylany	Celuloza	Pektyny
Arabinoza	Mannoza	laktoza
	Glukoza	celobioza
		rafinoza

 

• Celuloza to łańcuchy β - D - glukopiranozy połączone wiązaniem 1,4 glukozydowym. W rozkładzie biorą udział celulazy (endo β 1,4 - glukanazy atakują wiązania β 1-4 wewnątrz cząsteczko, egzo β 1-4 glukanazy odcinają dwucukier celobiozę od łańcuchów celulozy, β - glukozydazy hydrolizują celobiozę do glukozy). Wśród bakterii najłatwiej hydrolizują celolitycznie Cytophaga i Sporocytophaga, Cellvibrio, Pseudomonas, Clostridium

• Skrobia składa się z glukanów - amylozy i amylopektyny. Amyloza to reszty D-glukoz połączonych wiązaniem 1,4α glikozydowym (amylopektyna to też reszty glukozy) skrobia ulega rozkładowi do glukozy poprzez fosforolizę lub hydrolizę lub transglikozylację, Fosforylacja - poprzez α 1,4 - glukanofosforylazę, powstaje glukozo 1 - fosforan, Hydroliza - działanie amylaz a wiązanie 1,4 - glikozydowe

• Ksylan ( należy do hemicelulozy) zbudowany z pentoz (ksyloza, arabinoza) i heksoz (glukoza, mannoza, galaktoza) oraz kwasów uronowych, ksylan to łańcuch β - D ksylozy połączonych wiązaniem 1,4 - glikozydowym. Dość łatwo rozkładalna dzięki enzymom ksylanazom. (Streptocytophaga, Clostridium)

• Pektyny to poligalakturnoidy zbudowane z łańcuchów kwasu galaktouronowego połączonego wiązaniem 1,4 glikozydowym + metanol. Rozkład przez estrazy i dipolimerazy do monomerów kwasu galaktouronowego

• Chityna rozkładana przez chitynazy do glukozoamin

• Lignina jest złożona z pochodnych fenylopropanu (alkoholu koniferylowgo), wiazania eterowe oporne na działanie enzymów

Lignina jest rozkładana, przez grzyby tzw. Białej Zgnilizny Drewna, są to podstawczaki atakujące grzyby (jest ich co najmniej 400 gatunków). Przykładami tych grzybów jest (Phanerochaete chrysosporium, Trametes Versicolor). Grzyby te wytwarzają kompleks trzech enzymów mianowicie

• lakazy,

• peroksydaza zależna od manganów MN-peroksydaza

• peroksydazę ligninową;

Prowadzą do powstania rodników, które mają działanie silnie utleniające

• Węglowodory

Metan ulega utlenieniu do alkoholu, aldehydu i dalej do kwasu mrówkowego później do dwutlenku węgla i wody.

Węglowodory alifatyczne ulegają procesom β-oksydacji

Węglowodory aromatyczne są w pierwszym kroku rozkładane przez mono albo di-oksygenazy, które powodują wprowadzanie atomów tlenu do pierścienia

Rozkład tłuszczów

Pod wpływem lipazy tworzą się kwasy tłuszczowe i glicerol. Kwasy tłuszczowe ulegają β-oksydazcji, a z glicerolu tworzy się fosfogliceroaldehyd.

 

• Charakterystyka metylotrofów

Metylotrofy

Rozkładają Metan, metanol, mrówczan, metyloaminy są bezwzględnymi tlenowcami zawierającymi katalazę i oksydazę cytochromową, są to najczęściej pałeczki gram ujemne, spokrewnione z rodzajem pseudomonas. Tworzą formy przetrwalne powstające z całej komórki i nie zawierające kwasów dipikolinowego. Inną cechą jest obecność licznych lameli w cytoplazmie. Bakterie włączają związki jednowęglowe w tak zwanej drodze serynowej.

1. HCHO włączają do glicyny

2. seryna

3. Hydroksy-pirogronian

1. Źródła pokarmowe - związki azotu (cały podpunkt był dyktowany kilka razy, bardzo obszernie, trzeba sobie wybrać coś do nauki)

Najważniejsze szlaki asymilacji azotu. Jony amonowe obecne w podłożu są pobierane bezpośrednio do komórki (1). Jony azotanowe są przekształcane do jonów amonwych w asymilacyjnej redukcji azotanu(2), a azot cząsteczkowy jest przekształcany do jonów amonowych na skutek wiązania (3) azotu. Azot amonowy jest wbudowany do związków organicznych albo przez glutaminę, przy współudziale ATP albo bez udziału ATP przez bezpośrednia reduktywną aminację 2-kteoglutaran lub pirogronian

 

Żródła azotu

Wiązanie azotu atmosferycznego. Redukcja N₂ do NH₃ zachodzi pod wpływem nitrogenazy zawierającej koenzym żelazo - molibednowy i jest procesem wymagającym dużo energii. Azot wiążą liczne bakterie, m. in. Tlenowe Azotobacter, Azomonas, Alicaligenes, żyjące w symbioze z roślinami Rhizobioum, bakterie beztlenowe: Clostridium, Desulfovibrio, fotoaytotrofy: Chlorobium, Rhodospirillum oraz sinice.

Azotany jako źródło azotu muszą ulec redukcji do amoniaku (jonu amonowego)

 

 

Niektóre bakterii wiążące azot.

Ścisłe tlenowce	Oddychające beztlenowo
Azotobacter cgoococum Azotobacter vinelandii Azotomanas agillisa	Bakterie desulfurykacyjne

 

Często źródłem azotu bywają białka

 

1. Białko

   1. Ulega proteolizie przy udziale enzymów proteolitycznych na zewnatrz komórki

1. Oligopeptydy

   1. Działanie peptydaz skutkuje powstaniem aminokwasów

1. Wewnątrzkomórkowe aminokwasy

   1. Podlegają deaminacji i rozkładowi szkieletu węglowego

   2. Dekarboksylacja

   3. Transaminacja i rozkład szkieletu węglowego

   4. Bezpośrednie wykorzystanie do syntezy białek

 

 

1. Są wytwarzane przez bardzo liczne bakterie,

2. Są termostabilne

3. Niektóre z nich mają charakter toksyn

4. Wytwarzane przemysłowo jako dodatek do detergentów

 

 

1. Synteza białek

 

Synteza aminokwasów

Zachodzi na drodze transaminacji to jest reakcji przeniesienia grupy aminowej z jednego związku na drugi. Amoniak łączy się z kwasem alfa-ketoglutarowym tworząc kwas glutaminowy. Grupa aminowa może zostać przeniesiona z kwasu glutaminowego na np. kwas szczawiooctanowy dając kwas alfa-ketoglutarowy i kwas asparaginowy. Inne aminokwasy powstają z odpowiednich ketokwasów, na które grupa aminowa zostaje przniesiona z kwasu glutaminowgo lub asparaginowego w obecności enzymów transaminaz

 

U organizmów prokariotycznych (np. bakterii) proces transkrypcji oraz translacji zachodzą w cytoplazmie komórki. U organizmów tych nie występuje proces splicingu, tak więc mRNA powstające w wyniku transkrypcji może być natychmiast wykorzystane przez rybosomy w procesie translacji. Rybosomy Procaryota zaczynają zwykle translację nici mRNA, która jeszcze nie została do końca zsyntetyzowana – trwa jeszcze proces transkrypcji. Tak więc u organizmów prokariotycznych procesy transkrypcji i translacji nie są rozdzielone w czasie ani przestrzeni.