Błona zewnętrzna:
Błona zewnętrzna występuje tylko u bakterii Gram „-„. Jest to błona dwuwarstwowa o grubości ok 7,5 nm. W jej skład wchodzą te same nukleotydy jak w przypadku błony wewnętrznej (komórkowej), ale ich proporcje są inne. W błonie zewnętrznej więcej jest nasyconych kwasów tłuszczowych niż nienasyconych przy ogólnej zasadzie im niższa temperatura wzrostu tym większa zawartość kwasów tłuszczowych nienasyconych, a im wyższa temperatura wzrostu tym większa ilość nasyconych kwasów tłuszczowych. U E. coli i innych bakterii jelitowych fosfolipidy występują jedynie w wewnętrznej warstwie błony zewnętrznej. Jest to ich ewolucyjne przystosowanie do życia w naszym przewodzie pokarmowym, co nadaje im oporność np. na sole żółciowe. U bakterii niejelitowych fosfolipidy występują w obu warstwach błony zewnętrznej. Charakterystycznym składnikiem błony zewnętrznej jest lipopolisacharyd LPS, który stanowi 3-5 % suchej masy bakterii gram „-”. Składa się z 3 części: lipidu A, rdzenia oligosacharydowego i O-swoistych łańcuchów bocznych. Lipid A u E. coli zbudowany jest z D-glukozoaminylo-D-glukozoaminy połączonych wiąz β-1,6-glikozydowymi. W przeważnym cukrze występuje po jednej reszcie cukrowej, do każdej reszty cukrowej przyłączone są dwie cząsteczki kwasu 14 C (czternastowęglowego) β-hydroksymirystylowego. Kwasy te przy cukrze nieredukującym acylowane są (do nich przyłączane są reszty kwasów tłuszczowych) kwasem laurylowym i kwasem mirystylowym. Budowa lipidu A jest różna u różnych gatunków bakterii, a zatem jest ona cechą charakterystyczną. Lipidy w poszczególnych gatunkach bakterii różnią się częścią cukrową, a także rodzajem kwasów tłuszczowych. Lipid A poprzez kwas 2-keto-3-deoktawowy połączony jest z rdzeniem oligosacharydowym. Rdzeń oligosacharydowy połączony jest z najbardziej zewnętrzną częścią LPSu to jest O-swistymi łańcuchami bocznymi. Zbudowane są one z powtarzających się podjednostek zbudowanych z 3-6 cukrów jednego (częściej różnych) rodzajów. Są to łańcuchy proste lub rozgałęzione. Dzikie szczepy bakterii jelitowych, a także innych bakterii jelitowych wytwarzające wszystkie części LPSu to tzw. szczepy gładkie od morfologii ich kolonii. Szczepy, które nie wytwarzają O-swoistych łańcuchów bocznych to szczepy szorstkie. Są jeszcze szczepy głęboko szorstkie, które nie syntetyzują pewnych elementów rdzenia oligosacharydowego.
Biologiczne właściwości LPSu:
O-swoiste łańcuchy boczne to główny determinant antygenowy LPS, stąd też nazwa: antygen somatyczny. Pozostałe części LPSu mają także właściwości antygenowe, ale są one przykryte przez O-swoiste łańcuchy boczne. Lipidy A, a zatem i cały LPS to endotoksyna. Powoduje ona podwyższenie temperatury, stan zapalny, wykrzepnienie w naczyniach włosowatych głównie płuc i wątroby i może być przyczyną szoku septycznego, który w 40 % przypadków kończy się śmiercią.
Toksyny bakteryjne dzielimy na endotoksyny: LPS (głównie lipid A) i egzotoksyny. Egzotoksyny to białka wydzielane na zewnątrz o różnej budowie i różnym działaniu. Najsilniejsza toksyna bakteryjna jest toksyna botulinowa wytwarzana przez Clostridium Botulinum. Przestrzeń peryplazmatyczna to przestrzeń występująca głównie u bakterii gram „-„ między zewnętrzną warstwą błony komórkowej a wewnętrzną warstwą błony zewnętrznej. W tej przestrzeni znajdują się białka stanowiące 4% suchej masy komórkowej i oligosacharydy, które stanowią 7 % suchej masy komórkowej. Białka przestrzeni peryplazmatycznej biorą udział w procesie chemotaksji, w transporcie do i z komórki; b. enzymatyczne np. amylazy rozkładają skrobie do glukozy, fosfatazy odcinające resztę fosforanową oraz deoksynukleazy i rybonukleazy. Bardzo ważną rolę pełnią oligosacharydy w przestrzeni peryplazmatycznej, które gromadzą się u bakterii w warunkach hipoosmotycznych. Chronią one bakterię przed wnikaniem wody do komórki, a więc przed rozerwaniem komórki. Protoplasty to struktury powstałe u bakterii Gram „+” w wyniku działania na nie penicyliny lub lizozymu. Struktury takie mają rozróżniony peptydoglikan. Sferoplasty powstają u Gram „-„ w wyniku działania na nie penicyliny lub lizozymu w obecności czynnika chelatującego jony wapnia i magnezu. Mają na zewnątrz błonę zewnętrzną.
Błona cytoplazmatyczna (komórkowa, wewnętrzna):
Wykształcenie półprzepuszczalnej błony komórkowej selektywnie przepuszczalnej różne związki oddzielającej cytoplazmę od środowiska było ważnym momentem w historii życia na ziemi. Bez takiej błony nie byłoby możliwe życie w ciągle zmieniających się warunkach środowiska. Błona cytoplazmatyczna to błona dwuwarstwowa o średnicy 2-8 nm zbudowana z białek 60 - 70 % i fosfolipidów 30-40%. Względnie hydrofilowy glicerol wchodzący w skład fosfolipidów występuje po zewnętrznej stronie obu warstw błony komórkowej. Hydrofobowe łańcuchy kwasów tłuszczowych skierowane są do środka błony. Błona cytoplazmatyczna jest stabilizowana poprzez interakcje hydrofobowe pomiędzy cząsteczkami kwasów tłuszczowych, wiązania wodorowe, siły van der Waalsa. Również kationy wapnia i magnezu wchodzące w wiązania jonowe z ujemnie naładowanymi resztami fosforanowymi stabilizują błonę kom.
Białka błony komórkowej:
Wyróżniamy dwie grupy białek: powierzchniowe łatwo rozpuszczalne w wodzie i łatwo w niej ekstrahowane, stanowią one 20-30 % wszystkich białek bł; przezbłonowe (transbłonowe), które przenikają cala bł., stanowią one 60-70 % białek, nierozpuszczalne w wodzie i trudno w niej ekstrahowane. Mają one charakter amfipatyczny. Ich część hydrofilowa znajduje się po zewnętrznej stronie obu warstw błony, a hydrofobowa po wewnętrznej stronie wraz z kwasami tłuszczowymi które też mają taki charakter. Błona komórkowa uczestniczy w transporcie substancji odżywczych, w oddychaniu, w fotosyntezie, syntezie lipidów i elementów ściany komórkowej. Fosfolipidy błony komórkowe podobne są do tych występujących u eukaryota i są one pochodnymi kwasu fosfatydowego czyli 3-fosfodiacyloglicerolu. U bakterii występują zarówno nienasycone jak i nasycone kwasy tłuszczowe a ich wzajemne proporcje zależą od temp wzrostu bakterii - im niższa temperatura tym więcej nienasyconych kwasów tłuszczowych. Mutacje które powodują brak lub zbyt małą produkcję kwasów tłuszczowych nasyconych lub nienasyconych są letalne dla bakterii. Bakterie różnią się rodzajem kwasów tłuszczowych, a także rodzajem alkoholu przyłączonego do reszty fosforowej kwasu fosfatydowego. Bakterie generalnie nie zawierają cholesterolu. Występuje on w błonie kom bakterii rzędu Mycoplasmatales, gdzie stabilizuje błonę kom. W błonie fotosyntetycznych bakterii fotosyntetyzujących a także wewnątrzkomórkowej błonie metanotrofów, u których zachodzi proces utleniania metanu do CO2. U wielu bakterii występują związek podobny do cholesterolu - to są 5-węglowe hopanoidy. Błona kom archeonów różni się od błony innych organizmów. Brak w niej wiązań estrowych a w ich miejsce występują wiązania eterowe. Brak w nich kwasów tłuszczowych, w ich miejsce występują polimery pięciowęglowego węglowodoru izoprenu. Polimer ten u jednych archeonów zbudowany jest z 4 powtórzonych podjednostek tego nienasyconego węglowodoru i nosi on nazwę fitanolu i wówczas błona kom tych archeonów jest 2-warstwowa a gdy zbudowana jest z 8 cząsteczek izoprenu jest to bifitanol i błona kom jest jednowarstwowa i odporna na rozerwanie. Hydrofobowa natura błony stanowi barierę dla związków hydrofilowych polarnych, do kom mogą wnikać łatwo małe związki niepolarne rozpuszczalne w wodzie. Błona zewnętrzna i peptydoglikan pełnią rolę sita molekularnego i zatrzymują większe cząsteczki a przepuszczają cząsteczki mniejsze. Główną rolę w transporcie związków pełni półprzepuszczalna (selektywnie przepuszczalna) błona kom.
Wyróżniamy 4 typy transportu przez błonę kom: bierna dyfuzja, ułatwiona dyfuzja, aktywny transport i transport poprzez grupę translokacyjna. W dwóch pierwszych rodzajach transportu o transporcie decyduje różnica stężeń lub różnica potencjałów elektrochemicznych. Drogą dyfuzji biernej transportowana jest woda, małe cukry 4 lub 5 C i np. gazy. W ułatwionej dyfuzji w transporcie uczestniczą również białka transbłonowe które wiążą transportowany związek i poprzez zmianę konformacji transportują go do kom. Transport ten jest bardziej efektywny niż bierna dyfuzja. Tym sposobem transportowane jest niewiele związków u bakterii np. glicerol, podczas gdy u eukariota pełni on ważną role w transporcie. Transport aktywny to transport wbrew gradientowi stężeń a więc od stężenia mniejszego do większego co wymaga nakładu energii. Transport ten pełni ważną rolą u oligotrofów i organizmów żyjących w środowisku o niskim stężeniu substancji odżywczych i zdolnych do oligotrofii czyli odżywiania się związkami występującymi w niewielkich stężeniach. Źródłem energii do tego transportu może być ATP, siła protonomotoryczna (transport H+) i gradient sodowy.
Białka transportujące:
-uniportery - transportują 1 związek do komórki
-symportery - transportują 2 związki w jednym kierunku
-antyportery - transportują 2 związki w przeciwnych kierunkach.
Transport przez grupę translokacyjną:
wbrew gradientowi stężeń, więc wymaga nakładu energii, związek transportowany wcześniej musi ulec modyfikacji.
W transporcie jednego związku uczestniczy 5 białek. 3 pierwsze białka to białka cytoplazmatyczne, następne białko to białko 2 A zakotwiczone w błonie, a 2 C to białko transbłonowe, które przenosi resztę fosforanową na transportujący związek. 2 pierwsze to bialka niespecyficzne - uczestniczą w transporcie wielu różnych związków. 3 pozostałe to białka wykazujące specyficzność do transportu związków. Drogą tą u E. Coli transportowana jest glukoza, ale np. u Pseudomonas nie, gdzie jest transport aktywny, a tą drogą transportowane są puryny i pirymidyny.
Przez wzrost organizmów rozumiemy przyrost liczby lub masy. Bakterie pobierają substancje odżywcze syntetyzowane z niektórych składników i struktury kom. Chromosom replikowany jest gdy bakterie dwukrotnie zwiększą swoją objętość. Czas pomiędzy pierwszym a drugim podziałem kom to czas generacji, gdy liczba bakterii wzrasta dwukrotnie i mamy przyrost bakterii geometryczny. Każdy gatunek ma charakterystyczny czas generacji uwarunkowany genetycznie i zależny od warunków środowiska. Czas generacji możemy obliczyć znając początkową liczbę bakterii N0 i końcową N po czasie t: N=N0 * 2n; n-liczba podziałów w czasie t; w czasie g generacji: g=t/h.
Krzywa wzrostu u hodowli okresowej:
Hodowla okresowa to hodowla, gdzie nie dopływa świeża pożywka i nie odpływają toksyczne substancje metabolityczne. Wzrost bakterii w tej hodowli zachodzi do momentu, gdy składnik niezbędny do wzrostu zostanie wyczerpany lub będzie zbyt dużo substancji toksycznych.
(krzywa logarytmiczna z liczby bakterii w czasie t)
I faza - lag - od wprowadzenia inoculum (szczepienia) czyli pewna liczba (ilość) bakterii wprowadzonych do świeżej pożywki. W formie tej bakterie te pobierają substancje odżywcze, syntetyzują. Struktury nie dzielą się, długość fazy zależy od...