PROKARIONTY

1. Pierwsze organizmy

* pojawiły się na Ziemi około 3,5 miliarda lat temu w postaci pojedynczych komórek o prostej budowie

* prokariotyczne - gr. pro - przed i karyon - jądro

* przypominały współczesne archeany i przypuszcza się, że to z nich powstały wszystkie grupy organizmów bezjądrowych a także eukarioty

- organizmy jądrowe

2. Choroby bakteryjne

a) bakterie chorobotwórcze

* wykorzystują wiele sposobów atakowania i wywoływania chorób w organizmie człowieka

* wytwarzają otoczki komórkowe chroniące je przed fagocytozą

* produkują enzymy, np. koagulazy powodujące krzepnięcie krwi i hemolizyny wywołujące rozpad krwinek czerwonych u gospodarza

* wytwarzają swoiste jady - toksyny, które zatruwają organizm człowieka

b) charakterystyka niektórych chorób bakteryjnych

Choroba	Sposób zakażenia	Objawy	Profilaktyka
Błonica (dyfteryt)	Maczugowiec błonicy (droga kropelkowa)	Osłabienie, bóle gardła, gorączka, zaczerwienienie gardła i migdałków, obrzęk podżuchwowy węzłów chłonnych	Unikanie kontaktów z chorymi, obowiązkowe szczepienia ochronne
Dur plamisty (tyfus plamisty)	Riketsje - pałeczki (przez wesz odzieżową lub głowową)	Wysoka gorączka, dreszcze, utrata przytomności, drobna plamista wysypka na ciele, halucynacje	Zwalczanie wszawicy, izolacja chorych, szczepienia ochronne
Gruźlica	Prątki gruźlicy (prątki Kocha, mycobacterium tuberculosis)	Choroba groźna, przewlekła. Atakuje różne narządy, najczęściej płuca. Choroba społeczna w Polsce
Kiła (syfilis)	Krętek blady Treponema pallidium (droga płciowa, z matki na dziecko przed lub podczas porodu)	Owrzodzenia na narządach płciowych, czerwona wysypka na ciele, bóle głowy, kości, stawów. Po wielu latach utajenia zapalenia stawów, uszkodzenie serca i układu nerwowego. Wcześnie wykryta całkowicie uleczalna, nieleczona kończy się śmiercią.	Higiena osobista, unikanie przypadkowych kontaktów seksualnych
Płonica (szkarlatyna)	Paciorkowiec ropny (droga powietrzna)	Zapalenie gardła, gorączka (39-40C), wymioty, bóle brzucha i głowy, biegunka, szkarłatna wysypka	Izolacja chorych, dezynfekcja mieszkania po wyzdrowieniu chorego
Rzeżączka	Dwoinki rzeżączki Gonokok (Neisseria gonorrhoeae) (droga płciowa, wspólne używanie np. pościeli, ręczników)	Mężczyźni: ropny wyciek z cewki moczowej, pieczenie i ból przy oddawaniu moczu, w stanie przewlekłym zapalenie gruczołu krokowego Kobiety: upławy, zaburzenie cyklu miesięcznego, bezpłodność, zapalenie stawów	Higiena osobista, unikanie przypadkowych kontaktów seksualnych
Salmonellozy	Salmonella	W większości przypadków są to zatrucia pokarmowe, które w zależności od gatunku salmonelli mają cięższy lub lżejszy przebieg. Najcięższą salmonellozą jest dur brzuszny wywoływany przez S.thypi.
Tężec	Laseczka tężca (zanieczyszczona ziemia w kontakcie ze zranioną skórą)	Mrowienie w okolicach rany, niepokój, bóle głowy, szczękościsk, utrudnione połykanie, bolesne skurcze i bóle mięśni	Szczepienia ochronne, przy zranieniu podanie surowicy przeciwtężcowej
Zapalenie płuc	Różne bakterie (np. diplococcus pneumoniae)	Bóle gardła, głowy, kaszel, gorączka, osłabienie
Zgorzel (gangrena)	Laseczka zgorzeli gazowej (zanieczyszczona ziemia w kontakcie ze zranioną skórą)	Martwica tkanek	przy zranieniu podanie surowicy przeciwtężcowej

4. Znaczenie

* w odległych epokach geologicznych prokarioty brały udział w tworzeniu złóż ropy naftowej, siarki, pokadów rud żelaza czy naturalnych złóż saletry amonowej

* biorą udział w krążeniu materii w ekosystemach a także w obiegu pierwiastków w całej biosferze (np. azotu, węgla, wodoru, tlenu)

* szczepy bakterii współcześnie wykorzystywane są na skalę przemysłow do produkcji alkoholi, kwasów organicznych (np. octowego), antybiotyków, hormonów, enzymów, witamin i aminokwasów

* powodują kiszenie się kapusty, ogórków i oliwek

* powodują zsiadanie się mleka

* sinice ze względu na zdolność przyswajania wolnego azotu wykorzystuje się jako naturalny nawóz

* biogaz powstający podczas beztlenowej fermentacji obornika jest stosowany do ogrzewania pomieszczeń i napędzania pojazdów

* proces tlenowego i beztlenowego utleniania ścieków przez mikroorganizmy jest podstawą funkcjonowania biologicznych oczyszczalni ścieków

* bakterie transgeniczne (zmienione genetycznie) - potrafią produkować ludzką insulinę, hormon wzrostu, czynniki krzepliwości krwi itp.

KOMÓRKA PROCARYOTA

Budowa

Cechy

Cytoplazma

* na zewnątrz błony

* zbudowana z misternej sieci włókien utworzonych z mureiny (polimeru białkowo-cukrowego), grubość ścian bywa różna

* białkowo-lipidowa

* otacza cytoplazmę

* ulega w niektórych miejscach pofałdowaniu, tworząc wypuklenia na obszarze cytoplazmy o różnych kształtach

MEZOSOMY - niewielkie, koncentryczne, biorą udział w oddychaniu komórkowym i są miejscem przyczepu genoforu

TYLAKOIDY/CHROMATOFORY - duże, blaszkowate twory wypełnione barwnikami

* wytwarzana dodatkowo na zewnątrz ściany komórkowej przez bakterie o cienkiej ścianie

Błona komórkowa zewnętrzna

Ściana komórkowa

Błona komórkowa

Otoczki śluzowe

Nukleoid

* dość często spotykane

* w zależności od gatunku mają różną grubość

* spełniają funkcje ochronne

*chronią przed wyschnięciem lub wchłonięciem przez inne organizmy

* w wypadku bakterii chorobotwórczych chronią przed rozłożeniem przez białe krwinki gospodarza

* składają się ze spiralnie skręconych włókien flageliny (białko zbliżone do miozyny występujące we włóknach mięśniowych)

* osadzone są w zewnętrznych powłokach komórki za pomocą haczyka i kilku białkowych pierścieni, tworzących swoisty silnik wprawiający rzęskę w ruch obrotowy

* występują zazwyczaj u bakterii o cienkiej ścianie komórkowej

* mają postać delikatnych, białkowych rurek sterczących z cytoplazmy, tak, że niektóre komórki przypominają przez to sterczące jeże

* ułatwiają bakteriom przytwierdzanie się do podłoża

* pile płciowe służą do łączenia komórek bakteryjnych w trakcie procesu płciowego (koniugacji)

Pile

Rzęski

Fimbrie

* obszar cytoplazmy nie odgraniczony żadną błoną

* nie tworzy jądra komórkowego

Genofor

* pozwijana, kolista nić DNA zawarta w nukleoidzie

* zapisana jest tu informacja genetyczna komórki

Plazmidy

* mniejsze od genoforu, koliste nici DNA

* zawierają cząść informacji genetycznej bakterii, warunkującą np. odporność na antybiotyki

Rybosomy

* struktury biorące udział w syntezie białek

* mniejsze niż u eukariota

Ziarna materiału zapasowego

* materiałem zapasowym jest zazwyczaj glikogen, wolutyna lub skrobia sinicowa (u sinic)

* komórki kilkakrotnie mniejsze od komórek innych organizmów

(zazwyczaj od 0,5 do 10µm)

* niektóre ruchliwe bakterie (krętki) dochodzą do 500µm długości, czyli prawie 0,5mm

* mogą przybierają różne kształty

Endospory

* struktury przetrwalnikowe tworzone przez laseczki i niektóre maczugowce

* są swego rodzaju kapsułami ratunkowymi

* powstają wewnątrz komórki przez obudowanie genoforu (wraz z pewną ilością cytoplazmy, błoną komórkową i rybosomami) wielowarstwową ścianką złożoną z białek i cukrowców wysycanych tłuszczami

* odporne na wysoką i niską temperaturę, wiele czynników chemicznych, wysychanie, promienie UV, niekorzystne pH itd.

* w stanie anabiozy (życia utajonego) mogą przebywać wiele lat, a w momencie poprawy warunków odtworzyć całą komórkę spelniającą wszystkie funkcje życiowe

ODŻYWIANIE BAKTERII

ODDYCHANIE BAKTERII

Heterotrofy

Autotrofy

* pierwotnie komórki prokariotyczne formowały się w środowisku o dużej zawartości związków organicznych i dlatego były heterotroficzne

* korzystały ze związków organicznych wchłaniając je bezpośrednio przez błonę i ścianę komórkową

* zbyt duże związki były rozkładane (trawione) przez enzymy wydzielane na zewnątrz

* taki sposób odżywiania do dziś zachowała większość bakterii lądowych i wodnych

* związki, z których korzystają pochodzą z rozkładu martwych organizmów roślinnych, zwierzęcych i innych

Auksotrofy

Protrofy

* wystarczy im do życia kilka (czasami jeden) związków organicznych

* muszą mieć dostęp do jakiegoś bardziej złożonego związku (nap. witaminy czy aminokwasu)

* powstały, gdy w środowiskach zaczęło brakować wolnych związków organicznych

* same wytwarzają (syntezują) złożone związki organiczne z prostych związków nieorganicznych

Procesy fotosyntezy

Procesy chemosyntezy

* pierwotnie energia potrzebna do tych syntez pochodziła z egzoenergetycznych reakcji chemicznych, czyli procesów chemosyntezy

* dzisiaj ten typ odżywiania występuje u bakterii nitryfikacyjnych:

Nitrosomonas - utlenia amoniak NH3 do soli kwasu azotowego (III)

Nitrobacter - utlenia sole kwasu azotowego (III) do soli kwasu azotowego (V)

* występuje także w komórkach bakterii siarkowych, żelazowych i innych

* niektóre bakterie wykorzystywały do syntezy związków organicznych energię świetlną w procesie fotosyntezy

* podstawowym związkiem umożliwiającym zmianę energii świetlnej na chemiczną był zapewne bakteriochlorofil - związek występujący u niektórych współczesnych bakterii fotoautotroficznych (np. u bakterii purpurowych

* około 2,8 miliarda lat temu u sinic (cyjanobakterii) pojawił się chlorofil a

* proces fotosyntezy przy wykorzystaniu tego chlorofilu jest wydajniejszy

* źródłem wodoru niezbędnego do syntezy cukrów stała się woda, a produkt uboczny (tlen cząsteczkowy) uwalniał się do otoczenia

* ten tlen produkowany przez sinice doprowadził około 2 miliardów lat temu do przebudowy składu chemicznego całej ziemskiej atmosfery

CO₂ + H₂O ------------------------ glukoza + O₂

Chlorofil

Energia świetlna

Beztlenowe

Fermentacja

Tlenowe

* pierwotniejszy sposób uzyskania energii (w czasach powstania pierwszych prokariotów w atmosferze i wodzie nie było wolnego tlenu cząsteczkowego)

* oddychanie zachodzi w cytoplazmie i polega na rozkładzie (utlenianiu) cukrów

* wydziela się wówczas energia

* końcowe produkty:

Lactobacillus - kwas mlekowy (bakterie powodują zsiadanie się mleka)

Sarcina - etanol

* może to być także kwas octowy i inne związki

* proces mało wydajny

Anaeroby

Aeroby

glukoza  etanol + CO₂ + ENERGIA

* z chwilą pojawienia się w atmosferze wolnego tlenu cząsteczkowego niektóre bakterie zaczęły go używać do całkowitego utleniania cukrowców do dwutlenku węgla i wody

* uzyskuje się tu kilkakrotnie więcej energii niż podczas fermentacji

* końcowe (tlenowe) etapy oddychania zachodzą na błonie komórkowej

* biorą w nim być może udział mezosomy

glukoza + O₂  CO₂ + H₂O + ENERGIA

KRÓLESTWO

BEZJĄDROWE/PROCARYOTA

Podkrólestwo:

ARCHEANY/ARCHEBAKTERIE

ARCHAEA

Podkrólestwo:

EUBAKTERIE/BAKTERIE WŁAŚCIWE

EUBACTERIA

* specyficzna budowa chemiczna błony komórkowej

* nie mają mureny w ścianie komórkowej

* mają odmienne właściwości kwasu RNA

* wykazują podobieństwo do eukariota w strukturze materiału genetycznego DNA i budowie rybosomów

* zamieszkują środowiska wyjątkowo nieprzyjazne dla innych organizmów (solanki, gorące i kwaśne źródła, ścieki)

* żyjąc w warunkach ekstremalnych zdają się być bezpośrednimi potomkami pierwszych organizmów (wyjściowych zarówno dla prokariota i eukariota)

Sinice/Cyjanobakterie

Cyanobacteria

Promieniowce

Actinomycetes

Proteobakterie

Proteobacteria

Krętki

Spirochaetae

* jednokomórkowe lub kolonijne organizmy wodne (spotykane też na powierzchni gleby lub śniegu)

* samożywne - przeprowadzają fotosyntezę za pomocą chlorofilu zlokalizowanego w blaszkowych tylakoidach

* mają specyficzne barwniki fotosyntetyczne z grupy fikobilin - czerwoną fikoerytrynę i niebieską fikocyjaninę, które łącznie z chlorofilem nadają komórkom charakterystyczną siną barwę

* potrafią wiązać wolny azot cząsteczkowy przy użyciu wyspecjalizowanych komórek - heterocyst

* materiałem zapasowym komórek jest skrobia sinicowa (zbliżona budową do zwierzęcego glikogenu)

* komórki mają grube ściany (G+), tworzące rozgałęzione kolonie przypominające strzępki grzybów

* żyją zazwyczaj w glebie

* zdarzają się wśród nich groźne pasożyty

* śrubowato skręcone

* mają bardzo cienką ścianę komórkową (G-)

* dzięki temu mogą poruszać się ruchem wijącym i skracać długość komórki

* cudzożywne - saprofityczne (odżywiające się martwą materią organiczną) lub pasożytnicze

* najpospolitsze formy prokariotów (G-) i (G+)

* w większości heterotroficzne

* spotykane także chemotrofy i autotrofy wykorzystujące bakteriochlorofil

* mają zazwyczaj sztywną, mureinową ścianę komórkową

* niektóre zaopatrzone są w wici

* są to wszystkie ziarniaki, pałeczki, laseczki, przecinkowce, śrubowce

FORMY BAKTERII

Kuliste

Rozgałęzione

Skręcone

Spiralne

Wydłużone

Cylindryczne

dwoinki (Diplococcus) powstają w wyniku połączenia dwóch

komórek powstałych po ostatnim podziale

gronkowce (Staphylococcus) tworzą nieregularne skupiska

ziarniaki (Coccus)

poszczególne komórki nie łączą się ze sobą

laseczki (Bacillus)

mogą tworzyć różnego typu układy (proste lub rozgałęzione nici, pakiety przypominające cygara w pudełkach, nieregularne skupiska)

pałeczki (Bacterium)

nie mają wcale przetrwalników, mogą tworzyć różnego typu układy (proste lub rozgałęzione nici, pakiety przypominające cygara w pudełkach, nieregularne skupiska)

pakietowce (Starcia)

układają się w mniej lub bardziej złożone sześciany

paciorkowce (Streptococcus) długie sznurki połączonych ziarniaków

maczugowce (Corynebacterium) mają nieregularne przetrwalniki, przypominają czasem sękatą maczugę

przecinkowce (Vibrio) -przypominają przecinek

śrubowce (Spirillum)

tworzą kilka pełnych skrętów

krętki

(Spirocheta) skręcone wielokrotnie, przypominają korkociągi

prątki (Mycobacterium) mają kształt pałeczek z niewielkimi, krótkimi odgałęzieniami

promieniowce (Actinomyces) silnie rozgałęzione, połączone ze sobą na kształt sieci

Metoda Hansa Grama z 1884 roku

Gram-dodatnie (G+)

Gram-ujemne

(G-)

* barwią się na niebiesko

* mają grubą ścianę mureinową

* barwią się na czerwono

* mają cienką ścianę

* występuje u nich podwójna błona komórkowa

ROZMNAŻANIE BAKTERII

* wszystkie bakterie mają jedną cząsteczkę DNA (pojedynczy zestaw genów)

* są haploidalne

Amitoza

Podział bezpośredni

Fragmentacja kolonii

* genofor nie tworzy nawet jednego klasycznego chromosomu, podział bakterii polega na podwojeniu (replikacji) cząsteczki DNA, rozdzielenia obu nitek i przedzielenia cytoplazmy mniej więcej w połowie

* kolejne podziały w sprzyjających warunkach zachodzą nawet co 15 minut

* nitkowate kolonie pewnych bakterii (promieniowce, niektóre sinice) mogą też rozmnażać się poprzez fragmentację, czyli rozerwanie kolonii na mniejsze fragmenty

KONIUGACJA

* wymiana materiału genetycznego pomiędzy osobnikami

* w trakcie procesu bakterie łączą się ze sobą za pomocą fimbrii i wymieniają części materiału genetycznego w postaci plazmidów bądź fragmentów genoforu

* proces prowadzi do zwiększenia różnorodności genetycznej bakterii

WIĄZANIE AZOTU CZĄSTECZKOWEGO

* wszystkie organizmy potrzebują azotu ale tylko niektóre prokarioty potrafią przyswajać jego postać cząsteczkową bezpośrednio z atmosfery, gdzie tego pierwiastka jest najwięcej (78%)

* jest to złożona biochemicznie umiejętność i wymaga dużych nakładów energii

* posiadało ją kilka bakterii glebowych

* dzięki zdolności do asymilacji wolnego azotu bakterie mogą żyć w środowiskach bardzo ubogich w związki azotowe

* obumierając same stają się źródłem przyswajalnego azotu dla organizmów eukariotycznych

* w ten sposób prokarioty uczestniczą w obiegu azotu w przyrodzie

Azotobakter - tlenowce

Rhizobium - symbionty roślin

Clostridium pasteurianum - beztlenowce

Gleocapsa i Nostoc - sinice wodne

WYSTĘPOWANIE

Środowisko zewnętrzne

Inne organizmy

Saprofity

* bakterie wodne i glebowe

* w ekosystemach tworzą wraz z innymi organizmami poziom troficzny destruentów (promieniowce)

* są pożywieniem dla protistów

Symbioty

* bakterie korzystają z dostarczanego przez organizm pokarmu i schronienia

* same nic nie wnoszą do tego współżycia, nie przeszkadzają i nie szkodzą

* np. pałeczki okrężnicy (Escherichia coli) żyjące w końcowej części przewodu pokarmowego człowieka

Pasożyty

Komensale

* współżycie jest obustronnie korzystne

* bakterie umożliwiające trawienie celulozy (Bacterioides)

* żyjące w żwaczu przeżuwaczy

* żyjące w jelicie termitów (krętek Pillotina)

* żyjące w specjalnie ukształtowanych brodawkach roślin motylkowatych, takich jak groch, fasola, łubin, wyka (Rhizobium)

* szkodzą swemu gospodarzowi (żywicielowi)

* niszczą tkanki i wytwarzają substancje toksyczne (jady), które zatruwają organizm i wywołują stany chorobowe

---