Wykład nr. I 26.02.2011r.
Teoria komórkowa jest najszerszym i podstawowym uogólnieniem biologicznym. Współczesna teoria komórkowa głosi, że wszystkie istoty żywe, np. zwierzęta nie wyłączając bakterii składają się z komórek oraz produktów ich przemian materii, że nowe komórki powstają przez podział już istniejących, że komórki wykazują zasadnicze podobieństwo pod względem składu chemicznego i przemiany materii oraz, że aktywność organizmu jako całości jest sumą czynności i wzajemnego współdziałania jego niezależnych jednostek komórkowych. Stwierdzamy, że komórka jako najmniejszy i niespodziewany układ żyjący, zdolny do rozmnażania i wykonywania podstawowych czynności może być samodzielnym organizmem albo też stanowić składnik zespołu komórkowego tworzącego pewną całość. Wynika z tego, że najmniejszym elementem żywego organizmu, którego organizacja umożliwia dokonywanie się pełnej przemiany materii jest komórka. Wprawdzie między komórkami różnych organizmów, a nawet różnych tkanek jednego organizmu występują znaczne różnice, te jednak wszystkie wykazują wspólne cechy budowy i zawierają typowe twory podkomórkowe, które pełnią określone funkcje biochemiczne. Wszystkie komórki zarówno prokariotyczne (bez jądra) jak i eukariotyczne (z jądrem) są otoczone półprzepuszczalną błoną komórkową wypełnione cytoplazmą podstawową - cieczą o znacznej lepkości, w której zawieszone są struktury podkomórkowe. Struktury te oddzielone są od cytosolu różnego rodzaju i różnej budowy błonami pojedynczymi lub podwójnymi, które zapewniają ograniczoną, ale ściśle regulowaną łączność między nimi.
SKŁAD CHEMICZNY:
1. Komórka - zbudowana jest z dużej liczby składników nieorganicznych i organicznych, w których masy cząsteczkowe wahają się od kilkunastu do wielu setek tysięcy Daltonów. Wiele z tych składników tworzy nierozpuszczalny w wodzie struktury nadcząsteczkowe, a inne rozpuszczalne w wodzie stanowią bezpośrednie metabolity, czyli składniki przemiany materii. Ogromna większość reakcji biochemicznych odbywa się w środowisku wodnym. Spośród wielu składników znajdujących się w komórce woda występuje w największej ilości. Jej zawartość waha się od 70 do 98%. Jedynie w niektórych tkankach, np. tłuszczowych woda występuje w mniejszej ilości. Poziom jej w poszczególnych tkankach jest względnie stały, a większe wahania mogą powodować poważne zaburzenia w przemianie materii. Bilans wodny organizmu jest utrzymywany przez odpowiedni pobór wody ze środowiska i jej wydalanie. Natomiast w poszczególnych komórkach bilans wodny jest utrzymywany na zasadzie ciśnienia kosmetycznego wynikającego ze stężeń substancji rozpuszczalnych w cytoplazmie podstawowej. Woda pełni w organizmie funkcję rozpuszczalnika oraz czynnika umożliwiającego wymianę ciepła i transportu substancji między poszczególnymi tkankami. Do najważniejszych funkcji soli mineralnych należą :
- funkcja strukturalna lub podporowa - polega na udziale soli, np. budowie kośćca zwierząt kręgowych lub ścian komórkowych
- funkcja osmotyczna i buforowa - polega na udziale soli mineralnych w utrzymywaniu określonych właściwości fizykochemicznych roztworów komórkowych i międzykomórkowyc
- funkcja biochemiczna - polega na bezpośrednim udziale jonów metali lub niemetali w reakcjach biochemicznych
2. Funkcja składników organicznych - substancje zawarte z żywej komórce są bardzo zróżnicowane pod względem charakteru chemicznego, wielkości cząstek i funkcji. Ze względu na spełniane funkcje dzielimy je na specyficzne (informacyjne) i niespecyficzne (zapasowe, metabolity pośrednie). Związkami specyficznymi występującymi w typowych komórkach są białka i kwasy nukleinowe. Pierwsze z nich pełnią różnorodne funkcje, np. katalityczne, strukturalne i regulacyjne.
3. Białka - są to substancje wielocząsteczkowe zbudowane z aminokwasów mające ścisłą organizację przestrzenną cząstek. Materiał genetyczny jest reprezentowany przez kwasy nukleinowe i kwasy te dzieli się na DNA i RNA.
BUDOWA I FUNKCJA PODKOMÓRKOWA:
Komórka stanowi otoczony błoną twór wypełniony cytoplazmą, w której zawieszone są liczne struktury różnej wielkości, zwane organellami. Ze względu na brak lub występowanie w formie sprecyzowanej jądra komórkowego dzieli się na prokariotyczne i eukariotyczne. Poza jądrem komórkowym eukariotyczne zawierają mitochondria, plastydy, lizosomy i mikrociała. Ponadto wyróżnia się w strukturze komórkowej błonę komórkową oddzielającą jej treść od środowiska błony cytoplazmatycznej oddzielające poszczególne organelle od cytosolu, czyli roztworu wypełniającego komórkę oraz retikulum endoplazmatyczne. Ponadto w komórce roślinnej jest wyróżniona wakuola oraz ściana komórkowa.
1. Jądro komórkowe - jest największe ze struktur komórkowych w komórce eukariotycznej jest wyraźnie wyodrębnione, natomiast komórka, np. bakterii mają substancje chromatynową w postaci nukleoidów, czyli silnie sfałdowanych podwójnych łańcuchów DNA powiązanych z białkami, które są nośnikami informacji genetycznej. Podstawową funkcją jądra jest magazynowanie i powielanie informacji genetycznej, czyli replikacja DNA, co prowadzi do rozdzielania między komórkami potomne do miejsc syntezy białek, czyli rybosomów poprzez wytworzenie w jądrze RNA informacyjnego.
2. Plastydy - są typowymi organellami komórek roślinnych. Największe znaczenie mają chloroplasty. Podstawową funkcją chloroplastów jest prowadzenie fotosyntezy.
3. Mitochondria - są to wałeczkowate twory typowe dla komórek eukariotycznych, które mogą zajmować nawet do 20% objętości cytoplazmy. Są otoczone dwiema błonami: zewnętrzną i wewnętrzną różniącymi się składem i aktywnością związanych z nim enzymów są wypełnione treścią zwaną matrix, zawierającą m.in. liczne enzymy oraz DNA są nazywane agregatami energetycznymi komórki, gdyż przebiegają w nich podstawowe procesy związane z pobieraniem tlenu i wydzielaniem energii w mitochondriach DNA i RNA dowodzi, że są one zdolne do samodzielnej regulowanej syntezy białek wchodzących w skład tych struktur. Dokonuje się w nich końcowy, niespecyficzny proces utleniania biologicznego, który jest głównym mechanizmem pozyskiwania przez komórkę energii.
4. Lizosomy i sferosomy - występuje w komórkach roślinnych i zwierzęcych. Są pęcherzykami otoczonymi pojedynczą błoną, zawierają enzymy hydrolityczne, zdolne do rozkładu prawie wszystkich składników komórkowych. Funkcja obu rodzajów struktur polega na trawieniu substancji wprowadzonych do komórki, np. w czasie fagocytozy.
5. Rybosomy - są drobnymi strukturami zbudowanymi z około 35% białka i 65% RNA. W powiązaniu, z którymi odbywa się biosynteza białka wymagająca współdziałania informacji dostarczonych z jądra w postaci specjalnej trakcji matrycowego RNA (mRNA).
6. Repikulum endoplazmatyczne - występuje w postaci skomplikowanej sieci kanalików, naczyń i społecznych woreczków jego wewnętrzną treść łączy się z jednej strony z nukleoplazmąa, z drugiej z aparatem Goldiego. Dzieli się na dwie frakcje: szorstką pokrytą na powierzchni rybosomami i gładką - wolną od tych struktur.
7. Cytosol - jest lepkim i gęstym roztworem zawierającym białka głównie enzymy oraz komplet drobnocząsteczkowych substratów biosyntezy jak aminokwasy, nukleotydy, saharytydy.
8. Wakuole - wysokość w komórkach roślinnych, zawiera roztwór sacharydów, kwasów organicznych, białek, soli mineralnych, tlenu i dwutlenku węgla oraz barwników.
Komórka jest oddzielona od otaczającego jej środowiska błonami o ograniczonej i ściśle regulowanej przepuszczalności. Tak samo oddzielona jest treść poszczególnych organelli od cytosolu. Umożliwia to zachowanie odrębności metabolicznej poszczególnych organelli czy komórek jako całości. Także utrzymuje łączność między tymi strukturami dzięki możliwości regulowanego transportu metabolitów poprzez otaczające je błony. Zasadniczym składnikiem struktury błony elementarnej jest wimolekularna warstwa lipidowa o właściwościach hydrofobowych z dwoma warstwami hydrofilowymi po obu stronach zbudowanymi z białek lub ich połączeń z lipidami lub sacharydami. Łączność między środowiskami znajdującymi się po obu stronach błony jest utrzymywany zasadniczo przez 5 rodzajów mechanizmu:
1. Dyfuzję przez błony zgodnie z różnicą stężeń związku dyfundującego.
2. Osmozę, która jest spotykana w transporcie przez błony, woda przenika do wnętrza komórek na zasadzie ciśnienia osmotycznego wynikającego z różnicy stężeń składników osmotycznie aktywnych po obu stronach błon.
3. Pinocytozę - mechaniczne przekazywanie treści za pośrednictwem pęcherzyków pinocytarnych.
4. Aktywny transport - katalizowane enzymatycznie i wymagające nakładu energii i przenikanie metabolitów w kierunku niezgodnym ze spadkiem stężeń lub przeciąganiem substancji o większych cząsteczkach niż wynikałoby to z prześwitów błony.
5. Przenikanie dużych cząsteczek przez specjalne pory wypełnione nośnikami.
9. Aktywny transport - mechanizm aktywnego transportu polega na uczestnictwie tzw. białek transportujących oraz źródła energii. Rozróżniamy dwa mechanizmy:
a) pierwotny - bezpośredni sprzęganiu reakcji przenoszenia substancji z reakcją rozpadu wiązania makroenergetycznego
b) wtórny - polega na wymianie energii między tymi dwoma reakcjami przenoszony za pomocą cząsteczki, z której jedna jest dawcą, a druga akceptorem energii.
10. Białka - są związkami złożonymi z co najmniej 100 aminokwasów, a pewna ich grupa zawiera dodatkowo subskładniki niebiałkowe. Jest to podstawą do podziału białek na proste i złożone. W klasyfikacji na podstawie kształtu cząsteczek rozróżnia się białka globularne oraz białka włókienkowe. Białka globularne składają się z pofałdowanych i dodatkowo zwiniętych z łańcuchów polipeptydowych o splotach różnego typu wiązaniami w większości kowalencyjnymi. Białka włókienkowe to białka o znacznej asymetrii cząsteczek i właściwości białek zależą od liczby aminokwasów związanych w łańcuchach oraz ich charakteru i kolejności występowania. Kolejność aminokwasów określona jest mianem struktury pierwszorzędowej. W ramach struktury wtórnej rozróżnia się trzy rodzaje: II, III i IV rzędowa
II rzędowa - sposób i stopień zwinięcia łańcucha polipeptydowego
III rzędowa - dotyczy białek globularnych, ściśle określona przez strukturę II rzędową i jest to sposób pofałdowania i zwinięcia heliksu białkowego w przestrzenny twór
IV rzędowa - określa stopień asocjacji lub polimeryzacji poszczególnych cząsteczek białkowych lub łańcuchów polipeptydowych zwanych podjednostkami większe agregaty zazwyczaj w oligomery.
Wykład nr. II 13.03.2011r.
1. Charakterystyka białek:
Białka ulegają denaturacji i zjawisko to powoduje szczególnie dużą zmianę konformacji cząsteczek białka z równoczesnym zanikiem jej aktywności biologicznej i zmianę niektórych właściwości. Denaturacja zachodzi pod wpływem nadmiernie wysokiej temperatury, mocnych kwasów i zasad mocznika chlorowodorku guanidy, detergentu, niektórych związków aromatycznych, stężonych roztworów jonów metali ciężkich. Prowadzi ona do zerwania wiązań jonów wodorowych i niektórych kowalencyjnych, a więc do rozfałdowania łańcucha do układu przypadkowego. Różne białka są w niejednakowym stopniu podatne na działanie czynników denaturogennych, a wpływ kilku czynników potęguje tę wrażliwość. Denaturacji towarzyszy wiele zmian fizycznych lub chemicznych, takich jak: zmniejszenie rozpuszczalności w punkcie izoelektrycznym, utrate aktywności biologicznej, zwiększenie aktywności grup fizycznych, wzrost kąta skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego oraz asymetrii cząsteczek i wzrost podatności na hydrolizę enzymatyczną. Denaturacja jest procesem nie odwracalnym. Stwierdzono jednak jej odwracalność tylko dla białek o bardzo prostej budowie co określa się renaturacją.
2. Klasyfikacja białek:
Istnieje kilka sposobów klasyfikacji, z których najbardziej rozpowszechniona opiera się na budowie i niektórych właściwościach, a zwłaszcza na rozpuszczalności. Białka dzieli się na proste i złożone. Do białek prostych zaliczane są te, które po hydrolizie dają aminokwasy lub ich pochodne. Białka złożone składają się z cząsteczek białka prostego połączonego z inną niebiałkową cząsteczką, zwykle organiczną. Białka proste dzieli się na: protaminy, histony, albuminy, globuliny, prolaminy, gluteiny, skleroproteiny. Za kryterium tego podziału przyjmuję się rozpuszczalność w wodzie, w roztworach soli i etanolu oraz skład aminokwasów. Białka złożone w zależności od charakterystyk grupy prostetycznej dzieli się na: fosfoproteiny, glikoproteiny, chromoproteiny, nukleoproteidy, metaloproteidy, hemoproteidy, lipoproteidy.
ENZYMY:
Dla prawie każdej reakcji chemicznej potrzebna jest pewna ilość energii kinetycznej do zapoczątkowania tej reakcji. Energię tę nazywamy energią aktywacji. W organizmach żywych wykorzystywane są enzymy spełniające funkcję katalizatorów. Z racji tego, że enzymy działają w żywych komórkach nazywają się biokatalizatory. Wszystkie enzymy są białkami produkowanymi przez żywe komórki i większa część enzymów stanowi białka złożone, w których obok proteiny występuje ściśle z nią związana grupa prostetyczna. Inne w stanie aktywności wiążą się w sposób odwracalny z grupą niebiałkową i wówczas część białkowa nosi nazwę apoenzymu, grupa niebiałkowa koenzymu.
Kataliza enzymatyczna przebiega etapami:
a) przestrzenne dopasowanie centrum aktywnego do substratu
b) utworzenie nietrwałego kompleksu enzymatycznego substratu co obniża energię, umożliwia i przyspiesza zajście procesu
c) oddzielenie się enzymu od produktu lub produktu E + S _-- E - S _-- E + P
1. Czynniki wpływania aktywności enzymów:
a) Temperatura - wzrost temperatury o każde 10oC zwiększa szybkość reakcji enzymatycznej. Jednak odbywa się to wyłącznie do poziomu temperatury powodujące denaturacje białka, czyli zazwyczaj do 40-45oC.
b) Obniżenie temperatury - zmniejsza szybkość reakcji biochemicznej.
c) Odczyn środowiska, pH - większość enzymów komórkowych najszybciej działa w środowisku zbliżonym do obojętnego, czyli pH około 7. Wyjątek stanowią enzymy lizosomalne, natomiast enzymy działające pozakomórkowo, np. w świetle przewodu pokarmowego charakteryzują się znacznym zróżnicowaniem kwasowości środowiska, np. pepsyna, enzym żołądka trawiącym białka, oznacza się silnie kwaśnym czynnikiem działania, pH = 2.
d) Stężenie enzymu i substratu - stałej temperaturze, stałym pH i przy nadmiarze substratu, szybkość reakcji chemicznej jest wprost proporcjonalna do stężenia enzymów. W przypadku, gdy temperatura, pH i stężenie enzymu są utrzymywane na stałym poziomie, szybkość reakcji chemicznej początkowo wzrasta w miarę zwiększenia się stężenia substratu do pewnej wartości, a następnie ustala się na jednakowym poziomie. Dochodzi do tego w momencie, gdy wszystkie cząsteczki enzymu są połączone substratem.
2. Inhibitory - w środowisku komórkowym występują różne substancje niskocząsteczkowe, które przyłączając się do enzymu raczej w innym miejscu niż centrum aktywne powoduje zmianę struktury przestrzennej enzymu uniemożliwiając tworzenie kompleksu enzym - substrat. Jeśli inhibitor występuje w dostatecznie dużym stężeniu to może całkowicie wyrugować substrat i zablokować reakcje.
3. Aktywatory - pod wpływem różnych substancji, np. jonów może nastąpić taka zmiana kształtu cząsteczki enzymu, która jest korzystna dla przebiegu katalizy enzymatycznej. Odbywa się na skutek przyłączenia aktywatora do centrum aktywnego i polepszenia w ten sposób wiązania substratu. Enzymy pogrupowano w 6 klas:
a) oksydoreduktazy - katalizują reakcję oksydoredukcyjne
b) transferazy - katalizują reakcję przenoszenia grup funkcyjnych z cząsteczki donora do cząsteczki akceptora
c) hydrolazy - katalizują rozpad cząsteczek złożonych na proste przy udziale wody
d) liazy - katalizują reakcje addycji wody, amoniaku lub CO2 do wiązań podwójnych
e) izomerazy - przebudowują strukturę cząsteczki bez jej rozkładu. Katalizują więc wewnątrz cząsteczkowe przegrupowanie atomów, czyli izomerię
f) ligazy - katalizują reakcję łączenia dwóch substratów.
WIRUSY:
Są bezwzględnym wewnątrz komórkowym pasożytem. Aby utrzymać się w środowisku muszą być zdolne do przenoszenia od gospodarza do gospodarza zakażenia i replikacji we wrażliwych ich komórkach. W ten sposób cząsteczki wirusowe można określić jako struktury, które wyewoluowały w celu przeniesienia kwasu nukleinowego z jednej komórki do drugiej. Kwasem nukleinowym jaki występuje w cząsteczkach wirusowych jest RNA albo DNA w formie jedno lub dwu niciowej i linowej albo segmentowanej. W niektórych przypadkach kwas nukleinowy ma strukturę kulistą. Najprostsze cząsteczki wirusowe składają się z płaszcza białkowego otaczającego nić kwasu nukleinowego. W bardziej skomplikowanych kwas nukleinowy osłaniany jest przez płaszczem białkowym, dodatkowo jest otaczany strukturalną błoną tworzącą osłonkę wirusową. Osłonka ta oprócz błon lipidowych zawiera kodowane przez wirusy glikoproteiny wbudowane do osłonki, w jednym bądź kilku rejonach komórki, w której zachodzi proces dojrzewania cząsteczek wirusowych. Kompletna cząstka wirusowa nazywa się winionem. Może on mieć osłonkę glikoproteinową, zawierającą pleptomery tworzące frędzle wokół cząstki. Płaszcz białka otaczającej komórkę nazywany jest kapsydem. Kapsyd składa się z jednostek morfologicznych nazywanych kapsomerami. Typ kapsomeru zależy od kształtu kapsydu. Same kapsomery składają się z dwóch podzespołów. Kapsydy wirusowe mają tendencje występowania dwóch form symetrii - chemicznej, kubicznej. Wiele wirusów oprócz kapsydu ma osłonkę kodowaną przez wirusa. Większość wirusów z osłonką wypączkowuje z błon komórkowych. W takiej podwójnej lipidowej warstwie są umieszczone glikozylowane białka kodowane przez wirusy. Osłonka może być bezkształtna, bądź ściśle przylegająca do kapsydu. Tak więc warstwy lipidowe pochodzą z komórki, a glikozylowane białka są kodowane przez wirusa. Białka kodowane są przez genom wirusowy albo białka strukturalne lub niestrukturalne. Pojemność kodująca genomu wirusowego waha się poniżej 5 - 100 genomów. Odwrotne są różnice w budowie cząsteczek wirusowych, ich cyklach replikacyjnych. O białkach wirusowych mówi się często jako o białkach istotnych bądź nieistotnych. Te pierwsze są absolutnie wymagane do przebiegu replikacji wirusa i wytworzenia infekcyjnych cząstek wirusowych. Drugie mogą być usunięte z genomu bez istotnego wpływu na wzrost wirusa w hodowli komórek. Wszystkie białka są syntetyzowane na matrycy mRNA odczytywane przez komórkowe rybosomy. Cząsteczki mRNA mogą być:
I - tworzone przez transkrypcję wirusa genomowego DNA
II - tworzone na drodze syntezy cząstek komplementarnych do wirusowego genomowego RNA
III - rolę tę spełnia wirusowy genomowi RNA
Białka strukturalne:
Ich rolą jest nadawanie ochrony wirusowemu genomowi i dostarczanie cząsteczek wirusowych od jednego gospodarza do drugiego. Białka strukturalne występują w nukleopsydzie. Białka nukleopsydu ulegają składaniu z udziałem białek szkieletowych tworzących rodzaj rusztowania, na którym zostają wytworzone wcześniej opisane struktury chemiczne. Pakownie dużego odcinka bakterii nukleopsydu do zamkniętej przestrzeni wymaga skomplikowanego zawijania genomu i ścisłego połączenia poprzez wiązanie chemiczne ze specyficznymi białkami kapsydu. Białka nukleopsydu mają sekwencję pakowania, które specyfika jest uzależniona nie tylko od sekwencji zasad ale także od 2 i 3 rzędowej struktury genowej. Osłonka otaczająca wiele wirusów jest nabywana z błony jądrowych cytoplazm bądź retikulum w obrębie osłonki niklolipidy. Białka rdzenia są białkami wewnątrz wirusowymi, której funkcją jest połączenie leżącego wewnątrz cząsteczki wirusowych białek nukleokapsydu z osłonką.
Białka niestrukturalne:
Mogą występować albo wewnątrz cząsteczki wirusowej albo pojawiać się zainfekowanej komórce. Liczba i funkcja tych białek jest różna. U różnych rodzin wirusów zależy głównie od stopnia skomplikowania genomu jego cyklu replikacyjnego. Wiele spośród tych białek ma aktywność enzymatyczną. Enzymy te są celem działania leków przeciwwirusowych, inne białka odgrywają rolę w składaniu cząsteczek wirusowych działając jako swoiste rusztowanie, na którym następuje składanie kapsydów. Wiele białek pełni rolę regulacyjną w procesie transkrypcji, a inne jeszcze stanowią część kompleksu syntezującego kwasy nukleinowe. Blokowanie syntezy makrocząsteczek komórkowych jest również wywoływane przez wirusowe białka niestrukturalne. Wirusy indukujące powstawanie nowotworów w wyniku transformacji normalnych komórek wywołują ten proces poprzez tworzenie onkogenów wirusowych lub przez aktywację onkogenów komórkowych. Niektóre cechy wykorzystywane w taksonomi wirusów:
1. Cechy winionu
a) morfologia- wymiar i kształt winionu, obecność lub brak innatura peplamerów, obecność lub brak osłonki, symetria i struktura kapsydu.
b) właściwości fizykochemiczne i fizyczne - masa molekularna winionu, gęstość pławna winionu, stała sedymentacji, wrażliwość na pH, wrażliwość na jonu magnezu, stabilność termiczna, odporność na rozpuszczalniki, detergenty
2. Cechy genomu
a) rodzaj kwasu nukleinowego
b) wielkość genomu - jedno lub dwuniciowość, liniowy, kolisty, polarność, liczba wielkość segmentów, sekwencja nukleotydowa, obecność sekwencji powtarzalnych, obecność izomeryzacji, stosunek zawartości g do c.
3. Cechy białka
a) liczba, wielkość, funkcjonalna aktywność białek strukturalnych i niestrukturalnych, sekwencja aminokwasowi lub częściowa, lipidy, węglowodany, organizacja genomu i replikacje, właściwości antygenowe, właściwości biologiczne.
Wykład nr. III 27.03.2011r.
BAKTERIE:
Należą do prokariota, są organizmami bez jądrowymi. Ich komórka spełnia wszystkie funkcje życiowe. W środowisku bakterii właściwych wyróżnia się trzy podstawowe postacie mogące tworzyć różne typy układu - elipsoidalne, kuliste zwane ziarniakami, cylindryczne lub pałeczkowate, spiralne lub śrubowce. Bakterie kuliste noszą nazwę ziarniaków - coccus. Bakterie z tej grupy tworzą zespoły komórek, które są cechą diagnostyczną, rzadziej występują pojedynczo, jeśli po podziale komórki ich komórki potomne nie rozłączają się, to powstaje układ dwoinek - diplococcus. Jeśli dalszy podział dwóch nie rozłączających się komórek występuje w tej samej płaszczyźnie, a po podziale komórki zostaną połączone wtedy tworzą się łańcuchowce - ten zespół komórek określany jako paciorkowiec - streptococcus. Paciorkowce mogą składać się z 3 - 4 komórek leżącej w jednej płaszczyźnie. Ziarniaki zbudowane z 4 złączonych komórek, który podział występuję w dwóch prostopadłych do siebie płaszczyzn określa się jako czworaczki - tetracoccus. Podział ziarniaków występuję w wzdłuż trzech prostopadłych płaszczyzn tworzących z ośmiu komórk symetryczną podobną do sześcianu komórkę, nazywa się pakietowcami - sarcina. Ziarniaki dzielące się wzdłuż różnych płaszczyzn i tworzące grona to gronkowce - staphylococcus. Postacie cylindryczne nie tworzą takich zespołów jak ziarniaki. Mogą występować w postaci dwóch lub więcej komórek połączonych ze sobą w łańcuszek, podobnie ziarniaki jak i postacie cylindryczne tworzą charakterystyczne komórki. Maczugowce układają się w literę X lub Y. Prątki przypominają ułożone cygara. Wśród pałeczek cylindrycznych wyróżnia się dwie grupy -laseczki - bacillus, clostridium. Są to bakterie cylindryczne, wytwarzają endospory, ich młode barwią się gram dodatnio (fiolet). Końce są ucięte prostopadle - pałeczki bacterium, to bakterie cylindryczne nie wytwarzają przetrwalników, przeważnie o zaokrąglonych końcach, barwią się gram ujemnie (czerwony). Do bakterii cylindrycznych należą też maczugowce, prątki - nierówne pałeczki z rozgałęzieniami, przecinkowce - pałeczki sierpowato wygięte, śrubowce o kilku skrętach i krętki - cienkie komórki wielokrotnie skręcone.
Promieniowe są to formy pośrednie między bakteriami, a grzybami, Kształtem i sposobem rozwoju przypominają grzyby pleśniowe, zaś szerokością komórek, składem chemicznym ściany komórkowe obecnością nukleoidu i wrażliwością. Zasiedla ona gleby, rozwija się w postaci grzybki.
Bakterie nitkowate (grzyby ściekowe) rozwijają się w zanieczyszczonych wodach, ściekach, tworzą nici lub płatki na małych podłożach, charakterystyczne skórzaste naloty i powłoki. W postaci długich nici złożonej z komórki łańcuchowej we wspólną nić pochewce - ta zbudowana jest z heteropolisacharydów podobnie jak substancje otoczkowe rozmnażają się drogą podziałów poprzecznych opuszczając pochewkę komórki potomne są ruchliwe. Do bakterii nitkowych zalicza się też bakterie żelazowe otoczone. Żyją w wodach zawierających żelazo. Pochewki tych bakterii wysycane i otoczone są wodorotlenkiem Fe. Są autotroficzne i posiadają zdolność utleniania Fe. Do bakterii nitkowych zalicza się też bakterie siarkowe, które są chemosyntezy utleniającymi siarkę zawartą w siarkowodorach, disiarczanach i innych związkach nieorganicznych siarki. Energię zdobytą w tym procesie wykorzystują do syntezy węglowodoru z CO2. Występują w wodach zawierających siarkowodór.
Warstwy zewnętrzne komórki bakteryjnej można podzielić na:
warstwę jonową
otoczkę i mikrootoczkę
zaobsorbowaną warstwę śluzu
warstwę cementującą
Otoczka - na zewnętrznej ścianie komórki niektórych bakterii występują dodatnie struktury w postaci otoczki bądź bądź do trudniejszej do wykonania mikrootoczki albo warstewki - tzw. antygenu pokrywającego, liczne bakterie wytwarzają też obficie poza komórkowe śluzowe substancje, które nie są przyczepiane do powierzchni, a dyfunduje do podłoża - warstwa śluzowa. Typowe otoczki mają kształt kapsułki i ze względu na skład chemiczny dzieli się na wielocukrowe i polipeptydowe. Przypuszcza się, że otoczka może zabezpieczyć stałe stałe ciśnienie osmotyczne komórki. Dla gatunku saprofitu warstwa ochronna przed wyschnięciem i innymi czynnikami szkodliwymi dla gatunków chorobotwórczych są elementem agresywności. Wytwarzanie otoczki zależy od informacji genetycznej i środowiska, w którym żyją organizmy. U większości bakterii stwierdza się sztywną nie rozpuszczalną w wodzie ścianę komórkową, nadaje komórce kształt i chroni ją przed wpływem różnych czynników fizycznych i chemicznych. Ściana spotyka się z błoną cytoplazmatyczną lecz nie posiada cech półprzepuszczalnośći, transport składników odżywczych i produktów przemiany materii odbywa się przez występowanie w ścianie otworki. W ścianie występują wielocukry, lipidy, białka lub peptydy. Sztywna część ściany jest kompleksem peptydoglukanowym zwanym mureną. Błona cytoplazmatyczna otacza cytoplazmę - protoplast przylegając do ściany komórkowej ma strukturę warstwową utworzoną z dwóch podjednostek lipoproteiniwych (20 - 30% lipidów, 50 - 75% białek). Błona ze ścianą łączy się za pomocą specjalnych mostków, pełni podstawową funkcję będąc barierą chemiczno - osmotyczną, jej uszkodzenie powoduje śmierć komórki. Jest wybiórczo półprzepuszczalna. Błonka ma system aktywnego transportu związków ze środowiska do komórki poprzez odpowiednie enzymy. Jest miejscem syntezy struktur komórkowych jak i składu ścian komórkowych i otoczki. U niej są enzymy odpowiedzialne za aktywność oddechową. Cytoplazma jest złożonym układem koloidalnym. Fazę rozproszoną wszystkich występujących w komórce substancji organicznych i nieorganicznych, m.in. białka, wśród których są liczne enzymy transportujące RNA, cukry, aminokwasy, witaminy, koenzymy. Fazą rozproszoną jest woda. Cytoplazma wykazuje strukturę submikroskopową, nie posiada retikulum endoplazmatycznego, zawiera jednak pewien system membranu, rozpuszcza w wodzie substancje odpowiadające za wytworzenie odpowiedniego ciśnienia osmotycznego. Mezosomy są podstawowym składem systemu membranu znajdującego się w cytoplazmie. Są uwypukleniem błony cytoplazmatycznej do wnętrza komórki. Mezozomy łączą membranę z nukleoidą, tam też są reakcje oksydo - redukcyjne, przemiany łańcucha oddechowego. Przypisuje się im rolę zmienności dziedziczenia - transformacje. Rybosomy cytoplazma komórkowa pomiędzy nukleoidem a błoną cytoplazmatyczną. Wypełniona jest ziarnistościami - rybosomy zbudowane z RNA i białka. Nukleoid jest pojedynczą liniową strukturą zbudowaną z DNA. Tworzy pierścień, który w trakcie replikacji rozdwaja się w dwóch miejscach. Pierwsze miejsce jest prawdopodobnie powstania replikacji, drugie miejsce wzrostem. Nie posiada on błony oddzielającej od cytoplazmy, liczne mikroorganizmy mogą wytwarzać strukturę wykazującą odporność na niesprzyjające warunki środowiska. Tą strukturą są wegetatywne spory, a wśród nich endospory rozwijające się wewnątrz komórki. Endospory wykazują dużą odporność na działanie związków chemicznych i fizycznych, np. UV i występowanie temperatury. Mają owalny lub podłóżny kształt. Zawierają dużą ilość kwasu dwupiklolionowego, który z jonami wapnia tworzy kompleks chroniący chroniący białko przetrwalnika przed denaturacją. Umiejscowienie przetrwalnika w komórce jest cechą gatunkową. Mogą być ułożone centralnie. Organellami ruchu bakterii są rzęski. Wyrastają z ciała podstawowego, przez ścianę komórkową wychodzą na zewnątrz komórki. Włókienka rzęsek złożone są z podjednostek, zbudowane z kurczliwego białka zwanego flageliną, składającego się z 14 lub 15 aminokwasów. Podjednostki te ułożone są spiralnie wokół osiowego cylindra. Rzęski składają się z trzech części: włókna, ciała podstawowego, haka łączącego obie te części. Za pomocą haka rzęska jest w błonie i ściana komórkowa rzęski jest na powierzchni komórki, a ich liczba i umiejscowienie zależy od gatunku bakterii i może mieć znaczenie taksonomiczne. Są 4 typy urzęsienia bakterii:
monotrichalny - jedna rzęska biegunowa
lofotrichalny - pęczki rzęsek na jednym biegunie komórki
perytrichalny - liczne rzęski dookoła komórki
amfitrichalny - dwubiegunowe wielorzęse
Fimbrie - (pile) są białkowymi wyrostkami, zbudowane z białka - pilinę. Są krótsze niż rzęski. Są rodzajem wypustek cytoplazmatycznych przechodzących przez otwory w ścianie komórkowej. Układają się promieniście lub skupiają się na biegunie. Substancjami zapasowymi bakterii są tłuszcze - kwas chydroksymasłowy. W cytoplazmie bakterii są również ziarna wolutyny, bakterie siarkowe akumulują w cytoplazmie duże ilości siarki, a u innych spotykamy ziarna glikogenu lub granulozy. Komórka bakteryjna u bakterii cylindrycznych rozmnaża się przez podział bezpośredni poprzeczny do osi długiej komórki. Proces ten jest poprzedzony biogenezą struktur komórkowych jak nukleoidów, rybosomów, ściany komórkowej otoczki. Cytoplazma zostaje podzielona przez poprzecznie dośrodkowo wzrastające błony cytoplazmatyczne w postaci przegrody. Przegroda błony cytoplazmatycznej zostaje rozdzielona przez wrastającą ścianę komórkową, która na końcu powoduje podział funkcjonalny obu siostrzanych komórek. U okrągłych komórek podział może być w jednej płaszczyźnie i tworzyć łańcuszek niekompletnie tworzonych komórek. Podział komórek może być hamowany przez związki zmniejszające napięcie powierzchniowe komórki, np. mydła, cukry, UV. Zachowanie procesu podziału objawia się tworzeniem długich nici, które obserwuje się u laseczek. Podział i rozmnażanie komórek może być w sprzyjających warunkach o odpowiednim pH, temperaturze, dostateczna ilość składników odżywczych.
Ekologia
Organizm - Populacja - Gatunek - Biocenoza
Populacja - zbiór osobników podobnych do siebie, o tych samych cechach, swobodne krzyżowanie się (potomstwo jest płodne).
Gatunek - populacje osobników podobnych do siebie…
1 zasada autokologiczna - organizmy żywe związane są z otoczeniem poprzez swoje potrzeby życiowe.
2 zasada autokologiczna - wymagania organizmów wynikają z jego przystosowań morfofizjologicznych w określonym czasie.
Biocenoza - zbiór gatunków występujących na określonej przestrzeni.
Czynniki abiotyczne - to kompleks oddziaływań wynikających ze składu chemicznego oraz stanów fizycznych środowiska.
Czynniki biotyczne - obejmują oddziaływania, których źródłem są inne organizmy.
Rekwizyty - obejmują elementy środowiska niezbędne do życia organizmów i warunkują ich możliwość życiowe.
Organizmy autotroficzne - mają zdolność syntezy związków organicznych z nieorganicznymi za pomocą energii promienistej lub uzyskanej w wyniku utleniania związków nieorganicznych.
Fotosynteza - jest u autotrofów mających barwniki asymilujące promieniowanie, natomiast chemosynteza nie mających barwników (bez światła).
Organizmy heterotroficzne - czerpią energię do swych procesów życiowych ze związków organicznych wyprodukowanych przez autotrofy.
Organizmy oddychają aerobowo lub anaerobowo. Przy oddychaniu anaerobowym utlenianie odbywa się za pomocą pośrednich produktów przemiany materii, które w trakcie ulegają redukcji (oddychanie beztlenowe), a oddychanie aerobowe to oddychanie w wyniku, którego organizmy wykorzystują w procesie utleniania tlen atmosferyczny.
Eurybionty - organizmy o szerokiej strefie tolerancji.
Stenobionty - organizmy o wąskiej strefie tolerancji.
Stenotermy - żyją w wąskim zakresie temperatury.
Eurytermy - żyją w szerokim zakresie temperatury.
Politermy - wysoka temperatura otoczenia.
Oligotermy - niska temperatura otoczenia.
Populacja niezależna - dysponują niezależnym potencjałem rozrodczym, który pozwala na uzupełnianie strat liczebności, mogą istnieć w sposób trwały beż dostępu osobników z zewnątrz.
Populacja zależna - występuje kiedy rozród nie pokrywa strat liczebności, nie mogą istnieć beż dostępu osobników z zewnątrz.
Populacja monocykliczna - to taka, w którym osobniki rozmnażają się raz w życiu. Grupa rozrodcza składa się z jednego pokolenia.
Populacja policykliczna - to taka, w którym osobniki mają krótki okres życia, przeważają osobniki młode, liczebność wykazuje wahania niekiedy dość znaczne.
Śmiertelność w populacjach może być spowodowana przyczynami osobniczymi, populacyjnymi, biocenotycznymi. Osobnicze zaliczamy śmierć ze starości, wady konstrukcyjne organizmu, śmiertelność związana z rozrodem, brak zapłodnienia, zakłócenia w strukturze chromosomów. Populacyjne - kanibalizm, konkurencja, układy nietolerancyjne. Biocenotyczne - drapieżnictwo, pasożytnictwo, organizmy chorobotwórcze. Między populacjami istnieją zależności, które określane są jako stosunki antagonistyczne lub nieant...
Stosunki nieantagonistyczne - mutualizm, komensalizm, protokoperacja.
Stosunki antagonistyczne - konkurencja, drapieżnictwo, pasożytnictwo.