1.Miejsce mikroorganizmów w przyrodzie

 Wyróżniono 3 królestwa: zwierzęta, rośliny i Protista.

-zwierzęta czyli organizmy odżywiające się substancjami organicznymi które pobierają w formie gotowej i w przewodzie pokarmowym ulegają rozdrobnieniu na cząstki mniejsze przyswajalne z których następnie budują własne ciało. Zwierzęta w rozwoju ewolucyjnym wykształciły specjalne powierzchnie resorbujące (przewód pokarmowy z uwypukleniem blastuli). Do królestwa zwierząt zaliczamy organizmy od jamochłonów aż po wyższe kręgowce.

-rośliny to organizmy autotroficzne zdolne do syntez ze związków nieorganicznych substancji organicznym potrzebnych do budowy własnego ciała. Wykorzystują przy tym energię świetlną. Zdolność ta jest uwarunkowana obecnością  w ich tkankach barwników fotosyntetyzujących odbierających światło o określonej długości fali. Rośliny posiadają w przeciwieństwie do zwierząt ścianę komórkową co uniemożliwia im poruszanie się. Królestwo Protista zostało utworzone przez Haeckla do którego zaliczył on organizmy które wyróżniają się spośród roślin i zwierząt brakiem morfologicznej specjalizacji. Wyróżnić tu można dwie grupy:

-wyższe Protista należą do Eukariota przypominają pod względem budowy komórki roślinne i zwierząt. Zalicza się grzyby, glony, pierwotniaki.

-niższe Protista obejmują bakterie(też sinice) i Archeony. Zaliczane są do Prokariota gdyż budowa ich komórki znacznie różni się od budowy komórek innych organizmów.

Mikroorganizmy- ten termin oznacza organizmy o bardzo małych rozmiarach.

 

2.Udział mikroorganizmów w obiegu podstawowych pierwiastków w przyrodzie 

.Żywe organizmy można podzielić na 3 grupy: producentów, konsumentów i reducentów.W wyniku działania tych ostatnich materia organiczna zostaje spowrotem przekształcona w związki nieorganiczne.Taki proces to mineralizacja którą przeprowadzają głównie bakterie i grzyby .-obieg węgla w przyrodzie.mikroorganizmy dokonują mineralizacji związków węgla wytwarzanych w czasie fotosyntezy. Stąd w atmosferze CO2  pochodzi nie tylko z oddychania, spalania ropy naftowej i wegla ale takze z dzialalności mikroorganizmow. Niewielka czesc wegla mineralizowanego dociera do atmosfery w postaci metanu jest on wytworzony w warunkach obecnosci tlenu i taki proces w wyniku ktorego powstaje metan jest przeprowadzany gł.przez bakterie i archeony. 
-Obieg azotu. Gł. związkiem w obiegu azotu jest amoniak. Jest to produkt końcowy degradacji białek i aminokwasów, które trafiaja do ziemi w postaci martwych szczątków zwierzat i roślin w dobrze przewietrzanych glebach amoniak podlega nitryfikacji. Amoniak w wyniku dwuetapowego procesu zostaje przeprowadzony do azotanów. Proces ten pzreprowadzaja bakterie nitryfikacyjne. Nitrosomonas utlenia bakterie do azotynów a Nitrobakter azotyny do azotanów. Z koleji w warunkach beztlenowych w obecnosci azotanu zachodzi denitryfikacja. Pewne bakterie moga wykorzystywac azotany jako akceptoru wodoru a wiec moga wykorzystywac NO3- natomiast O2 (oddychanie azotanowe) denitryfikacja powoduje straty azotu w glebie. NIektore bakterie wiaza wolny azot umozliwiajac wykorzystanie go przez rosliny.

-Obieg fosforu - Fosfor wystepuje w biosferze prawie wylacznie w postaci fosforanów. W żywych organizmach kwas fosforanowy jest włączany jako ester fosforanowy. Po smierci ogranizmu estery ulegaja hydrolizie i uwalniaja sie jony fosforanowe. Fosforany musza byc przeksztalcone w formy rozpuszczalne. Dostajacy sie z nawozow do wód fosforany pozostaja w formie rozpuszczalnej co prowadzi do eutrofiracji tcyh wód i rozwoju sinic. Natomiast w glebach ulegaja wytrąceniu do nierozpuszczalnych soli.

-Obieg siarki - siarka wystepuje w postaci sulfhydrylowych w aminokwasach zawierajacych siarke(metionina, cysteina). W wyniku dzialania sulfurazy grupy sulfhydrylowe zostaja odlaczone podczas beztlenowej degradacji materii organicznej. W wyniku tego procesu powstaje siarkowodór. Jest on rowiniez wytwarzany w procesie desymilacyjnej redukcji siarczanów przeprowadzanej przez bakterie redukujace siarczany. Beztlenowe bakterie fototropiczne utleniaja wodór do siarki i siarczanów.

 

3. Mikroorganizmy w służbie człowieka..

Wykorzystywanie od najdawniejszych czasów drożdży do produkcji wina i piwa oraz wypieku chleba, bakterii mlekowych w przetwórstwie mlecznym oraz bakterii kwasu octowego do

wytwarzania octu świadczy o tym, że mikroorganizmy są najdawniej udomowionymi organizmami. W Japonii i Indonezji ziarna soi są preparowane przy użyciu grzybów pleśniowych, drożdży i bakterii mlekowych. Jednak, z wyjątkiem produkcji alkoholu, dopiero od około sześćdziesięciu lat

mikroorganizmy są stosowane na skalę przemysłową. W czasie pierwszej wojny światowej odpowiednio kierowaną fermentację drożdży wykorzystywano do produkcji glicerolu. Odkrycie antybiotyków zapoczątkowało nowy okres w terapii medycznej i przemyśle farmaceutycznym. Penicylina i inne antybiotyki wytwarzane przez grzyby, promieniowce i inne bakterie stały się najpotężniejszym narzędziem w walce z infekcjami bakteryjnymi. Z grzybów można otrzymać karotenoidy i steroidy. Od czasu wykrycia, że Corynebacterium glutamicum w obecności cukru i soli amonowych wytwarza znaczne ilości kwasu glutaminowego, uzyskano różne mutanty tego gatunku i tak ulepszono procesy mikrobiologiczne, że można na skalę przemysłową otrzymywać różne aminokwasy, nukleotydy i inne związki. Mikroorganizmy

mają monopol na „uszlachetnianie" ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla. Wykorzystywanie metod mikrobiologicznych do tego celu dopiero się jednak zaczyna. Wyjaśnienie mechanizmów przekazywania genów u bakterii i udziału w tym procesie elementów pozachromosomowych otworzyło możliwość przekazywania obcego DNA do bakterii. Dzięki inżynierii genetycznej można włączyć małe kawałki nośnika informacji genetycznej np. z człowieka do bakterii, która może następnie syntetyzować białka kodowane przez obcy DNA. W ten sposób wykorzystując bakterie można by wytwarzać hormony, antygeny, przeciwciała i inne białka.

 

4.Badania A.van Leenwebork'a oraz L.Pasteur

Dowody na istnienie mikroorganizmów uzyskano w połowie XVII wieku dzięki rysunkom A.van Leenwebork'a. Obserwował on krople wody deszczowej, rzecznej, nalot z zębów, zawiesinę itp. Jego rysunki z opisami są najstarszymi dokumentami określającymi datę narodzin mikrobiologii. Jednak prawdziwy rozwój mikrobiologii nastąpił od połowy XIX wieku, a za właściwego twórcę mikrobiologii uważany jest L.Pasteur. Do największych zasług Pasteur'a uważa się badania nad różnymi typami fermentacji, obalenie teorii samorództwa, zastosowanie szczepionek i wirusowej szczepionki przeciwko wściekliźnie, a jeszcze wcześniej wyosobnienie wielu drobnoustrojów, opracowanie metody częściowego wyjaławianie płynów, pasteryzacja (wyjaławianie) w suszarce i autoklawie.

 

5.Badania R. Kocha, S. Winogradskiego, J. Miecznikowa

R.K., S.W., J.M. Przyczynili się w znacznym stopniu do rozwoju mikrobiol. Niemiecki bakteriolog R. Koch zastosował do scalania pożywek agar, który upłynnia się w tem. 99st. Celcjusza, ale krzepnie przy schłodzeniu dopiero do tem. 45-48 st, a więc w tem. Nie zabijającej bakterii. Uzyskano w ten sposób uniwersalne podłoże, dające się wzbogacać poprzez dodanie róznych składników pokarmowych i pozwalające na wzrost bakterii i grzybów w postaci oddzielnie leżących skupień, czyli kolonii. Ułatwiło to znacznie izolowanie nowych gatunków i w krótkim czasie doprowadziło do otrzymania czystych kultur prawie wszystkich znanych bakterii chorobotwórczych, a w dalszej konsekwencji do dokładnego zbadania ich właściwości. Koch opracował też normy postępowania obowiązujące przy określeniu właściwości chorobotwórczych bakterii i ustalaniu etiologii chorób zakaźnych. Normy te ujął w słynne postulaty Kocha, przedstawione poniżej:

- drobnoustruj powinno się znajdować we wszystkich przypadkach choroby

-drobnoustruj winno się wyosobnić i hodować poza organizmem przez wiele pokoleń

-tak wyizolowany drobnousruj wprowadzony do innego organizmu powinien wywołać taką samą chorobę

6.Historia mikrobiologii w Polsce

 Początek mikrobiologii przypada na wiek XIX kiedy Polska była w okresie przed rozbiorowym, później w wyniku sytuacji politycznej i ekonomicznej oraz licznych wojen nastąpił zastój  w rozwoju. Do najwybitniejszych badaczy należy Leon Ciechowski (1822-1877) prace kontynuował w Rosji. Opisał Leuconostoc masenteroides- bakterie powodujące śluzowacenie roztworów cukrów, opisał również szczepionkę przeciw wąglikową. Adam Prażmowski prowadził badania nad morfologią historią rozwoju i systematyką bakterii. Opracował metodę sterylizacji- tyndalizację. Wyizolował Bacillus subtilis Clostridium. Niezależnie od M. Beijerincka i H. Hellriegela odkrył bakterie brodawkowe współżyjące z roślinami motylkowymi wiążące azot atmosferyczny. Uczniowie Pasteura:

 -Besredka Aleksandr Michajłowicz (1870- 1940) francuski bakteriolog i immunolog pochodzenia rosyjskiego, od 1910 profesor Instytutu Pasteura. Prowadził badania nad odpornością organizmu i anafilaksją, twórca nowoczesnych metod stosowania szczepionek np. przeciw dżumie, cholerze, czerwonce, durowi brzusznemu ,paradurowi i wąglikowi.

-Bujwid Odo Feliks Kazimierz (1857- 1942) mąż Kazimiery, lekarz, mikrobiolog, immunolog, uczeń L. Pasteura i R. Kocha. Pionier stosowania surowic i szczepionek w Polsce . W latach 1893-1920 profesor ,twórca polskiej bakteriologii. Prowadził badania nad cholerą, czerwonką i gruźlicą. Wprowadził w Polsce Pasteurowską metodę leczenia wścieklizny. W 1886 roku zorganizował w Warszawie pierwszy w Polsce, a drugi na świecie (po paryskim) Instytut Pasteura( Instytut Zapobiegania Wściekliźnie). W 1890 założył w Krakowie własną wytwórnie szczepionek i surowic.

Danysz Jan- (1860- 1928) lekarz, mikrobiolog, serolog. Odkrywca bakterii (pałeczki) paratyfusu mysiego (Salomonella typhimurium) prowadził pionierskie badania nad zwalczaniem szkodników metodami biologicznymi przez zakażenie ich tą bakterią. Zajmował się ponadto drobnoustrojami jelitowymi, anafilaksją, badał nowotwory doświadczalnie i możliwość ich leczenia przez napromieniowanie. W XX wieku zasłynęli na polu mikrobiologii przemysłowej i rolniczej tacy uczeni jak Bassalik specjalista w zakresie biologii drobnoustrojów glebowych i biochemii bakterii. Adametz Leopold (1861-1941) odkrywca Bacterium nobilis bakterii niezbędnej w produkcji sera ementalskiego (z W. Kleckim). Na polu mikrobiologii lekarskiej pracował Rudolf Weigl Krzemienieccy badacze bakterii śluzowych. Niklewski opracował bakterie wodorowe.

 

7.Nomenklatura i klasyfikacja bakterii

 W systematyce bakterii stosuje się nazewnictwo binominalne składające się z nazwy rodzajowej i gatunkowej. Nazwy rodzajowe odzwierciedlają cechy morfologiczne natomiast nazwy gat odzwierciedlają właściwości fizjologiczne. Obecnie przyjęto nowe ściśle określone nomenklatury bakterii. Klasyfikacja czyli uporządkowanie jednostek grupy wyższego rzędu obejmuje wiele stopni. Podstawową jednostką jest szczep. Szczepem nazywamy klony komórek należące do tego samego gatunku ale wyprowadzone niezależnie od siebie. Szczepy grupuje się w gatunki. Gatunkiem nazywamy zespół osobników o podobnej fizjologii, biochemii, morfologii. Mogących krzyżować się między sobą i zamieszkują określoną niszę ekologiczną. Gatunki grupuje się w rodzaje czyli zespoły gatunków a rodzaje grupuje w rodziny. Wyróżnia się 2 rodzaje klasyfikacji bakterii: naturalna( filogenetyczną) i sztuczną uwzględniająco podobieństwo.

 

 

8.Taksonomia numeryczna

 Taksonomia numeryczna jest jednym z systemów klasyfikacji bakterii. Opiera się ona na zasadzie że wszystkie cechy org. są w klasyfikacji jednakowo ważne. W klasyfikacji tej należy brać jak najwięcej cech które należy uszeregować alternatywnie. Każdą cechę danego szczepu porównuje się z innymi szczepami. Podobieństwo między parą szczepów jest wyrażone współczynnikiem podobieństwa (S) który jest funkcją liczby podobnych cech w stosunku do całkowitej liczby badanych cech. Jeżeli S=1 to oznacza to identyczność szczepów, jeżeli S<0,02 oznacza to całkowity brak podobieństwa , system ten nie uwzględnia filogenezy bakterii

 

9.Filogeneza bakterii

Drzewo filogenetyczne zostało ustalone na podstawie sekwencji rybosomowego RNA. Przypuszcza się że prokariota rozdzieliły się bardzo wcześnie od wspólnych przodków- progenotów  na dwie  duże grupy:

-archea do których należą metanogeny, ekstremalne halofile i termofile

-bacteria uwzględniająca pozostałe bakterie.

Oddzieliła się również trzecia grupa eucaria.

Na podstawie badań sekwencji zasad w 16 S rRNA sporządzono drzewo filogenetyczne bakterii (bacteria) które uwzględnia jedenaście różnych grup miedzy innymi: bakterie zielone, spirochety, chlamidie, zielone bakterie siarkowe, bakterie gram dodatnie, sinice oraz bakterie purpurowe. W czasie ewolucji w grupie bakterii purpurowych rozwinęły się 4 podgrupy, które oznaczono jako alfa, beta, gamma i delta.

.

 

10. Prokaryota i Eukaryota

 Prokaryota i Eukaryota to 2 królestwa wyróżnione pod względem różnic w budowie komórki. Eukaryota posiada jądro strukturę posiadającą genom umieszczony w chromosomach DNA , w chromosomach jest związany z histonami białkami zasadowymi. Oprócz jądra komórka zawiera też inne organelle: mitochondria, chloroplasty(charakterystyczne dla roślin również zawierające cześć genów w postaci koliście zamkniętych DNA). Prokaryota  mają komórki pozbawione jądra, DNA występuje w postaci koliście zamkniętej cząsteczki, występują również plazmidy, dodatkowa cząsteczka DNA. Brak organelli komórkowych . występują zróżnicowane pod względem kształtów , wysoki stopień różnorodności właściwości metabolicznych. Można wyróżnić tu grupy żyjące beztlenowo, które mogą oddać pozyskiwać energię na drodze glikolizy i fermentacji grup tlenowców.

 

11.Budowa komórki eukariotycznej.

Komórka eukariotyczna zwana eucytem składa się z cytoplazmy oraz materiału jądrowego. Jądro eukariotyczne zawiera największa część informacji genetycznej w postaci DNA. Jest on zbudowany z podjednostek - chromosomów. Chromosomy składają się z łańcuchów DNA, które tworzą połączenia z białkami zasadowymi histonami. Takie połączenie to nukleosomy. Na chromosomowym DNA jest syntetyzowany mRNA - transportowane następnie do cytoplazmy przez pory w błonie jądrowej. Jąderko nie jest ograniczone błoną, wykazuje jedynie większą gęstość niż karioplazma. W jąderku jest syntetyzowany rRNA i tRNA przenoszony do cytoplazmy. Jądro ulega podziałowi w czasie mitozy.  Dochodzi do replikacji RNA i rozdzielenia kompletu chromosomów do jąder potomnych. Natomiast w procesie płciowego jądra gamet zlewają się i tworzą 2n zygotę po czym następuje podział redukcyjny - mejoza spełnia 2 zadania, prowadzi do rekombinacji genów rodzicielskich, redukcji liczby chromosomów. Komórkę eukariotyczną wypełnia cytoplazma w której występują liczne podziały dzięki tworzeniu cystern pęcherzyków i wpukleń błony cytoplazmatycznej. Błona cytoplazmatyczna otacza cały protoplast, przechodzi do wnętrza komórki w postaci retikulum endoplazmatycznego. Część retikulum pokrywają rybosomy tworząc tzw. retikulum szorstkie. Rybosomy odpowiadają za syntezę białek, zbudowane są z rRNA i białek. Oprócz tegow komórkach zwierzęcych występuje aparat Golgiego, którego odpowiednikiem u roślin są diktiosomy. Składa się z stosu pęcherzyków tzw. cystern. Pełnią rolę wydzielniczą, wydzielają enzymy. Organelle w których zachodzi proces oddychania to mitochondria. Składają się z dwóch błon, zew gładkiej i wew. silnie pofałdowanej tworzącej grzebienie. Na wew. błonie zachodzi łańcuch oddechowy. U roślin w komórkach obecne są chloroplasty w których zachodzi proces fotosyntezy. Posiadają system błon w postaci tylakoidów tworzących zwarte stosu tzw. grana. Macierz to stroma. Do organelli ruchu zaliczamy nici i rzęski.

 

12.Budowa komórki prokariotycznej.

Komórki prokariotyczne są zwykle małe, pozbawione organelli podobnych do mitochondriów i chloroplastów. DNA bakteryjny jest otoczony błona jądrową. Błona wewnątrzcytoplazmatyczna stanowi miejsce gdzie powstaje energia w procesie oddychania reakcji fotosyntezy. Cała informacja genetyczna jest zawarta w chromosomami bakteryjnym złożonym z jednej cząsteczki DNA koliście zamkniętej. Brak histonów. DNA zawiera 3 składniki: deoksyryboze, kwas fosforanowy, ryboze, zasady dwie puryny, adenina i guanina i dwie pirymidynowe cytozyna i tymina. Łańcuchy polinukloetydowe są skręcone wokół tej samej osi tworzą podwójną helise. Łączą się między sobą mostkami wodorowymi. DNA zawiera informacje genetyczną komórki. Przed każdym podziałem komórki zachodzi replikacja i rozdział. Podczas replikacji obie nici DNA rozwijają się i na każdej jako matrycy dochodzi do syntezy drugiej nowej nici komplementarnej. W syntezie biorą udział polimerazy DNA które łączą nowe nukleotydy i syntetyzują nową nic. Łączenie nukleotydów w ciągłą nic zachodzi w przeciwnych kierunkach, tzn. synteza jednej odbywa się w kierunku 5' - 3', a drugiej 3' - 5'. Początkowo powstają krótkie odcinki DNA tzw. fragmenty Okazaki. Synteze poprzedza wytworzenie krótkiego odcinka RNA, który służy jako starter (primer). Do niego dołącza się odcinek DNA. Następnie primer zostaje wycięty a lukę uzupełnia polimeraza DNA. Produkt łączy się z syntetyzującą nicią DNA. Oprócz tego u wielu bakterii występuje pozachromosomowy, dwuniciowy DNA kolisty zamknięty tzw. plazmid. Cytoplazma jest ograniczona błoną plazmatyczną i ścianą komórkową. W cytoplazmie jest materiał genetyczny i wiele innych inkluzji. Cytoplazma zbudowana jest z cytoplazmy podstawowej gdzie występują różne struktury błonowe (rybosomy). W skład cytoplazmy wchodzą również enzymy, RNA, materiał błonowy. Rybosomy są miejsce syntezy białek, zawierają około 85% bakteryjnego RNA. Składają się z dwóch podjednostek 30S i 50S - 70S. Występują w połączeniu tworząc polirybosomy. Błona cytoplazmatyczna składa się z podwójnej warstwy lipidowej. W podwójnej warstwie występują białka ułożone peryferyjnie lub przechodzą przez całą grubość błony. Błona stanowi barierą osmotyczną komórki, kontroluje wnikanie substancji do komórki i ich usuwanie. Jest miejscem aktywnego transportu, warstwa fosfolipidowa jest wybiórcza. W błonie zakotwiczone są rzęski. U niektórych bakterii występują w błonie struktury zwane lamellami, są one utworzone z równolegle płaskich pęcherzyków.

 

 

13. Błony cytoplazmatyczne, wewnątrzkomórkowe i lamelle

Składa się ona z dwóch warstw: dwóch osmofilowych(ciemnych) każda o grubości 2-3nm, otaczają one warstwą jaśniejszą- osmofobową o grubości 4-5 nm. Błonę cytoplazmatyczną można oddzielić od protoplastu uzyskanego po zadziałaniu lizosomem stosując szok termiczny. Jest ona bogata w lipidy i fosfolipidy. Z 8-15% lipidów zawartych w suchej masie komórki w błonie cytoplazmatycznej jest ich aż 70-90%. Błona cytoplazmatyczna składa się z podwójnej warstwy lipidowej. Hydrofobowe końce fosfolipidów i triglicerydów skierowane są do środka, a hydrofilowe ,,główki” na zewnątrz. Błona jest stabilizowana przez siły statycznie między hydrofilowymi główkami. W tę podwójną warstwę są włączone białka( białka integralne). Są one zanurzone w warstwie lipidowej, jedne częściowo inne przechodzą przez całą grubość błony. Białaka peryferyczne są przyłączone do jej cześci wewnętrznej lub zewnętrznej. Niektóre błony pokryte są na jednej lub na obu powierzchniach siecią wydłużonych białek. Błona jest bardzo miękka, odkształcalna prawie płynna. Wyizolowane błony  mają tendencję do zwijania się i tworzenia zamkniętych pęcherzyków. Błona cytoplazmatyczna odgrywa ważną role w metabolizmie. Stanowi ona barierę osmotyczną komórki i kontroluje wnikanie substancji do jej wnętrza oraz ich usuwanie. Jest też miejscem aktywnego transportu oraz występowania systemu pormeaz swoistych dla różnych substratów. Ciągła podwójna warstwa fosfolipidowa błony pozwala na przechodzenie w różnym stopniu substancji. Substancje hydrofobowe przechodzą łatwiej, jony właściwie wcale nie dyfundują. Transport substancji z komórki do komórki zachodzi przez integralne białka błony, które się pokrewne dla jednej lub grupy pokrewnych substratów. Enzymy biorące udział w przenoszeniu elektronów i fosforyzacji oksydacyjnej u bakterii znajdują się w błone cytoplazmatycznej lub są z nią związane. Cytochromy białka żelazo- siarkowe i inne składniki łańcucha przenoszenia elektronów występują wyłącznie w błonie cytoplazmatycznej. Błon ma strukturę asymetryczną, tak więc np. cytochromy i inne białka związane z transportem elektronów znajdują się na powierzchni zewnętrznej, a synteza ATP na powierzchni wew. błony. W błonie komórkowej zachodzą prawdopodobnie inne procesy biosyntetyczne, synteza komponentów ściany kom. i otoczek, wydzielanie egzoenzymów. W błonie zakotwiczone są rzęski, wydaje się ze znajduje się tam centrum replikacji DNA.

14.Ściana komórkowa bakterii;barwienie metodą Gramma.

 Ściana komórkowa jest zewnętrzną warstwą  pokrywającą bakterie, grzyby, rośliny. Szkielet ściany zbudowany jest z polimerów beta D glukozy.

Celuloza jest podstawowym składnikiem ściany komórkowej. Chityna tworzy szkielet stawonogów i inny grup zwierząt i jest ona podstawowym składnikiem innych wielu grup grzybów np. podstawczaki. Podstawową podjednostką chityny jest N acetyloglukozamina. Cząsteczki N acetyloglukozaminy w chitynie łączą się wiązaniem 1,4 betaglikozydowym podobnie jak cząsteczki glukozy w celulozie. Szkielet ściany komórki bakteryjnej również składa się z polimeru peptydoglikanu zwanego mureiną jest ona heteropolimerem złożonym z łańcuchów w którym występują na przemin cząsteczki Nacetyloglukozaminy i kwasu N acetylomuraminowego połączone wiązaniami 1,4 beta glikizydowymi. Obecność warstwy peptydoglikanu w ścianie komórkowej jest cechą charakterystyczną większości bakterii. Istnieja wyjątki, peptydoglikan nie występuje u żadnego z archeonów. Ściana komórkowa u bakterii gram+ murena stanowi 30 do 70 % suchej masy ściany komórkowej i składa się z około 40 warstw. Polisacharydy występujące w ścianie komórkowej bakterii gram + są z nią związane kowalencyjnie zawartość białek jest nieznaczna. Charakterystyczna jest obecność kwasów tejchojowych: sa to łańcuchy złożone z 8 do 50 cząsteczek glicerolu lub rybitolu połączone mostkami fosfoestrowymi. Niektóre kwasy zawierają erytrytol lum manitol. Kwasy tejchojowe mogą być przyłączone do mureiny poprezz fosforany. Ściana komórkowa u bakterii gram - sieć mureiny jest jednowarstwowa i stanowi mniej niż 10% suchej masy ściany komórkowej. Mureina nie zawiera lizyny lecz kwas m-diaminopimelinowy i nie występują w niej mostki dipeptydowe. Oprócz części szkieletowej w skład ściany wchodzą duże ilości lipoprotein lipopolisacharydów i innych lipidów. U wielu bakterii warstwa mureinowa staje się dostępna dla lizozymu degradującego mureinę dopiero gdy jony Ca2+zostaną usunięte EDTA. U bakterii gram - nie wykryto kwasów tejchojowych. Ściana komórkowa decyduje o wyniku barwienia bakterii metodą wprowadzoną przez

 Gramma. Właściwość trwałego zabarwienia się na kolor fioletowy lub jej brak jest ważną cecha taksonomiczną. Metoda Gramma polega na zabarwieniu utrwalonych komórek zasadowym barwnikiem fioletem krystalicznym. Następnie działa się roztworem jodu. Jod tworzy z fioletem krystalicznym kompleks który jest nie rozpuszczalny w alkoholu oraz w acetonie. Następnie komórki różnicuje się działając na nie alkoholem : komórki gram+ zatrzymują kompleks barwienia z jodem podczas gdy gram- zostają odbarwione przez alkohol. Aby je uwidocznić stosuje się barwnik kontrastowy np. fuksynę. Komórki drobnoustrojów gram + maja barwę fioletową a gram- wybarwiają się na różowo czerwoną.

 

15. Osłony bakterii gram ujemnych

Warstwa mureiny otoczona jest warstwą zewnętrzną. W skład jej wchodzą: białka, fosfolipidy i lipopolisacharydy. Do mureiny poprzez diaminopimelinowy są przyłaczone lipoproteiny. Ich lipidowe końce są skierowane na zew. Mureiny zakotwiczone w podwójnej

warstwie lipidowej. Warstwa ta zawiera fosfolipidy, lipid A i hydrofobowe końce lipopolisacharydów, hydrofilowe końce LPS są skierowane na zew. Komórki. LPS są endotoksynami bakterii gramujemnych wywołującymi gorączkę i biegunke. Funkcje błony zew.: składa się ona z lipidu A, fosfolipidów i białek przechodzących przez całą błonę zwanych porywami. Tworzą one kanały wypełnione wodą. Pozwalają one na wnikanie nisko cząsteczkowych substancji. Przestrzeń peryplazmatyczna występująca między błoną zew. Z warstwą peptydoglikanu zawiera znaczną ilość enzymów. Są to np. enzymy biorące udział w rozkładzie substratów( metanol, glukoza) i wykorzystujące związki nieorganiczne. Mogą być w stanie wolnym lub związane boną rozkładają też biopolimery np. białka, kwasy nukleinowe.

16.Otoczki i śluzy 

Otoczki i śluzy pokrywają zewnętrzne warstwy ścian komórkowych. Otoczki- są grubsze w porównaniu do śluzu, ich obecność można wykazać metodami chemicznymi, stosowaniem przeciwciał, barwieniem negatywnym. Pod względem chemicznym dzielimy je na: polipeptydowe, wielocukrowe oraz białkowo-cukrowe. Otoczki cukrowe zbudowane są z polimerów cukrów obojętnych, aminokwasów , cukrów i kwasów uronowych. Bakterie gram + tworzą otoczki z polipeptydów. Funkcje otoczki: chronią przed wysychaniem, odporne na antybiotyki. Wiążą jony metali ciężkich lub kationy pierwiastków. Są receptorami dla fagów i chronią przed fagami, są czynnikiem zjedliwości, chronią przed fagocytozą, biorą udział w adhezji. Bardzo często otoczka przewyższa wymiar komórki bakteryjnej. Śluzy- można je łatwo usunąć poprzez potraktowanie wodą. Mikroorganizmy wytwarzają dużo śluzu w obecności sacharozy. Osłona śluzowa jest bardzo cienka. Liczne substancje otoczkowe są wydzielane do środowiska w postaci śluzu.

 

17.Rzęski i ruch bakterii Fimbrie i Pilusy

Bakterie moga się poruszać ruchem ślizgowym jak ma to miejsce u bakterii śluzowych i sinic lub mogą mieć do tego przystosowane organy w postaci rzęsek.Rzęski mogą mieć różne rozmieszczenie wyróżnia się: Rozmieszczenie biegunowe ( polarne ) :

- rozmieszczenie boczne ( literalne)

- rozmieszczenie monotrychalne czyli jednobiegunowe występuje u Calobacter

- urzesienie lofotrychalne to urzęsienie monopolarnepolitrychalne (Pseudomonas)

-urzęsienie amfitrychalne to urzesienie bipolarne ( Spiryllum)

-urzęsienie perytrychalne rzęski  umieszczone są na całej powierzchni . (Enterobacteriaacesae Bacilliaceae) Rzęski dzialaja na zasadzie śruby wciskajac sie w srodowisko włókna tworzące rzęskę obracają się wokół fikcyjnej osi a komórka ( ciało bakterii ) obraca się w kierunku odwrotnym. Ruch rzęsek może ulegać zmianie kierunku pod wpływem bodżca spontanicznie. Przy zmianie kierunku rotacji rzeski u bakterii o urzesieniu perytrychialnym u E.Coli zachodzi tzw. koziołkowanie rzęski składających się ze zwiniętych łańcuchów białkowych. Włukna są utworzone z białka flogeiliny. Rzęski składają się z tzrech częsci włukna ciała podstawowego i haka za pomocą którego rzęska jest zakotwiczona w błonie i ścianie komórkowej. Bakterie zdolne do bardzo szybkiego ruchu zalicznae są do form H natomiast szczepy nieruchliwe do form O (brak rzęsek). Powierzchnia niektórych bakterii jest pewną ilością długich cienkich nici. Określa się je jako fimbrie i pilusy. Występoują one zarówno u bakterii urzęsionych i nie urzęsionych. Fimbrie dzielimy na dwie grupy. Fimbrie pospolite którego synteza jest determinowana przez nukleoid bakteryjny oraz fimbrie płciowe(pili płciowe, fimbrie F) kodowane pzrez plazmidy. Fimbrie pospolite odpowiedzialne są za swoistą athezje bakterii do środowiska, pili płciowe warunkują zaś proces koniugacji do bakterii. Fimbrie pospolite charakteryzują się zdolnościa do zlepiania krwinek.

 

18.Chemo-,foto-,aero-,i magnetotaksja

 Swobodnie poruszające się bakterie są zdolne do wykonywania ruchów ukierunkowanych- taksji. W zależności od czynnika środowiskowego wyzwalającego ruch mówi się o chemotaksji, foto, maneto i aerotaksji. Gdy ruchliwe bakterie reagują na sygnały chemiczne gromadzą się w pewnym miejscu lub uciekają do innego, takie zachowanie na bodziec chemiczny zwany jest chemitaksją. Bakterie o urzęsieniu perytrychalnym poruszają się na 2 sposoby: pływają prosto i koziołkują. Koziołkowanie zatrzymuje po linii prostej i powoduje zmiane kierunku ruchu. Jeżeli umieścimy bakterie w gradiencie jakiegoś atrakta to ruch prostoliniowy będzie trwał wiele sekund, jeśli zachodzi w kierunku optymalnego stężenia atraktanta. jeśli w przeciwnym to zostanie zatrzymany po kilku sekundach. Koziołkowanie prowadzi do zupełnie przypadkowego wyboru nowego kierunku pływania. Ruch prostoliniowy którego długość trwania zależy od kierunku, powoduje zgromadzenie bakterii w miejscu gdzie stężenie substratu jest optymalne. Za odbiór bodźców i odpowiedz na nie są odpowiedzialne swoiste chemoreceptory. Aerotaksja na podstawie ruchów aerotaktycznych oraz skupiania się komórek w określonych odległościach od brzegu szkiełka nakrywkowego można u bakterii ruchliwych scharakteryzować typ przemiany bakterii w zależności od ich stosunku di tlenu. W zawiesinie bakterii organizmy aerofilne skupiają się przy brzegach szkiełka nakrywkowego lub w pobliżu pęcherzyków powietrza bowiem wymagają warunków tlenowych. Potrzebną im energię czerpią z procesów oddychania tlenowego. Mikroaerofile tyakie jak niektóre bakterie z grupy Pseudomonas  i śluzowce umiejscawiają się w pewnej odległości brzegów szkiełka a wiec odsuwają się od powietrza. Bakterie ściśle beztlenowe skupiają się na środku. Fototaksja, fototroficzne bakterie purpurowe korzystają z energii świetlnej. Na skutek reakcji fototaktycznej dążą do światła. Jeśli natrzymany w ciemności preparat gęstej zawiesiny komórek rodzaju Chromatium rzucimy wiązkę światła to komórki będą się skupiały w miejscu określonym. Komórki które pływają chaotycznie trafiając do sfery oświetlonej już jej nie opuszczają. Przy wejściu w sferę zaciemnioną rzęski zmieniają kierunek obrotu i bakterie wracają do strefy oświetlonej wystarczy nawet niewielka różnica w oświetleniu aby wywołać fototaksje. Magnetotaksja wiele bakterii ( pałeczki krętki ziarniaki) wyizolowanych z wierzchnich warstw osadów stawach , morzach, orientuje się w polu magnetycznym i pływa wzdłuż linii pola. Zawierają one niezwykłe ilości żelaza w postaci ferromagnetycznego tlenku żelaza (magnetytu) tworzącego magnetosomy które są umieszczone blisko miejsca zakotwiczenia rzęsek. Bakterie wyizolowane na półkuli północnej dążą w kierunku północnego bieguna linie pola są skierowane ku dołowi pod kątem 70 stopni. Właściwości magnetotaktyczne pozwalają bakterią migrować ku dołowi w stronę pozbawionych tlenu osadów dennych. Bakterie magnetotaktyczne są beztlenowcami lub mikroaerofilami. Przeniesienie tych mikroorganizmów na półkule południową powoduje ich śmierć.

 

19.Materiały zapasowe i inne inkluzje komórki bakteryjnej.

Substancje zapasowe są wytwarzane przez komórki w czasie, gdy w podłożu są składniki potrzebne do ich syntezy, przy zahamowanym wzroście, eliminowane zaś w warunkach głodowych. Są to wielocukry, tłuszcze, polifosforany i siarka. W komórce występują w postaci osmotycznie nie czynnej i są nie rozpuszczalne w wodzie, w warunkach sprzyjających wzrostowi są włączane w metabolizm jako źródło energii. Wielocukry są magazynowane jako skrobia lub glikogen. Zbudowane są z reszt α -D-glukozy połączonych wiązaniem α -1,4 glikozydowym. Glikogen występuje u drożdzy, laseczek, Enterobacteriaceae. Bardzo często spotyka się wewnątrz komórkowe ziarna i krople tłuszczu. Ziarnistości te składają się z kwasu poli-β-hydroksymasłowego zbudowanego z łańcuchów reszt kwasu β-hydroksymasłowego. Mogą też występować inne polihydroksykwasy tłuszczowe. Trójglicerydy są magazynowane głównie w wodniczkach przez drożdże i inne grzyby, niektóre mikroorganizmy gromadzą w komórkach kwas fosforanowy pod postacią ziaren polifosforanowych, zwanych wolutyną. Natomiast siarka gromadzona jest w postaci kulek silnie załamujących światło. Bakterie utleniają siarczki do siarczanów. Innymi inkluzjami występującymi w komórkach bakterii są wakuole gazowe - umożliwiają komórką zmianę gęstości i unoszenie się w wodzie; karboksysomy - twory wielościenne, zawierające enzym RuBiSCo; ziarna cyjanoficyny służące do magazynowania azotu.

 

20.Endospory i inne formy przetrwalne.

Endospory czyli przetrwalniki powstają wewnątrz komórki wegetatywnej bakterii gram+. Powstawanie przetrwalników - sporulacja - jest procesem złożonym i wieloetapowym. Pierwszym etapem sporulacji jest podział komórki, następnym jest tworzenie błony zewnętrznej otaczającej sporę. W kolejnym etapie pojawia się błona wewnętrzna, później pojawia się cortex, a na końcu osłona zewnętrzna. Ostatnim etapem jest uwolnienie dojrzałego przetrwalnika. Dojrzała endospora jest otoczona kilkoma osłonami: błoną komórkową, ściana, korą, błoną wew., kilkuwarstwową okrywą i egzosporium. Budowa przetrwalnika oraz jego skład chemiczny powodują, że są one odporne na wysychanie, wysoką i niską temperaturę, promieniowanie UV, brak pokarmu i inne niekorzystne czynniki. Przetrwalniki zawierają dużą ilość kwasu dipikolowego, który warunkuje ich ciepłoodporność. Dojrzałe endospoy mogą przetrwać długi okres nie wykazując żadnej aktywności metabolicznej, dopiero w sprzyjających warunkach odżywczych i środowiskowych kiełkują. Niektóre mikroorganizmy w czasie swojego cyklu rozwojowego wytwarzają na zewnatrz komórki macierzystej spory zewnętrzne tzw. Egzospory, które powstają w wyniku komórki wegetatywnej (np. Methylosinus trichosporium). Również niektóre bakterie np. Azotobacter tworzą okrągłe, grubościenne komórki zwane cystami, powstające z przekształcenia całej komórki wegetatywnej. Są odporne na wysychanie, mechaniczne naprężenie, promieniowanie, ale nie na ciepło. Podobna przemiana zachodzi przy tworzeniu mikrospor u Myxococcus i Sporocytophaga.

 

21.Główne grupy procariotów wg. "Bergey"s Manual"

W wydaniu Bergey"s Manual  prokarionty zostały podzielone na 3 główne grupy na podstawie kształtu komórek ( ziarniaki , pałeczki , krętki) barwienia metadą grama i stosunku do tlenu.Grupe pierwszą stanowią ziarniaki ( formy kuliste) grupę drugą stanowia pałeczki ( proste bakterie cylindryczne) a do grupy trzeciej zaliczane są pałeczki wygięte lub komórki giętkie . Natomias bakterie których nie można bylo przypisać do żadnych z 3 grup zostały wymienione jako grupy specjalne takie jak: bakterie śluzowe, bakterie pasożytnicze: riteksje , hlamidie, bakterie pączkujące i tworzące wyrostki Mycoplazmy i bakterie beztlenowe fotosyntetyzujące

 

  22.Główni przedstawiciele ziarniaków Gram + i Gram -

 .Do grupy  Gram + ziarniaków zaliczamy m.in:

-tlenowe bakterie mlekowe : Lactococus i Leuconostoc które uzyskują energie w wyniku fermentacji cukrów

- tlenowy rodzaj Staphylococcus , którego przedstawiciel  S.aureus   jest grożnym patogenem wytwarzającym toksyny i egzoenzymyjest on przyczyną powstawaniaropieni i zatruć pokarmowych.

-beztlenowy rodzaj Sarcina , którego przedstawiciel Sarcina ventriculi  może żyć w szerokim zakresie pH w tym również w żołądkach powodując jego choroby . Natomiast do Gram- ziarniaków należa :

-tlenowe bakterie z rodzaju Neisseria do ktorego należy wiele patogenów ludzkich np. N.gonorchoeae wywiłuje chorobę weneryczną rzeżączkę , N.meringitidis  mozepowodować zapalenie opon mózgowych .

-tlenowy rodzaj Acinobacter jest bakteria glebową i wodną.

 

23.Główni przedstawiciele pałeczek gram + maczugowców i promieniowców.    

    Do gram + pałeczek zaliczamy m.in.:

- tlenowe bakterie mlekowe np. Lactobacillus, wykrywaja one kwas mlekowy i nie wytwarzaja endospor

- gatunek Corynophonon lateum jest tlenowa bakteria występującą w krowim nawozie.

      Do maczugowców zaliczamy:

- tlenowy rodzaj Corynobacterium  którego przedstawiciel C. Diphtberiae wywołuje błonice.

 Bakteria ta atakuje gardło oraz migdałki i wytwarza endotoksynę, która krąży we krwi i atakuje mięsień sercowy, nerki oraz nerwy.

- do tlenowego rodzaju Arthrobacter  zalicza się bakterie licznie wystepujace w glebie.

     Natomiast do promieniowców należą gram + tlenowe bakterie rozwijające się w postaci grzybni np.:

- Actinomyces boris wywołujący u bydła promiennice

 -rodzaj Streptomyces, którego liczne gatunki produkują antybiotyki wykorzystywane w lecznictwie np. S. Griseus produkuje streptomyycyne.

 

 24.Główni Przedstawiciele laseczek  i ziarniaków tworzących endospory

Tlenowce tworzące spory zasiedlają gleby. Można je podzielić na 3 grupy. Większość laseczek na owalne lub cylindryczne spory o średnicy nieprzekraczającejśrednicy komórki macierzystej. Endospory położone centralnie lub terminalnie nie powodują rozdęcia komórki ( np. Bacillus subtilis). Endospory owalne o średnicy większej niż średnica komórki macierzystej powodują że podczas sporulacji komórka  macierzysta ulega rozszerzeniu. Endospory centralne powoduja wrzecionowate rozdęcie komórki- postać Clostridium. Endospory położone terminalnie- bułwkowate? Rozdęcie komorki (B. macirans?) Endospory są okrągłe a komórki rozszerzone. Spora kulista, terminalna- komórka silnie rozdęta bułwkowato- postać Plectridium lub spora w położeniu bocznym- komórka jednostronnie wrzecionowato rozdęta (B. latersporus). B. anthracis- wywołuje wąglik, bakteria nieurzęsiona, posiada otoczke. B subtilis- to laseczka sienna, łatwo ja wyizolować z siana. B. lichesiformis wytwarza antybiotyki polipeptydowe. Beztlenowce tworzące spory- Clostridium zawierają enzymy flawinowe, które w zetknięciu z tlenem powodują toksyny dla komórek, nadtlenek wodoru. Beztlenowce mają endospory szersze niż komórka wegetatywna, przybierają rożne kształty. W zależności od fermentowanego substratu wyróżnia się Clostridie sachralityczne, peptolityczne, rozkładające kwas moczowy. Wiele Clostridiów sachrolitycznych wiąże azot atmosferyczny.

 

25.Najważniejsze gatunki Enterobacteriales

 E. coli zamieszkuje jelita. Gatunek ten nie jest najliczniej reprezentowany gdyż liczniejsi są przedstawiciele Bacteroides i Bifidobacterium. E.coli potrafi jednak żyć poza układem pokarmowym np. może występować w wodzie. Jest wskaźnikiem zanieczyszczenia wody kałem. Nie wytwarza actoiny, nie wykorzystuje cytrynianu, mocznika, nie zachodzi u niego proteoliza. Proteus vurgalis również występuje w florze jelitowej ale także jest szeroko rozpowszechniony w wodzie i glebie . Ma tendencje do zmiany kształtu i jest bardzo ruchliwy na płytkach agarowych wykazuje zdolność wzrostu rozpełzliwego prowadzącego do zarastania całej powierzchni, nie wytwarza acetoiny. Enterobacter aerogenes jest uważany za podobny do E.coli często występuje w glebie wytwarza duże ilości gazu nie wytwarza indolu. Serratiamertescens  można uważać za odmianę Enterobacter wytwarzająca pigment. Nie fermentuje laktozy, nie wykorzystuje mocznika i nie wytwarza indolu. Rodzaj Erwiniaobejmuje gatunki patogenne dla roślin, atakują liście łodygi i korzenie powodując procesy gnilne wywołane na skutek działania pektynazy, nie wytwarzają indolu nie wytwarzają H2 , nie wykorzystują mocznika. Klepsiella pneumoniale różni się od Enterobacter jedynie obecnością grubszej otoczki oraz brakiem ruchu , powoduje on bardzo groźne zapalenie płuc nie wytwarza indolu nie ulega luteolizie.

Salmonelle typhimurium jest najbardziej rozpowszechniona powodując nieżyt żołądka i jelit czyli zatrucie pokarmowe. Powoduje zapalenie błon śluzowych na skutek uwolnienia lipopolisacharydu, jest czynnikiem sprawczym epidemiologicznego duru brzusznego , nie fermentuje laktozy, nie wytwarza indolu i acetoiny., niewykorzystuje mocznika, , nie ulega proteolizie. Shigella desenteriale jej szczepy pokrewne powodują czerwonkę i biegunkę nie wykazują zdolności ruchu, Namnażasię w układzie pokarmowym przylega do nabłonka jelit . Yersinia pestis nie fermentują laktozy nie wytwarzają H2 nie wykorzystują mocznika nie ulegaja proteolizie.Vibrio cholrae nie należy do Enterobacteriaceae ale przypomina tą grupę pod względem metabolizmu. powoduje dżumę nie należy do  Enterobacteriaceae ale przypomina je beztlenowym typem wzrostu oraz sposobem fermentacji. Naturalnym rezerwuarem tej bakterii są dziko żyjące gryzonie, głównie szczury, bakterie przenoszone są za pomocą pcheł i innych insektów, infekcja prowadzi do śmierci.

 

26.Główni przedstawiciele gramujemnych tlenowych pałeczek i ziarniaków

 Do gram- tlenowych pałeczek zaliczamy rodzaj Pseudomonas którego przedstawiciel P. areuginosa wywołuje infekcje u człowieka takie jak zapalenie ucha środkowego i zakażenie przyranne, rodzaj Rhizobium żyjący w endosymbiozie z motylkowymi charakteryzuje się zdolnością do wiązania azotu cząsteczkowego. Bakterie te wewnątrz komórek przekształcają się z pałeczek w rozgałęzione twory zwane bacteriodami. Rodzaj Agrobacterium którego pezdstawiciel A. tumefaciensmoże wytwarzać rakowate narośla na łodygach i korzeniach roślin. Gram ujemnych tlenowych bakterii chemolitotroficzne do których należą między innymiNitrosomonas i Nitrobacter które są szeroko rozpowszechnione w glebach utleniają one amoniak do azotanów. Do garam ujemnych tlenowych ziarniaków należą: bakterie z rodzaju Neisseria do którego należy wiele patogenów ludzkich np. N.gonorrhoeae wywołuje chorobę weneryczną rzeżączkę, N. meningitidis może powodować zapalenie opon mózgowych. Bakterie z rodzaju Acinobacter będące bakteriami glebowymi i wodnymi

 

27.Główni przedstawiciele gram ujemnych bakterii beztlenowych.

Do gram ujemnych bakterii beztlenowych zaliczamy:

- gatunki z rodzaju Bacterioides, B.fagilis, stanowią główną masę ludzkiego kału. Bakterie te fermentują glukozę z wytworzeniem bursztynianu, mrówczanu, mleczanu lub innych kwasów

- rodzaj Fusobacterium którego gatunki występują w przewodzie pokarmowym i kale, produktem ich fermentacji jest kwas masłowy

- rodzaj Leptotricha którego przedstawiciel L.bucalis żyje w jamie ustnej. Produktem jego fermentacji jest kwas mlekowy

- rodzaj Fibrobactel

 

28.Główni przedstawiciele archebakterii

Wśród archeonów wyróżniamy 3 grupy:

- metanogeny, do których nalezą bakterie o różnej morfologii ich komórek: Methanobacterium (pałeczka), Methanococcus (ziarniak) Methanosarcina (podobny dopakietowca) Methanospiryllum. Bakterie należące do tej grupy są ścisłymi beztlenowcami, wytwarzają one metan przez redukcje węglanu.

- archeony halofilne do których należą następujące rodzaje: Halibacterium Halococcus, Haloferny?  

Archeony te są tlenowcami mającymi zdolność wykorzystywania energii słonecznej.

-archeony termo- i kwasolubne: gatunki tej grupy są beztlenowymi Termopilami np. Sulfolabus acidocaldarius żyje w kwaśnych gorących źródłach, utlenia siarke do siarczanów, podobnie Thermoproteales żyje w gorących źródłach w wulkanach albo w dnie morskim.

 

29.Główni przedstawiciele bakterii giętkich (śrubowce, przecinkowce, krętki)

Śrubowce i przecinkowce to gram ujemne bakterie wodne poruszające się za pomocą rzęsek. Śrubowce mają śrubowaty kształt ciała i dwubiegunowe urzęsienie(perytrichialne). Energię uzyskują w procesie oddychania. Istnieje kilka rodzajów tych bakterii: Spirillum- 1 gat. S. volutans- ogromny zawiera wolutynę, mikroaerofilżyjący w gnoju. Aquaspirillum- wrażliwy na tlen.

Przecinkowce względne beztlenowce Vibrio cholerae- chorobotwórczy przenoszony przez zanieczyszczoną ściekami wodę. Występuje w przewodzie pokarmowym i wytwarza enzymy atakujące nabłonek jelit oraz egzotoksynę która powoduje odwadnianie.

Przecinkowce ściśle beztlenowe- Desulfovibrio( przeprowadza dysymilacyjną redukcje siarczanu) Selenomonas (S. squtigena) występuje w jamie ustnej człowieka, S.ruminantium- jest bakterią żwacza) Succinivbrio.

Krętki to jednokomórkowe bakterie hemoheterotroficzne. Mają charakterystyczny kształt ciała- spiralnie skręcony cylinder i specyficzny sposób poruszania się- kręty, wężowaty, zginający się. Krętki żyją w wielu środowiskach. Wyróżnia się rodzaje: Spirochaetae, Cristispira, Treponema, Borrelia, Leptospira.

 - wolno żyjące słodko i słono wodne np. Spirochaeta plicatilis

- mikroflora zwierząt w przewodzie pokarmowym ssaków, w żwaczu, w jelitach owadów, małży np. Crispira

- patogeny wywołujące choroby jak kiła wywołane przez krętka bladego- Treponema pallidum, T. petenue wywołuje tropikalną chorobę skóry. Z rodzaju borreliawywołuje choroby np. boreliozę- tj. B. bubdorferii. Z rodzaju leptospira- L. Pomona wywołuje żółtaczkę krwotoczną.

 

30.Główni przedstawiciele bakterii śluzowych pączkujących i tworzących wyrostki

Do bakterii śluzowych należą gatunki ściśle tlenowe zdolne do ruchu pełzajacego i tworzące ciała owocowe .Żyją głównie w glebie.Zalicza sie do nich min.-rodzajPaliangium zawierające gatunki ceulolityczne. -rodzaj Cytophage i Sporocytophage które tlenowo rozkładają celuloze w glebie ale nie tworzą ciał owocowych. -rodzaj Flexibacter zawiera gatunki wywołujące choroby u ryb.

Do grupy bakterii pączkujących nalezy wiele gatunków wodnych i gleboeych m.in. Hyphomucrobium vulgare tworzące pączki na końcach długich wyrostkówcytoplazmatycznych . W grupie tej znajdują się również takie rodzaje jak : Caulobacter, Hyphomonas,Planktomyces.

 

31.Główni przedstawiciele riketsi, chlamidii i Mycoplasma

Klasa chlamidie obejmuje gram ujemne bardzo małe drobnoustroje o kształcie ziarenek, będącymi bezwzględnymi pasożytami ssaków i ptaków. Do klasy tej zaliczamy zarazek jaglicy (chlamidia trachomatis) wywołujący u człowieka jaglice. Jest to choroba spojówek nie leczona prowadzi do ślepoty. Zarazek papuzi (Miryagavanella pisttaci) wywołuje grozne zapalenie płuc zwane papuzicą. Klasa riketsje obejmuje małe, gram ujemne drobnoustroje o kształcie ziarenek lub pałeczek. Są one bezwzględnymi pasożytami ssaków, ptaków lub stawonogów. Najgroźniejszą riketsją jest dur plamisty wywoływany przez riketsje duru plamistego ( Ricketsiaprovandisi?) przenoszona przez wszy. Innymi przykładami są Ricketsia ricekettsi wywołujące chorobę zwana gorączką plamistą Gór Skalistych, przenoszone przez kleszcze. Coxieila burneti wywołuje chorobe zwana gorączką Q. Klasa mykoplazmy zawiera zarówno mykoplazmy pasożytnicze jak i saprofity np. znajdowane w hałdach górniczych. Najlepiej poznanym mykoplazmem jest Mycoplazma pneumonice wywołująca sródmiąższowe zapalenie płuc.

 

32. Wirusy i ich klasyfikacja

Wirusem nazywamy zakożony  potencjalnie patogenny nukleoproteid, zawierający tylko jeden kwas nukleinowy, który reprodukuje materiał genetyczny. Jest on niezdolnydo podziałów poza żywą komórką. Cząsteczka wirusowa nazywana winionem składa się z klasu nukleidowego (DNA lub RNA )pokrytego płaszczem-kapsydem, który składa się z kapsomerów. Może mieć osłonkę jak np. wirus grypy lub bez osłonki jak wirus mozaiki tytoniowej. Wirusy podzielono na dwie grupy systematyczne: DNA wirusy i RNA wirusy; wśród nich są wirusy z osłonką i bez osłonki. Wirusy roślinne nazywane są od nazwy gospodarza i efektu jaki wywołują; natomiast wirusy zwierzęce pochodzą od objawów chorobowych, od rozmiaru i rodzaju kwasu nul. Lub od mechanizmu replikacji kwasu nul. Są też wirusy bakteryjne-bakteriofagi.

33.Budowa wirusa mozaiki tytoniu oraz wirusa grypy.

Wirus mozaiki tytoniu- TMV posiada symetrię heilakalną, jest ukształtowany w postaci pręcika. Posiada pałeczkowaty nulkleokapsyd, składający się z 2100kapsomerów, które ułożone są heliakalnie tworząc pusty cylinder. Każdy kapsomer jest łańcuchem polipeptydowym. RNA jest wciśnięty w ściankę cylindra pomiędzy kapsomerami. Nukieokapsyd ma budowę helikalną, wielokrotnie skręconą, otoczony jest osłonką. Osłonka ma na zewn. powierzchni kolce, za pomocą których wirus przyczepia się do kom. gospodarza. Zawierają one mukoproteiny i enzym neuraminidazę - rozkłada kwas N-acetyloneuraminowy, który jest składnikiem błony kom. gospodarza, oraz upłynnia śluz pokrywający nabłonek jamy nosowo-gardlowej. Wirusy namnażają się w kom. gospodarza w wyniku pączkowania. Atak wirusa może doprowadzić do zahamowania metabolizmu kom. lub zniszczenia kom.. Ma on właściwości antygenowe i pobudza tworzenie przeciwciał przez gospodarza.

 

34.Wielościenne wirusy bez osłonki i z osłonką.

Do wielościennych wirusów bez osłonki zaliczamy m.in. wirus porażenie dziecięcego, małpi wirus SV40, oraz adenowirusy. Wirusy te mają formę ikosaedru (20-sto ścian) i zbudowane są z 20 równobocznych trójkątów. Kapsyd takich wirusów składa się z dwóch typów kapsomerów: heksagonalnych, składających się z 6protomerów oraz kapsomerów pentagonalnych, składających się z 5 protomerów. Protomery te są zbudowane z 1 lub 2 łańcuchów polipeptydowych. Natomiast do wielościennych wirusów z osłonką zaliczamy wirusa ospy wietrznej, półpaśca, oraz pęcherzykowego zapalenie jamy ustnej. Wirusy te są okryte osłonką. 20-stościenny kapsyd składa się z 162 kapsomerów. Osłonka pochodzi z wewnętrznej błony jądrowej. Wirusy te namnażają się wewnątrz jądra gospodarza.

 

35.Morfologia bakteriofagów

Bakteriofagi (wirusy bakteryjne) zbudowane są z wielościennej główki i ogonka. Główka wirusa składa się z kapsomerów tworzących geometryczne kształty np. ośmiościanu lub dwudziestościanu. W główce znajdują się np. białka i DNA ( jednoniciowy  lub dwuniciowy) lub RNA. Bakteriofagi mogą mieć różne ksztalty np.: nitkowaty główki z krótkim lub długim ogonkiem. Ogonki mogą mieć kurczliwą pochewkę ( np. T2, T4, T6, E.coli) Na płytce podstawnej (końcu ogonka) mogą znajdować się włókna  ogonka ( np. u faga T2 E.coli), które rozpoznają antygeny powierzchniowe bakterii.

 

 

36.Namnażanie się fagów: cykl lityczny.

W cyklu litycznym namnażają się fagi wirulentne- zjadliwe, które zakażają swojego gospodarza i powodują jego lizę. Proces ten rozpoczyna się fazą adsorpcji do powierzchni bakterii, która uwarunkowana jest obecnością odpowiednich receptorów w ścianie komórkowej bakterii. Następnie następuje wstrzyknięcie fagowegoDNA do wnętrza komórki, które powoduje ogromne zmiany w metabolizmie komórkowym. Zostaje zahamowana synteza bakteryjnego DNA, RNA, białek a syntetyzowany zostaje DNA faga. Po zakończeniu syntezy i dojrzewaniu fagów następuje liza komórek gospodarza, a nowo utworzone cząstki fagowe zostają uwolnione na zewnątrz.

 

 

37.Lizogenia.

W cyklu lizogennym następuje rozwój fagów łagodnych. Fagi łagodne zakażają swojego gospodarza replikują się z nim synchronicznie i nie powodują jego lizy. Lizy cyklu lizogennym DNA faga zostaje włączony w obręb komórkowego DNA gospodarza, stając się jakby nowymi genami. Bakterie replikując swój materiał genetyczny, przekazują również zapis wirusa komórko potomnym. Zdarza się, że w którejś z tak powstałych komórkach wirus się uaktywni, namnoży, spowoduje rozpad bakterii i zacznie atakować następne. Bakterie lizogenne są uodpornione na lizę faga, którego syntetyzują w sobie jako profana (faga nie infekcyjnego) Odporność ta jest indukowana przez faga, powodowana jest przez białko represorowe, które hamuje rozwój faga infekcyjnego (zjadliwego).

 

38.Rola wirusów i plazmidów w powstawaniu nowotworów roślin.

Proces nowotworzenia zawsze wiązany jest z DNA. Przekształcenie prawidłowej komórki w komórkę złośliwą nazywane jest transformacją nowotworową i następuje na skutek przeniesienia DNA. Czynnik, który jest produktem genu powoduje namnażanie komórek nowotworowych, w wyniku czego powstają raki roślinne, narośla. Najczęstsze nowotwory roślinne są wynikiem zakażenia rośliny przez Agrobacterium tumefaciens (gram ujemną bakterię). Do zakażenia dochodzi wskutek wniknięcia mikrobu przez uszkodzona tkankę a następnie proliferację w przestrzeniach : międzykomórkowych. Czynnikiem infekcyjnym jest DNA plazmidowy, który  penetruje wnętrze komórki a następnie jest wcielany do jej genomu (transformacja nowotworowa). Geny plazmidu odpowiedzialne są za tworzenie opin (pochodnych argininy) auksyn i cytokinin. Opiny są metabolizowane przez mikroorganizm a auksyny i cytokininy powodują powstawanie narośli. Innym a zarazem częstym czynnikiem chorobowym roślin są tzw. Wiroidy, które są koliście zamkniętymi, jednoniciowymi cząsteczkami RNA. Powodują one choroby ziemniaków, ogórków, cytrusów i innych roślin.

 

39.Rola wirusów DNA oraz retrowirusów w powstawaniu nowotworów zwierzęcych.

Proces nowotworzenia zawsze związane jest z DNA. Przekształcenie prawidłowej komórki w komórkę złośliwą nazywane jest transformacją nowotworową i następuje w skutek przeniesienia DNA. Czynnik, który

jest produktem genu powoduje namnażenie komórek nowotworowych. Do powstania nowotworu zwierzęcego dochodzi na skutek niekontrolowanej proliferacji (wzrostu klonów nowotworowych komórek w organizmie).

Przykładem wirusa powodującego powstawanie zwierzęcego nowotworu jest np. małpi wirus (Simianvirus) SV40. Wirus ten zawiera jedną kolistą cząsteczkeduwuniciuwego DNA, nie jest on okryty osłonką i składa się z 72 kapsomerów. Gdy genetycznie zmienna komórka organizmu zwierzęcego ulegnie transformacji nowotworowej, prowadzi to do niekontrolowanego wzrostu i powstania nowotworu. Komórka po transformacji wykorzysta białko (antygen T), która inicjuje replikację DNA komórkowego, co prowadzi do gwałtownego formowania się nowotworu. Wirus ten może atakować wielu gospodarzy i wiele tkanek. Natomiast najlepiej poznanym retrowirusem jest powstający mięśniak Rosa u kur lub leukemii u myszy. Cząsteczka retrowirusa składa się z jednoniciowego RNA, odwrotnejtranskryptazy, białkowego kapsydu i osłonki, która jest adsorbowana na swoich receptorach komórki gospodarza. Po wniknięciu wirusa do komórki nukleokapsydulega pinocytozie a RNA zostaje uwolniony. Odwrotna transkryptaza syntetyzuje kopię DNA wirusowego RNA. Po replikacji DNA zostaje wstawiony do genomu gospodarza, co powoduje syntezę mRNA, która służy do syntezy kapsydu, glikoprotein i wirusowego RNA. Po skompletowaniu nukleokapsyd zostaje pokryty osłonką i uwolniony na zewnątrz komórki. Każdy onkogen (gen rakotwórczego wirusa) pochodzi z prawidłowego genu komórki zwierzęcej.

 

40.Najważniejsze wirusowe patogeny człowieka.

Najpowszechniejszym schorzeniem wywołanym przez wirusowe patogenny jest pospolite przeziębienie wywołane przez RNA-wirusa. Są one przenoszone między ludźmi drogą kropelkową, powodując zakażenie dróg oddechowych. Patogenny te nazywane są rinowirusami, są małymi wirusami, zawierają jednoniciowy RNA i są pozbawione osłonek. Namnażaią się one w komórkach nabłonka, powodując ich śmierć. Optymalna temperatura do ich replikacji to 33 stopnie - taka jak temperatura jamy nosowo - gardłowej. Brak wytwarzania odporności przeciwko przeziębieniu wynika prawdopodobnie z obecności dużej liczby serotypówrinowirusów.  Drugim powszechnym patogenen wirusowym jest wirus grypy. Wirus ten zawiera RNA i osłonkę. Jest on łatwo przenoszony powodując częste epidemie grypy. Odporność na białka kapsydu  i otoczki wirusa grypy może być utrzymywana przez kilka lat. Często dochodzi do zakażenia jednej komórki kilkoma cząstkami wirusowymi, co prowadzi do wymiany i nowego ułożenia antygenów, powodując uodpornienie się wirusa na przeciwciała. Innym niebezpiecznym patogenem jest wirus HIV. Jest on rzadziej spotykany ale jest o wiele bardziej niebezpieczny ponieważ jest nieuleczalny. Wirus ten należy do retrowirusów i wywołuje on chorobę AIDS- zespół nabytego upośledzenia odporności. Powoduje on upośledzenie układu immunologicznego poprzez niszczenie limfocytów T4 a przez to zakażony staje się podatny na inne zakażenia i choroby nowotworowe, powodując ostateczie jego zgon. Innymi ważnymi patogenami wirusowymi człowieka są: wirus EBOLA, Odry, opryszczki, polio, różyczki, świnki, wścieklizny, ospy wietrznej, półpaśca, oraz zapalenia wątroby (WZW).

 

41.Grzyby - charakterystyka budowy wzrostu i rozmnażania

 Grzyby to organizmy eukariotyczne. Należą do chemoorganoheterotrofów gdyż nie posiadają barwników fotosynetyzujących, są tlenowcami. Ich ciało nie wykazuje wysokiego zróżnicowania funkcjonalnego. Posiadają ścianę komórkową , plechowate siało (grzybnia wegetatywna) zbudowana jest ze strzępek posiadających ścianę komórkową i organelle. W cytoplazmie grzybów niższych strzępki oddzielone są przegrodami poprzecznymi a u wyższych septami. Przy przejściu w fazę rozmnażania płciowego lub bezpłciowego grzybnia wegetatywna przekształca się w plektenchymę, mogą powstawać u wyższych ryzomorfy służące do transportu substancji organicznych. Wzrost polega na wydłużaniu się strzępki grzyba w strefie wierzchołkowej. Rozmnażanie może być płciowe lub bezpłciowe, wyróznia się kilka sposobów rozmnażania bezpłciowego:

- przez pączkowanie charakterystyczne dla drożdży, polega na uwypukleniu na komórce macierzystej do którego przemieszcza się jądro potomne, tworzy się ściana poprzeczna i komórka pączek oddziela się od komórki macierzystej

-przez fragmentację strzępki na pojedyncze komórki oidia lub artrosory (u Endomyces lactis) chlamydospory, lub

- tworzenie spor czyli zarodników. Mogą to być gonidia z    wierzchołkowych strzępek pociętych ( u Penicillium Aspergillus) oospory czyli zarodniki nieruchliwe,niciowe u grzybów niższych jeżeli zarodniki są tworzone wew. soprangiów czyli zarodniach to grzyby takie zaliczmy do sporangiosporowych (Mucor, Rhiopis). Rozmnażanie płciowe ma charakter koniugacji. Wyróżnia się 3 fazy: plazmogamia- łączenie protoplastów komórek zawierających dikarion dwa jądra, komórka może pozostawać w takim stadium i dwa jądra ulegają podziałowi równocześnie (koniugacyjny podział). Kariogamia-łączenie się dwóch jąder 1n tworzy się zygota- mejoza podziała redukcyjny haploidalną liczbę chromosomów grzybów niższych, ma miejsce tworzenie gamet w gametangiach. Gamety mogą być nierozróżnialne morfologicznie izogamety lub wykazywać zróżnicowanie gamety męskiej powstałej w plemni a żeńskie w lęgni

-u grzybów niższych obie gamety są uwicione

-u oomycetes tylko gameta męska przemieszcza się do lęgni i zapładnia komórkę jajową

-u zygomycetes łączą się całe wielojądrowe gametangia i tworzy się zygota -cenozygota proces ten to gametangiogamia

 

42.Akrazjowce, śluzowce, Phycomycetes.

 Akrazjowce obejmją 25 gatunków. Najlepiej poznane to Dictyostelium mucoroides i D. discoideum. Podstawową jednostką są ameby-haploidalne, nagie, jednojądrowe, poruszające się za pomocą psudopodiów, odżywiają sie przez fagocytozę bakterii a rozmnażaja sie przez wytwarzanie spor (zarodników) tworzą tzw.pseudoplazmidium przez skupienie się i formowanie grup w których każda ameba zachowuje swoją indywidualność. Utworzony psudopodium tworzy stożek z którego górnej części powstaje sorokarp. Komórki ze szczytowej części tworzą trzonek (serofor) a komórka danej części wędruje na wierzchołek trzonka i przekształca się w spor. Są to ameby otoczone ściana, w celulozowej ścianie kiełkującej sporu tworzy się pora przez którą wychodzi ameba, i cykl zaczyna się od nowa. Tworzenie sorokarpa jest inicjowane przez rozpuszczalna substancję akrazynę. Przed rozpoczęciem tworzenia ugrupowań zostaje zachowane przez pewien czas absorpcja substancji odżywczych co świadczy o rozdzieleniu fazy wegetatywnej od morfologenetycznej. Myxomycetes (śluzowce) występują często na opadłych liściach w wilgotnych miejscach na słupach ogrodzenia. Zaliczają się tutaj między innymi: Lycogala epidendron, Cribraria fufa, Fuligo septica. W cyklu rozwojowym tworzą spory które uwolnione ze sporangiów kiełkują wytwarzając pływki lub myksameb. Pływki tracą nici i wchodzą w stadium ameboidalne, powstają jednojądrowe komórki. Mogą one łączyć sie parami i stawać się zygotami, powstałe 2n ameby mogą tworzyć zespoły formować śluźnie czyli plazmodia wielojądrowe, które w sprzyjających warunkach mogą  podlegać podziałom mitotycznym. Plazmodia dają początek owocowania czyli sporangiom. Plazmodia opuszczają dotychczasowe ciemne siedliska , przesuwają się ku światłu. Po mejozie rozpoczyna się dopiero formowanie sporangium w którym powstają spory , z resztek cytoplazmy powstają włośnie (nici). Phykomycetes (grzyby niższe) obejmują grzyby o plechach wielojądrowych i nieseptowanych (cenocytyczne). Chytridiomycetes- grzyby wodne lub glebowe, w ich ścianie jest chityna. Zalicza się tu m.in. Synchytrium endobioticum. Rhizophydium pollinis (poraża pyłek sosny). Oomycetes- wodne i lądowe rozmnażają się z apomoca dwuwiciowych pływek. Należą tu między innymi Phytophytora infestans (powodują zarazę ziemniaczaną) i Plazmofara viticola.Zygomycetes rozmnażają się przez wytworzenie zygospor (cenozygoty) powstaja one przez łączenie 2 gametangiów które łączą się ze sobą strzępki macierzyste, zalicza się 3 rzędy: Mucorales, Entomophythorales, Zoopagales

 

 

43.Ascomycetes: Plectomycetes, Pyrenomycetes, Discomycetes

Workowce zawdzięczają swą nazwę worką, króre wytwarzają w końcowej fazie rozmnażania płciowego. W workach są askospory-tam też odbywa się mejoza.Plectomycetes wytwarzają klejstotecja, należa tu m.in. rodzaj Aspergillus, mają wielojądrową   grzybnie na której  tworzą konidiofory. Z komórki bazalnej  wyrastająworki podtrzymujące konidiofory, a na ich szczycie są komórki konidiotwórcze z fialidiami, Na fialidzie znajdują się gonidia przypominajce sznury korali. Znane sąPenicillum charysogenum wykorzystywany do produkcji penicyliny.  Pyrenomycetes wytwarzają perytecja- owocnik butelkowaty, w dolnej części owocnika wyrastają worki pomiędzy którymi są worki płone zwane parafizami. Zaliczamy tu saprofity z rodzaju Cheatomina, Neurospora. Pasożyty, np. Slawiceps Purpureaatakuje różne gatunki traw w okresie ich kwitnienia wytwarza askospory, które kiełkują na znamieniu słupka i przerastają zalążnie tworząc grzybnie na której szczycie tworzą konidiofory z konidiami. Konidia przenoszone są przez owady. Po pewnym czasie słupek przekształca się sporysz-przetrwalnik, który zimuje w glebie opadłszy przy żniwach. Na sporyszu na wiosnę tworzą się podstawki a w nich perytecja z workami, w których jest po 8 askospor, Discomycetes są to grzyby wytwarzające apotecja- otwarte miseczki. Należa tu grzyby związane z lasami, np. Peziza, Morchella. Wiele grzybów jest patogennych,np. Sclerotina

 

44.Basidiomycetes i Deuteromycetes

Basidomycetes są to grzyby często spotykane w ściółce leśnej widocznej gołym okiem. Mają grzybnie zbudowaną z strzępek, wytwarzają bazydium (podstawkę) w której rozwijają się 4 bazydiospory. Z nich wyrasta grzybnie pierwotna złożona z jednojądrowych komórek. Natomiast w wyniku połączenia dwóch strzępek (somatogaia) powstaje grzybnie wtórna (dikariotyczna). Charakterystyczną cechą tych grzybów jest wytworzenie sprzączki. Przed podziałem komórki między dwoma jądrami tworzy się sprzączka, która wygina się. W części szczytowej znajdują się jądra A i B i są one oddzielone przez septe a sprzączka łączy się z komórka macierzystą dzięki temu jądro B przesuwa się do tylniej części komórki. Obie komórki siostrzane tzn. szczytowa i podszczytowa zawierają dwa jądra siostrzane. Grzybnia dikariotyczna może formować owocniki (grzyby kapeluszowe). Podstawki tworzą warstwę hymenium znajdującą się w określonych miejscach owocnika. Składa się ona z podstawek, strzępek płonnych, parafiz i cystyd. Podstawki powstają z komórki wierzchołkowej w której następuje kariogamia. Zygotyczne jądro podlega mejozie i tworzą się 4 haploidalne jądra. Równocześnie formują się 4 sterygmy a z nich bazydiospory do których migrują jądra. Bazydiospory są uwalniane z owocników.

Deuteromyces nie maja stadiów płciowych, stadia konidialne są bardzo podobne do Ascomytes. Występują u nich procesy paraseksualne podobnie jak uBasidiomyces i niektórych Ascomyces. W czasie tego procesu następuje plazmogamia, kariogamia i mejoza, ale nie odbywają się w określonych miejscach grzybni ani nie są związane ze specjalnymi stadiami rozwojowymi. Grzybnie wegetatywna zwykle jest homokariotyczna. W rosnącej grzybni heterokariotycznej grzybnie zwiększa się w wyniku mitozy, może zachodzić także kariogamia i mejoza. Końcowym efektem procesu paragenetycznego jest rekombinacja materiału genetycznego.

 

45.Drożdże.

 Drożdże, czyli grzyby pączkujące zalicza się do Protoascomycetes. Typowym dla nich sposobem rozmnażania bezpłciowego jest pączkowanie (ryc. 5. 2). Podział komórki przez rozszczepienie występuje

bardzo rzadko. Wypączkowane komórki mogą pozostawać na komórkach macierzystych i mogą tworzyć pseudo- lub pączkującą grzybnię bądź wypączkowane komórki mogą się całkowicie oddzielać. Askospory są wytwarzane w nagich workach powstałych z zygoty lub z komórek wegetatywnych.. Grzyby z rodziny Endomycetaceae, oprócz komórek pączkujących, wytwarzają grzybnię. Saccharomycetaceae (drożdże właściwe) nie mają zdolności wytwarzania grzybni.  Drożdże piwowarskie i piekarniane są odmianami fizjologicznymi Saccharomyces cerevisiae. Haploidalne komórki wegetatywne mogą się ze sobą łączyć (kopulować). Po kariogamii może następować natychmiast mejoza i formują się cztery askospory. Jednakże diploidalne komórki są zdolne do wielokrotnego rozmnażania przez pączkowanie, są one większe i bardziej aktywne fizjologicznie od komórek haploidalnych. W warunkach naturalnych drożdże żyją we wszystkich siedliskach, gdzie są dostępne w postaci płynnej wydzieliny lub wydaliny zawierającej

cukry łatwo podlegające fermentacji, np. w nektarze kwiatów, na owocach, na liściach.

 

 46.Podstawowe wymagania odżywcze.

 Pierwiastki wchodzące w skład komórki można podzielić na dwie grupy, tj. makroelementy obecne we

wszystkich organizmach: węgiel, tlen, wodór, azot, siarka, fosfor, potas, sód, wapń, magnez, żelazo (C, O, H, N, S, Ρ, Κ, Na, Ca, Mg, Fe), oraz mikroelementy lubpierwiastki śladowe, które nie są konieczne dla

wszystkich organizmów, tj.: mangan, molibden, cynk, miedź, kobalt, nikiel, wanad, bor, chrom, selen, krzem, wolfram i inne. Metale ciężkie są przeważnie składową enzymów zaangażowanych w metabolizmie

nieorganicznych pierwiastków lub związków, takich jak O2, N2, H2, S, SO4 2-, SO3 2-, NO3 -, NO2 ~, NH4 +.  Większość mikroelementów jest wymagana w ilościach śladowych (w stężeniach mikromolarnych) i zawarta jest  w postaci zanieczyszczeń w solach makroelementów. Mogą one także dostać się do podłoży mikrobiologicznych z zanieczyszczeń w szklanych naczyniach lub pyłkach kurzu. Z tych względów wykazanie zapotrzebowania na pierwiastki śladowe wymaga zastosowania specjalnego postępowania. Liczne metale ciężkie (Cu, Hg, Zn, Ni, Cd, Ag, Cr, Se) są toksyczne w ilościach milimolarnych.

W większości przypadków pierwiastki wprowadza się do podłoży w postaci soli.

 

 

 

47. Warunki wzrostu: stężenie jonów, ciśnienie osmotyczne i temperatura.

Większość organizmów rozwija się przy pH7 tzn. wtedy gdy jonu H+ i H- są w równowadze. Są jednak i takie które preferują podłoże lekko zasadowe. Da takich bakterii alkalifilnych zaliczamy bakterie nitryfikacyjne, promieniowce, bakterie mlekowe i rozkładające mocznik. Nieliczne bakterie są acidofilne: Thiobacillus,Acetobacter. Utrzymanie stałego pH jest szczególnie ważne u bakterii które stale produkują kwasy ale ich nie tolerują w dużych stężeniach (bakterie mlekowe). W tym przypadku stosuje się do podłoży nie organicznych fosforany, węglan wapnia lub kwaśny węglan sodu. Bakterie raczej nie wykazują wrażliwości na zmiany pH od 6 - 9. Uszkodzenia pod wpływem nieodpowiedniego pH są spowodowane zwiększeniem niezdysocjonowanych cząsteczek stałego kwasu lub zasady, które łatwiej wnikają do komórki niż produkty ich dysocjacji, gdyż niezdysocjowane kwasy są aktywniejsze biologicznie. Drobnoustroje wykazują zdolność do wzrostu w zakresie temperatury od 0 - 100 stopni. Stosunek drobnoustrojów do temperatur określają 3 wartości tzw. temperatury kardynalne: minimalna, optymalna, maksymalna. Temperatura minimalna to taka poniżej której drobnoustroje nie rosną. Temp. optymalna warunkuje najwyższy przyrost mikroorganizmu w danych środowisku. Temp. maksymalna powyżej ten temperatury drobnoustroje przestają się dzielić i ustaje ich wzrost. Wartości te odniesione do różnych drobnoustrojów są kryterium ich podziału na: psychrofile, mezofile i termofile. Psychrofile - drobnoustroje zimnolubne zamieszkują zimne środowiska. Są zdolne da wzrostu w temperaturze 0 stopni.Psychrofilami bezwzględnymi nazywamy bakterie zdolne do wzrostu w temperaturze nie przekraczające 20 stopni. Psychrofile stanowią zróżnicowaną grupę drobnoustrojów, częściej występują u gram- niż gram+. Należą do nich niektóre szczepy z rodzaju Pseudomonas, Aerobakter, Bacillus, Clostridium. Mezofile są grupą drobnoustrojów zdolną do wzrostu w temperaturze umiarkowanej. Ich optimum wzrostu waha się od 20 do 40 stopni. Zaliczamy tutaj gatunki saprofityczne i chorobotwórcze. Termofile występują w środowiskach ciepłych i gorących. Optymalna temperatura ich wzrostu waha od 45 do 70 stopni. Drobnoustroje te można znaleźć w nawozie organicznym, kompoście. Większość bakterii ciepłolubnych to gram+, przede wszystkim przetrwalnikujące.

Optymalne warunki osmotyczne wzrostu dla drobnoustrojów zapewnia środowisko 0.85% NaCl. Większość bakterii hodujemy na pożywkach zawierających 0.85NaCl. Nieliczne bakterie osmofilne wykazują zdolność do wzrostu na podłożach zawierających duże stężenie sacharozy. Bakterie na podłożach zawierających powyżej 10% NaCl nazywamy halofilami.

 

 48.  Podłoża mikrobiologiczne

 Wodny roztwór substancji chemicznych dostarczający mikroorganizmowi energii i pokarmu, czyli umożliwiający ich wzrost nazywa się pożywką i podłożem. Podłoża mikrobiologiczne to sztucznie stworzone środowisko wzrostu do hodowli drobnoustrojów. Stosuje się je do izolacji, różnicowania , identyfikacji lub namnażaniadrobnoustrojów, określania ich właściwości fizjologicznych, biochemicznych i hodowlanych mogą też być wykorzystane do otrzymania określonych produktów metabolizmu. Pokarm zawarty w pożywce musi zawierać niezbędne dla życia pierwiastki biogeniczne w postaci substancji lub związków przyswajanych przez dane mikroorganizmy. Najprostsze pożywki mogą być płynnymi mięsnymi lub roślinnymi wyciągami. Właściwie dobrana pożywka do hodowli drobnoustrojów powinna spełniać następujące warunki: odpowiednia wartość odżywcza (źródło N i C) odpowiednie stężenie soli mineralnych, optymalny odczyn pH, izotoniczność, jałowość, klarowność(przejrzystość). Podłoża mikrobiologiczne ze względu na zawartość składników odżywczych dzielimy na minimalne, pełne i wzbogacone. Podłoża minimalne zawierają tylko składniki pokarmowe niezbędne do podtrzymania wzrostu drobnoustrojów. Podłoża pełne (bulion odżywczy do hodowli bakterii oraz brzeczka do hodowli drożdży) zawierają wszystkie substancje odżywcze  niezbędne do wzrostu drobnoustrojów. Podłoża wzbogacone sporządzane dla drobnoustrojów słabo rosnących in vitro wymagających do wzrostu w tych warunkach dodatkowych substancji odżywczych. Czynnikiem wzbogacającym podłoże mogą być: krew, surowica, wyciąg wątrobowy, mleko, żółtka jaja dodawane najczęściej do podłoży drobnoustrojów chorobotwórczych. Podłoża bogate w substancje organiczne służą przede wszystkim do hodowli heterotrofów , zwłaszcza auksotrofów. Natomiast autotrofy, wykorzystujące jako źródło węgla najczęściejCO2  hoduje się na podłożach mineralnych .Źródłem azotu dla drobnoustrojów są w podłożach najczęściej związki organiczne, aminokwasy i peptydy. Źródło siarki stanowią najczęściej aminokwasy siarkowe siarczyny siarczany H2S rzadziej siarka elementarna. Podłoża dla heterotrofów sporządza się najczęściej z wyciągów tkanek zwierzęcych głównie z mięsa wołowego, stosuje się wyciągi serc, wątroby. Podstawowym podłożem stosowanym w mikrobiologii jest wyciąg mięsny (bulion). Ze względu na skład chemiczny podłoży dzielimy je na: naturalne, półsyntetyczne, syntetyczne. Podłoże naturalne o nie w pełni zdefiniowanym składzie chemicznym to między innymi bulion odżywczy brzeczka mleko odtłuszczone lub pełne. Podłoża półsyntetyczne są  częściowo poznane pod względem składu substancji odżywczych. Skład chemiczny podłoży syntetycznych jest w pełni określony, przykładem może być podłoże z mannitolem do hodowli Azobacter. Podłoża mikrobiologiczne ze względu na konsystencje dzielimy na: stałe9zawierające 1,5- 2% agaru), półpłynne(z dodatkiem 0,1- 0,7% agaru) oraz płynne. Te ostatnie służą przede wszystkim donamnażania drobnoustrojów. Na podłożach półpłynnych badamy np. ruch bakterii, podłoża stałe mogą służyć do namnażania bakterii ale przede wszystkim wykorzystywane są do ich różnicowania.  Podłoża mikrobiologiczne ze względu na przeznaczenie i zastosowanie dzielimy na: namnażające, wybiórcze, izolacyjne i różnicujące. Podłoża namnażające najczęściej płynne służą do otrzymywania dużej biomasy drobnoustrojów. Pożywki wybiórcze zawierają dodatek związku chemhamującego wzrost konkretnej grupy drobnoustrojów. Podłoża namnażająco-wybiórcze pozwalają na namnażanie się tylko jednemu drobnoustrojowi lub gatunkowi drobnoustrojów lub jednej grupie drobnoustrojów znajdującym się w posiewnym materiale , przykładem jest podłoże z kwaśnym seleninem sodu hamujące wzrost E.coli wykorzystywane do namnażania Salmonella sp. z kału lub próbek żywności. Innym podłożem jest podłoże p. Kauffmana. Podłoża izolacyjne to podłoża stałe zawierające odpowiedni wskaźnik (identyfikator) pozwalający odróżnić od siebie kolonie bakterii przykładem jest podłoże Clauberga z tellurynem potasu do hodowliCorynebacterium sp. Podłoża różnicujące zawierają substancje diagnostyczną, wykorzystujące różnorodne właściwości mikroorganizmów objawiające się rozkładem danej substancji diagnostycznej z utworzeniem charakterystycznych produktów, np. podłoże Endo.

 

 

49. Hodowle tlenowe i beztlenowe.

Mikroorganizmy tlenowe potrzebują O2 jako końcowego akceptora elektronów. Są zazwyczaj hodowane na powierzchni agaru lub tez w cienkich warstwach w kontakcie z powietrzem. Natomiast dostęp tlenu jest ograniczony, a bakterie zazwyczaj rosną pod powierzchnią gdyż w głębszych warstwach panują warunki beztlenowe. Poza tym w wyrastającej kolonii tuż pod nią ze względu na stałe wykorzystywanie O2 panują warunki ograniczające tlen. Dlatego takich hodowlach stosuje się napowietrzanie, czyli ciągłe dostarczanie O2. Istnieje kilka metod napowietrzania - hodowla w cienkiej warstwie, mieszanie płyny przez wytrząsanie, rotacja ułożonych poziomo butelek wokół podłużnej osi - wymuszone nawietrznie słupa cieczy za pomocą powietrza przepuszczalnego pod ciśnieniem przez filtr ze szkła - mechaniczne mieszanie. Można także zapewnić dużą powierzchnię kontaktu między fazą płynną a gazową i zwiększyć ciśnienie parcjalne O2 w fazie gazowej i przez to zwiększyć szybkość rozpuszczania tlenu. Przy hodowli beztlenowców niezbędne jest wyeliminowanie tlenu, aby to osiągną stosuje się kilka metod:

- pożywki odpowietrzone przez gotowanie, pozbawione pęcherzyków powietrza umieszczone w suchych naczyniach

- beztlenowa, gazowa atmosfera w eksykatorach i kloszach anaerobowych

- wykorzystanie związków absorbujących tlen

- dodanie do podłoży czynników redukujących, zmniejszających toksyczne działanie tlenu (cysterna) do podłoży można dodać rezrycne która w obecności tlenu zmienia się z bezbarwnej na niebieską

 

 

50.Metody hodowli selektywnych.

Hodowla wzbogacająca. Warunki wzbogacania dla danej grupy organizmów są takie, aby dawały im możliwość skutecznego konkurowania i uzyskiwania przewagi. W tym celu można narzucić odpowiednie warunki przez dobór poszczególnych parametrów (źródło węgla, energii i azotu, gazową atmosferę, akceptory elektronów, temperatura, światło, pH itp. ). Po

zaszczepieniu takiego podłoża mieszaną populacją mikroorganizmów, jak np. próbką gleby czy mułu, organizmy najlepiej przystosowane do tych szczególnych warunków, którym zostały poddane, będą rosły lepiej niż inne i uzyskają liczebną przewagę. Kolejne przeszczepienia do tego samego płynnego podłoża i w tych samych warunkach, a następnie

wysianie na podłoże stałe o tym samym składzie prowadzą do takiego wzbogacenia poszukiwanego gatunku czy szczepu, że można go bez trudności wyizolować. Technika hodowli wzbogacających umożliwia izolację mikroorganizmów o dowolnej kombinacji wymagań odżywczych, pod warunkiem że pożądany typ rzeczywiście w naturze istnieje. Dla wielu wyspecjalizowanych mikroorganizmów warunki wzbogacania mogą być wysoce selektywne. Istotne dla powodzenia procesu wzbogacania jest zaspokojenie tylko minimalnych wymagań odżywczych metabolicznego typu, który ma być wyodrębniony. W celu uzyskania największej możliwej liczby szczepów, które mogą rosnąć w danych warunkach selektywnych, należy zastosować metodę bezpośredniego wysiewu na płytki. Jeżeli odpowiednio rozcieńczone. inokulum zostanie rozprowadzone na powierzchni stałego, selektywnego podłoża agarowego, wówczas poszukiwane warianty metaboliczne pojawią

się w postaci indywidualnych kolonii, a przy odpowiedniej odległości między koloniami nie dojdzie do współzawodnictwa o związki odżywcze. Dzięki temu wolniej rosnące szczepy nie zostaną zarośnięte przez rosnące szybciej i będzie można je wyizolować. Czysta kultura. Czystą kulturę definiuje się jako potomstwo pojedynczej komórki (klon). Otrzymanie czystej kultury, wykazanie jej czystości  ponad wszelką wątpliwość i przechowanie jej bez zakażeń jest jednym z najważniejszych zadań mikrobiologii. Izolację czystej kultury jakiegoś

mikroorganizmu przeprowadza się, poza nielicznymi wyjątkami na podłożach stałych. Najpierw pojedyncza komórka musi zostać odseparowana od reszty populacji,tak aby kolonia, która powstanie z tej komórki, pozostawała z dala od innych kolonii i komórek. Bakterie tlenowe i zoluje się metodą lanych płytek Kocha lub w mniej pracochłonny sposób

— wykonanie posiewu redukcyjnego za pomocą platynowego oczka (zwanego też ezą) na powierzchni odpowiedniej płytki agarowej (ryc. 6. 6). Bakterie beztlenowe zawiesza się w upłynnionym podłożu agarowym o temperaturze 45°C i inkubuje się bez dostępu tlenu (ryc. 6. 7). Przez ostrożne pobranie pojedynczej kolonii, zawieszenie jej w odpowiednim

roztworze i wielokrotne wysiewanie metodą redukcyjną na podłożu agarozowym można zazwyczaj wyizolować czystą kulturę większości szczepów. Otrzymywanie czystej kultury można też przeprowadzić na podłożu płynnym, pod warunkiem że poszukiwany mikroorganizm dominuje ilościowo w wyjściowym materiale. W wyniku wykonania serii rozcieńczeń w płynnym podłożu można osiągnąć taki etap, że w ostatnim rozcieńczeniu

będzie obecna tylko jedna komórka. Powstały z niej klon będzie czystą kulturą.

Hodowla mieszana. Naturalne populacje zazwyczaj składają się z mieszaniny różnych mikroorganizmów. Spotykamy wśród nich dużą różnorodność wzajemnych relacji. Mamy więc do czynienia z konkurencją, jeśli organizmy współzawodniczą o jeden substrat, lub też z komensalizmem albo mutualizmem.

 

51. Metody określania liczby i masy bakterii.

 W różnych wzrostu w hodowli okresowej nie musi stała zależność między powiększeniem się masy bakterii a ich liczbą komórek. Może mieć miejsce sytuacja żekomórki będą podlegać szybkim podziałom na co nie będzie wskazywał przyrost masy lub przyrost będzie przewyższać szybkość podziałów. Do określenia liczby komórek stosuje się metody liczenia żywych komórek lub obliczenie całkowitej liczby komórek. Za komórki żywe uważa się te które są zdolne do tworzenie koloni na podłożach stalych lub tworzenia zawiesiny na pożywce płynnej . metoda liczenia przeżyciowego polega na określeniu liczby tylko żywych komórek w tym przypadku można stosować płytek lanych Kocha. Polega ona na mieszaniu odpowiedniej ilości rozcieńczonej zawiesiny hodowli z płynnym agarem. Całość wylewa się na płytkęPetriego do zastygnięcia. Inna metodą jest metoda płytek mazanych czyli rozprowadzenie zawiesiny na agarze za pomocą głaszczki. Można tez stosować filtry membranowe(liczenie całkowite). Metoda ultrafiltracji polega na odfiltrowaniu ściśle określonej objętości materiału ciekłego przez filtr membranowy. Następnie filtr umieszcza się na bibule filtracyjnej płytce Petriego zawierającą watę zwilżoną formaliną. Po wymieszaniu ultracząsteczka barwi się go roztworem erytrozyny. Do liczenia całkowitej liczby komórek może posłużyć mikroskop w tym przypadku komórki umieszcza się w komorze Thoma. Mozna też stosować łucznik Coultera lub zastosować metodę filtracji membranowej. W celu kreślenia masy bakterii stosuje się metody pośrednie i bezpośrednie, do metod bezpośrednich zaliczamy: oznaczenie mokrej masy po odwirowaniu, oznaczenie ilościowe białek bakteryjnych oznaczenie zawartości azotu węgla, mikrometody do oznaczania substancji reprezentatywnych, np. tryptofanu. Metody pośrednie pomiar zmętnienia zawiesiny bakterii za pomocą   trubinometri lub nefelometrii, pomiary aktywności metabolicznej metodą miareczkową monometryczną lub elektrochemiczną.

 

 

52. Równania opisujące wzrost logarytmiczny i czas generacji.

Bakterie namnażają się przez podział. Tak powstają 2 komórki potomne. Rozmnażanie przypomina ciąg: 20 → 21  →22 → 23 →...→2n

Liczba komórek zwiększa siew czasie. Jest to wzrost logarytmiczny. Jeśli w jednostce objętości hodowli bakteryjnej znajduje się No komórek, po n podziałach będzie liczba komórek równa No-2n                                

Po zlogarytmowaniu w przeliczeniu na liczbę podziałów otrzymujemy: n logN-logNo / log2. Szybkość podziałów wynosi: V= n/t = logN- logNo / log2 (t-to). Czas generacji- to okres w którym zachodzi jeden podział. Jeśli wykreślimy funkcje zależności liczby komórek w zależności od czasu daje krzywą o charakterze wykładniczym. Ponieważ wzrost wykładniczy charakteryzuje się liniową zależnością między czasem a logarytmem liczby komórek nazywa się go wzrostemlogarytmiczym. W badaniach kinetyki wzrostu bakterii populacje traktuje się jako autokatalicznie namnażajacy się system. Swoista szybkość wzrostu jest odwrotnie proporcjonalna do czasu generacji lub podwojenia. Wiec szybkość podziałów wyraża się równaniem: V= 1/td = u/0,693.

 

 53. Etapy wzrostu w hodowlach okresowych

Wyróżniamy cztery etapy wzrostu w hodowlach okresowych: Faza zastoju, faza logarytmicznego wzrostu, faza stacjonarna, faza zamierania. Faza zastoju. Faza ta obejmuje okres od momentu zaszczepienia do momentu ustalenia maksymalnej szybkości podziałów. Czas trwania fazy

zastoju zależy od „historii" hodowli użytej jako inokulum, jej wieku oraz składu i stopnia dopasowania nowej pożywki. Faza logarytmiczna. Faza logarytmiczna (inaczej wykładnicza) charakteryzuje

się stałym minimalnym czasem generacji. Faza stacjonarna. Faza ta rozpoczyna się w momencie, gdy komórki nie mogą się już reprodukować. Ponieważ szybkość wzrostu zależy, obok innych czynników, także od stężenia substratu, które maleje podczas hodowli, szybkość wzrostu hodowli zaczyna się zmniejszać nawet przed całkowitym wyczerpaniem substratu. Dlatego przejście od fazy logarytmicznej

do stacjonarnej jest zazwyczaj stopniowe. Faza zamierania-wyginięcie.

Bakterie wprowadzone do płynnej pożywki, a następnie inkubowane w odpowiednich warunkach będą się dzieliły do momentu, gdy którykolwiek z niezbędnych składników zostanie wyczerpany i stanie się czynnikiemlimitującym dalszy wzrost. Jeżeli w ciągu tego czasu nie będą dodawane żadne składniki odżywcze ani nie będą usuwane szkodliwe produkty metabolizmu, powstaje układ zamknięty, w którym wzrost mikroorganizmów nazywa się hodowlą okresową (lub statyczną) i podlega on takim samym prawom jak wzrost organizmu wielokomórkowego.

 

 54. Dwa parametry krzywej wzrostu wydajność wykładnicza

Wydajnośc jest róznicą miedzy poczatkowa a maksymalna masa bakterii. Wydajnośc wzrostu to stosunek wydajności do zuzycia substratu- Y. Często wydajnośc jest odnoszona także do stężenia substratu i wyrażana jako molarny wspołczynnik wydajności Ym(gram/mol) umożliwia tez on obliczenie ilości ATP otrzymanego zdanego żródła energii. Wykładnicza szybkość jest miarą szybkości wzrostu komórek w fazie logarytmicznej. Obliczą się ja z gestości bakterii x0 i xt odpowiednio w czasie t0 i t zgodnie z równaniem                   .Faza zastoju podobnie jak faza log jest ważnym parametrem. Czas trwania zastoju jest czasem obliczonym z róznicymiedzy punktem czasowym w którym hodowla osiąga pewna gestośc a czasem po którym hodowla osiagnelaby te sama wielkośc gdyby rosła wykładniczo. 3.Wiązanie CO2:

 

 55. Hodowle ciągłe: chemostat, turbidostat.

 Hodowle ciągłe(otwarte) to takie w trakcie których kontroluje się w sposób ciągły zużycie substancji odżywczych, przyrost liczby lub masy drobnoustrojów lub stężenie wytwarzanych metabolitów. Hodowlę tą utrzymuje się w określonej fazie wzrostu. Warunkiem utrzymania równowagi jest kontrolowanie szybkości rozcieńczania hodowli(D) wartość D musi równać się swoistej szybkości wzrostu. Hemostat to urządzenie w którym kontroluje się zużywanie źródła azotu, węgla, energii, składa się z naczynia hodowlanego oraz zbiornika dostarczającego świeże powietrze ze stałą szybkością. W naczyniu hodowlanym stosuje się napowietrznie i mechaniczne mieszanie hodowli bakteryjnych. Hodowla w hemostacie jest kontrolowana za pomocą stężenia substratów, zależność swoistej szybkości wzrostu ( przyrostu masy drobnoustrojów) od stężenia substratów jest zgodna z krzywą nasycenia. Bakterie rosną z maksymalną szybkością przy małym stężeniu substratów. Przy zwiększeniu czasu generacji zwiększa się produkcja bakterii. Po przekroczeniu D max ulega spadkowi. W turbidostacie pokonuje się gęstość optyczną hodowli czyli utrzymuje się stałe zmętnienie. Naczynie hodowlane w tym przypadku zawierz wszystkie składniki odżywcze bakterie rosną z bardzo dużą szybkością.

 

 56. Równania opisujące szybkość rozcieńczania.

Szybkością rozcieńczania nazywamy zmianę objętości hodowli na godzine., wyraża ją stosunek szybkości uzupełnienia pożywki do objętości hodowli. Szybkość rozcieńczenia opisuje równanie: D= f/V; gdzie D0 szybkość rozcieńczania, f- szybkośc uzupełniania pożyki wyrażona w l/godz., V- objętość naczynia hodowlanego. W zależności od szybkości rozcieńczania zmienia się gęstość bakterii, stężenie substratu oraz czas podwajania i plonu bakterii. Zwiększając szybkość roz. Zwiększa się szybkośc wzrostu bakterii(skrócenie czasu generacji) i produkcję bakterii. Gdy szybkość rozcieńczenia wywołuje max szybkość wzrostu to substrat ulega wypłukaniu z pożywaki.

 

 57. Sterylizacja i jej metody

Sterylizacją (wyjaławianiem) nazywamy proces zabijania drobnoustrojów zarówna form wegetatywnych jak i przetrwanych. Proces ten można przeprowadzić stosując metody fizyczne, chemiczne lub mechaniczne. Do sposobów fizycznych zalicza się sterylizację

- cieplną suchą przez wyżarzanie w płomieniu palnika, np. ezy lub głaszczki, opalanie w płomieniu palnika brzegów probówki lub kolbki oraz wyjaławianie gorącym suchym powietrzem w suszarce w temp 140stopni przez 2,5h;  160 stopni przez 2h lub 180stopni przez 1h

- cieplna mokra (parą wodna) może być przeprowadzana przez dekoktację - gotowaie; pasteryzację w tem do 100 stopni(wyróżnia się pasteryzację niską - długotrwałą i pasteryzację wysoką - szybką oraz ultra szybką - UHT w temp 130-150 stopni przez kilka sekund); tyndalizację - sterylizację w aparycji Kocha (potrójna sterylizacja w temp 100 stopni w odstępach 24h); wyjaławianie za pomocą pary wodnej pod zwiększonym ciśnieniem w autoklawie lub szybkowarze (w temp powyżej 100 stopni) materiałów których skład nie ulega rozkładowi w tak wysokiej temperaturze.

- sterylizacja za pomocą promieniowania UV oraz promieniowania elektromagnetycznego.

 

Do metod chemicznych zalicza się sterylizację gazową np. tlenkiem etylu, chlorem, ozonem.

Metodą mechaniczną jest sterylizacją przez sączenie za pomocą filtrów która średnica porów jest mniejsza od średnicy bakterii. Służy do sterylizacji pożywek, buforów i roztworów, które nie mogą być wyjaławiane termicznie. Najczęściej stosuje się filtry membranowe z nitrocelulozy lub octanu celulozy.

 

 58. Metabolizm: katabolizm, anabolizm, amfibolizm.

 Metabolizmem nazywamy całokształt przemian materii i energii zachodzącym w danym organizmie. Przemiany metaboliczne możemy podzielić na anaboliczne w których następuje tworzenie związków bardziej złożonych ze związków prostych co przeważnie wymaga wydatkowania energii, i kataboliczne a więc takie w następstwie których związki bardziej złożone ulegają rozłożeniu na proste. Większość przemian katabolicznych przebiega z uwolnieniem energii. W procesie metabolizmu pośredniego - amfibolizmu związki proste powstałe w wyniku katabolizmu są przekształcane do różnych kwasów organicznych i estrów fosforanowych z których powstają aminokwasy, zasady purynowe i pirymidynowe, fosfocukry.

 

 59.Związki wysokoenergetyczne

Nośnikiem energi swobodnej w większości procesów zużywających energię jest adenozyno ATP. ATP jest cząsteczką bogatą w energię ponieważ jego jednostka fosforanowa zawiera dwa bezwodnikowe wiązania fosforanowe.Energia swobodna uwalniana w czasie hydrolizy ATP jest wykorzystywana do przeprowadzania reakcji wymagających jej dostarczania. Tworzenie ATP z ADP i Pi następuje w wyniku utleniania cząsteczek pokarmu lub pochłaniania energii świetlnej .W układach biologicznych występują również inne związki o wysokim potencjale fosforylacyjnym.

-fosfoenylopirogronian

-acetylofosforan

-fosforan kreatyny

-pirofosforan

-glukozo 1 fosforan

-glukozo 6 fosforan

-glukozo 3 fosforan

 60. .Glikoliza :enzymy i etapy przekształcenia glukozy                 

Glikoliza (szlak fruktozo 1,6 bisfosforanowy ) jest szlakiem metabolicznym przekształcającym glukoze w pirogronian z wytwarzaniem małych ilosci ATP.Reakcjeszlaku glikolizy zachodzą w cyyoplazmie .Glukoza wprowadzona do komórki przez specyficzne białka transportujące jest fosforyzowana do glukozo 6 fosforanu kosztem ATP przez specyficzną kinaze heksokinaze . Następnym etapem glikolizy jest izomeryzacja glukozo 6fosforanu czyli dochodzi do przekształcenia aldozy wketoze przez izomeraze glukozofosforanową.Po izomeryzacji zachodzi druga fosforylacja fruktozo 6 fosforan jest fosforylowany przez ATP do fruktozo 1,6bisfosforanu przez allosteryczny enzym fosfofruktokinaze .Następną fazą glikolizy jest rozszczepienie fruktozo 1,6 bisfosforanu na aldehyd 3 fosfoglicerynowy ifosfodihydroksyaceton przez aldoze . Obie fosfotriozy łatwo ulegają izomeryzacji przez izomerazę triozofosforanową. W następnym etapie aldehyd 3 fosfoglicerynowyjest utleniany przez dehydrogenaze aldehydu fosfoglicerynowego do  1,3 bisfosfoglicerynianu , który zawiera grupę acetylofosforanową o wysokim potencjale energetycznym . Kinaza fosfoglicerynianowa przenosi grupe fosforanową  z 1,3 bisfosfoglicerynianu na ADP tworząc cząsteczkę ATP i 3 fosfoglicerynian jest przekształcany w fosfoenylopirogronian przez fosfogliceromutaze i enolaze . W końcowym etapie powstaje pirogronian i jedna cząsteczka ATP w wyniku nieodwracalnej reakcji kinazy pirogronianowej 3.Mutageny i ich działanie

 

61. Szlak pentozofosforanowy

Reakcje szlaku pentozofosforanowego odbywają  się w cytoplazmie ich znaczenie polega na dostarczeniu niezbędnych prekusorów oraz równoważników redukujących dla procesów syntezy. W szlaku tym glukoze 6 fosforan ulega odwodnieniu do 6 fosfoglukonolaktonu przez dehydrogenazę glukozo 6 fosforanową,.Nastepnie 6 fosfoglukonolakton ulega hydrolizie do 6 fosfoglukonianu, który zostaje odwodniony do 3 keto 6 fosfoglukukanionu przez dehydrogenazę 6fosfoglukonową. W następnym etapie 3 keto 6 fosfoglukanion ulega dekarboksylacji co prowadzi do powstania rybulozo 5 fosforanu. W ostatnie fazie powstają dwie cząsteczki fruktozo 6 fosforanu i jedna cząsteczka aldehydu 3 fosfoglicerynowego. Daja ona razem 3 cząsteczki CO2 i 6 czasteczek NADPH2 z 3 cząsteczek glukozo 6 fosforanu.

 

 

62. Szlak 2- ketozo 3- deoksy 6- fosfoglukanionowy.    

Drobnoustroja wykorzystują cukry złożone oraz disacharydy. Szlak ten występuje u Pseudomonas, Acetobacter, Xantomonas, Hoaligenes?, Glukonobacter. Glukozo 6- fosforan ulega odwodorowaniu do 6- fosfoglukonianu. Usuniecie wody przez dehydrogenaze fosfoglukonianową prowadzi do 2- ketozo- 3- deoksy- 6-fosfoglukonianu, jest on rozszczepiony przez aldolazy do pirogronianu i aldehydu 3- fosfoglicerynowego. Ten ostatni utleniany do pirogronianu. Szlaki różnią się wydajnością ATP, NADH2, NADPH2. W szlaku fruktozobifosforanowym na każdy mol glukozy przeprowadzonej do pirogronianu powstaje 2 mole ATP i 2 mole NADH2, a w szlaku 2- ketozo- 3- deoksy- 6- fosfoglukanionowym po molu ATP i NADPH2. Szlak 2- ketozo- 3- deoksy- 6- fosfoglukanionowy jest rozpowszechniony wśród bakterii, ma znaczenie w wykorzystywaniu glukonianu. Tak wiec E. Coli i gatunki Clostridium mogą wykorzystywać glukozę w szlakufruktozobifosforanowym glukonian może wchodzić w ich metabilozm posredni za pośrednictwem reakcji 2- keto-3- deoksy- 6 fosfoglukonianowej.

 

 63. Utlenianie pirogronianu

 Pirogronian utleniany jest do acetylo koenzymu A w trzech typach reakcji.

Najważniejszą z nich jest oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu. Katalizowana przez kompleks dehydrogenazy pirogronianowej będącej zespołem trzech enzymów.

W reakcji tej uwolniony zostaje CO2 a powstały przy tym aldehyd octowy zostaje utleniony do octanu który zostaje przyłączony do koenzymu A i powstaje w ten sposób Acetylo koenzym A równocześnie NAD+ zostaje zredukowany do  NADH. Sumarycznie proces ten przedstawia równanie:

Pirogronian + koenzymA +NAD- acetylo Co A+ NADH2+CO2

W drugim typie reakcji pirogronian zostaje utleniony do acetylo CoA przez oksydoreduktaze pirogronianową: ferroredoksyna wg. równania; pirogronian + CoA+2Fd= acetylo CoA+ 2FdH +CO2

Natomiast trzeci typ reakcji katalizowany jest przez liaze pirogronian: mrówczan. W reakcji tej pirogronian zostaje przyłączony do CoA w wyniku czego powstajeacetylo CoA i mrówczan.

 

64.  Cykl kwasów trójkarboksylowych.

Cykl kwasów trójkarboksylowych jest końcowym wspólnym szlakiem utleniania substratów energetycznych. Cykl zaczyna się od kondensacji szczawiooctanu zacetylo CoA przez syntaze cytrynianową w wyniku czego powstaje cytrynian oraz wolny CoA. Cytrynian jest izomeryzowany przez akonitaze. Izocytrynian jest utleniony i dekarboksylowany do alfa ketoglutaranu w procesie oksydacyjnej karboksylacji katalizowaniej przez dehydorgenaze izocytrynianową w następnej oksydacyjnej dekarboksylacji katalizowanej przez kompleks dehydrogenazy alfa ketoglutaranowej powstaje bursztynylo CoA w kolejnym etapie zostaje rozerwane wiązanie wysokoenergetyczne bursztynyloCoA które sprzężone z fosforyzacja ADP. Reakcja ta katalizowana jest przez syntetaze bursztynylo CoA. Koncowy etap cyklu stanowią reakcje regeneracji szczawiooctanu przez utlenienie bursztynianu. W reakcjach tych bursztynian zostaje utleniony do fumaranu przez dehydrogenazębursztynianową. Uwodnienie fumaranu katalizuje fumaraza. Utworzony jabłczan jest utleniony do szczawiooctanu przez dehydrogenazę jabłczanową z udziałem NAD+. W cyklu tym 3 jony wodorowe (6 elektronów) zostaje przeniesione na NAD+, natomiast para atomów wodoru (2 elektrony) jest przeniesiona na FAD. Podczas utlenienia tych przenośników w łańcuchu oddechowym powstaje 9 cząsteczek ADP, również podczas każdego obrotu cyklu powstaje jedno wysokoenergetyczne (fosforanowe) wiązania.

 

 65. Łańcuch oddechowy i fosforylacja oksydacyjna

Oksydacyjną fosforylacyjną nazywamy proces syntezy ATP zachodzący w wyniku przeniesienia elektronów z NADH lub FADH2 na tlen atmosferyczny przez szereg przenośników elektronów w łańcuchu oddechowym. Istotę tych procesów stanowi przekształcenie siły elektromotorycznej w siłe pro tonometryczną i następnie w potencjałfosforylacyjny. W pierwszej fazie biorą udział 3 pompy protonowe napędzane elektronami: reduktaza NADH-Q, reduktaza cytochromowa i oksydaza cytochromowa. W drugiej fazie fosforylacji uczestniczy synteza ATP w następstwie  powrotnego przepływu elektronów. U prokariotów pompy protonowe i kompleks syntetyzujący znajduja się w błonie cytoplazmatycznej zawierającej poryne. Transport  elektronów przez łańcuch oddechowy jest wymuszony różnicą potencjałów miedzy NADH i O2. W skład łańcucha oddechowego wchodzą 3 pompy protonowe wymienione wyżej, które połaczone sa dwoma ruchomymi przenośnikami elektronów, są to: ubichinon i cytochrom C. Przenośniki elektronów są uporządkowane według rosnącego potencjału redukcyjnego. Elektrony przenoszone są na końcowy akceptor, którym jest tlen cząsteczkowy, który jest redukowany do czasteczki wody. Podczas transportu elektronów z jednej czasteczki NADH powstającego w cyklu kwasów trój karboksylowych tworza się  3 czasteczki ATP. W wypadku NADH pochodzącego z glikolizy oraz FADH2 uzyskuje się 2 czasteczki ATP.

 

 66.   Transport elektronów w warunkach beztlenowcyh

 W środowisku beztlenowym np. w mokrej glebie, osadach dennych wielu stawów i jezior zyją bakterie które czerpia energie z oddychania beztlenowego. Zalicza się tu wiele bakteri które jako akceptor tlenu wykorzystują rożne związki np. Paracocus-Denitryifikans redujuje azotan do azotu cząsteczkowego i NO2, bakterie siarkowe np. Desulfovibrio, Desulfuricans redukują siarczan i siarkę elementarną do siarkowodoru. Clostridium aceticum redukuje Co2 i węglany do kwasu octowego, bakterie żelazowe np. Alteromones putrefacius redukuje zelazo 3 do zelazo 2. W wyniku tych przemian nastepuje przejscie - ze zwiazkow ogranicznych(substratow) do nieogranicznych jonów i związków. To pozwala na uzyskanie energii w procesie  oksydacji oksydatywnej.

 

67.   Główne reakcje anaplerotyczne.Cykl glioksalowy.

Reakcjami anaplerotycznymi (uzupełniającymi) nazywamy te których zadaniem jest odtworzenie związków pośrednich z cyklów kwasów trójkarboksylowychodprowadzonych do biosyntezy. Do reakcji tych zaliczamy :1) Karboksylacje kwasów trójwęglowych (pirogronianu, fosfoenylopirogronianu) do szczawiooctanu jako akceptora acetylo CoA. Karboksylacja pirogronianu katalizowana jest przez karboksylaze pirogronianową a przemiana fosfoenylopirogronianu przeprowadzana jest przez karboksylazę fosfoenylopirogronianową. 2) Proces syntezy fosfoenylopirogronianu z pirogronianu poprzez szczawiooctan. Proces ten zużywa 2 cząsteczki ATP jedną do karboksylacji pirogronianu druga do syntezy fosfoenylopirogronianu. Cykl glioksalowy na który składaja się następujące reakcje: Rozszczepienie izocytrynianudo bursztynianu i gliksylanu przez liaze izocytrynianową , synteze jabłczanu z glioksylanu i acetylo CoA przez synteze jabłczanową , przekształcenie jabłczanu wpirogronian przez enzym jabłczanowy, synteza fosfoenylopirogronianu przez karboksykinaze fosfoenylopirogronianową , synteza szczawiooctanu z jabłczanu i synteza cytrynianu ze szczawiooctanu przez synteze cytrynianu w cyklu glioksalowym jako substrat wykorzystywany jako octan, który służy do syntezy acetylo CoA.

 

 

68.Biosynteza aminokwasów, nukleotydów, lipidów

Aminokwasy potrzebne do syntezy białek są syntetyzowane w metabolizmie pośrednim z prostych składników takich jak: pirogronian, alfa ketoglutaran,szczawiooctan, furamina, rybozo 5-fosforan i ATP. Ze związków tych pochodzą szkielety węglowe aminokwasów. Grupy aminowe są wprowadzone do nich w drodze bezpośredniej aminacji lub przez transaminację. Niektóre aminokwasy powstają w drodze bezpośredniej aminacji. Przez asymilacje azotanu, azotynu i azotucząsteczkowego  poprzedzające redukcję ich do amoniaku. Jednak większość aminokwasów otrzymuje grupę aminową przez transaminację z aminokwasu pierwotnego. Nukleotydy są syntetyzowane z prostych cegiełek budulcowych albo przez ponowne wykorzystanie wolnych zasad już istniejących. Puryny i pirymidyny są budowane z aminokwasów pochodnych tetrahydrafolianu, NH4, CO2. Reszta cukrowa rybonukleotydu pochodzi z aktywnego donora cukru 5-fosforybozylo-1-pirofosforanu. Deoksyrybonukleotydy są syntetyzowane przez reduktazę rybonukleotydów. Biosynteza kwasów tłuszczowych (długołańcuchowych) polega na odłączeniu i redukcji grup octanowych. W pierwszej reakcji grupa metylowa acetylo- CoA ulega kondensacji do malonylo- CoA przez biotynę. W kolejnych redukcjach kondensacji grupa karboksylowa zostaje znów uwolniona w postaci CO2.

 

 69. Sposoby pobierania substancji przez błony komórkowe

Główną funkcją błony komórkowej jest transport pierwiastów ,substancji odrzywczych oraz produktów metabolizmu. Błona cytoplazmatyczna stanowi barierepółprzepuszczalności , a transport przez nią charakteryzuje sie dużą wybiórczościa. Wyróznia sie 4 typy transportu błonowego. Prostą dyfuzje (bierną)- silanapędowa w tym typie transportu jest różnicą stężeń przenoszonych substancji lub potencjał elektryczny po obu stronach błony.Transport ten odbywa sie zgodnie z gradientem stęzen lub potencjału elektorchemicznego.Dyfuzji prostej podlega woda a takze substancje o charakterze hydrofobowym

- Dyfuzja ułatwiona rózni się od dyfuzji prostej tym ze jest procesem swoistym, któremu ulegaja cząsteczki o określonej strukturze chemicznej. W tym typie dyfuzji biorą udział Premerazy 9 translokazy, białka tunelowe tj. rodz. enzymów przenoszących rózne substancje. Proces ten zwany również uniportem zachodzi bez wydatkowania enegrii.

- Transport aktywny  odbywa się wbrew gradiętowi stęzeń przenoszonych substancji i przebiega z wydatkowaniem energii. Ten typ transportu kontrolowany jest przez translokazy(premazy).

- Translokacja grupowa jest typem transportu aktywnego, polega ona na przemieszczaniu się substratu z jednoczesną jego modyfikacją uniemożliwiającą mu ponowne przejście przez błonę np. transport cukrów z rownoczesną ich fosforyzacją przez fosfotransferazy.

 

 70. Transport aktywny, Translokacja grupowa

 Transport aktywny  odbywa się wbrew gradiętowi stęzeń przenoszonych substancji i przebiega z wydatkowaniem energii. Ten typ transportu kontrolowany jest przez translokazy(premazy).

- Translokacja grupowa jest typem transportu aktywnego, polega ona na przemieszczaniu się substratu z jednoczesną jego modyfikacją uniemożliwiającą mu ponowne przejście przez błonę np. transport cukrów z rownoczesną ich fosforyzacją przez fosfotransferazy.

 

 71. Fermentacja alkoholowa u drożdży, modyfikacja Neuberga.

Fermentacja jest to proces metaboliczny służący odtworzeniu ATP, w którym produkt rozkładu substratów org. pełnią też rolę donorów i akceptorów H. U drożdży fermentacja cukrów zachodzi z wytworzeniem etanolu. Głównym substratem w tym procesie jest glukoza, jej degradacja zachodzi w szlaku fruktozobisfosforanowym. Pierwszym etapem fermentacje jest glikoliza, w następnym etapie powstały pirogronian jest przeprowadzany do aldehydu octowego, reakcję tą katalizujedekarboksylaza pirogronianowa. Aldehyd octowy ulega redukcji do etanolu. Donorem wodoru jest tutaj NADH2 - reakcję katalizuje dehydrogenaza alkoholowa. Etanol jest produktem fermentacji. Neuberg wykazał, że drożdże mogą fermentować glukozę i pirogronian. Ważne jest tutaj tworzenie produktu pośredniego - aldehydu octowego, który po dodaniu wodorosiarczynu ulega precypitacji. W ten sposób powstaje glicerol, a aldehyd octowy jest unieczynniany i nie pełni funkcji donora H, jego miejsce zajmuje dihydroksyoceton. Ten rodzaj fermentacji nosi nazwę drugiej fermentacji Neuberga. Glicerol może powstać także po dodaniu związków o typie zasadowym (aldehyd octowy ulega dysmutacji), jest to 2 fermencacja Neuberga. Zwykła fermentacja określana jest jako 1 fermentacja Neuberga.

 

 72. Fermentacja alkoholowa u bakterii ….

Wiele beztlenowych lub względnie beztlenowych bakterii wytwarza etanol jako główny lub uboczny produkt fermentacji heksoz i pentoz. Bakteria Sarcina ventriculipodobnie jak drożdże wytwarza etanol w szlaku fruktozobisfosforanowym z udziałem dekarboksylazy pirogronianowej. Etanol produkowany przez tą bakterie zawiera następujące atomy węgla ze szkieletu węglowego glukozy: C1, C2, C5, C6. Inna bakteria Zymomonas mobilis wytwarza etanol rozkladając cukier w szlaku 2-keto-3-deoksy-6-fosfoglukonianowym z udziałem dekarboksylazy pirogronianowej, która rozbija priogronian do aldehydu octowego i CO2. Następnie aldehyd octowy jest redukowany do etanolu. W skład etanolu produkowanego przez ta bakterie z soku agawy wchodzą następujące atomy węgla: C2, C3, C5, C6. Natomiast etanol produkowany przez heterofermentujące bakterie mlekowe - Leuconostoc zawiera tylko 2 atomy węgla: C2 i C3 ze szkieletu węglowego glukozy.

 

73. Bakterie mlekowe, ich wymagania wzrostowe.

Bakterie mlekowe zaliczane są do rodziny Lactobacteriaceae. Bakterie te są gram dodatnimi  laseczkami lub ziarniakami nie wytwarzającymi przetrwalników. Barwią się gram dodatnio i są tolerancyjnymi beztlenowcami rosnącymi w obecności powietrza. Bakterie mlekowe fermentują obligatoryjnie z wytworzeniem kwasu mlekowego. Do wzrostu poza węglowodanami wymagają dodatkowych czynników wzrostowych takich jak: witaminy, aminokwasy, puryny, pirymidyny oraz  solemineralne. Bakterie mlekowe są rozpowszechnione w przyrodzie, najwięcej ich znajduje się w mleku oraz w układzie pokarmowym ludzi i zwierząt.

 

 74.   Homofermentacja mlekowa.

Bakterie mlekowe homofermentujące wytwarzają prawie czysty (90%) mleczan. Metabolizm glukozy odbywa się w szlaku fruktozobisfosforanowym, gdyż bakterie te mają wszystkie potrzebne enzymy, łącznie z aldozą a także wykorzystują wodór z odwodorowania gliceraldehydu - 3 -fosforanu (do 1,3 -bisfosfoglicerinianu) w redukcji pirogronianu do mleczanu. Stereoswoistość dehydrogenazy mleczanowej i obecność lub brak racemazy mleczanowej decyduje o powstaniu D(-)-, L(+)-lubDL-mlecznu. Jedynie niewielka część pirogronianu ulega dekarboksylacji z wytworzeniem octanu, etanolu, dwutlenku węgla i czasem acetoniny Ilość produktów ubocznych zależy od dostępności tlenu.

 

 75.   Heterofermentacja mlekowa.

Bakterie mlekowe heterofermentujace fermentu ją cukry me tylko do mleczanu ale i do dodatkowych produktów. Rozkładają one glukozę w szlakupentozofosforanowym do aldehydu 3-fosfoglicerynowego i acetylofosforanu. Aldehyd 3-fosfoglicerynowy bakterie mlekowe przekształcają poprzez pirogronian w mleczan. Natomiast acetylofosforan przekształcają w octan (lactobacilus brewis) lub poprzez aldehyd octowy w etanol ( Leuconostoc)

 

 

76.  Fermentacja mlekowa u Bifidobacterium.

Bakterie Bifidobacterium są bakteriami mlekowymi przeprowadzającymi heterofermentację. Są one ścisłymi beztlenowcami, zamieszkującymi układ pokarmowyzwierząt ale są one również spotykane w jelitach osób dorosłych oraz w błocie. Znanych jest kilka gatunków tego rodzaju. Bakterie te uzyskują energię w procesie fermentacji, która odbywa się w szlaku fosfoketolazowym. W szlaku tym fruktozo-6-fosforan i ksylulozo-3-fosforan ulegają rozszczepieniu przez fosfoketolazyodpowiednio do acetylofosforanu i erytrozo-4-fosforanu lub aldehydu 3-fosfoglicerynowego. W wyniku przekształceń heksoz powstaje octan lub mleczan.

 

77.   Fermentacja propionowa.

Fermentację propionową przeprowadzają bakterie propionowe występujące w żwaczu i jelicie przeżuwaczy, gdzie odgrywają zasadniczą rolę w tworzeniu kwasów tłuszczowych (kwasu propionowego i octowego). Bakterie te przekształcają mleczan (powstający podczas  różnych fermentacji w żwaczu) do kwasu propionowego. Reakcja ta zachodzi w szlaku metylomalonylo-CoA.

W fermentacji tej zachodzą następujące reakcje:

•  Dekarboksylacja pirogronianu do szczawiooctanu przy współ udziale karboksylotransferazy i kompleksu biotyny z dwutlenkiem węgla

•  Redukcja szczawiooctanu do bursztynianu poprzez jabłczan i fumaran

•  Acetylacja bursztynianu przez transferazę - CoA do bursztynylo -CoA,

•  Przekształcenie bursztynylo - CoA przy współ udziale koenzymu i mutazy do metylomalonylo- CoA

•Oderwanie od metylomalonylo-CoA dwutlenku węgla przez karboksylotransferazę i powstanie propionylo - CoA

•Oderwanie CoA od propionylo CoA przez transferazę - CoA przekształcając go w propinian przekształcenie koenzymu w bursztynian

W takim szlaku większość bakterii wytwarza kwas propionowy.

 

 78. Fermentacja u Enterobacteriaceae.

Przedstawiciele zaliczani do tej rodziny to gram ujemne pałeczki, perytrychalnie urzęsione, ruchliwe i nie wytwarzający przetrwalników. Należą do fakultatywnych tlenowców, energię do przebiegu różnych procesów życiowych mogą uzyskiwać w sposób tlenowy (oddychanie) lub beztlenowo (fermentacje). Rodzina ta fermentuje glukozę z wytworzeniem kwasów organicznych, octanu, mrówczanu, bursztynianu, mleczanu, etanolu, glicerolu, wodoru oraz dwutlenku węgla. W zależności od rodzaju produktów wyróżnia się dwa typy fermentacji:

- typ E.coli

- typ Enterobacter

Oba typy - fermentacji różnią się przede wszystkim reakcjami  się od pirogronianu. Typ E.coli charakteryzuje się dominacją kwasów i brakiem wytwarzaniabutanodiolu. W fermentacji tej zachodzą następujące reakcje:

- rozszczepienie pirogronianu do acetylo - CoA i mrówczanu,

- rozszczepienie mrówczanu do dwutlenku węgla i wodoru,

- wytworzenie etanolu w wyniku redukcji acetylo-CoA

Charakterystyczną cechą tego typu fermentach test brak zdolności przekształcania pirogronianu do acetonu i 2,3-butanodiolu. Natomiast fermentacja typuEnterobacter charakteryzuje się wytwarzaniem znacznie mniejszej ilości kwasów niż butanodiolu oraz wytwarzaniem acetonu dzięki dehydrogenazie butanodiolowej. Również bakterie należące do tego typy wytwarzają diacyle z acetonu. W wyniku fermentacji u Enterobacteriaceae powstaje również bursztynian w procesie sprzężonym z fosforylacją w łańcuchu transportu elektronów

 

79.  Klostridia i fermentacja masłowo-butanolowa i acetono-butanolowa.

 Maślan jak również butanol, aceton, 2-propanol, jak również inne kwasy organiczne oraz alkohole są typowymi produktami fermentacji węglowodanów przez beztlenowe bakterie sporujące- klostridia. Klostridia są perytrychialnie urzęsione  i charakteryzują się ogromną ruchliwością. Komórki wegetatywne maja charakterlaseczki ale ich kształt często jest zmienny. Endospory są owalne albo kuliste a ponieważ ich średnica zwykle jest większa niż komórki wegetatywnej komórka ulega deformacji. Endospory są odporne na cieplo. Klostridia charakteryzują się intensywnym metabolizmem fermentacyjnym oraz wyróżniają się stosunkiem do tlenu. Rosną one tylko w warunkach beztlenowych. Lecz reprezentują przekrój od ścisłych beztlenowców do gatunków niemalże tolerancyjnych wobec tlenu. Optymalnatemp.wzrostu to 30-40 stopni. Substraty wykorzystywane przez klostridia metabolizują one wielocukry, kw. nukleinowe, białka, aminokwasy, puryny, pirymidyny.Klostridia można podzielić na: sacharolityczne, metabolizujące oraz peptolityczne. Fermentacja biochemiczna oraz produkty podczas fermentcji- powstają różne ilości kwasów, alkoholi, aceton i gazy. Klostridia metabolizują glukozę w szlaku fruktozobisfosoranowym. Wodór powstaje podczas odwodorowania aldehydu 3fosfoglicerynowego, zazwyczaj przenoszony jest na szlaki organiczne lub ketony które powstają  odpowiednio z pirogronianu lub acetylo CoA. Produktami końcowymi są maślan, octan, butanol, etanol, aceton, 2 propanol, CO2 i wodór. Acetylo CoA ulega redukcji do betahydroksybutyrylo CoA( przez dehydrogenazebetahydroksybutyrylową w obecności NADH2

- odwodnienie powstaje krotonylo CoA

- krotonylo CoA ulega redukcji butrylo CoA  przez dyhydrogenazę Butyrylo CoA . transferaza CoA może przenieść CoA na octan a uwolniny maślan zostaje usunięty z komórki. Acetylo CoA może być wykorzystany do odtworzenia Atp z powstaniem octanu. Klostridium acetobutylicum prowadzi fermentację flukozy do butanolu, maślanu acetonu, 2 propanolu. Początkowo powstaje maślan, ze wzrostem kwasowości następuje indukcja enzymów uczestniczących w powstawaniu acetonu i butanolu. Dekarboksylacja acetooctanu przyczynia się do utraty potencjalnego akceptora wodoru.

 

80. denitryfikacja i amonifikacja azotanów

U bakterii mających zdolność oddychania azotanowego wodór, a ściślej elektrony, przekazywane są do azotanu, który ulega redukcji. W trakcie transportu elektronów powstaje energia. Proces ten znany jest jako

oddychanie azotanowe lub dysymilacyjna redukcja azotanu. Ze względu na ekologię i rolę biochemiczną wyróżnia się dwa typy bakterii i dwa rodzaje metabolizmu.

1) Bakterie denitryfikacyjne to tlenowce, które nie rosną w warunkach beztlenowych pod nieobecność azotanu. W warunkach beztlenowych i w obecności azotanu, jako jedynego akceptora wodoru, związek ten ulega redukcji do gazowego podtlenku azotu (N2O) oraz azotu atmosferycznego, które następnie są uwalniane z komórki.Denitryfikacja jest więc przekształceniem azotu związanego (azotan) do wolnego N2. Denitryfikacja jest jedynym biologicznym procesem, w wyniku którego azot w związkach organicznych lub nieorganicznych może zostać uwolniony  i ponownie włączony do obiegu. Do bakterii denitryfikacyjnych

należą — by wymienić kilka najbardziej reprezentatywnych gatunków — Pseudomonas denitrificans, Paracoccus denitrificans, Thiobacillus denitrificans, Pseudomonasaeruginosa i Bacillus licheniformis.

2) Amonifikacja azotanów przeprowadzana jest przez kilka grup drobnoustrojów, przede wszystkim przez ważną grupę bakterii jelitowych (Escherichia coli, Enterobacteraerogenes). Są to fakultatywne beztlenowce zdolne do przeprowadzania fermentacji w warunkach beztlenowych.  Jednakże w obecności azotanu wykorzystują go jako zewnątrzkomórkowy akceptor wodoru, który redukukowany jest do azotynu. Azotyn również ulega redukcji, lecz nie do azotu, ale w asymilacyjnym szlaku redukcji azotanu do amoniaku (NH3) w formie amonu (NH4 +). Amonifikacja nie prowadzi zatem do uwolnienia azotu cząsteczkowego.

 

81.   Tworzenie siarkowodoru podczas redukcji siarczanu i siarki.

Proces w wyniku którego powstaje siarkowodór jest przeprowadzany przez bakterie redukujące siarczany. Polega on na przeniesieniu H+ na siarczan redukując go do siarczku. Proces zachodzi w warunkach beztlenowych. Wyróżnia się dwa szlaki redukcji siarczanu: asymilacyjny i dysymilacyjny. W redukcji dysymilacyjnej siarczan ulega bezpowrotnej redukcji. W procesie asymilacji ma miejsce aktywacji siarczanu przez ATP (energochłonna) powstał adenozyno5fosfosiarczan (APS).W szlaku dysymilacyjnym APS jest redukowany do AMP i siarczynu przez reduktaze APS. W szlaku asymilacyjnym APS jest fosforyzowany przez kinazę do fosfoadenozynu5fosfosiarczanu. Dopiero potem redukowany jest poprzez siarczyn do siarczku. Redukcja siarczynu do siarczki ma różny przebieg. W redukcji asymilacyjnej siarczyn jest asymilowany w trzech reakcjach. Elektrony do redukcji siarczynu są dostarczone za pośrednictwem siarczanów. Zdolność redukowania siarczanu przy udziale cząsteczkowego wodoru z akumulacja dużej ilości H2S bez wyraźnego wzrostu jest cechą charakterystyczną dla większości bakterii redukującej siarczan. Transport elektronów z wodorem cząsteczkowym jako donorem i redukcja jednego mola siarczanu do siarczku jest prawdopodobnie sprzężona z oddaniem 3 moli ATP z których 2 są używane są aktywacji siarczanu. Bakterie desurfolacyjne występują głównie w osadach morskich gdzie przyczyniają się do gromadzenia złóż siarki i siarkowodoru. Siarkowodór może być również wytwarzany w procesie oddychania siarkowego. Zdolność do przeprowadzania tego procesu posiada Desulfuromnas acetooxidans. Redukuje siarkę i całkowicie utlenia substraty organiczne. Zawiera on cytochrom C7 o niskim potencjale redoks i białko 4Fe - 4S. Może żyć w syntrofii z zieloną bakterią siarkową która na świetle utlenia siarkowodór do siarki i wiąże CO2. Niektóre termofilne i hipertermofilne archeony(kwasolubne i silnie beztlenowe) są zdolne do oddychania siarkowego. Można je znaleźć w gorących źródłach siarkowych.

 

 

82.   Nitryfikacja, utlenienie, zredukowanie związków siarki, żelaza i wodoru.  

Nitryfikacja to proces w wyniku, którego jony amonowe przekształcane są w do azotanu. W pierwszym etapie następuje przekształcenie jonów amonowych w azotany przez Nitrosomonas. W drugim etapie następuje utlenienie azotynów do azotanów przez Nitrobacter. Jony amonowe z procesu mineralizacji uwalniane do gleby ulegają utlenieniu. Poza tym jony amonowe są zatrzymywane w glebie silniej niż azotan i wiążą się do składników humusu, azotan łatwo się wymywa. Nitryfikacje mogą również przeprowadzać bakterie heterotroficzne, jednak nie występuje wzrost i produkcja biomasy. Siarka pierwiastkowa może być utleniana do siarczynu a triosiarczan do siarczynu i siarki. Prawdopodobnie elektrony utleniają siarczyn do siarczanu, wnikają do łańcucha oddechowego na poziomie cytochromu C. Jest to rodzaj oddychania. Przedstawicielem bakterii utleniających żelazo 2 do żelaza 3 jest Triobacillus ferrooxidonas - bezwzględny autotrof. Utlenianie soli żelazowych może zachodzić w środowisku kwaśnym, zdolność do utleniania wodoru posiadają przede wszystkim bakterie tlenowe. W obecności .............. bakteriesyntetyzują dwie dehydrogenazy. Jedna przenosi elektron na tlen a druga redukuje NAD do NADH2 zużywany do redukcji produktu CO2. Do wiązania wodoru są zdolne beztlenowce np. metanogeny.

 

 

83. Beztlenowa produkcja metanu.

Metan wytwarza się podczas beztlenowego katabolizmu substratów organiczych. Ilości powstającego metanu są ogromne; ocenia się, że 1-1,5% węgla w atmosferze w postaci dwutlenku węgla powstającego w wyniku mineralizacji substancji organicznych trafia tam początkowo w formie metanu, który następnie ulega przekształceniu pop rzez CO do

CO2. W reakcji tej uczestniczą rodniki wodorotlenowe (OH). Do ekosystemów, w których powstaje najwięcej metanu, należą wielkie tundry oraz obszary bagienne, pola ryżowe, osady na dnie jezior i innych zbiorników wodnych, bagna, piaszczyste laguny, zbiorniki, w których

odbywa się rozkład ścieków, oraz żwacz ponad 109 przeżuwaczy zamieszkujących

naszą planetę. W tych beztlenowych środowiskach substraty organiczne początkowo są fermentowane do octanu, dwutlenku węgla i wodoru cząsteczkowego (poprzez kilka etapów pośrednich). Z kolei te  produkty pierwotnej i wtórnej degradacji wykorzystywane są przez

drobnoustroje produkujące metan (metanogeny). Około 70% wytworzonego

 

84.  Utlenianie częściowe: produkcja kwasu octowego

 

Produkcję kwasu octowego przeprowadzają bakterie octowe do których zaliczamy Acetobacter i Gluconobacter wykazują one dużą tolerancję na kwasowość, małą ograniczoną ruchliwością i aktywnością peptolityczną oraz nie posiadają pigmentów. Wytwarzają enzymy dehydrogenazę alkoholową, dehydrogenazę glukonową oraz inne zawierające grupę prostetyczną-metoksantyne. Za pośrednictwem tych enzymów następuje utlenianie etanolu, glicerolu lub glukozy do odpowiednich kwasów(octowego, glicerynowego, glukuronowego) podczas tych reakcji protony są wyrzucane do przestrzeni peryplazmatycznej a elektrony wprowadzane do łańcucha transportu elektronów. Tak więc produkcja kwasów przez bakterie octowe odbywa się na drodze częściowego utleniania cukrów lub alkoholi. Alkohole I rzędowe utleniają się do kwasów tłuszczowych , II rzędowe do ketonów zaś alkoholocukry do aldoz i ketoz. Aldehydy, aldozy i ketozy są utleniane do odpowiednich kwasów

 

85.   Wytwarzanie kwasów organicznych przez grzyby.

Grzyby potrafią wytwarzać kwas w warunkach tlenowych i beztlenowych. Jednakże przy braku tlenu zostaje ograniczony ich wzrost a wytwarzany jest etanol i kwas mlekowy. Inne kwasy mogą być wytwarzane wyłącznie w warunkach tlenowych. Kwas mlekowy jest wydzielany przez Muccralaes. Oprócz kwasu mlekowego końcowymi produktami są też inne kwasy między innymi fluorowy, bursztynowy, octowy. Kwas glukonowy wytwarzany jest przez kropidlaki i pędzlaki w wyniku enzymatycznego utleniania glukozy przez oksydazę glukozową. Jest to enzym wykorzystujący FAT jako grupę prostetyczną. Produktem pierwotnym utleniania jest beta D-glukonogamalakton, ten z kolei ulega hydratacji do glukonianu. Natomiast oksydaza glukozowa zredukowana przenosi wodór na tlen atmosferyczny z wytworzeniem H2O2 rozkładanego do tlenu i H2O przez katalaze. Są również grzyby produkujące kwas cytrynowy. Zalicza się między innymi Asparagillus niger, których pH od 2,5 do 3,5 wydziela duże ilość kwasy cytrynowego. Produkcja kwasu cytrynowego zależy od składu podłoża. Szczególnie duża wydajność kwasucytrynowego gdy dwa pierwiastki żelazo i cynk występują w stężeniach ograniczających. Brak żelaza powoduje zwiększone wydzielanie cytrynianu. W tworzeniu kwasów wydzielanych przez grzyby w trakcie metabolizowania glukozy biorą udział enzymy cyklu Krebsa. Kwas szczawiooctowy powstaje z szczawiooctanu z udziałem hydrolazy szczawiooctowej.

 

 86.  Antybiotyki ich znaczenie biotechnologiczne.

Antybiotyki zdefiniowano są jako substancje pochodzenia biologicznego, które w małych stężeniach hamują wzrost drobnoustrojów. Rozróżnia się aktywność hamującą wzrost i aktywność zabójczą objawiającą się zmniejszeniem liczby komórek. Antybiotyki pod względem budowy chemicznej różnicują się na:

1. pochodne aminokwasów

2. pochodne octanu,

3. pochodzące od cukrów

Antybiotyki wytwarzane są przez drobnoustroje. Działają jako produkty tzw. metabolizmu wtórnego. Antybiotyki beta laktamowi są wytwarzane przez grzyby z rodzaju Penicilium Caphalosporium, zawierające pierścień beta laktamowy. Najbardziej znanymi antybiotykami z tej grupy są penicyliny. Działają one zabójczo na bakterie gram+ przemieszczając się przez warstwy peptydoglikanu i wiążą się z tzw białkami wiążącymi penicylinę obecnymi w błonie komórkowej powodującunieczynnienie aktywność enzymatycznej transglikozylowo - transpeptydazowo prowadzi do zahamowania odłączenia końcowej D alaniny z disacharydopeptydu i zahamowania syntezy peptydoglikanu przez zahamowanie trans pepdydacji. Do grupy ten należą też wytwarzane przez Cephalosporium cefalosporyny. Antybiotykiaminoglikozydowe należy tu streptomycyna działają na prądki gruźlicy. Antybiotyki wytwarzane są przez promieniowce lub grzyby. Działają zabójczo na bakterie gram+ i gram-. Antybiotyki te hamują translacje, wiążą się z małą podjednostką rybosomy.

- tetracykliny wytwarzane są przez promieniowce, działają na bakterie gram+, riketsje i pierwotniaki. Niszczą one wiązania aminoacylio - tRNA w rybosomie

- makralidy wytwarzane przez promieniowce należą tu antybiotyki przeciw bakteryjne np., erytromycyna oraz makralidy przeciwgrzybowe, przeciwpierwotniakowe. Erytromycyna hamuje synteze białka łącząc się z większą jednostką rybosomy.

- antybiotyki peptydowe wytwarzane są przez niektóre bakterie oraz promieniowce, do nich należy tyrotrycyna produkowana przez Bacillus brevis, bacytracyna orazwankomycyna. Antybiotyki te działają na błony zewnętrzne oraz cytoplazmatyczną tworząc miedzy innymi kanały przez które wypływa zawartość komórki.

 

 87. Główne grupy antybiotyków produkowane przez grzyby

Zdolność wytwarzania antybiotyków wykazują głównie grzyby z gr. Aspergillales, promieniowce i kilka innych bakterii. Naczelne miejsce w srod antybiotyków zajmuje penicylina wytwarzana przez Penicillinum nota tum, P. chrysogenum i kilku innych grzybow, szczególnie od pojawienia się penicylin półsyntetycznych. Otrzymuje się przez rozszczepienie czasteczki penicyliny amylaza i wprowadzając do powstającego kwasu 6- aminopenicilanowego jeden z licznych łańcuchów bocznych.

CEFALOSPORYNIA- sa wydzielane przez grzyby Cephalosporium. Cefalosporyna C zawira pierścień b- laktamowy i wykazuje podobieństwo do penicyliny, jest zaliczana do grupy antybiotyków b- lak tamowych. Niektóre cefalosporyny półsyntetyczne sa produkowane przez podstawienie 7- aminocefalosporonowegouzyskanego z cefalosporyny, różnymi grupami bocznymi. Działanie półsyntetycznych cefalosporyn jest podobne do dzialania półsyntetycznych penicylin. STREPTOMECYNE wyizolowano z podłóża hodowlanego, Streptomycetes griceus, lecz syntetyzuja ja tez inne  gatunki Streptomycetes. Czasteczka składa się z trzech ugrupowań N-metylo-L-2-glukozoaminy, metylopentozy i pochodnej  inozytolu zawierającej 2 reszty guanidylowe. Streptomycyna jest skuteczna wobec wielu bakterii gram- i kwasoodpornych niewrażliwych na dzialanie penicyliny. Może ona u ludzi powodowac skutki uboczne o charakterze  alergicznym, stosowana jest w weterynarii i  chorobach roslin. CHLOROMYCETYNĘ- po raz pierwszy odkryto w hodowli Streptomycetes venezualea. Jest to bardzo stabilny antybiotyk, skuteczny wobec wielu bakterii gram-, Kretków, riketsji, promieniowców i dużych wirusów. TETRACYKLINY są wydzielane przez różne promieniowce także przezStreptomycetes aureofaciens. Są one pochodnymi szkieletu naftalenowego. Do najlepiej znanych należą chlorotetracyklina, oksytetracyklina, tetracyklina.

 

 

88. Główne grupy antybiotyków produkowanych przez promienice i eubacterie.

 Pierwszą grupą antybiotyków są antybiotyki beta laktamowe a dokładnie ich pochodne tzw. Cefamycyny. wytwarzane są one przez promieniowce, kolejną grupą są antybiotyki aminoglikozydowe wytwarzane promieniowce do których należą streptomycyna działająca na prątki gruźlicy. Antybiotyki te działają zarówno na bakterie gram + jak i gram-. Tetracykliny to antybiotyki działające na bakterie gram + i - niszczą one wiązania aminoacylo tRNA w rybosomie. Makrolidy są wytwarzane przez promieniowce i dzielimy je na 2 grupy; antybiotyki przeciwbakteryjne  np. erytromycyna wytwarzana przez Saccharopolyspora erytrea oraz makrolidyprzciwgrzybowe i przciwpierwotniakowe. Erytromycyna hamuje syntezę białka łącząc się z większą podjednostką rybosomu. Antybiotyki peptydowe wytwarzane są przez niektóre białka Bacillus oraz promieniowce przykładem jest tyrotrycyna  przez Bacillus brevis oraz wankomycyna a także nizyna wytwarzana przezLactoccocous lactis. Nizyna wytwarzana jest na skale przemysłową i jest używana do konserwowania środków spożywczych. 

 

89. Główne grupy tlenowych bakterii chemolitotroficznych.

Wiele grup bakterii wodnych i glebowych potrafi wykorzystywać nieorganiczne związki lub jony(amon, azotyn, siarczyn, tiosiarczan, siarczek i żelazo(II), jak również siarkę elementarną, wodór jak i tlenek węgla jako donory elektronów lub wodoru, zyskując w wyniku ich utleniania energie i równoważniki redukujące dla procesowsyntezy. Nitryfikatory to gram- bakterie należące do rodziny Nitrobacteriaceae. Nitrosomonas europaea jest owalna  bakteria majaca biegunowo umieszczone rzeski. W środowiskach morskich utlenienie amonu przeprowadza przede wszystkim Nitrosococcus oceanu. Bakterie nitryfikacyjne można hodowac w czystych roztworach soli, lecz rosna wtedy bardzo powoli, tj. ich czas generacji jest rzedu 10-20 godzin. Do tej pory bakterie nitryfikacyjne uwazano za scisle obligatoryjnechemolitoautotrofy nie wykorsystujace substancji organicznych wprowadzanych do podłoża. Najnowsze badania rzucaja nowe światło na te zagadnienia, które wymaga dalszych wyjaśnień . Wykazano bowiem żę N. winogradskyi pobiera octan z podłoża, włączając go do materiału komórkowego głównie do białka i Poli-B-hydroksymaslanu. Zdolność uzyskiwania energii w drodze utleniania zredukowanych związków siarki ma grupa polarnie urzęsionych bakterii gram ujemnych należących do rodzaju Thiobacillus. Ostatni również wyizolowano dwubiegunowo urzesiona bakterie spiralna (Thiomicrospira) oraz nieruchliwego termofilnego arche ona (Sulfolobus) charakteryzujące się podobnymi właściwościami. Wiekszosc spośród tiobakterii utlenia kilka związków siarki wytwarzaja siarczan jako związekkoncowy. Większość bakterii siarkowych (T. thiooxidans, T. thioparus, T. denitrificans) to obligatoryjna chemolitoautotrofy zalęzne od wiazania CO2. Inne jako źródło energii i węgla wykorzystuja również związki organiczne(T.novellus, T. intermedium).

 

 90 . .Wiązanie CO2: szlak rybulozo bisfosforanowy

WIększośc organizmow rosnących w obecności CO2 jako jedynym żrodłem węgla wiąze go w szlaku rybulozo bisfosforanowym(cykl Calvina). W cyklu rybulozobisfosforanowym uczestniczą dwa enzymy nie biorące udziału w zadnym innym szlaku metabolicznym. Są to fosforybulokinaza i karboksylaza rybulozobisfosforanowaw cyklu tym mozna wyroznic trzy stadia 1) reakcje karboksylacji 2) redukcje 3)regeneracje czasteczek akceptorowego CO2. Reakcja karboksylacji w tarkcie wiązania CO2 rybulozo 1,5 fosforan jest przeksztalcony przez karboksylaze rybulozo bisfosforanową w dwie cząsteczki kwasu 3 fosfoglicerynowego. W braku CO2 i w obecnosci O2 przeksztalca on rybulozo bisfosforan w fosfoglikan i fosfoglicerynian w drodze oksygenacji. Reakcja redukcji natychmiast po karboksylacjinastepuje redukcja grupy karboksylowej fosfoglicerynianu do grupy aldehydowej. Nastepuje przy tym fosforyzacja z ATP przez kinazę 3 fosfoglicerynianową oraz redukcja z NAD(P)H2 przez dehydrogenaze aldehydu 3 fosfoglicerynowego. Redukcja z fosfoglicerynianu jest etapem w procesie wiazania CO2 wymagajacegonakładu energii oraz siły redukującej. Fruktozobisfosforan ulega fosforylacji do fruktozo 6 fosforanu. Przeksztalcenie jednej czasteczki fruktozo 6 fosforanu i 3czasteczek triozofosforanu do 3 czasteczek rybulozo 5 fosforanu przebiega z udzialem niektorych enzymów. Ciąg reakcji jest inicjowany przez transketolazę która katalizuje transfer grupy glikolililowej do aldozofosforanu. Aldehyd glikolowy który pełni funkce koenzymu częsciowo ulega związaniu w postaci aktywnego aldehydu z difosforanem tiaminy. Tetrofosforan przekształca się nastepnie do sedoheptulozo 1,7 bisfosforanu w reakcji z udzialem aldolazy z fosforany dihydroksy acetonu.Zwiazek ten potem ulega defosforylacji do sedohyptulozo 7 fosforanu. Ten etap hydrolizy jest nieodwracalny. U roślin regulacja rybulozo 5 fosforanu przebiega poprzez sedohyptulozo 1,7 bisfosforan. Transketolaza przenosi grupe glikolilową grupek sedoheptolozo 7 fosforanu do aldehydu 3 fosfoglicerynowego dając dwie cząsteczki pentozo fosforanu- rybozo 5 fosforan i ksylulozo 5 fosforan. Ostatnia reakcją w cyklu rybulozo bisfosforanowym jest fosforylacja rybulozo 5 fosforanu do rybulozo bisfosforanu przy wspoludziale ATP.

 

 91.    Purpurowe bakterie siarkowe i bezsiarkowe, zielone bakterie siarkowe.

Purpurowe bakterie siarkowe i bezsiarkowe oraz bakterie zielone mają zdolność wykorzystywania H2O jako donora wodoru, dzięki czemu przeprowadzająfotosynteze bez wykorzystania tlenu - fotosynteza anoksygenowa. Bakterie purpurowe mają aparat fotasyntetyczny na wewnętrznych błonach (tylakoidach). Wykazano w nich obecność bakteriochlorofilu a. CO2 wiążą w szlaku rybulozobisfosforanowym, wykorzystując związki organiczne jako donory wodoru i źródło węgla. Do bakterii jasnych należą dwie rodziny wykorzystujące związki siarki jako donora wodoru, są to: purpurowe bakterie siarkowe (chromatyiaceae), którym jako donor wodoru służą związki siarki. Cechą charakterystyczną tych bakterii jest obecność pęcherzyków w których magazynowana jest siarka podczas utlenienia H2S. Bakterie te mają duże pęcherzykowate tylakoidy (chromatofory); purpurowe bakterie bezsiarkowe (rodospirillaceae) jako donor elektronu służy tutaj H2 lub związki organiczne. Bakterie te mogą mieć różne kształty i mogą rozmnażać się przez pączkowanie, natomiast zielone bakterie siarkowe charakteryzują się tym, że w sąsiedztwie błony cytoplazmatycznej mają organelle zawierające barwniki (chlorosomy). Chlorosomy zawierają bakteriochlorofil a, d lub e. Związki te nie wiążą CO2 w cyklu rybulozobisfosforanowym, gdyż nie mają enzymu RuBiSCo. Do tej grupy bakterii należą dwie rodziny Chlorobiaceae (gram+) i Chlorofiaxaceae (gram-).

 

 92.    Świetlna i ciemna faza fotosyntezy.

Fotosynteza jest to proces syntezy związków organicznych z prostych związków nieorganicznych takich jak CO2, H2O przy udziale energii słonecznej. Fotosynteza składa się z dwóch etapów:

Pierwszy etap polega na wytworzeniu ATP i NADPH przy wykorzystanie światła które wybija elektrony z centrum reakcji fotochemicznej fotoskładu I i II. Wybity elektron z PSII przez system przenośników na PSI skąd trafiają na utleniony NADP+ redukując go. Podczas transportu elektronów wytwarza się gradient protonów, który jest siła napędowa do syntezy ATP przez synteze ADP (proces wytwarzania ATP nosi nazwę fosforyzacji) zlokalizowaną w błonie tylakoidów. Elektrony któresłużą do przeprowadzania wzbudzonego chlorofilu w PSI w stan podstawowy pochodzą z fotolizy wody. Faza jasna zachodzi w błonach tylakiodu, podczas gdy faza ciemna zachodzi w stromi chloroplastu. Produkty fazy jasnej są wykorzystywane w fazie ciemnej, która polega na wiązaniu CO2 i jego redukcji. Ma ona charakter biochemiczny i nie wymaga energii świetlnej. CO2 jest wiązane przez specyficzny akceptor Rubr., w wyniku cyklu reakcji CO2 jest redukowany przy użyciu ATP i NADPH do prostego związku organicznego , który służy jako substrat w metabolizmie komórki. Część tego związku (aldehydu 3-fosfoglicerynowego) jest wykorzystywana do regeneracji akceptora CO2. Proces ten ma charakter cykliczny.

 

 93.   Główni przedstawiciele beztlenowcyh i tleonowych bakterii fotosynteryzujących

Wśród beztlenowych bakterii fototropicznych wyróżnia się:purpurowe bakterie siarkowe(Rhodospirillaceae)oraz gr.Chlorotleksus. Gatunki nalezace do tych grupposiadaja barwniki fotosyntetyczne i źródłem energii jest dla nich energia słoneczna. Natomiast wśród tlenowcyh bakterii fototropicznych wyróżnia się; SiniceChrookokalne do których zalicza się pałeczki lub ziarniaki wytwarzające otoczki lub śluzy np.Synehococus, Gleocapsa. Sinice pleurokapsularne które dzieląc siewielokrotne wytwarzają wiele małych komórek- Beocytów np. Pleurocapsa, Myksosarcina. Sinice nitkowate  nietworzące heterocyst przedstawicielami tej grupy sąspirulina, oscillskoriniplectonema. Nitkowate sinice tworzące heterocysty np. Anebana, Nostoc Calothrix.

 

 94.  Główne grupy bakterii fototroficznych: fotosynteza anoksygenowa i oksygenowa

(sinice)

 beztlenowe bakterie fototroficzne (Rhodospirillales) posiadają barwniki fotosyntetyczne i zależą od światła jako źródła energii. Na podstawie cech fizjologicznych wyróżniono 4 rodziny: purpurowe bakterie siarkowe (Chromaniaceae), purpurowe bakterie bezsiarkowe, zielone bakterie bezsiarkowe, bakterie siarkowe, i grupęChlorophleksus. Tlenowe bakterie fototroficzne- sinice. Sinice podobnie jak glony i rośliny wyższe mają chlorofil  i inne barwniki, a ich fotosyntezie towarzyszy wydzielanie tlenu. Takie cechy jak budowa komórkowa, ściana komórkowa zawierająca mureine obecność rybosomów 70s i inne świadczą o tym że sinice są gram ujemnymi mikroorganizmami prokariotycznymi. Sinice to największa i najbardziej zróżnicowana oraz rozpowszechniona   

grupa fotosyntetyzujących  prokariotów. Dzięki zdolności do wzrostu w ekstremalnych siedliskach i wiązania azotu atmosferycznego odgrywają bardzo ważna rolę w gospodarce przyrody . niektóre sinice są ruchliwe poruszają się za pomocą pełzania lub ślizgu po powierzchniach stałych. Wśród sinic występują formy jedno jak i wielokomórkowe. Można je podzielić na 5 grup. 1 grupa-to jednokomórkowe pałeczki i ziarniaki. Np. Anacystis nidulans. Grupa druga wchodząca w skład sinic:Pleurokapsularnych wchodzą formy jednokomórkowe rozmnażające się przez podziały wielokrotne komórki potomne to beocyty. Przedstawiciel Pleurocapsa. Grupa trzecia sinice nitkowate nie tworzące heterocyst. Nici składają się wyłącznie z kom. wegetatywnych np. Spirulina . grupa czwarta nitkowate sinice tworząceheterocysty np. Nostoc. Grupa piąta nitkowate sinice i tworzące heterocysty. Od poprzedniej grupy różnią się sposobem podziału komórek w więcej niż jednej płaszczyźnie. Sinice występują w jeziorach, i innych wodach i w glebie , na polach ryżowych tworzą ciemno niebieskie lub czarne naloty na skałach. Aparatfotosyntetyczny tworzą tylakoidy które ułożone są albo równolegle od błony cytoplazmatycznej albo wystepują w postaci pofałdowanych na brzegach komórek. Cecha charakterystyczna

 

 95. Wiązanie azotu cząsteczkowego

  Zdolność wiązania azotu cząsteczkowego mają tylko niektóre organizmy procariotyczne, bakterie i sinice. Pełnią one wielką role w krążeniu azotu  w przyrodzie jako organizmy żyjące samodzielnie lub w symbiozie z roślinami, wbudowują one N2 do związków organicznych. Kluczowym enzymem wiązania N2 jest nitrogenza ,składająca się z 2 białek: dużego zawierającego molibden i żelazo oraz małego zawierającego tylko żelazo. Ponadto oba białka zawierają sulfidy. Małe białko jest nieustannie redukowane i przekazuje elektrony dużemu, na którym odbywa się przyłączenie N2 i jego stopniowa redukcja do NH3.Utworzony w ten sposób amoniak odłącza się od enzymu. Trudność reakcji polega na sile potrójnego wiązania w cząsteczce N2 którego rozerwanie wymaga dużego nakładu energii. Źródłem energii jest ATP reduktantem jest ferredoksyna. Redukcja N2 do 2NH3 wymaga 6 elektronów jonów Mg2+i warunków beztlenowych. Redukcja azotu zachodzi wg równania:

N2+8e+8H+16ATP- (nitrogeneza)-2NH3+H2+16ADP+16Pi

Najpospolitsze mikroorganizmy wiążące azot cząsteczkowy to - symbiotyczne tlenowe- Rhizobium sp. (bakterie brodawkowe), niesymbiotyczne tlenowce-Azotobacter sp., niesymbiotyczne beztlenowe Clostridium sp.

 

96.   Rozk,ład biopolimerów przez mikroorganizmy

 Znaczącą rolę w degradacji celulozy w  warunkach tlenowych odgrywają grzyby które wydzielają do podłoża ceulazy hydrolizujące wiązanie w celulozie. Natomiast tlenowe bakterie celulolityczne rozkładają celulozę w wyniku bezpośredniego kontaktu z włóknem celulozy podczas którego dochodzi do hydrolizy celulozy i natychmiastowego wchłaniania produktów tej reakcji. W warunkach beztlenowych celuloze rozkładają bakterie mezofilne, termofilne, oraz nieliczne grzyby do glukozy. Produktami do fermentacji celulozy są etanol octan mleczan, mrówczan, wodór i CO2. również celuloza rozkładana jest przez symbiotyczne drobnoustroje( głównie orzęski) głównie w żołądkach przeżuwaczy.(ok. 90% pobranej z pokarmem). Celuloza jest przez nie katabolizowana głównie do kwasów tłuszczowych, podczas degradacji celulozy powstaje metan( z kw. tłuszczowych, H2, CO2)

Rozkład ksylanu

Wiele organizmów rozkłada ksylan, zarówno bakterie jak i grzyby, np pieczarka znacznie szybciej niż celuloze. Organizmy te wytwarzają ksylanaze która rozkłada ksylan do ksylozy, ksylobiozy oraz związków o długich łańcuchach

Rozkład skrobi

Skrobia roślinna (składa się z amylazy i amylopektyny) może być rozłożona enzymatycznie trzema sposobami : przez 1,4 glukanofosforylaze do glukozo1 fosforanu, przez alfa amylazę (endoamylazę) która hydrolizuje wiązania 1,4 glikozydowe do maltozy glukozy i oligomerów. Przez transglikozylazy do cyklodekstryn składających się z reszt glukozy połączonej wiązaniami alfa1,4 glikozydowymi. Również w warunkach beztlenowych skrobia może być rozłożona przez sacharolityczne bakterie z rodzaju klostridium  

Rozkład chityny

Chityna degradowana jest głównie przez beztlenowe bakterie chitynolityczne i grzyby. Organizmy te produkują chitynazę która rozkłada chitynę do N-acetyloglukozoaminy, chitobiozy i chitotriozy które z kolei przeprowadzane są do monomerów przez chitobiaze.

Rozkład ligniny

Lignina jest najwolniej degradowanym składnikiem roślin przez mikroorganizmy i tylko w obecności tlenu. Lignina jest rozkładana przez kompleks enzymatycznyligninazy ( duże peroksydazy hemowe) enzymy te rozczepiają eterowe wiązania beta-0-4 oraz C-C  w ligninie. Do swojej aktywności enzymy te wymagają H2O2.Peroksydazy powodują rozpad szkieletu ligniny  do niskocząsteczkowych związków fenolowych , które z kolei są utleniane przez oksydazy fenolowe. Najlepiej zbadanymi mikroorganizmami rozkładającymi lignine są podstawczaki(grzyby) powodujące brunatną i białą zgniliznę.

Rozkład białek

Białka martwych organizmów są rozkładane przez liczne organizmy i grzyby. Wydzielane przez te organizmy proteazy hydrolizują białka do oligopeptydów i aminokwasów. Proteazy możemy podzielić na egzopeptydazy, które odcinają końcowe aminokwasy z grupą aminową lub karboksylową i endopeptydazy rozczepiające wiązania wewnątrz łańcucha polipeptydowego. Aminokwasy rozkładane są poprzez dekarboksylację deaminacje. Produktsmi reakcji są CO2 i aminy pierwszo rzędowe(biogenne) natomiast podczas deaminacji uwolniony zostaje amoniak z aminokwasu.

 

 97.  Typy mutacji

Biorąc pod uwagę zmiany molekularne mutacje możemy podzielić na :Mutacje punktowe, zmieniające ramke odczytu , delecje, insercje.W śródmutacji punktowych możemy wyróżnic:

-tranzycje polegające na zamianie zasady purynowej na inna purynową lub pirymidynowej na inną pirymidynową

-transwersje w ktorej nastepuje zmiana zasady purynowej na pirymidynową lub odwrotnie.

Mutacje te mogą być typu zmiany sensu lub typu nonsens gdy kodon sensowny ( określający aminokwas) zostanie przekształcony na kodon sensowny warunkującyterminacje translacji.

Delecje polegająna wypadnięciu jednej lub wiekszej liczby par nukleotydów. Insercje polegają natomiast na wstawieniu nukleotydów nadliczbowo do DNA

Mutacje zmieniające ramke odczytu genu powstają na skutek delecji lub insercji polegą na zmianie odczytu kodonu . W wyniku tej mutacji powstają niefunkcjonalne białka o obniżonej aktywności a zależy to od miejsca w ramce odczytu

 

 98. Mutacje spontaniczne i indukowane

Mutacje są to zmiany w materiale genetycznym, mogą zachodzić spontanicznie lub maga być wywoływane na sztucznej drodze (mutacje indukowane). Większość spontanicznie zachodzących zmian DNA w czasie i po replikacji DNA jest usuwane i poziom mutacji jest bardzo niski. Częstość powstawania mutacji można jednak bardzo istotnie zwiększyć działając na komórki zewnętrznymi czynnikami fizycznymi bądź chemicznymi wywołującymi liczne i różnorakie uszkodzenia DNA- mutacje indukowane. W zależności  od stosowanego mutagenu uszkodzenia w DNA mogą polegać na pęknięciu pojedynczego łańcucha lub obu łańcuchów w podwójnymheliksie DNA, usunięciu zasady z nukleotydu dołączeniu nowych grup chemicznych do zasad purynowych bądź pirymidowych, wytworzeniu wiązań kowalencyjnych między dwiema zasadami występującymi w jednym łańcuchu lub między zasadami z dwóch różnych łańcuchów heliksu DNA. Jeśli indukowane przez mutageny zmiany w strukturze DNA nie zostaną w komórce zregenerowane to wywołują zaburzenia w replikacji Dna i w rezultacie efekt letalny.   

 

 99.  Mutageny i ich działanie

Mutagenami nazywamy czynniki wywołująceproces powstawania mutacji (mutageneze) Mutagenami mogą być czynniki fizyczne , chemiczne , biologiczne .

Chemiczne mutageny to :

- kwas azotowy (III) HNO2 , dezaminuje guanine , adenine i cytozyne DNA , przekształcając je w ksantyne, hypoksantynt i uracyl -hydroksyamina zmienia cytozynew DNA na związek podobny do uracylu  -analogi zasad azotowych np. 5 bromouracyl, mogą być włączone do łańcuchów DNA w czasie replikacji zamiast właściwych zasad  -barwniki akrydynowe np. oranż akrydynowy wnikają miedzy zasady akrydynowe  w łańcuchach DNA powodując ich rozsunięcie . - niektóre lekinp.aktynomycyna , diazepan - nadtlenki H2O2 , środki konserwujące np. azotyn sodowy

 Fizyczne mutageny to : - promieniowanie jonizujące wybija elektrony z atomów i cząsteczek powodując ich jonizacjępowstają wolne rodniki i nadtlenki organiczne wywołujące mutacje w DNA  -promieniowanie UV jest intensywnie pochlaniane przez DNA powodując zmiany szczególnie w pirymidynach oraz tworzą sie dimery pirymidynowe ,które zaburzają replikacje w DNA doprowadzając do powstania mutacji typu tranzycji , transwersji oraz zmiany odczytu. Biologiczne mutageny to :

Niektóre wirusy np. różyczki, cytomegali, opryszczkioraz pierwotniaki

 

 100.  Transpozony

Transpozony (ruchome elementy genomu) sa to odcinki DNA, które ulegają przemieszczaniu się czyli transpozycji i mogą wywoływać duże zmiany w strukturze genomów, jak np.: inwersje, delecję czy duplikację. Transpozonowe geny kodują oporność na antybiotyki (np. penicylinę) i metale ciężkie np. rtęć. Niektóretranspozony wykorzystują do namnażania i rozprzestrzeniania się mechanizm odwrotnej transkrypcji. Natomiast inne transpozony posiadają zdolność opuszczania jednego miejsca i wpisywania się w inne. W obu przypadkach w przemieszczanie zaangażowane są specjalne enzymy, kodowane przez same przemieszczające się elementy. Transpozony mogły odgrywać istotna rolę w różnicowaniu struktury genomów jako jeden z czynników ewolucji nowych gatunków.

 

 101. Selekcja mutantów  

 Mutanty opornościowe, które są oporne na antybiotyki, toksyny i bakteriofagi można łatwo wyizolować wysiewając je na pożywki zawierające odpowiednie składniki (inhibitory). Na pożywkach tych wyrosną kolonie mutantów nie zdolnych do pobierania lub rozkładające inhibitor. Mutanty auksotroficzne z defektem w syntezie składników budulcowych  ( np. aminokwasów, witamin, kwasów nukleinowych) można zidentyfikować po dodaniu do podłoża małych ilości związku, którego dane auksotrofy nie mogą syntetyzować. W podłożu bez danego metabolitu nie wyrosną mutanty. Mutanty kataboliczne z defektem w enzymatycznych szlakach katabolicznych można zaobserwować po dodaniu do podłoża odpowiednich szlaków lub barwników. Mutanty te można odróżnić na podstawie zmian zabarwienia lub form kolonii. Mutanty temperaturooporne i temperaturowrażliwe można odróżnić przez dobieranie odpowiedniej temperatury hodowli pozwalającej na lepszy wzrost mutanta. Mutanty regulatorowe z zaburzeniami w mechanizmie regulującym metabolizm komórkowy identyfikuje się różnymi sposobami np. częstymi zmianami substratu, wprowadzeniem pseudoproduktów.

 102. Wzbogacenie puli mutantów.

`Tempo mutacji wielu cech jest niskie. Częstotliwość wystepowanie mutacji jest rzędu 10^-8   (minus 8). Wzbogacenie mutantów autotrfoficznych opiera się na poddaniu hodowli działaniu warunków uniemożliwiających wzrost mutantów i zabijających lub w inny sposób eliminujących komórki dzikiego typu. Do selekcji bierze się związki działające na rosnące komórki i pozostające bez wpływu na komórki w stadium spoczynku. Po usunięciu związku eliminującego i dodaniu czynnika wzrostowego autotrof może się rozmnażać penicylina lub ampicylina są stosowane do wzbogacenia puli mutantów auksotroficznych E.coli. Po indukcji mutantów i wzroście  hodowli na pożywce pełnej bakterie indukuje się kilka godzin w glukozie ale bez azotu. Następnie dodaje penicylinę, siarczan amonu i inkubuje przez 24 godziny. Inne antybiotyki (np.nowobiocyna?) znajdują zastosowanie przy bakteriach opornych na penicylinę. Odmienne metody eliminowanie rosnących komórek wykorzystują tzw. „ letalną syntezę”.  

 

103.  Naprawa DNA

 Organizmy dysponują różnymi możliwościami naprawy uszkodzeń DNA co wpływać może w sposób istotny na ich odporność na ich mutageny. Jeśli powstające po napromieniowaniu UV uszkodzenia DNA są reperowane w obecności światła to naprawę tę nazywamy fotoreaktywacją. W wyniku fotoreaktywacji wzrasta znacznie procent przeżywających komórek. Proces ten zachodzi z udziałem enzymu fotoliazy który czerpiąc energię ze światła rozczepia dimery tyminy(związane przez deoksyryboze dwie cząsteczki tyminy). Na monomery umożliwiając w ten sposób powrót do stanu pierwotnego. Natomiast uszkodzenia DNA reperowane w ciemności polegają na wycięciu uszkodzonego odcinka DNA i zastąpieniu go nowymi nukleotydami. Proces ten zachodzi z udziałem korekcyjnej endonukleazy. Sposób ten podobnie jak poprzedni jest naprawą bezbłędną. Jeśli ednak pod wpływem mutagenu powstają bardzo liczne uszkodzenia DNA tak iż systemy reparacyjne nie są w stanie ich w pełni eliminować to następuje indukcja systemu SOS. Proces ten jest regulowany przez 2 białka: LexA, RecA. Pod wpływem tych białek następuje indukcja ekspresji genów kodujących białka, które nadają polimerazie DNA właściwości losowego włączania zasad do nowo syntetyzowanego DNA, gdy w łańcuchu matrycowym występuje lika lub dimery pirymidynowe. W naprawie DNA tego typu występuje duża liczba pomyłek. 

 

 104.  Rekombinacja genetyczna

 Rekombinacja czyli zdolność do wymiany odcinków między homologicznymi cząsteczkami DNA jest jedną z podstawowych właściwości żywych organizmów. Poznane są dwa sposoby włączania do chromosomu lub plazmidu fragmentu obcego DNA. Pierwszym z nich jest rekombinacja ogólna lub homologiczna, którym obcy DNA znajdujący się w komórce zostaje włączony do DNA gospodarza. Proces ten rozpoczyna się równoległym ułożeniem homologicznych odcinków, jednoniciowym pęknięciem. Następnym etapem jest wymiana jednoniciowych segmentów DNA dawcy i biorcy. W procesie tym biorą udział: białko Rec i białko wiążące jednoniciowy DNA. Efekt tej rekombinacji ujawnia się dopiero w komórkach potomnych. Drugim sposobem włączenie obcego DNA do DNA gospodarza jest rekombinacja zależna od określonego miejsca lub sekwencji w rekombinacji tej potrzebny jest jedyne krótki odcinek homologii DNA dawcy i biorcy. W regionie tym integraza przecina dwuniciowy DNA dawcy fagowy i bakteryjny (biorcy) w wyniku tego powstają 4 końce które po przekrzyżowaniu zostają ponownie połączone przez ligaze. Proces ten jest kontrolowany przez białko gospodarza zwane integracyjnym czynnikiem. Proces ten jest odwracalny.

 

105 Transformacja

Transformacją nazywamy przekazanie genów w formie rozpuszczalnego DNA wyekstrahowanego lub uwolnionego z komórki dawcy za pomocą innych metod. Ten sposób przekazania genów między bakteriami został wykryty jako pierwszy i historycznie ma największe znaczenie. . Metody:

1) Naturalna zdolność bakterii do pobrania DNA, zwana kompetencją,

została opisana u licznych rodzajów bakterii, jak: Acinetobacter, Azotobacter,

Bacills. Kompetencja zależy od stanu fizjologicznego komórek i od fazy wzrostu. Zarówno moment rozwinięcia, jak i długość stanu kompetencji różnią się między gatunkami. Kompetentne komórki mają zmienione warstwy powierzchniowe, ściana komórkowa

staje się porowata, aktywność zewnątrzkomórkowych enzymów zwiększa

się i następuje synteza „czynnika kompetencji", który zostaje wydzielony

do podłoża. Do transformacji potrzebne jest bardzo małe stężenie DNA, już 0,1 mikrograma na mililitr zawiesiny komórek wystarcza do transformowania biorcy — maksimum 5% populacji.

2) Indukcja kompetencji drogą specjalnych zabiegów laboratoryjnych

jest stosowana z powodzeniem w przypadku komórek niezdolnych do

naturalnej transformacji. Większość metod doświadczalnych polega

na ściśle określonych zmianach warunków hodowli bakteryjnej.

3) Transformację protoplastów stosuje się głównie w bakteriach

gramdodatnich, na przykład z rodzaju Bacillus lub Streptomyces. Pozbawione

ściany komórkowej protoplasty tych organizmów, po potraktowaniu

ich polietylenoglikolem, zdolne są do pobrania plazmidowego

DNA

4) elektroporacja; Metoda ta, wpływaj na przepuszczalność błon biologicznych i prowadzi

do ich fuzji pod wpływem pola elektrycznego.

 

 

 

106. Transdukcja.

Transdukcja polega na wymianie DNA między bakteriami za pośrednictwem wirusów bakteryjnych. Wyróżniamy 2 typy :Transdukcja ogólna ( niespecyficzna ) i Transdukcja ograniczona ( specyficzną). W transddukcji ogólnej fragment DNA gospodarza zostaje włączony do cząsteczki wirusa zastępując genom wirusa bądz zostaje włączony do genomu wirusa jako odcinek dodatkowy. Do transdukcji tej dochodzi gdy komórka bakteryjna zostaje zainfekowana defektywnymi fragmentami transdukującymi zawierającymi DNA dawcy.DNA transdukującego faga rekombinuje się chromosomem biorcy .W transdukcji specyficznej tylko niektóre geny wirusa są zastąpione przez geny dawcy po zainfekowaniu komórki biorcy transdukującym fagiem z genem dawcy następuje włączenie się faga do genomu. W taki sposób moze być zastąpiony uszkodzony gen biorcy prawidłowym genem dawcy.

 

107.   Koniugacja

 Koniugacja polega na przekazaniu materiału genetycznego z jednej komórki do drugiej w wyniku ich bezpośredniego kontaktu. W czasie koniugacji zachodzi jednokierunkowe przekazanie materiału genetycznego od dawcy do biorcy, przy czym rekombinacja i segregacja zachodzi w komórce biorcy. Dawcom jest ta komórka, która zawiera ruchomą cząsteczkę DNA czyli tzw. czynnik płciowy F. Czynnikiem tym jest pozachromosomowy DNA (plazmid) zdolny do replikacji. Geny tego czynnika odpowiedzialne są za syntezę pilusów niezbędnych do koniugacji. Integracja DNA dawcy z DNA biorcy zachodzi wg mechanizmu homologicznej rekombinacji. Proces ten jest odwracalny.

 

  108. Mapowanie genetyczne u E.Coli

Mapa genetyczna E.Coli została ustalona za pomocą koniugacji przerywanej. Metoda ta oparta jest na wyznaczaniu czasu wejścia poszczególnych genów z komórki dawcy do komórki biorcy. Czas przekazywania genu jest rózny i charakterystyczny dl akazdego genu. Czas przekazania genów zgadza sie z kolejnością ich ułożenia na chromosomie. Liczby określajace względne odległości miedzy genami na chromosomie mierzone sa w jednostkach czasu( minutach) w których poszczegolne geny SA wprowadzone do komórki bviorcy podczas koniugacji. Mapa genetyczna E.Coli zaiwra m.in takie geny w obrębie peronów jak syntezy biotyny wykorzystanie galaktozy, syntezy histydyny, syntezy izoleucyny, woliny, rozkładu laktozy, syntezy praliny, tryptofanu i wiele innych. 

 

 109.  Plazmidy i ich właściwości.

Wiele bakterii może być nośnikami pozachromosomowych cząsteczek  DNA — plazmidów. Te małe (w stosunku do chromosomu bakteryjnego), najczęściej koliste, kowalencyjnie zamknięte dwuniciowe cząsteczki DNA nie są istotne dla wzrostu bakterii w standardowych warunkach. Komórki

„wyleczone" z plazmidu w wyniku naświetlenia promieniami UV albo działania mitomycyny lub barwników akrydynowych rosną bez zakłóceń w zwykłych pożywkach. Plazmidy nadają komórkom gospodarza cechy specyficzne.  Wielkość charakterystyczną dla danego plazmidu stanowi

jego liczba kopii przypadająca na komórkę. Ogólna zasada mówi, że im plazmid jest większy, tym mniejsza jest liczba jego kopii.  Replikacja chromosomowego DNA kończy się zazwyczaj w ciągu jednej

godziny po dodaniu chloramfenikolu, ale replikacja plazmidu (ColE1) trwa dalsze 12-15 godzin. Powoduje to wzrost liczby kopii z 15 do 120 na chromosom. Proces ten, nazywany amplifikacją plazmidowego DNA, dotyczy całej grupy plazmidów. Możliwość wspólnej egzystencji plazmidów w komórce jest uwarunkowana ich zgodnością. Dwa plazmidy spokrewnione ze sobą nie mogą koegzystować

w jednej komórce, są one niezgodne.

 

 110.  Wektory  

Wektorami są posiadające zdolność zakażenia danego typu komórek plazmidy bądź wirusy , które zawierają wprowadzony na drodze inżynierii genetycznej fragment DNA. Stosuje się je do wprowadzenia obcego DNA do komórek. Ponieważ dysponują one własnymi mechanizmami wnikania do komórek i „oszukiwania” ich mechanizmów obronnych, mogą być bardzo przydatne w przełamywaniu bariery jaka stanowi błona otaczająca komórkę. Wektory stosowane w klonowaniu nie mogą zawierać więcej niż jedno miejsce cięcia przez endonukleazę użytą do klonowania oraz muszą zapewnić selekcję zrekombinowanego DNA. Zdolność do wydajnej rekombinacji z obcym DNA jest również niezwykle pożądaną cechą, zwłaszcza dla wektorów stosowanych do konstrukcji bibliotek genowych

 

111.  Restrykcia i modyfikacja DNA.

Restrykcja i modyfikacja DNA zależą od enzymów bakteryjnych, które mogą rozpoznawać i przecinać specyficzne miejsca w obcym DNA, natomiast DNA gospodarza jest chroniony przed restrykcją w wyniku jego enzymatycznej modyfikacji, która sprawia, że nie jest on rozpoznawany przez enzymy restrykcyjne. Jego szczególna rola polega na wyznakowaniu  i ochronie komórkowego DNA znajdującego się w komórce. System składa się z dwóch aktywności enzymatycznych- endonkleazy i metylotransferazy. Obie aktywności wyrażają się w specyficznym miejscu DNA, czyli w sekwencji rozpoznawanej. Komórkowy DNA jest modyfikowany chemicznie przez metylotransferazę metylując adeninę w pozycji N-6 oraz cytozynę w pozycji N-5, i w pozycji N-4. Modyfikacja zachodzi podczas replikacji, prowadzi do powstania 2-nciowego DNA metylowanego w jednej nici. W przypadku obcego DNA, endonukleaza restrykcyjna hydrolizuje wiązania fosfodiestrowe . Endonukleazy restrykcyjne są kodowane przez bakteriofagi, plazmidy oraz chromosomy bakteryjne, wszystkie przecinają 2-niciowy DNA. Enzymy klasy 1 rozpoznają specyficzną sekwencję nukleotydowi, Enzymy klasy 2 przecinają DNA w miejscu specyficznym, zlokalizowanym wewnątrz rozpoznawanej sekwencji. Prowadzi to do wytworzenia określonych fragmentów DNA. Enzymy restrykcyjne wyizolowano z różnych mikroorganizmów. Mapy restrykcyjne różnią się wielkością fragmenty powstałe po trawieniu DNA enzymami restrykcyjnymi mogą być rozdzielone metodą elektroforezy. Szybkość przesuwania się fragmentów zależy od ich długości, małe fragmenty migrują szybciej niż duże. Jedynie endonukleazy, nadają się do konstrukcji map genetycznych. Natomiast enzymy restrykcyjne które tną DNA często i na małe odcinki , znajdują zastosowanie w określeniu sekwencji nukleotydów.

 

 112.  Metody klonowania molekularneg.

Klonowanie molekularne składa się z kilku etapów: Izolowanie genu, przeniesienie genu do komórki biorcy, wbudowanie genu w chromosom biorcy, ekspresja genu. Jedna z metod izolacji genu jest analiza restrykcyjna przez specjalne enzymy restrykcyjne. Każda z nukleaz restrykcyjnych rozpoznaje właściwy dla siebie odcinek DNA i rozcina go tak, że powstałe odcinki DNA są do siebie komplementarne i nazwane lepkimi końcami ponieważ mogą się znów połączyć. Genetycy dysponują kilkuset rodzajami nukleaz restrykcyjnych, z których każda rozcina inną sekwencje nukleotydów DNA, Enzymy te są izolowane z komórek bakteryjnych. Inną metodą pozwalająca uzyskać fragment DNA zawierający poszukiwany gen jest odwrotna transkrypcja. Jest to synteza DNA na matrycy RNA, katalizowana przez odwrotną transkryptaze. Używając tego enzymu można uzyskać fragment DNA zawierający poszukiwany gen. Znanych jest kilka metod wprowadzania DNA do komórki biorcy. Jedną z nich jest transfekcja, która polega na wprowadzeniu fragmentu DNA zawierającego gen w pobliże chromosomu. Przykładem transfekcj jest mikroiniekcja - wstawienie cząsteczki DNA do jądra za pomocą igły o bardzo małej średnicy. Kolejną metodą jest transdukcja, przy pomocy wektorów. Metody klonowania molekularnego wykorzystują jako wektory (nośniki DNA) plazmidy lub wirusy (najczęściej bakteriofagi). Zmieniony wirus po zakażeniu komórki wbudowuje te gen w jej chromosom. Wbudowanie obcego genu do genomu dawcy wywołuje jego ekspresję. Wśród produktów wytworzonych przez transgeniczne organizmy są insulina, penicylina, ludzki hormon wzrostu i wiele innych.

 

 113.  Enzymy i ich funkcje

 Enzymy są biologicznymi katalizatorami zmieniającymi szybkość reakcji same nie ulegając odwracalnym zmianom. Nie wpływają na termodynamiczne parametry reakcji, zwiększają tylko szybkość możliwej reakcji. Wszystkie enzymy są białkami, jakkolwiek ostatnio zidentyfikowano pewne cząsteczki RNA czynne katalitycznie tzw. Rybozymy. Enzymy mogą zawierać składniki niebiałkowe (kofaktory) które związane z białkiem enzymu nazywane są grupą prostetyczną. Taki złożony enzym nazywa się holoenzymem a jego część białkowa apoenzymem. Cześć enzymu która wiąże substrat nosi nazwę miejsca aktywnego. Miejsce to zawiera specyficzne aminokwasy i kofaktory wymagane do modyfikacji substratu i przyspieszania przez: ustalenie reaktentów we właściwej orientacji przestrzennej, wpływ na charakterystykę układu elektronów pozwalających zwiększyć reaktywność (np tworzenie wiązań jonowych lub przejściowych wiązań kowalencyjnych). Wywieranie fizycznych oddziaływań osłabiających pewne wiązania substratu i powodujące indukowane dopasowanie enzymu- substrat. Wiązanie substratu przez enzym wyjaśniają dwie teorie: model zamka i klucza, model indukowanego dopasowania.

114.  Koenzymy grupy prostetyczne i witaminy

Wszystkie enzymy są białkami jakkolwiek zidentyfikowano pewne cząsteczki RNA czynne katalitycznie tzw. Rybosomy. Enzymy mogą zawierać składniki niebiałkowe (kofaktory) które mogą być nieorganiczne (np. jony metali) lub organiczne (koenzymy). Niektóre witaminy są prekusorami proenzymów np.:

-kwas pantolenowy jest prekursorem koenzymu A

-ryboflawina (witamina B2) jest prekursorem FAD, FMN

-tiamina (witamina B1) jest prekursorem pirofosforanu tiaminy

-kwas askorbinowy (witamina C) jest prekursorem kosubstratu do hydrooksydacji proliny w kolagenie

Kofaktor związany z białkiem nosi nazwę grupy prostetycznej a jego część białkowa apoenzymu.

 

115. Regulacja syntezy enzymów: indukcja, represja końcowym produktem i represja kataboliczna.

Synteza enzymów katabolicznych regulowana jest na drodze indukcji. W mechanizmie tym synteza enzymów następuje dopiero wtedy, gdy jest na nie zapotrzebowanie tzn. gdy w środowisku znajduje się substancja, która stanowi substrat w reakcji katalizowanej przez te enzymy. Najlepiej poznanym przykładem indukcji jest indukcja -galaktozydazy w obecności laktozy wykorzystywanej przez E.coli. Synteza tego enzymu rozpoczyna się po dodaniu laktozy do pożywki. Natomiast wytwarzanie enzymów anabolicznych jest regulowane przez represję. Nagromadzenie produktu końcowego powoduje zmniejszenie syntezy enzymów związanych z określonym szlakiem biosyntetycznym. Przykładem represji przez produkt końcowy jest represja szlaku biosyntetycznego argininy. Wytworzenie enzymów tegoż szlaku jest natychmiast tłumione po dodaniu tego aminokwasu do pożywki. Innym typem represji jest represja kataboliczna, która odnosi się do szlaków rozkładu substratów. Przykładem tego typu represji jest opóźnienie syntezy -galaktozydazy w komórkach E.coli. W przypadku obecność glukozy w pożywce. Dopiero zużycie przez bakterie glukozy powoduje wznowienie syntezy -galaktozydazy rozkładającej laktozę.

 

116. Operon laktozowy.

Operonem nazywamy grupę genów spokrewnionych funkcjonalnie. Białka kodowane przez te geny katalizują reakcję jednego szlaku metabolicznego. Operon laktozowy E.coli składa się z trzech genów struktury, kodujących odpowiednie enzymy umożliwiające wykorzystanie laktozy (- galaktozydazę, permeazę oraz transacetylazę) i region regulatorowy, składający się z dwóch odcinków: promotora i operatora. Promotor stanowi miejsce przyłączenia polimerazy RNA, stanowi więc kluczową rolę w inicjacji transkrypcji. Operator zaś posiada zdolność łączenia się z białkiem regulatorowym. Białko represorowe przyłączając się do operatora blokuje dostęp polimerazy RNA do promotora a tym samym transkrypcję i ekspresję genów struktury. Gdy w środowisku pojawi się laktoza jeden z jej izomerów łączy się z białkiem represorowym , co znosi jego powinowactwo do operatora i powoduje odblokowanie promotora. Odblokowany promotor przyłącza polimerazę RNA i rozpoczyna się transkrypcja genów struktury. Natomiast w obecności glukozy nie następuje uruchomienie peronu przez laktozę, ponieważ promotor laktozy wymaga do swojego działania nie tylko odblokowania miejsca operatorowego ale i cyklicznego (cAMP) połączonego ze specjalnym białkiem CAD. Gdy glukoza obecna jest w komórce nie powstaje kompleks cAMP - CRP i aktywacja nie może nastąpić mimo obecności laktozy. Do wytworzenia kompleksu dochodzi dopiero gdy zabraknie glukozy.

 

 

117.  Operon tryptofanu.

Peronem nazywamy grupę genów spokrewnionych funkcjonalnie. Białka kodowane przez geny wchodzące w skład peronu są enzymami katalizującymi kilka etapów jednego szlaku metabolicznego. Operon tryptofanu u E.coli składa się z genów strukturalnych kodujących pięć enzymów powodujących przejście kwasu choryzmowego w tryptofan oraz z operatora i promotora znajdujących się na początku peronu. Operon tryptofanu jest przykładem operonu reprymowalnego, w którym synteza enzymów biosyntetycznych regulowana jest przez represję produktem końcowym. W przypadku nagromadzenia się produktu końcowego tj. tryptofanu funkcjonującego jako korepresor łączy się on z aporepresorem (białko efektonowe kodowane przez gen regulatorowy) powoduje w ten sposób powstanie aktywnego represora, który blokuje transkrypcję. Natomiast zmniejszenie stężenia produktu końcowego tj tryptofanu prowadzi do dysocjacji represora, uwolnienie operatora i syntezę

mRNA (transkrypcji). Synteza enzymów zachodzi jedynie w przypadku braku produktu końcowego.

118. Regulacja przez zmiane katabolicznej aktywności enzymu.

Regulacja procesów metabolicznych zachodzi poprzez

- kontrole syntezy enzymów               

- zmianę aktywności enzymów

Aktywność kataboliczna enzymu związanego ze swoistym szlakiem metabolicznym może podlegać zmianom

- może się zwiększać pod wpływem dodatniego efektora lub zmniejszać pod wpływem negatywnego efektora. Aktywność prostych zależy od stężenia substratu i rośnie ona wraz ze wzrostem stężenia substratu. Natomiast aktywność enzymów regulatorowych - allostererycznych zależy głownie od stężenia produktu końcowego, którego wysokie stężenie hamuje przemianę na skutek unieczynnienia enzymu-pierwszego. Przyłączenie inhibitora w centrum allosterycznym powoduje zmiany konfirmacyjne enzymu, w wyniku czego centrum aktywne nie jest zdolne do związania się z substratem. Enzymy regulatorowe są kodowane na zasadzie sprzężenia zwrotnego przez jej końcowy produkt. Innym sposobem kontroli aktywności enzymatycznej jest odwracalna modyfikacja kowalencyjna. Modyfikacja ta polega na kowalencyjnym przyłączeniu i odłączeniu grup niebiałkowych - fosforanu, cukru, kwasów tłuszczowych. Najlepiej zbadanymi modyfikacjami są fosforylacja, adenylacja, acetylacja.

 

 Pytanie 120 :

Regulon galaktozowy u drożdży

Drożdże - jednokomórkowe grzyby, eukarioty (nie posiadają więc

operonów, geny kodujące enzymy tego samego szlaku zlokalizowane są

daleko od siebie, zawsze osobno). Metabolizm galaktozy u drożdży zachodzi

na drodze 4 reakcji:

1. Galaktoza translokowana do komórki (enzym permeaza - gen GAL 2)

2. Galaktoza + ATP galaktozo-1-fosforan +ADP (galaktokinaza - gen GAL1)

3. Galaktozo-1-fosforan + urydylodifosfoglukoza glukozo-1-fosforan +

urydylodifosfogalaktoza (transferaza warunkowana GAL7)

4. Urydylodifosfogalaktoza urydylodifosfoglukoza (epimeraza - GAL10)

Ponadto ważny jest tu również gen MEL1

Każdy z wyżej wymienionych genów zostaje aktywowany poprzez galaktozę

na zasadzie indukcji a glukoza jest represorem. W przypadku występowania

galaktozy powstają 2 białka wspomagające transkrypcję : Gal4p i Gal80p.

Gdy pojawia się glukoza, następuje represja: uczestniczy w niej ok 20

białek.

---