3.10.11

Mikrobiologia-nauka o czymś małym (wirusy, bakterie, glony jednokomórkowe, grzyby jednokomórkowe lub pleśniowe, promieniowce, parazyty-zwierzęta jednokomórkowe)

Najmniejsze formy życia:

Wiroidy-cząsteczki RNA pozbawione białkowej otoczki 360 nukleotydów-łańcuch kolisty. Jest to najmniejszy etiologiczny czynnik chorobowy. Wiroidy powodują choroby roślin: ziemniaków, cytrusów, są mniejsze od wirusów.

Priony-białko o małej masie cząsteczkowej, pozbawione kwasu nukleinowego. Zbudowane z 250 aminokwasów. Aktywuje nieczynny gen gospodarza, którego produkt jest przyczyną choroby. Czynnik etiologiczny: choroba Creutzfelda-Jacoba u człowieka i scrapie u owiec

Królestwo virales Wirusy

są pasożytniczymi formami żywymi o uproszczonej budowie i funkcjach

Definicja cząstki wirusowej

-zawiera własny materiał genetyczny; kwas DNA lub RNA (wyjątkowe jest to że posiada jeden rodzaj kwasu nukleinowego)

-zakaźność formy zewnątrzkomórkowej (wszystkie są zakaźne)

-brak układu Lippmana (procesy oddychania, biochemiczne zachodzą przy katalizatorach, zespół enzymów który uczestniczy w tej przemianie to układ Lippmana, u organizmów komórkowych)

Podział wirusów ze względu na obecność kwasu nukleinowego:

-wirusy z DNA dwuniciowym

-wirusy z DNA jednoniciowym (rodzina Parvoviridae)

-wirusy z RNA jednoniciowym

-wirusy z RNA dwuniciowym (rodzina Reoviridae)

-wirusy RNA-DNA biosynteza białka zachodzi w dwóch etapach transkrypcja i translacja, matrycą jest kwas RNA i na nim dosyntetyzowany jest DNA ODWROTNA TRANSKRYPCJA

Cechy charakterystyczne wirusów

-małe rozmiary

-pasożytnictwo

-specyficzność

-plastyczność

-zmienność

-nie są formami komórkowymi

Rozmiary wirusów

metody stosowane do pomiaru wielkości

-ultrafiltracja używa się filtrów memebranowych o różnych średnicach porów. Po stwierdzeniu przez które z nich wirusy przechodzą można określić wielkość 8-0,0025 цm. Zbudowane są z żelatyny, pergaminu, błon zwierzęcych, kolodium

kolodium- mikroceluloza ze zwiększonym stężeniem azotu 10-15%, uzyskuje się przez rozpuszczenie w eterze etylowym i alkoholu koloksyliny , tworzy się gęsty żel który nanosi się na określonej wielkości płyty następnie suszy się żel a w trakcie powstają pory o wielkości 8-0,0025 цm.

Filtry azbestowo-celulozowe (filtr Seiza) średnica 0,8-1,5 цm- wielkość większych wirusów które atakują bakterie

-ultrawirowanie- wirówki szybkobieżne o przyspieszeniu 100 000g. Można w nich osadzić cząstki wirusowe na dnie naczynia wirówkowego. Znając czas wirowania, szybkość wirowania, odległość materiału od osi, gęstość i lepkość środowiska, stężenie wyjściowe można obliczyć stałą sedymentacji S charakterystyczną dla danej cząstki w określonym środowisku i temperaturze. Znając tą wartość można oznaczyć promień.

-dyfuzja polega na pomiarze szybkości dyfuzji zakaźnych cząstek w środowisku o określonej gęstości

-promienie Rtg(x)-ugięcie promieni x

-promieniowanie jonizujące β γ x ma zdolność inaktywacji niektórych własności biologicznych wirusów np. zakaźność, antygenowość, hemaglutynacji. Znając dawkę promieniowania inaktywującego można w przybliżeniu wnioskować o wielkości naświetlonych cząstek efekt napromieniowania zależy od częstości trafień

-mikroskop elektronowy badania wymagają specjalnych metod przygotowania preparatów-cieniowanie. Aby zwiększyć kontrast pomiędzy cząstką wirusową a siatką na której jest ona umieszczona napyla się wirusy w próżni, materiałem o dużej gęstości elektronów np. złotem lub molibdenem. Materiał taki tworzy płaszcz na cząstce wirusa zwiększając w ten sposób kontrast. Inna metoda to barwienie negatywne w tym celu zawiesza się cząstki w materiale o dużej gęstości elektronów wolframianie sodowofosforanowym później osypuje się z cząstek otaczających je i uwypuklając szczegóły strukturalne znając powielanie. Największe wirusy mają średnicę 250 nm najmniejsze 10 nm

Pasożytnictwo

wirusy są pasożytami wewnątrzkomórkowymi. Utrzymują się przy życiu poza komórką jednak ich namnażanie ma miejsce tylko we wnętrzu żywej komórki

Podział wirusów ze względu na żywiciela

-wirusy roślinne

-wirusy bezkręgowców

-wirusy kręgowców i człowieka

-wirusy bakterii-bakteriofagi (fagi)

Konsekwencje pasożytnictwa

-niemożność hodowania wirusa na podłożach mineralnych

-rozwój wirusa pociąga za sobą zmiany w komórce gospodarza mogące powodować śmierć

-brak własnego metabolizmu

Hodowla wirusów

1929 udało się wirusowe zapalenie mózgu badać u zwierząt

odpowiedni organizm testowy lub hodowla tkankowa (oszczędzanie organizmów do celów badawczych, podstawowy organizm embrion szczurzy) rozdrabnia się- enzym trypsyna- rozłożenie materii komórkowej- oczyszczanie komórek- wirowanie- do butli płaskodennych butle Roux- komórki osadzają się na dnie naczynia tworzą warstwę mondayer- substancja odżywcza odpowiednie wirusy- badamy skutki wirusa na komórkach

Specyficzność

wirusy przechodzą od jednego do drugiego gospodarza w warunkach naturalnych lub sztucznych nabiera pewnych nowych cech. Cechy te wynikają z wpływu komórki gospodarza na wirusa komórka dostarcza materiału do syntezy i replikacji wirusa. Wirusy nie mają metabolizmu więc przestrajają komórki gospodarza na rzecz wirusa nie mają one układu Lippmana.

Zmienność

wirusy stale ulegają przemianom

-cecha negatywna ewolucja ospy krowianki i wirusa grypy

-cecha pozytywna można stwarzać żywe szczepionki dla niektórych wirusów

poprzez zmiany środowiska można wyselekcjonować mutanty wirusów stwarzając im dogodne warunki rozwoju, czyste klony takich mutantów mogą mieć np. zmienione własności antygenowe, a zmniejszoną wirulencję. Jeśli takie klony okażą się trwałe genetycznie mogą stanowić szczep do produkcji żywych szczepionek.

Przyczyny zmienności

-reasortacja genowa (skok antygenowy) wymiana fragmentu genomu, skutek epidemia, pandemia (między kontynentami)

-przesunięcie antygenowe związane z mutacją-zmiana w sekwencji nukleotydów powstają w wirusie nowe białka i wykazano że u wirusa grypy są 2 lub 3 zmiany-substytucje aminokwasów są to zmiany niewielkie powodujące zakażenia lokalne

17.10.11

Wirusy nie są formami komórkowymi

Budowa

-kwas nukleinowy

-kapsyd (helikalny, ikozaedralny, mieszany) osłonka kwasu nukleinowego, składa się z kapsomerów

-osłonka (niektóre wirusy)

Wirus który ma te elementy nosi nazwę wirion

Struktura helikalna np. wirus ebola-wydłużone, kształt pałeczek albo prętów

Struktura ikozaedralna kuliste np. wirus grypy

Struktura mieszana wirusy atakujące tylko bakterie (bakteriofagi)

Skład chemiczny cząstki wirusowej

kwas nukleinowy:

kwasy DNA lub RNA zawierają informację genetyczną umożliwiającą:

-wniknięcie wirusa do wrażliwej komórki

-replikacja wirusa

-przestrojenie metabolizmu zainfekowanej komórki

Kwas DNA występuje najczęściej w postaci dwu niciowej, wyjątek stanowi rodzina Parvoviridae.

Masa cząsteczkowa biologicznie czynnego DNA wynosi od 2*10⁶ do 240*10⁶ . Zawartość DNA w cząsteczce wynosi od 1% do 40%.

Kwas DNA występuje najczęściej jako jedno niciowy z wyjątkiem przedstawicieli Reoviridae.

Masa cząsteczkowa biologicznie czynnego RNA wynosi od 1*10⁶ do 10*10⁶ .

Większa zawartość kwasu nukleinowego wiąże się z bardziej skomplikowaną strukturą i funkcją wirusa.

Warunkiem zakaźnej aktywności wirusów jest nienaruszona sekwencja nukleotydów w kwasie nukleinowym. Każda zmiana w sekwencji nukleotydów może prowadzić do mutacji. Działając na wirusy mutagenami np. promieniowaniem jonizującym, można uzyskać cząstki o nowych własnościach biologicznych.

Białka strukturalne

-stanowią od 40 do 96% wirionu

-budują kapsyd czyli osłonę kwasu nukleinowego

-przeważają w nich aminokwasy w izomerii L (optycznej L)

Szczególne własności białkowego płaszcza wirusa nie ulegają działaniu enzymów proteolitycznych

Cecha charakterystyczna białek kapsydowych

Białka kapsydowe wykazują odporność na działanie czynników fizycznych i chemicznych. Stwarza to trudność w zabijaniu wirusów np. w procesie sterylizacji.

Wirus HBV nie ginie on w temperaturze do 100ºC tylko już powyżej temperatury 100ºC

Wirus HIV szczególnie wrażliwy na temperaturę 56ºC wirus temperaturo wrażliwy

Odporność na czynniki chemiczne stawiają trudność w procesach dezynfekcji.

Skutecznym i popularnym czynnikiem chemicznym jest 8% formaldehyd zabijający wirusy.

Funkcje białkowego płaszcza wirusa

(Nukleazy enzymy powodujące pocięcie łańcucha kwasu nukleinowego na pojedyncze nukleotydy.)

Chroni genom wirusa przed działaniem nukleaz

-biorą udział w adsorpcji wirusa do wrażliwej komórki-ułatwiają przyczepianie się wirusa do komórki

-odpowiedzialne są za symetrię genomu

-określają własności antygenowe wirusa (dlatego odgrywają ważną rolę w produkcji szczepionek i diagnostyce)

Białka enzymatycznego

-atakują ścianę komórkową i błonę cytoplazmatyczną komórki gospodarza np. neuramidaza wirusa grypy (1 rodzaj białek enzymatycznych)

-katalizują syntezę kwasów nukleinowych np. polimerazy (2 rodzaj białek enzymatycznych)

Lipidy

-zawartość lipidów waha się w granicach od 5% do 45%

-występują w postaci:

fosfolipidów

glikolipidów

tłuszczy obojętnych

cholesterolu

kwasów i aldehydów tłuszczowych

-w większości przypadków lipidy występują pod postacią fosfolipidów i są głównie zlokalizowane w osłonce

Znaczenie lipidów

-nadają zjadliwość wirusom ponieważ

*niezbędne są dla związania wirusa z komórką

*stanowią dodatkową osłonę dla nukleokapsydu

*prawdopodobnie pochodzą z błony cytoplazmatycznej komórek gospodarza

Węglowodany

-zawartość ich wynosi od 3 do 16%

zgromadzone są one w osłonce lub wypustkach osłonki-w wypustkach np. wirus grypy

-występują głównie w postaci glikoproteidów

-prawdopodobnie pochodzą z błony cytoplazmatycznej komórek gospodarza

Inne składniki

-substancje mineralne:

kationy: Fe²⁺ ,Ca²⁺ ,Cu²⁺ ,Al³⁺ związane z kwasami nukleinowymi wirusa

U wirusa polio, niektórych fagów, wirusów roślinnych stwierdzono obecność putrescyny NH₂(CH₂)₄NH₂

Cykl życiowy wirusów

1.Faza wegetatywna (faza wewnątrzkomórkowa)

2.Faza spoczynkowa (zewnątrzkomórkowa) opuszcza komórkę jest poza nią

Cykl replikacji

-wirusy mogą namnażać się tylko wewnątrz żywej komórki, wykorzystując jej energię i procesy metaboliczne

-zawierają niezbędną do tego celu informację genetyczną

Fazy replikacji

-adsorpcja proces ten polega na zetknięciu się wirusa z wrażliwą komórką i utworzeniu układu wirus-komórka. Połączenie to uwarunkowane jest działaniem sił elektrostatycznych. Kwaśne grupy fosforanowe na powierzchni komórki zachodzą w reakcję z grupami aminowymi wirusa. W niektórych przypadkach układ wirus-komórka uwarunkowany jest obecnością receptorów komórkowych i wirusowych.

-penetracja

1.wiropeksja wirus zostaje wchłonięty przez komórkę (odpowiednik fagocytozy)

Fagocytoza

2.fuzja osłonki z błoną cytoplazmatyczną komórki. Fuzja pozwala na przejście nagiego nukleotydu do cytoplazmy komórki

3.Reakcja pomiędzy wirionem a receptorami komórki. Enzymy występujące na powierzchni komórki (przestrzeń peryplazmatyczna) inicjują odpłaszczenie się wirusa, co umożliwia uwolnienie jego kwasu nukleinowego i wstrzyknięcie go do cytoplazmy komórki (przechodzenie wirusa do wnętrza komórki)

Odpłaszczanie

warunkiem replikacji jego kwasu nukleinowego jest uwolnienie genomu z osłonki i kapsydu. Proces ten może rozpocząć się już podczas przenikania wirusa (penetracja) przez błonę cytoplazmatyczną. Wirusy podlegające wiropeksji są odpłaszczane przez enzymy lizosomalne (komórki człowieka lub zwierzęcia) lub pod wpływem enzymów cytoplazmatycznych (komórka roślinna(...))

Biosynteza komponent wirusowych

Miejsce syntezy komponent wirusa zależy od rodzaju kwasu nukleinowego. U większości wirusów DNA synteza kwasu DNA zachodzi w jądrze komórkowych a białka w cytoplazmie (wyjątek stanowią wirusy Poxviridae, których komponenty są syntetyzowane w cytoplazmie). U wirusów RNA ich komponenty syntetyzowane są w cytoplazmie (wyjątek stanowią wirusy Orthomyxoviridae) np. wirus grypy

Stadia

-przygotowawcze

-właściwej syntezy

W stadium przygotowawczym następuje zahamowanie syntez kwasów nukleinowych i białek komórki gospodarza. Jest to możliwe dzięki indukowaniu przez geny wirusa w procesie translacji wczesnej tzw białek wczesnych. Białka wczesne są represorami syntez komórkowych oraz są polimerami DNA lub RNA, katalizującego syntezę wirusowego kwasu nukleinowego. Wczesne białka nie wchodzą w skład cząstek wirusowych, a jedynie zapewniają warunki dla syntezy komponent wirusowych.

W stadium właściwej syntezy zachodzi synteza kwasu nukleinowego wirusa, białek późnych, które są strukturalnymi elementami kapsydu.

Dojrzewanie i uwolnienie wirusów:

Uwolnienie i dojrzewanie wirusów z komórki gospodarza przebiega różnie, w zależności od miejsc syntezy ich komponent i składu wirusa.

-wirusy RNA nie zawierające osłonki np. wirus polio po syntezie komponent w cytoplazmie powstają kapsomery z jednostek strukturalnych, łączą się one tworząc kapsyt otaczają kwas nukleinowy i tworzą dojrzały wirus. Następuje liza zakażonej komórki co prowadzi do gwałtownego uwolnienia dużej ilości zakaźnych wirionów.

-wirusy RNA które zawierają osłonkę np. wirus parainfluenzy, po syntezie składników cząstek wirusowych w cytoplzmie komórki gospodarza powstają nukleokapsydy, które grupują się w pobliżu błony cytoplazmatycznej komórki następnie nukleokapsyd przechodząc przez błonę cytoplazmatyczną uzyskuje osłonkę zbudowaną ze składników błony. Powstałe w ten sposób wiriony uwalniają się z komórki przez „pączkowanie”

-wirusy DNA niezawierające osłonki np. Adenoviridae. Po syntezie kwasu nukleinowego w jądrze komórki a białek w cytoplazmie dojrzały wirus powstaje w jądrze komórkowym, skąd uwalnia się po śmierci komórki

-wirusy DNA zawierające osłonkę np. Herpes simplex- ospa wietrzna, Voricella-Zoster, Cytomegali, Epstein-Barra, chłonika Burkitra). Nukleokapsydy tworzą się w jądrze komórki następnie przechodzą przez błonę jądrową i owijają się osłonką zbudowaną ze składników wewnętrznej błony jądrowej. Składniki jej budują antygeny wirusowe. Dojrzałe wiriony przechodzą z cytoplazmy i dalej stopniowo uwalniają się przez błonę cytoplazmatyczną nie naruszając struktury komórki.

Wirusy rozprzestrzeniają się z komórki do komórki poprzez mostki cytoplazmatyczne.

24.10.11

Występowanie wirusów w wodach

-rodzaj Entrovivus (rodzina Picornaviridae; Polio Coxsackie A i Coxsackie B)

ECHO

HAV czyli enterowirus 72

-wirusy jelitowe

Adenoviridae

Rotavirus (rodzina Reoviridae)

-bakteriofagi

Enterowirusy

Polio poliomyelitis 50 nm-mniejszy, wirus mały, RNA, atakuje centralny układ nerwowy (rdzeń kręgowy, mózg) powoduje paraliż, trwałe kalectwo-uszkodzenie neuronów motorycznych rdzenia kręgowego. Wykonanie szczepionek

Wirusy Coxsackie A i B

wirusy małe, nie ma szczepionek

Coxsackie A- herpangina, zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, biegunka niemowląt, choroby gróg oddechowych

Coxsackie B- zapalenie śródsierdzia i osierdzia pleurodymia (nerwy między żebrowe, opłucna), wieloukładowa choroba noworodków (mózg-serce, wątroba-nadnercze), zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych i mózgu

Wirusy ECHO

jelitowe, cytopatyczne, ludzkie, sieroce, małe wywołuje aseptyczne zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych i mózgu, zapalenie górnych dróg oddechowych, gorączki, porażenie wstępujące

-Enterowirus 72-Hepatitis A żółtaczka pokarmowa zmniejszenie łaknienia, mocz ciemny, stolce białe, zażółcenie twardówki oka i powłok skórnych w początkowej fazie rozwija się w układzie pokarmowym-wiremia-wątroba uszkodzenie hepatocytów choroba trwa jeden miesiąc, podaje się przeciwciała immunoglobuliny ludzkie

-wirus HEV-Hepatitis E

powodują obumieranie komórek wątroby

Wirusy jelitowe

wirusy duże, Adenoviridae- zapalenie górnych dróg oddechowych, infekcje oczu, gastroenteritis, krwotoczne zapalenie pęcherza moczowego, ostra niedrożność jelit, zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych. Można się zarazić w basenach kąpielowych

Rotawirus

Gastroenteritis- schorzenie wywołuje wymioty, ostre biegunki, są szczepionki (niemowlę do pół roku)

Bakteriofagi

struktura mieszana, wirusy infekują bakterie, posiadają kwas DNA lub RNA, morfologia złożona, wysoki stopień swoistości-infekowanie jednego gatunku bakterii bądź szczepu w obrębie gatunku, fagi dla wrażliwej komórki mogą być zjadliwe (wirulentne) lub łagodne.

Liczebność w środowisku wodnym w 100 cm³

powierzchniowe 1,1*10⁵

morskie 1,1*10⁵

osady rzeczne 4,6*10⁵

osady morskie 43

ścieki 1,2*10⁵

osady ściekowe 2,5*10³-7*10⁴

wody gruntowe w 21% prób odnotowano obecność wirusów

Królestwo Procariota

bakterie, sinice

Pochodzenie bakterii

-teoria powolnej ewolucji w glebie istnieją grudki chromatyny otoczonej protoplazmą. Wielkość tych struktur 120-280 nm. Ich wzrost i podziały są niezmiernie wolne. A tych form rozwinęły się bakterie najpierw samożywne a z nich cudzożywne

formy L wielkość 0,5 цm błona cytoplazmatyczna zmieniona pod względem budowy chemicznej (zwiększona liczba fosfolipidów powyżej 69%), ściana komórkowa defektywna (redukcja mostków peptydowych), przechodzą przez filtry o średnicy porów < 0,5 цm osłony komórkowe są plastyczne, nie mogą się powielać, rosną na podłożach mineralnych. Stosując biologiczne prawo Haeckla mówiące o powtarzaniu wszystkich stadiów ewolucyjnych w osobniczym rozwoju potomków można sformułować stwierdzenie że ontogeneza jest powtórzeniem filogenezy-,ożna przypuszczać, że bakterie powstały z form bardziej prymitywnych

-teoria ewolucji wstecznej w czasie życia w środowisku bogatym w związki chemiczne mikroorganizmy upraszczają swoją budowę i funkcje fizjologiczne. Na tej drodze powstały bakterie chorobotwórcze dla człowieka i zwierząt (Riketsje)

Morfologia bakterii

-kuliste

-cylindryczne

Bakterie kuliste (coccus)

-średnica 0d 0,3-2 цm

-trzy osie symetrii są mniej więcej sobie równe A=B=C

-w zależności od przebiegu płaszczyzn podziału podczas rozmnażania wyróżnia się pojedyncze komórki i układy przestrzenne

-ziarniaki pojedyncze, rozrzucone w obrazie mikroskopowym komórki nie tworzące układów przestrzennych

-podział komórki zachodzi w jednej płaszczyźnie

przykład rodzaj Reillonella sporadycznie powodująca procesy chorobowe w zakażeniach łącznie z innymi drobnoustrojami, występują w błonie śluzowej jamu ustnej, w przewodzie pokarmowym w drogach oddechowych, moczowo-płciowych człowieka.

-dwoinki (diplococcus) dwie komórki najczęściej we wspólnej otoczce, podział komórek zachodzi w jednej płaszczyźnie a po podziale komórki nie rozchodzą się np. Diplococcus pneumoniae pneumokok, Neisseria gonorrhaeae gonokok, Neisseria meningitidis meningokok

Pneumokok Diplococcus pneumoniae

dwoinka zapalenia płuc, różnego rodzaju zakażenia inne niż zapalenie płuc, ostre zapalenie zatok, zapalenie ucha środkowego, zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych, zapalenie szpiku, septyczne zapalenie stawów, zapalenie wsierdzia, zapalenie otrzewnej, zapalenie osierdzia, takanki łącznej, ropień mózgu, zapalenie płuc z osłabioną odpornością

Gonokok Neisseria gonorrhaeae

dwoinka rzeżączki choroba weneryczna, zakażenie przez kontakt płciowy, zakażenie miejscowe (dolne odcinki dróg moczowo-płciowych). Zakażeniu mogą ulec noworodki, podczas porodu dochodzi do zapalenia spojówek, które przechodzi na rogówkę prowadzi do trwałego uszkodzenia rogówki czyli ślepoty, leczenie zabieg Crediego (1% roztwór azotanu srebra)

Meningokok Neisseria meningitidis

dwoinka zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych- meningokokowe zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych może przebiegać wraz z sepsą maskując jej objawy, występuje tylko u ludzi, przebiega epidemicznie

-czworniaki (tetracoccus) cztery kuliste komórki leżą blisko siebie i połączone są wiązaniami komórkowymi czyli mostkami cytoplazmatycznymi. Podział komórek zachodzi w dwóch prostopadłych do siebie płaszczyznach np. Microccucus luteus niechorobotwórczy, rozpowszechniony w przyrodzie (gleba, kurz, woda, mleko, skóra człowieka i zwierząt)

-pakietowce sześcianki (sarcina)

sześć komórek ułożonych w dwa rzędy po trzy, podział w trzech płaszczyznach np. Sarcina rentriculi beztlenowa, niechorobotwórcza, wykorzystywana w fermentacji alkoholowej (meksykanie tequila)

-paciorkowce (streptococcus)

komórki ułożone w jednej linii, podział komórek zachodzi w jednej płaszczyźnie np. Streptococcus pyogenes paciorkowiec ropny schorzenia mają różny obraz kliniczny i mogą rozwijać się w każdym narządzie i tkance organizmu ludzkiego; zakażenie dróg oddechowych-angina, płonica (szkarlatyna)-zakaźna szerzy się drogą kropelkową objawy: wysypka, gorączka, wymioty, uszkodzenie narządów krążenia, postać hipertoksyczna- wysoka śmiertelność róża zakażenia skóry i tkanki podskórnej, wnika przez uszkodzoną skórę lub błony śluzowe dreszcze, wysoka gorączka, zmiany miejscowe, nie leczona rozprzestrzenia się wzdłuż węzłów chłonnych powikłania ropne, posocznica-sepsa, zakażenia narządowe np. zapalenie wsierdzia, schorzenia powstające jako następstwa zakażeń paciorkowych, choroba reumatyczna, ostre głębokie zapalenie nerek

-gronkowce (Stapchylococcus)

komórki leżą blisko siebie w sposób bezwładny i tworzą grona, podziały komórek chaotyczne np. Staphylococcus aureus-gronkowiec złocisty powoduje skórne procesy miejscowe, trądzik, czyrak, ropnie ran -schorzenie błon śluzowych i surowiczych: angina, zapalenie zatok, opon mózgowo-rdzeniowych, jelit schorzenia narządowe: zapalenie płuc, wsierdzia, schorzenia limfogenne: zapalenie szpiku kostnego, posocznice i ropowice-ropnie mózgu zatrucia pokarmowe: wymioty, biegunka czas wystąpienia objawów 2 do 6 godzin. Zakażenia wewnątrz szpitalne- szczepy szpitalniane

Bakterie cylindryczne

jedna oś symetrii jest co najmniej 2 razy dłuższa od pozostałych A≥(B+C)

Podział: pałeczki (bacterium)

0,3-0,7 цm*1-5 цm pałeczki duże

0,2-2,0 цm pałeczki małe

końce komórek zaokrąglone, w obrazie mikroskopowym chaotycznie rozmieszczone, barwią się gram-ujemnie (różowo-czerwone), nie wytwarzają przetrwalników

-Escherichia coli (rodzina Enterobacteriaceae)

stanowi przeważająca część flory fizjologicznej przewodu pokarmowego człowieka, występuje na skórze i błonach śluzowych w środowisku wody, fleby i przewodu pokarmowego pełni rolę symbiontu, przyczynia się do rozkładu pokarmu, syntetyzuje witaminy z grupy B, K, C patogenna gdy osadza się w tkance poza przewodem pokarmowym powoduje schorzenia uogólnione (biegunki) lub zlokalizowane w różnych narządach (zapalenie pęcherza moczowego, miedniczek nerkowych, pęcherzyka żółciowego, wyrostka robaczkowego, błony śluzowej macicy, otrzewnej, opłucnej i opon mózgowo-rdzeniowych) wskaźnik sanitarnej jakości wód, odpowiedzialna za zakażenia wewnątrzszpitalne

-Salmonella-schorzenia przewodu pokarmowego (dur brzuszny, dur rzekomy, toksykoinfekcje pokarmowe, posocznice)`zakażenie drogą pokarmową (pokarmy mięsne, jaja) ostre zatrucie, objawy zatrucia zależą od ilości spożytego pokarmu i nagromadzenia się w nich zarazków i ich endotoksyn, pierwsze symptomy między 8 a 48 h od momentu spożycia pokarmu; ostry nieżyt żołądka, jelit z wymiotami i biegunką, podwyższona temperatura

06.11.11

laseczki (bacillus)

0,3-1,5 цm*3-10 цm

końce prostopadle ścięte, w obrazie mikroskopowym często tworzą łańcuchy, barwią się gram-dodatnio (fioletowo), wytwarzają przetrwalniki (nie wybarwiają się w metodzie gamma)

-Bacillus anthracis laseczka wąglika

wywołuje chorobę odzwierzęcą zwaną wąglikiem, przebieg choroby jest gwałtowny

-zakażenie u zwierząt ostra posocznica krwotoczna, śmierć po kilku godzinach, cecha charakterystyczna zakażenie to ciemna i gęsta krew

-zakażenie u ludzi

-postać płucna ciężki przebieg i duży odsetek śmiertelności, bakteria lub jego przetrwalnik wnika drogą aerogenną

-postać jelitowa zakażenie występuje po spożyciu mięsa zwierząt skażonych laseczką wąglika

-postać skórna stanowi 90%, charakteryzuje się wytworzeniem w miejscu zakażenia tzw. czarnej krosty, po wniknięciu przetrwalników drogą podskórną, przechodzą one w formę wegetatywną i prowadzą do wystąpienia galaretowatych obrzęków, na skórze pojawia się plamka która przemienia się w czarny strup

-Clostridium tetani laseczka tężca

rezerwuar bakterii: przewód pokarmowy zwierząt trawożernych główne miejsce występowania w środowisku: gleba skażona wydalinami zwierząt zakażenie: przez uszkodzoną skórę zanieczyszczoną nawożoną glebą lub kurzem, rozprzestrzenianie się po organizmie: wydzielana przez bakterie toksyna (ezotoksyna) wędruje drogą krwi lub pni nerwowych, działanie: atakuje ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy objawy: toniczne i kloniczne skurcze mięśni gładkich (szczękościsk, skurcz mięśni tułowia i kończyn) występuje charakterystyczne wygięcie kręgosłupa, sztywność karku, deskowata twardość brzucha, skurcze są bardzo bolesne i mogą być wywołane przez różne bodźce nieswoiste: szmer, światło, ruch. W ciężkich przypadkach tężca następuje porażenie przełyku i mięśni oddechowych co prowadzi do śmierci; śmiertelność w tężcu dochodzi do ok 85%

maczugowce (Corynebacterium)

nieregularne pałeczki z jednego końca grubsze, gram dodatnie, wykazuje pleomorfizm (formy atypowe i formy inwolucyjne) zmiana kształtu bakterii pod wpływem niekorzystnych warunków środowiska; formy atypowe to bakterie których kształt nieznacznie odbiega od formy prawidłowej; formy inwolucyjne kształt całkowicie odbiega od formy prawidłowej

-Maczugowce- Corynbacterium diphtheraie

mikroaerofil- organizm tlenowy czyli taki który wymaga tlenu do zdobywania energii i tlen jest ostatecznym akceptorem elektronów. Nie tolerują jednak tlenu przy ciśnieniu parcjalnym jakie panuje w powietrzu (0,2 Bar) dobrze znoszą ciśnienie (0,001-0,03 Bar) wywołuje antroponozę- zakażenie tylko człowieka. Postaci kliniczne:

-Błonica gardła (dyfteryt)- umiarkowana gorączka, bladość, tworzy niezbyt duże bóle gardła, utrudnione połykanie tzw. mowa „kluskowata”, obrzmienie węzłów chłonnych podżuchwowych, nalot w gardle. Wokół nalotów tworzy się charakterystyczne przebarwienie. W ciężkiej postaci naloty są rozległe koloru krwistobrunatnego, „szyja prokonsula”

-Błonica krtani (krup) występują w pierwszych latach życia, objawy: zwężenie się szpary głośni , obrzęk i nalot na strunach głosowych, stale nasilająca się duszność, głośny szczekający kaszel, chrypka, po zainfekowaniu gardła objawy ogólnego zatrucia organizmu (przy braku odpowiedniej pomocy grozi uduszeniem się), uszkodzenia mięśnia serca nerek, nerwów (porażenia pobłonicze- trwałe uszkodzenia-niewłaściwe leczenie)

-Błonica nosa

-Błonica spojówek oka

-Błonica skóry

prątki (mycobacterium)

pałeczki charakteryzujące się dużą pleomorficznością od pałeczek prawie cocoidalnych do form nitkowatych lub z bocznymi rozgałęzianiami

-Mycobacterium tuberculosis prątek gruźlicy

kwasooporna, gram-dodatnia, wywołuje gruźlicę, zakażenie następuje na drodze kropelkowej rzadziej drogą pokarmową pierwotna zmiana gruźlicza (pierwotne osadzenie) drogą krwi lub limfą prątki roznoszone są do narządów, rzadko drogą pokarmową wskutek połykania plwociny

zapalenia gruźlicze:płuc, migdałów, dróg nosowo-gardłowych, jelit, opłucnej, osierdzia, nerek, dróg moczowych, przewodu pokarmowego, otrzewnej, tkanki kostnej, skóry;gruźlica charakteryzuje się powstawaniem gruzełków (stąd nazwa) w narządach czasem ropniem oraz zserowaceniem i zwapnień. W tkankach prątki znajdują się wewnątrz monocytów, komórek olbrzymich, komórek układu siateczkowo-śródbłonkowego. To tłumaczy długotrwałość i przewlekłość zakażenia i trudności leczenia chemioterapeutykami. Charakteryzuje się ogólnym osłabieniem, utratą wagi, gorączką, krwiopluciem.

Monocyty krwinki białe, ruch pełzakowaty

komórka olbrzymia komórka szpiku kostnego-powstają płytki krwi

układ siateczkowo-śródbłonkowy zespół komórek które mają znaczenie obronne dla ustroju

histocyty komórki tkanki łącznej, w stanach zapalnych-komórki żerne

Bakterie spiralne

Grupa bakterii, których wspólną cechą jest morfologia komórki przecinkowce Vibrionale, pałeczki proste lub zakrzywione podobne do przecinka; niepełny skręt spirali, długość 1,5-3,0 цm szerokość 0,5 цm

-Vibrio cholerae przecinkowiec cholery

wywołuje ostrą chorobę zakaźną cholerę, klasyczna postać to ciężka toksykoinfekcja, charakterystyczne: bóle brzucha, wymioty, biegunka, szybkie odwodnienie organizmu, kwasica, anuria-zatrzymanie wydalania moczu, występują zaburzenia sercowo-naczyniowe, dreszcze i hipotermia (35°C-33°C) choroba trwa 3-7 dni

krętki (rząd Spirochaetales)

przypominają rozciągniętą sprężynkę o nieregularnych skrętach, zgrubieniach lub zwężeniach długość od 3-500 цm

-Thermopallidum- krętek blady

wywołuje kiłę (syfilizm) 90-95% zakażeń następuje przez kontakt płciowy, 10-15% zakażenia bezpośrednie pocałunki oraz pośrednie przybory toaletowe, do jedzenia; rezerwuarem jest chory człowiek, bakteria ta nie daje się hodować in vitro, powoduje uszkodzenie narządów wewnętrznych tzw. zapalenia kiłowe, znaczne osłabienie wzroku, epilepsję, encefalopatię, zespół objawów nadciśnienia tętniczego, przechodzi przez łożysko jest czynnikiem teratogennym (trwałe zmiany lub śmierć płodu)

śrubowce (rodzina Spirillaceae)

mają kształt falisty, komórka charakteryzuje się jednym lub kilkoma łagodnymi skrętami, ruch wężowy/ruch korkociągopodobny, długość 0,5 цm

-Spirillum minor

wywołuje gorączkę szczurzą czyli chorobę sodoku, rezerwuarem jest jama gębowa szczura gdzie bakteria jest saprofitem, zakażenie człowieka następuje przez ukąszenie, miejsce ukąszenia ulega owrzodzeniu, występuje gorączka, powiększenie węzłów chłonnych (łasica, koty, psy mogą być także źródłem zakażenia)

Bakterie nitkowate Chlamydobacterioles

Są szczególną odmianą bakterii cylindrycznych, występują w środowisku wodnym, tworzą zazwyczaj długie nici, złożone z cylindrycznych, urzęsionych pod biegunowo komórek ułożonych jedna za drugą i otoczonych śluzowatą pochewką zbudowaną z kompleksów białkowo-polisacharydowo-lipidowych. Komórki dzieląc się i do syntetyzując pochewkę powodują wydłużenie się nici. W środowisku ubogim w pokarm ruchliwe komórki opuszczają pochewkę i rozpoczynają samodzielną wędrówkę. Je4żeli komórka natrafi na sprzyjające warunki osadza się, mnoży się i wytwarza pochewkę tworząc nową nić.

-Sphaerotilus natas

występuje w zanieczyszczonych wodach i ściekach tworzy długie nici, znaczenie technologiczne w procesie oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego, trudności sedymentacji osadów, powstanie korzucha lub piany na powierzchni komór osadu czynnego, kanałów i odsadników wtórnych. Wynoszenie wraz z odpływem ścieków z osadnika wtórnego zawiesiny i pogorszenie jakości ścieków oczyszczonych. Problemy z prawidłową recyrkulacją osadu, trudności w utrzymaniu prawidłowego stężenia osadu czynnego w komorach napowietrzania pogorszenie efekt działania mechanicznych zagęszczarek osadu nadmiernego oraz urządzeń odwadniających, przeciążenie hydrauliczne urządzeń do przeróbki osadu.

-Leptothrix ochracea, Clandothrix dichotoma

występowanie w wodach digotroficznych zasobnych w sole żelaza. Pochewki tych bakterii wysycane są i otoczone wodorotlenkiem żelaza co nadaje im barwę żółtą. Odmiany Sphaerotilus.

-Beggiatoa sp. Thriothrix sp.

bakterie nitkowate siarkowe, utleniające zredukowane związki siarki do siarczanów, wnętrze komórek często wypełnione jest ziarnami siarki, przedstawiciele Beggiatoa są bakteriami wolno pływającymi (ruch ślizgowy) a rodzaju Thriothrix prowadzą osiadły tryb życia

Bakterie styliskowe (Caulobacteriales)

liczna grupa bakterii żyjących w środowisku wodnym, osiadły tryb życia na podwodnych ciałach, mają kształt wygiętych pałeczek fasolowatego kształtu osadzonych na spiralnie skręconej plazmatycznej nóżce, bakterie niektóre mają zdolność gromadzenia koloidalnego wodorotlenku żelaza np. Galinella ferruginosa

Promieniowce (Actinomycetes)

gram-dodatnie pałeczki tworzące rozgałęzione nici co upodabnia je do grzybów, ze splątanych nitek tworzą grzybnię (pseudomycellium) która może być powierzchniowa, wgłębna lub powietrzna. Promieniowce rozmnażają się przez wytworzenie zarodników, jak również przez podział poprzeczny pseudostrzępek. Występują w glebie, kompostach, oborniku. Występują gatunki mogące wchodzić w symbiozę z roślinami wyższymi i wiążące azot atmosferyczny, jak również patogeny wywołujące choroby ludzi, zwierząt i roślin, większość z nich jest tlenowa i kwasooporna, mają nieodporne (poza Thermoactinomycetes vulgaris) na wysoką temperaturę spory, wytrzymujące wysychanie. Przyczyniają się do rozkładu resztek roślin i zwierząt, polisacharydów, oraz związków trudno rozkładalnych jak sterydy, celuloza, chityna, wyższe kwasy tłuszczowe czy związki aromatyczne. Wytwarzają antybiotyki Streptomycetes np. streptomycynę, terramycynę syntezują wiele substancji, związków chemicznych o działaniu przeciwwirusowym. Produkują georminę odpowiedzialną za charakterystyczny zapach wiosną. Powodują aktynomykozę atakuje tkankę łączną głównie szyi, twarzy, klatki piersiowej, brzucha. W tkance powodują ropiejące guzy które często tworzą przetoki, powstają ropnie płuc, wyrostka robaczkowego.

Cechy drobnoustrojów chorobotwórczych

-chorobotwórczość cecha stała danego gatunku

-zjadliwość (wirulencja) zdolność do wytwarzania toksyn (jadów), enzymów, zdolność szybkiego rozmnażania się i rozprzestrzeniania w tkankach może być różna w poszczególnych gatunkach, podatna jest na zmiany powstające w środowisku (można ją sztucznie wzmacniać/osłabiać-szczepionki)

-inwazyjność wytwarzanie enzymu hialuronidazy, enzym ten depolimeryzuje kwas hialuronowy stanowiący substancję międzykomórkową co ułatwia wnikanie i rozprzestrzenianie się drobnoustrojów w organizmie.

Toksyny

Egzotoksyny	Endotoksyny
-wytwarzane głównie przez bakterie gram dodatnie -Streptococcus pyogenes- toksyna erytrogenna odpowiedzialna za wysypkę płonicza, gorączkę, bóle głowy, nudności, wymioty -Streptococcus aureus alfa-toksyna odpowiedzialna za obrzęk, martwicę skóry, zatrucia pokarmowe -Clostridium botulinum toksyna A paraliż układu nerwowego i oddechowego -mogą być wytwarzane przez bakterie gramujemne np. Shigella shigae	-wytwarzane przez bakterie gram ujemne -rodzina Enterobactericeae Neisserriaceae
Wydzielane przez żywe komórki	Wydzielane z komórek po dezintegracji lub po śmierci bakterii
Bardzo wysoce toksyczne, powodują śmierć w dawkach ng lub μg	Mniej toksyczne (w porównaniu do egzotoksyn) powodują śmierć w dawkach mg lub μg
Względnie niestałe. Tracą toksyczność w procesie ogrzewania w temperaturze 60°C wyjątek toksyna botulinowa	Względnie trwałe. Wytrzymują ogrzewanie w temperaturze 60°C przez kilka godzin bez utraty toksyczności
Można zmienić je w toksoid (anatoksynę)	Nie można zmienić je w toksoid
Silne antygeny powodujące powstawanie antytoksyn	Nie wywołują powstawania antytoksyn
Proteiny	Kompleksy lipopolisacharydowe

Struktura komórki bakteryjnej

Aparat dziedziczenia

Nukleoid, genofor-kwas DNA, koliście zamknięty. U E. Coli długość ok 1mm, leży bezpośrednio w cytoplazmie, nie jest otoczony membraną białkowo-lipidową, nigdy nie łączy się z białkami i nie tworzy chromosomu, wielkość bakteryjnego chromosomu u różnych gatunków wynosi od 0,6*10⁶ do 13*10⁶ par zasad, liczba genomów E. Coli 4-6 Desulfovibrio gigans 10-15 Aspergillus niger 40*10⁶ Homo sapiens 7*10⁹

Plazmidy

kowalencyjnie zamknięte koliste nici DNA lub DNA liniowe, DNA poza bakteryjnym chromosomem, wielkość 2,2 do 210 kpz, geny w plazmidach kodują cechy np. odporność na antybiotyki, wirulencję, odporność na sole metali ciężkich, możliwość wykorzystywania nietypowych źródeł węgla np. węglowodory aromatyczne

-plazmidy kryptyczne nie kodują żadnych wykrywalnych funkcji, replikują się automatycznie czyli niezależnie od bakteryjnego chromosomu, kontrola replikacji plazmidów ścisła i rozluźniona, są przenoszone z komórki do komórki

-plazmidy F (płciowe, infekcyjne) umożliwiają syntezę pili płciowych

-plazmidy odporności R niosą geny kodujące odporność na antybiotyki

-plazmidy nieinfekcyjne przenoszone za pomocą bakteriofagów

-episom połączenie plazmidu z chromosomem bakteryjnym wtedy replikują się synchronicznie z genoforem

Rybosomy

ziarnistości o wymiarach 16/18 nm, zbudowane są z bakteryjnego r-RNA 80-85% i z białka 20-15%, osiadają w wirówce przy szybkości sedymentacyjnej równej 70 jednostkom Sredberga (rybosomy 70s) składają się z dwóch podjednostek 30s i 50s

Funkcja

biosynteza białka, utrzymanie razem kompleksu mRNA i tRNA, tworzenie wiązań peptydowych między aminokwasami tworzącymi łańcuch polipeptydowy, zapewnienie dokładności syntezy białka, liczba rybosomów w komórce od 5000 do 50 000, polisom=polirybosom-rybosomy połączone nicią kwasu mRNA, znaczenie znajomości stałej sedymentacji rybosomów bakteryjnych i Eucaryota- leczenie infekcji antybiotykami

Mezosomy

powstają przez wpuklenia błony cytoplazmatycznej

Funkcja

centrum energetyczne komórki-reakcje oddychania wewnątrzkomórkowego, transport elektronów, miejsce syntezy kwasów tłuszczowych, uczestniczą w podziale komórki biorące udział w powstawaniu nowej ściany komórkowej i replikacji bakteryjnego chromosomu, uczestniczą w przenoszeniu DNA do powstającej endospory, struktura nie występująca u organizmów żywych, uwypuklenia uważane za mezosomy zaobserwowano u bakterii badanych przy użyciu m. in. dezynfuny

Układy lamellarne (chromofory i tylakoidy)

występują u fototroficznych bakterii purpurowych i bezsiarkowych bakterii zielonych, powstają przez wpuklenie błony cytoplazmatycznej do świata komórki i jej cylindryczne wygięcie tworzą:

chromatofory-układy pęcherzyków

tylakoidy-układy rurkowate lub blaszkowate powstają tzw stosy lemellarne

na błonach lamellarnych występują barwniki absorbujące światło słoneczne są to bakteriochlorofile i kartenoidy oraz składniki fotosyntetycznego systemu transportu elektronów i układu fosforylacyjnego

fotosynteza anoksygenowa nie powstaje tlen, powstają tylko substancje zapasowe

Wakuole gazowe

występują u bakterii wodnych, fototropicznych, bakterii nie zawierających barwników (Pelomena sp, Peloploca sp) halofitów (Halobacterium halobium) oraz u niektórych bakterii z rodzaju Clostridium; struktury te powodują zmianę gęstości komórki i umożliwiają jej unoszenie się w toni wodnej. Bakteriom nie posiadającym rzęsek pozwalają na pozostanie w określonej warstwie wody, gdzie warunki bytowania są dla nich optymalne

Budowa wakuoli gazowej

układ drobnych równoległych do siebie pęcherzyków gazowych o kształcie wrzecionowatym, ściany pęcherzyków o grubości 2nm zbudowane są z białek o układzie listkowatym, białka mają ciężar 14*10³, części hydrofobowe białek ułożone są do światła pęcherzyka, części hydrofilowe na zewnątrz. Wakuole pojawiają się w komórkach bakteryjnych także podczas rozmnażania się przez tzw formy L

Inkluzje komórkowe

materiały zapasowe są to wielocukry, tłuszcze, polifosforany, siarka. Gromadzone są w komórce gdy w podłożu znajdują się składniki potrzebne do ich syntezy ale gdy jednocześnie wzrost jest ograniczony lub zatrzymany wskutek braku jakiegoś czynnika hamującego. Inkluzje występują w postaci osmotycznie nieczynnej i są nierozpuszczalne w wodzie. Zapasowe polisacharydy, obojętne lipidy i kwas poli-В hydroksymasłowy są dla komórki źródłem węgla oraz energii. Polifosforany stanowią zapas fosforanów i energii, siarka może być donorem elektronów.

Przetrwalniki i proces sporulacji

Przetrwalnik jest to szczególna forma bakterii o odmiennej morfologii, budowie chemicznej i właściwościach biologicznych. Cecha przetrwalnika:

pauza metaboliczna, oporność na czynniki fizyczne i chemiczne, germinacja-przetrwalnik może żyć w czasie nieograniczonym o ile nie zadziałają czynniki przełamujące jego oporność przeciętny czas życia przetrwalnika w glebie to 30 lat, przetrwalniki tworzą bakterie cylindryczne ( z wyjątkiem Sporosarcina sp) gram dodatnie, w większości przypadków są ruchliwe o urzęsieniu perytrychalnym, bakterie bezwzględnie tlenowe Bacillus sp, bakterie bezwzględnie beztlenowce Clostridium sp pozyskujące energię w procesach fermentacji i Desulfotomaculum sp pozyskujące energię na skutek redukcji siarczanów, bakterie fermentacji mlekowej np. Sporolactobacillus sp, wspólna cecha bakterii przetrwalnikujących: niska zawartość guaniny i cytozyny, wytwarzanie przetrwalników jest cechą genetycznie uwarunkowaną, ułożenie przetrwalników w komórce centralnie biegunowo i pod biegunowo

Budowa przetrwalnika

osłony przetrwalnika zbudowane są z polipeptydów:

ściana rdzeniowa

płaszcz spory

korteks

egzosporium

Sporulacja

jeden przetrwalnik powstaje we wnętrzu jednej komórki. Proces rozpoczyna się:

-zahamowaniem metabolizmu (przemiany odbywają się kosztem materiałów zapasowych, kwasów -poli-ß-hydroksymasłowego u tlenowców oraz polisacharydów u beztlenowców),

nagromadzenie substancji białkowej, zmniejszeniem uwodnienia komórki

Przemiany chemiczne w procesie sporulacji

rozkład białek komórki macierzystej

wytworzenie kwasu dipikolinowego DPA

gromadzenie jonów wapnia i tworzenie chelatów

Przemiany dalsze

-wytworzenie w dużych ilościach kwasu 3-fosfoglicerynowego i kwasu L-sulfomlekowego

-synteza swoistych enzymów: enzymy związane z syntezą kwasu DPA (charakterystyczny: syntetaza DPA), proteaz, nukleaz, amylaz i enzymów litycznych

-wzrost trwałości enzymów ok miliona razy w porównaniu do trwałości enzymów w komórce wegetatywnej

-zmiany aktywności enzymów

wzrost aktywności np. arginaza u B subtilis, B lichenifornis

spadek aktywności np. transkarboksylaza asparginowa

zachowanie dawnej aktywności np. polimeraza DNA

-powstanie charakterystycznych białek dla procesu sporulacji: białko krystaliczne tworzy wraz z krzemianami inkluzje zwane ciałami parasporalnymi (insektycydy naturalne-przeciwko insektom). Występują u Bacillus thuringensis, Bacillus medusa, Bacillus papiliae, Bacillus laterosporus

-zmiany antygenowe: antygeny powierzchniowe czyli białka płaszcza; swoiste dla przetrwalników antygeny wielocukrowe

-wysoki stosunek kwasu DNA / RNA oraz kwasów nukleinowych / cytoplazmy

-dwa rodzaje t-RNA nieobecnego w formach wegetatywnych

-nowe rodzaje kwasu m-RNA

Cechy oporności przetrwalnika

-ciepłooporność

mała zawartość wody

oporność jest proporcjonalna do zawartości w przetrwalniku kwasu DPA

oporność kompleksu DPA-ca jako czynnika ochrony dla białek i peptydów

-oporność na promieniowanie

jest proporcjonalna do liczby mostków dwusiarczkowych -S-S- w zewnętrznych warstwach białkowych

-oporność chemiczna

wynika z nieprzepuszczalności osłon dla wielu związków chemicznych

z tego wynika długość życia przetrwalników

21.11.12

Błona cytoplazmatyczna

Grubość średnia 7-10 nm

Budowa:

Białka 50-77%

Lipidy 20-35%

Bacillus lihemiformis

Białka 43-49%

Lipidy 18-25%

Bacillus subtilis

Białka 55-64%

Lipidy 10-19%

Lipidy budujące błonę cytoplazmatyczną to

fosfolipidy 40-69%

lipidy obojętne 11-30%

glikolipidy 8-14%

Bacillus subtilis fosfolipidy stanowią 77%

Wzajemny stosunek tych dwóch podstawowych składników (białek i lipidów) zależy od gatunku, składu podłoża, fazy wzrostu, warunków wzrostów (pH)

Model Daniellego i Downsona (model błony elementarnej)

- struktura trójwarstwowa białka-lipidy-lipidy-białka

-lipidy, warstwa lipidowa jest podwójna, zawierają zgrupowania polarne tzw. głowy, które są hydrofilowe są nimi grupy chemiczne: fosfatydylowa, aminowa. Część niepolarną czyli hydrofobową są łańcuchy kwasów tłuszczowych

-cząsteczki amfipatyczne zawierają zarówno zgrupowanie polarne (hydrofilowe) jak i niepolarne (hydrofobowe). Lipidy w środowisku wodnym tworzą micele (są ugrupowane w postaci cylindrycznych kolumn) pomiędzy micelami powstają hydrofilowe kanały pory o średnicy 0,7-1,0 nm przez które przenika woda i substancje w niej rozpuszczone, jednak masa ich nie może przekroczyć 200 D. W środowisku wodnym cząsteczki lipidów ustawiają się tak, by ugrupowania hydrofilowe „chowały się” do wnętrza podwójnej warstwy. Oznacza to że wnętrze błony jest wysoce hydrofobowe, Fosfolipidy leżą do powierzchni błony cytoplazmatycznej prostopadle.

Białka

masa cząsteczkowa od 20000-160000 Daltonów

rodzaje białek:

-transportujące (translokazy-transport ułatwiony)

-białka uczestniczące w metabolizmie energetycznym (Clstridium sp fermaentacja aminokwasów)

-białka receptorowe (np. rozpoznają i reagują na bodźce chemiczne umożliwiają wytworzenie układu wirus-komórka)

-białka leżące równolegle do powierzchni komórki

Model Singera Nilsona (model mozaikowy)

-podwójna warstwa lipidowa

-białka integralne, transmembranowe, peryferyczne, sieć białkowa

-lipidy dyfundują lateralnie, przemieszczają się z jednej warstwy lipidowej do sąsiedniej, białka ulegają rotacjii wokół własnej osi

cechy:

miękka dlatego nie

odkształcalna posiada steroidów

prawie płynna

selektywnie przepuszczalna

Transport przez błonę cytoplazmatyczną

-dyfuzja bierna transport zgodnie z różnicą stężeń i potencjałów po obu stronach błony, nie potrzebuje energii

-dyfuzja ułatwiona proces swoisty, któremu ulegają tylko niektóre cząsteczki takie które mają odpowiednią strukturę, substancje przenikają szybciej niż by to wynikało z różnicy stężeń, istnieje pewien próg stężenia przenikającej substancji powyżej którego wzrost stężenia nie powoduje zwiększenia szybkości transportu, permeazy (białka transportowe przenoszące określone jony i metabolity przez błony komórkowe bakterii i wewnętrzne błony mitochondrialne) (translokazy) zbudowane są z kilku białek, które tworzą kanał w błonie i dodatkowego białka, które działa jak silnik transportujący białko przez kanał. Kinetyka nasycenia wszystkie cząsteczki enzymu są wysycone substratem

-transport aktywny odbywa się wbrew różnicy stężeń i potencjałów występujących po obu stronach błony. Komórka musi wydatkować energię na przetransportowanie substancji

Ściana komórkowa

Budowa chemiczna

-peptydoglikan (mureina)

-kwasy dwuaminowe

kwas α, ε- diamionopimelinowy i jego pochodne (messo-DD, LL S-hydroksy)

COOH-CH(NH₂)-CH₂-CH₂-CH₂-CH(NH₂)-COOH

L-lizyna

COOH-CH-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂(NH₂)

׀

NH₂

L-ornityna

COOH-CH-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂(NH₂)

׀

NH₂

L-homoseryna

COOH-CH-CH₂-CH₂(OH)

׀

NH₂

dwuaminowe pochodne kwasu masłowego

-pochodne D-glukozy

kwas N-acetylomuraminowy (MurNAC)

N-acetyloglukozamina (Glu NAC)

-aminokwasy D

kwas D-glutaminowy

NH₂

׀

COOH-CH-CH₂-CH₂-COOH

D-alanina

NH₂

׀

COOH-CH-CH₃

L-alanina

COOH-CH-CH₃

׀

NH₂

Peptydoglikan

GNAc-MurNAc-GNAc-MurNAc-GNAc-

׀

L-Ala

׀

kw. D-Glu

׀

kw. dwuaminowy(L)-D-Ala

(duża różnorodność) ׀

kw. dwuaminowy

׀

D-Glu

׀

L-Ala

׀

GNAc-MurNAc-GNAc-MurNAc-GNAc-

Cechy peptydoglikanu

Sztywność

-wbudowane terapeptydy

-wiązania poprzeczne bezpośrednie pomiędzy łańcuchami peptydów pomiędzy aminokwasem 3 w jednej cząsteczce mureiny a aminokwasem 4 w drugiej np. u E coli lub wiązania poprzeczne pomiędzy łańcuchami peptydów-pomiędzy aminokwasem 3 w jednej cząsteczce mureiny a aminokwasem 4 e drugiej poprzez mostek utworzony z 5 reszt gliceryny np. u S aureus

-obecność kwasu N-acetylomureinowego

-obecność D-aminokwasów

-u bakterii G+ ok. 40 warstw u bakterii G- 2-3 warstwy (mureiny)

Związek	G+	G-
peptydoglikan	30-70%	10%
polisacharydy	więcej	mniej
lipoproteidy	brak	obecne
Lipopolisacharydy (LPS)	brak	obecne
kw. tejcholowy	obecny	brak
kw. tejchuronowy	obecny/brak	brak
lipidy	0-2%	10-20%
białka	Tylko u paciorkowców Β-hemolizujących z grupy serologicznej A	obecne
związek charakterystyczny: kwas 2-keto-3- dezoksyoktonowy	brak	obecny COOH-CO-H2-(CHOH)4-CH2-OH

Lipopolisacharydy (LPS)

Budowa

lipid A

wielocukier rdzeniowy

antygen o (o swoisty łańcuch boczny)

LPS

-jest powodem istnienia wypadkowego ładunku ujemnego na powierzchni komórki

-utrudnia dostęp cząsteczek szkodliwych do powierzchni komórki

-długie łańcuchy boczne charakteryzujące się zmiennością struktury i odgrywają rolę w unikaniu przez bakterie G- odpowiedzi immunologicznej gospodarza

-Lipid A jest toksyczny dla ssaków zwany jest endotoksyną, jego obecność w układzie krążenia powoduje szok toksyczny i nawet śmierć

Kwasy

kwasy tejcholowe - łańcuchy złożone z 8-50 cząsteczek glicerolu lub ribitolu, połączone z mureiną wiązaniami przypominającymi wiązania amidowe

kwas tejchuronowy - polimerowe N-acetyloglukozaminy i kw

Polisacharydy- to wielocukry czynne immunologicznie. Ich skład zależy od warunków środowiska, z peptydoglikanem połączone są kowalentnie

Lipidy- u bakterii G+ występują u laseczek z rodzaju Bacillus i Clostridium. Przedstawiciele rodzajów Corynebacterium, Hycobacterium, Nocardia zawierają estry woskowe kwasów mykolowych (są to kwasy tłuszczowe o złożonej budowie). W bakteriach G- występują w znacznych ilościach od 10-20% wszystkich składników ściany komórkowej białka

Białka

u bakterii G+ występują tylko u paciorkowców β-hemolizujących z grupy serologicznej A. Białko nosi nazwę M. U bakterii G+ są to:

-białka poryny budujące pory i pozwalające na dyfuzję bierną związków nisko cząsteczkowych do przestrzeni peryplazmatycznej

-lipoproteina Browna kowalencyjnie związana z peptydoglikanem, częścią hydrofobową tkwi w błonie zewnętrznej i utzrymuje dwie warstwy ściany komórkowej w integralnej całości

Biologiczna rola ściany komórkowej

-warstwa ochronna nadające komórce określony kształt

-umożliwia transport związków o masie cząsteczkowej do 50000 Daltonów

-reaguje na zmiany pH i siły jonowej środowiska

-ma znaczenie dla prawidłowego podziału amitotycznego komórki

-umożliwia ruch rzęsek

-zawiera receptory dla bakteriofagów

-występują u niej miejsca rozpoznawania niezbędne dla koniugacji

-zawiera substancje ochronne umożliwiające przeżycie w atakowanym ustroju lub niekorzystnych warunkach środowiska

-jest jednym z czynników warunkujących chorobotwórczość

Ruch bakterii

Rzęski

-występują u bakterii cylindrycznych (pałeczki, laseczki, przecinkowce, śrubowce) u bakterii formy coccus zasadniczo nie występują z wyjątkiem Planosarcina ureae

-zbudowane są z jednostek białkowych, białko nosi nazwę flagellina

-są sztywne (nie zginają się) ulegają rotacji wokół własnej osi

-u bakterii G+ rzęski zakotwiczone w błonie cytoplazmatycznej

-u bakterii G- w błonie cytoplazmatycznej i błonie zewnętrznej

Ułożenie na powierzchni bakterii

Polarne:

monopolarne monotrychalne (jedna rzęska)

bipolarne amfitrychalne (wiele rzęsek na obydwu biegunach) 2-40

politrychalne lofotrychalne (na jednym biegunie wiele rzęsek) 2-40

Ułożenie

lateralne

perytrychalne (na całej powierzchni komórki)

Siła protonomotoryczna

Wytworzona w wyniku zachodzenia szeregu reakcji redoks różnica stężeń protonów w poprzek błony określana jest jako siła protonomotoryczna

gdy rzęski kręcą się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara zbliża się do celu, gdy odwrotnie ucieka, 3000 obrotów/minute rzęski

Fimbrie (Pili)

-cienkie nici, krótsze od rzęsek w ilości 10 do kilku tysięcy

-występują u gatunków urzęsionych jak i nieurzęsionych

-zbudowane z białka piliny

Podział fimbrii:

-fimbrie płciowe (F) biorą udział w transferze materiału genetycznego z jednej komórki bakteryjnej do drugiej, synteza ich zależy od obecności w komórce plazmidów

-fimbrie pospolite ich syntezę determinują geny chromosomu bakteryjnego

Rola fimbrii:

-rekombinacje materiału genetycznego

-własności adhezyjne

-słabe własności hemaglutynujące

-antygeny i immunogeny

-zwiększają powierzchnię adsorbcyjną komórki

Otoczki

występują na zewnętrznej warstwie ściany komórkowej

zbudowane są z :

-wielocukrów będących polimerami w skład, których wchodzą: cukry proste, aminocukry, alkohole, kwasy uronowe, kwas pirogronowy, kwas sjalowy, kwas aminoheksouranowy wystepuje u bakterii G+ (Diplococcus pneumoniae) G- (Klebsiella pneumoniae)

-białek (peptydoglikanów) występują głównie u bakterii G+ Bacillus

-wielocukrowo-peptydowe Bacillus megatericum

Biologiczna rola otoczek

-pomost w pobieraniu jonów

-wpływają na elektrolityczną równowagę w komórce

-ułatwiają adhezję do podłoża

-chronią przed fagocytozą

-chronią przed zakażeniem bakteriofagami

-bariera przepuszczalności do powierzchni komórki

-czynnik chorobotwórczości

-chronią przed wysychaniem

-nie są czynnikami odżywczymi

Mikroorganizmy występujące w wodach

-mikroorganizmy autochtoniczne (tubylcze) drobnoustroje dla których woda jest naturalnym środowiskiem bytowania i rozwoju

-właściwe bakterie wodne-bakterie autotroficzne: fotoautotrofy i chemolitoautotrofy (wody oligotroficzne), przedstawiciele bakterie żelaziste (żelazowe) z rodzaju: Leptothrix, Crenothrix, Gallionella

-Beggiatoa i Thithrix oraz zielone bakterie z rodzaju Chlorobium (wody polisaprobowe)

-bakterie heterotroficzne są to przeważnie ruchliwe, polarne lub dipolarne urzęsione gatunki o morfologii cylindrycznej z rodzajów: Pseudomonas, Achromobacter, Selenomonas, Spirillum, Vibrio oraz ziarniaki Miroccocus sp. i Sarcina

-bakterie osiedlające się na podwodnych elementach stałych (skałach, korzeniach) są to bakterie styliskowe (Caulobacteriales), bakterie nitkowate (Chlamydobacteriales), niektóre bakterie właściwe (Eubacteriales), które wytwarzają barwniki (Serratia sp. Flavobacterium sp. nie wytwarzają barwników Achromobacter sp.

-mikroorganizmy allochtoniczne (naniesione) w wodach występują czasowo i dostały się do nich gleby, powietrza, z odchodami, wodami opadowymi i ze ściekami. Do drobnoustrojów allochtonicznych należą heterotrofy: saproficzne i pasożytnicze. Mikroflora allochtoniczna reprezentowana jest przez wiele grup organizmów począwszy od wirusów i bakteriofagów, bakterii, promieniowców, grzybów poprzez pasożyty będące pierwotniakami (Entamoeba histolitica)

-beztlenowa flora gnilna np. bakterie celulolityczne, desulfurykacyjne, wodorowe (bentos-muł denny)

-grzyby strzępkowe: Mucor sp., Leptomitus sp. drożdże i drożdżaki: Condida sp., Pichia sp., Cryptococcus sp., Debarymyce sp., Saccharomyces sp., Hansula sp.

-promieniowce, które rozwijają się głównie na martwej substancji organicznej. Przedstawiciele rodzajów: Actinomyces, Streptomyces, Nocardia, Micromonospora

-w wodach największe znaczenie sanitarno-higieniczne i epidemiologiczne mają drobnoustroje ściekowe

-żyjące na rozkładających się szczątkach organizmów roślinnych i zwierzęcych (bakterie będące fakultatywnymi i obligatoryjnymi anaerobami) np. Clostridium perfringens, Protens vulgaris

-mikroorganizmy jelitowe czyli mieszkańcy przewodu pokarmowego człowieka i zwierząt- bakterie rodziny Enterobacteriaceae- grupa coli, enterokoki, Clostridium perfiringens i niektóre bakteriofagi

-typowe patogeny takie jak: rodzaj Salmonella, Shigella, Vibrio cholerae czy enterowirusy

-Skład jakościowy i ilościowy mikroflory

Mikroorganizmy glebowe

-tlenowe przetrwalnikujące laseczki z rodzaju Bacillus

-bakterie nitryfikacyjne: Nitrosomas, Nitrosoccus, Nitrospira

-grzyby wodne

-drożdże korzuchujące (niefermentujące cukrów)

-tzw. grzyby domowe (żyją w drewnie domów, konstrukcji drewnianych-mosty, słupy, elementy studzienne), systemach wodociągowych np. rodzaj Merilus (grzyb domowy właściwy) Coniophera (grzyb piwniczy)

-promieniowce rodzaj Streptomyces

-grzyby i promieniowce pogarszają smak i zapach wody

Główne chorobotwórcze bakterie

mikroorganizmy przenoszone przez wodę głównymi chorobami bakteryjnymi przenoszonymi przez wodę powodującymi nierzadko epidemie są: dur brzuszny, dur rzekomy, czerwonka Shigella, V. Cholerae salmonellozy. Poza wymienionymi notuje się epidemię wodną typu gastroenteris (zakażenie żołądkowo-jelitowe)

-innymi patogenami bakteriami przenoszonymi się drogą wodną są: Escherichia coli, Yersinia enterocolitica (zapalenie przewodu pokarmowego, gruczołów chłonnych, nieżyty pokarmowe, zakażenia wielostawowe)

-Compylobacter jejuni (ostre wrzodziejące zapalenie żołądka i jelit) Mycobacterium tuberculosis (gruźlica) rodzaj Leptospirall (powoduje żółtaczki krwotoczne, ostre, gorączkowe choroby zakaźne)

Pasożyty przenoszone przez wodę

-Giardia lambia jest najbardziej rozpowszechnionym na świecie patogenem pierwotniakowym. W Polsce jest zakażonych ok 3% ludności. Ze względu na łatwe przenoszenie pierwotniaka drogą pokarmową lub przez kontakt występować mogą epidemie gardiozy.

Ogniska endemiczne występują w basenie Morza Śródziemnego w Sant Petersburgu i w Azji Gardia była również etiologicznym czynnikiem, 27% epidemicznych chorób przenoszonych drogą wodną wykrytych w USA w latach 1989-1990

-Gryptosporidium parrum sporozoit pasożytuje w enterosporach przewodu pokarmowego żywiciela. Pasożyt jest odpowiedzialny za wodniste ostre i przewlekłe biegunki, związane z ubytkiem ciężaru ciała, nudnościami, wymiotami gorączką.

Pierwotniaki te powodują także zapalenia błon śluzowych dwunastnicy i jelita czczego, zapalene dróg żółciowych i pęcherzyka żółciowego. Badania wydalin ludzkich, prowadzone w USA Kanadzie i Europie dostarczyły zaskakujących danych iż 1% do 5% populacji ludzkiej badanych krajów jest zakażona Cryptosporidium.

-Entamoeba histolytica jest pierwotniakiem powodującym pełzakowicę. Ocenia się, że na świecie żyje około 500 mln nosicieli E histolytica głównie Indie, Meksyk, RPA, Kolumbia. Na pełzakowice umiera rocznie 40 tys ludzi głównie dzieci.

Zanieczyszczona woda i ścieki zawiera dużą ilość różnych wirusów pochodzących z przewodu żołądkowo-jelitowego człowieka i zwierząt ciepłokrwistych oraz moczu gryzoni zamieszkujących systemy kanalizacyjne.

Biologiczne wskaźniki sanitarnej jakości wód

-wymogi spełniane przez bakterie służące jako wskaźniki fekalnego zanieczyszczenia wód

-stale występują a kale ludzi i zwierząt ciepłokrwistych, a ich liczba przekracza liczbę bakterii chorobotwórczych

-nie mają zdolności rozmnażania się w H₂O

-są tak samo wrażliwe lub mniej (na środki dezynfekujące jak bakterie chorobotwórcze)

-posiadają stałe cechy biochemiczne które są podstawą sposobów ich wykrywania

-identyfikacja powinna być możliwa przy użyciu łatwo dostępnych metod

-nie mogą występować w wodach zanieczyszczonych

-nie mogą zmieniać swoich cech fizjologicznych pod wpływem warunków środowiska zewnętrznego

-powinny być formy nieprzetrwalnikujące (wyjątek Clostridium perfringens) co pozwala na wykrycie świeżego zanieczyszczenia wody fekaliami i ściekami

-redukują się w procesach filtracji, sedymentacji i koagulacji w liczbie zbliżonej do liczby redukujących się mikroorganizmów

Podstawowe wymagania mikrobiologiczne

wymagania mikrobiologiczne jakim powinna odpowiadać woda

Parametr	Liczba mikroorganizmów	Gęstość próbki [ml]
Escherichia coli	0	100
Enterokoki	0	100
Streptococcus foecalis	0	100
Bakterie grupy coli (E coli, Citrobacter sp., Enterobacter sp., Klebsiella)	0	100
Clostridium perfringens (ze sporami)	0	100
Ogólna liczba mikroorganizmów w 36+/-2°C po 48h	50	1
Ogólna liczba mikroorganizmów w 22+/-2°C po 48h	100	1

Wymagania mikrobiologiczne wskaźnik dla wody wprowadzonej do jednostkowych opakowań

Parametr	Liczba mikroorganizmów	Gęstość próbki [ml]
Escherichia coli	0	250
Enterokoki	0	250
Pseudomonas aeruginosa	0	250
Ogólna liczba mikroorganizmów w 36+/-2°C po 48h	20	1
Ogólna liczba mikroorganizmów w 22+/-2°C po 72h	100	1

Woda w cysternach, zbiornikach magazynujących wodę

Parametr	Liczba mikroorganizmów	Gęstość próbki [ml]
Escherichia coli	0	100
Enterokoki	0	100
Pseudomonas aeruginosa	0	100
Ogólna liczba mikroorganizmów w 36+/-2°C po 48h	100	1

Wymagania jakim ma odpowiadać woda ciepła

Legionella sp. <100 100

Obecność Legionella sp. należy badać:

-w ciepłej wodzie w budynkach zamieszkania zbiorowego i w zakładach opieki zdrowotnej

-w wodzie wykorzystywanej przez pacjentów objętych leczeniem immunosupresyjnym. Legionelly powinno być brak w objętości 1 ml

Ocena stopnia zanieczyszczenia wód

system saprobowy

-saprobowość suma wszystkich procesów rozkładania materii dostarczających wolnej energii. Oceniana jest na podstawie procesów biodegradacyjnych, intensywności pobierania tlenu przez destruentów lub składu gatunkowego biocenoz. Saprobowość jest tym wyższa im wyższe jest zanieczyszczenie wód. System saprobowy (Kolwitza i Marsona) przedstawia zależność pomiędzy stopniem zanieczyszczenia organicznego wód, liczebnością drobnoustrojów i różnorodnością gatunkowa.

Saproby organizmy wskaźnikowe, których występowanie charakteryzuje stopień zaawansowanie mineralizacji materii organicznej w środowisku wodnym

Strefy saprobowe

Polisaprobowa

-polisaprobowe strefa najbardziej zanieczyszczona, rozciągająca się poniżej

woda jest mętna, o barwie brunatno-szarej i o przykrym zapachu. Występuje wysokie stężenie związków organicznych

-występuje deficyt tlenowy a nawet całkowity brak tlenu, ponieważ procesy biodegradacji i utleniania związków organicznych wymaga wysokich stężeń tlenu rozpuszczonego. Tlen pochodzi z dyfuzji z powietrza

-następuje gwałtowny rozwój destruentów głównie bakterii heterotroficznych, które intensywnie biodegradują organiczne substraty

-saproby, bakterie: Sphaerotilus natas, Zooglea ramigera, bakterie siarkowe Beggiatoa sp., Thiothrix sp., Spaherofilus natus

-liczne są pierwotniaki rodzaju: Colpidum, Lionotus, Metopus, Heksotricha

-brak roślin zielonych

-ogólna liczba bakterii w 1cm³ wynosi do kilku milionów

Strefa α-mezosaprobowa

-znajduje się poniżej strefy polisaprobowej, zachodzi tutaj dalszy bardzo intensywny proces rozkładu zanieczyszczenia organicznego o czym świadczy bardzo wysokie wartości B2T5 (zapotrzebowanie na tlen w ciągu 5 dób). Woda jest mętna

-tlenu wystarcza na pokrycie pełnego zapotrzebowania. Pochodzi on z powietrza i w niewielkim stopniu z procesu fotosyntezy

-w wodach występują bardzo wysokie stężenia ditlenku węgla pochodzące z mineralizacji

-zmniejsza się wyraźnie stężenie siarkowodoru dzięki bakteriom siarkowym

-saproby, bakterie: Sphaerotilus natas, Zooglea ramigera, bakterie siarkowe Beggiatoa sp., Thiothrix sp.

grzyb ściekowy Leptomitus lacteus, pierwotniaki: Anthophysa vegetans, Carchesium polypium, Stentor coerulens

-sinice z rodzaju: Arabaena, Oscilatoria, Spirulina

-glony zielenice

-okrzemki z rodzju: Achnanthes, Cyclotella, Naricula

ogólna liczba bakterii w 1cm³ wynosi setki tysięcy komórek

Strefa β-mezasaprobowa

-woda jest przeźroczysta o normalnej barwie lub intensywnie zielona od bujnie rozwijających się glonów

-strefa kończącej się mineralizacji materii organicznej B2T5 ulega wyraźnemu obniżeniu

-zachodzą procesy nitryfikacji

-woda jest natleniona ze względu na intensywnie zachodzący proces fotosyntezy

-zawartość ditlenku węgla jest niska na skutek działania fotoautotrofów i obniżenia biologicznego rozkładu związków organicznych

-siarkowodór nie występuje

-w biocenozie zwiększona liczba autotrofów a zmniejszona destruentów

-w dużych ilościach glony: sinice, zielenice

-występują okrzemki

-rośliny wyższe

-mała liczba pierwotniaków

-ogólna liczba bakterii w 1cm³ jest rzędu dziesiątek tysięcy komórek

Strefa oligosaprobowa

-woda wraca do stanu wody naturalnej

-bardzo daleko posunięta mineralizacja ale nie zakończona pozostają związki trudno biodegradowalne np. kwasy humusowe

-woda jest przeźroczysta, bez zapachu, bardzo dobrze natleniona, o niskich stężeniach CO₂ B2T5 jest niska

-występują bakterie chemosyntezujące, ultrafiltracyjne i zielona (sinice)

-dominują okrzemki, zielenice i rośliny wyższe

-pierwotniaki występują sporadycznie

-pojawiają się ryby i zwierzęta wodne

-ogólna liczba bakterii w 1cm3 jest rzędu kilku tysięcy komórek

Metabolizm komórkowy i procesy fizjologiczne

W reakcjach anabolicznych z substratów niskoenergetycznych powstają wysokoenergetyczne substancje wielkocząsteczkowe. Związki te służą jako źródło energii, materiał budulcowy lub substancje zapasowe. Reakcjami anabolicznymi są wszelkie reakcje syntezy , m.in. białek, tłuszczy , cukrów ( powstałych także w czasie fotosyntezy ). Do przebiegu tych reakcji wymagane są nakłady energii.

Reakcje kataboliczne prowadzą do rozpadu wysokocząsteczkowych substancji na mniejsze z wydzieleniem energii. Reakcjami katabolicznymi są : rozkład tłuszczy, białek ,cukrowców.

W każdym organizmie reakcje anaboliczne i kataboliczne występują wspólnie. Z reguły rekcje te się równoważą , lecz w młodych wzrastających organizmach przeważają reakcje anaboliczne , zaś w organizmach starzejących się dominują kataboliczne.

Wszystkie reakcje zachodzą w organizmach żywych katalizowane przez enzymy

reakcje anaboliczne endoergiczne

reakcje kataboliczne egzoergiczne

związek wysokoenergetyczny ATP

Enzymy

białka o masie nie niższej niż 12000D syntetyzowane pod bezpośrednią kontrolą genów. Skład chemiczny:

-grupy prostetyczne niebiałkowe składniki enzymów związane stosunkowo trwale z białkami: tworzą z białkiem enzymu pozornie nie dysocjujące połączenia. Są to głównie witaminy z grupy B i związki o strukturze nukleotydowej

-koenzymy składniki łatwo odczepialne od białka enzymu. Tworzą luźne połączenia z białkiem enzymatycznym są to głównie witaminy z grupy B i związki o strukturze nukleotydowej

-apoenzym białko enzymatyczne pozbawione koenzymu

-holoenzym produkt asocjacji apoenzymu i koenzymu, liczne enzymy zawierają jony metali np. Fe, Cu, Zn których obecność jest niezbędna dla działania katalitycznego

-izoenzym enzym występujący w kilku odmianach z których każda ma takie same właściwości katalityczne, ale różni się od pozostałej właściwościami fizykochemicznymi np. dehydrogenaza mleczanowa wyizolowana z oraganów zwierzęcych

-centrum aktywne enzymu obszar mający decydujące znaczenie dla działania katalitycznego. Własności fizykochemiczne, jego struktura i lokalizacja w obrębie cząsteczki, białka warunkują swoistość enzymu względem określonego substratu oraz są źródłem zmian wiązań chemicznych (kowalencyjnych) w cząsteczce substratu.

Podczas reakcji enzym łączy się (wiązaniami chemicznymi/hydrofobowymi) czasowo z substratem w centrum aktywnym enzymu

Działanie katalityczne enzymów

-wybiórcze jeden enzym katalizuje pojedynczą reakcję chemiczną lub wyjątkowo grupę reakcji pokrewnych

-szybkie reakcja biochemiczna zachodzi 10⁶ szybciej w obecności enzymu. Szybkość reakcji biochemicznej zależy od poziomy (stężenia) enzymu w komórce oraz od jego aktywności

Aktywność enzymów jest regulowana przez: sprzężenie zwrotne, dostępność substratów i koenzymów, warunki środowiska (pH, temperatura), temperatury kardynalnej i efektu allosterycznego

Sprzężenie zwrotne enzym katalizujący pierwszy etap szlaku metabolicznego jest inhibowany produktem końcowym tej reakcji

Warunki środowiska:

pH decyduje o stanie jonizacji polarnych grup białka enzymatycznego. Dla każdego enzymu istniej optymalna wartość pH, zapewniająca zarówno najodpowiedniejszy stan jonizacji jego cząsteczki jak też optymalne warunki dla przekształceń chemicznych substratu. Im pH jest jest odleglejsze od punktu optymalnego pH, tym wolniejszy jest przebieg reakcji enzymatycznych.

pH

bakterie chorobotwórcze pH 7,2-7,4

Bacillus sp. pH~10

Vibrio cholerae pH=8,5

Acidithibacillus thiooxidans pH=1

Acidithibacillus ferrooxidans pH=2-3

Fungi pH=5,5-6,5

dla większości enzymów pH wynosi 5-8 (u człowieka, zwierząt, roślin)

temperatura

-podwyższona temperatura sprzyja podniesieniu substratu na wyższy poziom aktywacji czyli pozytywnie wpływa na szybkość reakcji enzymatycznej (60º denaturacja białka, inaktywacja)

-reguła van`t Hoffa podwyższenie temperatury o 10ºC powoduje przeciętnie trzykrotne zwiększenie szybkości reakcji enzymatycznej jednak do pewnej granicy temperatury. Większość enzymów wykazuje optimum działania w T 35-45ºC. W temperaturze 70ºC większość enzymów ulega denaturacji termicznej. Istnieją wyjątki np. rybonukleaza wytrzymuje 100ºC.

Wymagania termiczne różnych grup bakterii

Grupa bakterii	min	optimum	max
psychrofilne	0	12-18	25-30
mezofilne	10-25	25-40	40-45
termofilne	25-40	45-60	70-80

Do 100ºC bakterie gejzerów, wulkaniczne

Temperatury kardynelne

-temperatura optymalna punkt lub wąski przedział, w którym przyrost komórki jest największy, a czas przeżycia populacji najkrótsza

-temperatura minimalna temperatura poniżej której wzrost nie występuje

-temperatura maksymalna wyznacza granicę powyżej której wzrost i podziały komórkowe nie odbywają się

Efekt allosteryczny

Efektory allosteryczne-ligandy nisko cząsteczkowe substancje, które po przyłączeniu do białka enzymu zmieniają jego konformację i aktywność. Ligandy nie ulegają przy tym zmianom chemicznym.

Efekt allosteryczny zmiany konformacji i aktywności enzymu pod wpływem enzymów allosterycznych

Inhibicja

Inhibitory-specyficzne małe cząsteczki lub jony np. p-chlorortęciobenzoesan reaguje z grupą SH enzymu, dwuizopropylofluorofosforan reaguje z grupą OH enzymu

Inhibicja- przyłączenie inhibitora w sposób odwracalny bądź trwały do jednego z elementów uczestniczących w reakcji enzymatycznej (enzym substrat koenzym kofaktor) lub blokowanie ich współdziałania

Inhibicja nieodwracalna- zablokowanie trwałe własności katalitycznych enzymów

Inhibicja odwracalna:

Inhibicja kompetencyjna przyłączenie inhibitora w centrum aktywnym enzymu. Uniemożliwia to wiązanie substratu z enzymem. Skutek spadek szybkości katalizy przez zmniejszenie ilości aktywnych cząsteczek enzymów.

Inhibicja nie kompetencyjna jednoczesne przyłączenie do enzymu substratu i inhibitora. Skutek: spowolnienie szybkości, enzym katalizuje przejście substratu a produkt reakcji

Proenzymy i aktywatory

-Proenzym (enzymogeny) produkowany przez komórkę enzym połączony z odpowiednim inhibitorem

-Aktywatory czynniki powodujące przekształcenie nieaktywnej formy enzymu w postać aktywną

1 enzym

Trypsyna + Wal - Asp - Asp - Asp - Asp - Liz

2 czynniki regulujące potencjał oksydacyjno-redukcyjnym (reduktory) cysteina, glutation są aktywatorami enzymów dehydrogenazy alkoholowej, karboksylazy pirogronianowej

3 kofaktory nisko cząsteczkowe związki współdziałające z białkiem enzymu. Są nimi koenzymy, grupy prostetyczne oraz niektóre kationy i aniony

SO
- aktywuje enzymy proteolityczne (rozkładają białko)

Cl^- - aktywuje amylazę (rozkłada skrobię)

Mg²⁺ - aktywizuje fosfohydrolazy i fosforylazy

Co²⁺ - aktywizuje karboksylany

Fe²⁺ i Cu²⁺ - aktywizują cytochromy i oksydazę cytochromową (może zajść dzięki nim proces oddychania tlenowego wewnątrzkomórkowego).

Kinetyczne własności enzymów

Model Michaelisa-Menten

Kinetyczne własności niektórych enzymów dają się opisać modelem Michaelisa - Manten. Zgodnie z tym modelem enzym (E) łączy się z substratem (S) i tworzy kompleks Enzym - Substrat (ES), który rozpada się na Enzym (E) i Produkt reakcji (P). kompleks Enzym - Substrat może dysocjować z powrotem do E + S.

k1 stała szybkość powstawania ES

k2 stała szybkość dysocjacji ES na E+S

k3 stała szybkość powstawania E+P

Szybkość reakcji katalitycznej V zmienia się wraz ze stężeniem substratu S i osiąga maksymalną wartość V_max w chwili, gdy wszystkie cząsteczki enzymu są wysycone substratem. Dalsze zwiększenie stężenia substratu poza tą wartość nie powoduje przyspieszenia reakcji.

V_max

Km S

km stała Michaelisa oznacza takie stężenie substratu przy którym połowa miejsc aktywnych jest wysycona substratem. Zależy ona od substratu, temperatury i siły jonowej.

V_max jest liczbą cząstek substratu przekształconych w produkt reakcji w jednostce czasu przez pojedyncze miejsce katalityczne w warunkach pełnego nasycenia enzymu substratem

Klasyfikacja enzymów

-oksydoreduktazy enzymy katalizujące reakcje odłączania atomów wodoru od substratu, katalizujące przyłączanie tlenu do cząsteczki substratu. Przenoszące elektrony na atom lub cząsteczkę tlenu.

-transferazy enzymy katalizujące odłączenie grup funkcyjnych od rodników i przenoszenie ich z jednej cząsteczki na inną

-hydrolazy enzymy katalizujące reakcje hydrolizy

-liazy enzymy katalizujące niehydrolityczne rozrywanie wiązań pojedynczych i podwójnych

-izomerazy enzymy katalizujące wszystkie przemiany w obrębie tej samej cząsteczki np. izomeryzacje

-ligazy enzymy katalizujące powstawanie wiązań chemicznych w reakcjach biosyntez C-O, C-N, C-S, C-C

Oddychanie tlenowe

występuje u organizmów żywych z także u bakterii np.

aeroby-tlenowce

anaeroby-beztlenowce

anoksyczne- ostateczne akceptory wodorów azotany i siarczany

Oddychanie to reakcje spalania (katabolizmu) reakcje te wykorzystywane są w procesach oczyszczania ścieków i uzdatniania wody

Etapy oddychania tlenowego

Białka aminokwasy

Lipidy Glicerol + kwasy tłuszczowe

Polisacharydy cukry proste (Glukoza)

Acetylo - CoA

CO₂ ATP

ATP H₂O

Acetylo-CoA

Glikoliza

glukoza

Glikolizę rozpoczyna reakcja wstępna reakcja ufosforyzowania dawcą grupy fosforanowej jest ATP, grupa fosforanowa może ulec przyłączeniu do glukozy dzięki dostarczonej energii przez ATP. ATP redukuje się do ADP

heksokinaza

powstaje glukozo-6-fosforan. Reakcja jest katalizowana przez enzym heksokinazę. Glukozo-6-fosforan

pod wpływem izomerazy fosfoglukozowej ulega przemianie do fruktozo-6-fosforan

glukozo-6-fosforan

izomeraza fosfoglukozowa

pod wpływem izomerazy fosfoglukozowej ulega przemianie do fruktozo-6-fosforan. Przekształcenie glukozo-6-fosforan do fruktozo-6-fosforan polega na przegrupowaniu atomów H i O frruktozo06-fosforan jest izomerem glukozo-6-fosforan. Do fruktozo-6-fosforan dołącza się 2 cząsteczka ATP która dostarcza reszty fosforanowej, przyłączenie reszty fosforanowej możliwe jest dzięki energii pochodzącej z ATP który redukuje się do ADP

fruktozo-6-fosforan

powstaje związek fruktozo-1,6-bisfosforan działa enzym fosfofruktokinaza. fruktozo-1,6-bisfosforan ulega rozpadowi na 2 triozy pod wpływem enzymu aldolazy powstaje fosfodihydroksyaceton i aldehyd-3-fosfoglicerynowy

fruktozo-1,6-bisfosforan

kluczowy związek glikolizy

fosfodihydroksyaceton ulega enzymatycznej izomeracji do aldehydu-3-fosfoglicerynowego pod wpływem enzymu izomerazy. W dalszych reakcjach glikolizy bierze udział tylko aldehyd-3-fosfoglicerynowy w ilości 2 cząsteczek

dehydrogenaza aldehydu-3-fosfoglicerynowego

każda cząsteczka aldehydu-3-fosfoglicerynowego ulega dehydratacji w obecności NAD przyjmując H redukuje się do NADH produktem tej silnie energetycznie reakcji jest 1,3 bisfosfoglicerynian (powstają 2 cząsteczki) , związek ten reaguje z nieorganiczną grupą fosforanową obecną w cytoplazmie komórki posiada on 2 grupy fosforanowe. Jedna z grup fosforanowych 1,3 bisfosfoglicerynianu reaguje z ADP dając ATP przeniesienie grupy fosforanowej z ufosforyzowanego metabolity na ADP nosi nazwę fosforylacji substratowej.

Proces katalizuje enzym kinaza fosfoglicerynianowa.

Powstają 3 cząsteczki fosfoglicrynianu

fosfogliceromutaza

3-fosgoglicerynian ulega przemianie naskutek enzymatycznej zmiany grupy fosforowej . Odłącza się cząsteczka wody wskutek czego powstaje podwójne wiązanie działa enzym enolaza

Produktem tej reakcji są 2 cząsteczki fosfoenolopirogronianu, związek ten ma grupę fosforową połączoną nietrwałym wiązaniem

2 cz fosfoenolopirogronianu

Z każdej z 2 cząsteczek fosfoenolopirogronianu grupa fosforanowa przechodzi na ADP i powstaje ATP pod wpływem enzymu kinazy pirogronianowej powstaje produkt glikozlizy pirogronian. W reakcji tej dochodzi do fosforylacji substratowej

Bilans

2 cząsteczki kwasu pirogronowego

2 cząsteczki NADH+H⁺(NADH₂)

4 cząsteczki ATP (2 cząsteczki ATP są wykorzystane do fosforylacji glukozy i powstania 1,6-bisfosforanu)

Glikoliza skrót

1.glukoza ulega dwukrotnemu ufosforyzowaniu i izomeracji ATP jest źródłem reszt fosforanowych i źródłem energii do ich przyłączenia. Izomeryzacja następuje na skutek przegrupowania atomów tlenu i wodoru powstaje fruktozo 1,6-bis-fosforan

2.fruktozo 1,6-bis-fosforan jest rozszczepiony na trój węglowe cukry: aldehyd-3-fosfoglicerynowy i fosfodihydroksyaceton. Fosfodihydroksyaceton jest enzymatycznie przekształcany w swój izomer czyli aldehyd-3-fosfoglicerynowy, który jest wykorzystywany w dalszych reakcjach glikolizy. Od tego momentu biorą udział w glikolizie 2 cząsteczki aldehydu-3-fosfoglicerynowego.

aldehyd-3-fosfoglicerynowy ulega wielokrotnym przekształceniom na drodze enzymatycznej. Zachodzą reakcje: dehydrogenacja z udziałem NAD, reakcje z grupami fosforowymi pochodzącymi z cytoplazmy, przekazanie energii w postaci wiązania wysokoenergetycznego z jednego związku na drugi (fosforylacja substratowa) enzymatyczne przegrupowania cząsteczek związków pośrednich procesu, dehydratacja. Powstanie końcowego produktu kwas pirogroniowy

II etap

utlenianie pirogronianu przez bakterie

+ CoA+NAD +NADH₂+CO₂

enzym: wielo enzymatyczny kompleks dehydrogenazy pirogroniowej

proces:oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu

Drogi uzupełniania kwasu szczawiooctowego

1.karboksylacja pirogronianu

+CO₂ +H₂O +H⁺

2.karboksylacja fosfoenolopirogronianu

+CO₂

inazynodwufosforan IDP

3.Cykl Krebsa

Etap III Cykl Krebsa

1 kondensacja dwu węglowej grupy acetylowej acetylo-CoA z czterowęglowym kwasem szczawiooctowym. Wysokoenergetyczne wiązanie w acetylo=CoA zostaje rozerwane, a uwolniona energia zostaje wykorzystana do przyłączenia grupy acetylowej do czterowęglowego szczawiooctanu. Powstaje związek szcześciowęglowy cytrynian zawierający trzy grupy karboksylowe. Działa enzym syntetaza cytrynianowa

+acetylo-koenzym A +CoA

2 izomeryzacja cytrynianu

cząsteczka cytrynianu ulega wewnętrznemu przegrupowaniu w dwóch reakcjach: w jednej jest odłączana cząsteczka wody w drugiej przyłączana. Cytrynian ulega przekształceniu w izomer izocytrynian. Działa enzym hydrataza cis-akoniowa

3 utlenianie izocytrynianu

reakcja polega na utlenieniu (II rzędowej) grupy -CH-OH do grupy C=O

działa enzym dehydrogenaza izocytrynianowa

4 dekarboksylacja szczwiobursztynianu (bardzo nietrwały)

kwas szczawiobursztynianu jest nietrwały i natychmiast ulega dekarboksylacji przy udziale enzymu dehydrogenaza izocytrynianowa

+CO₂

α-ketoglutaran

5 oksydacyjna dekarboksylacja α-ketoglutaranu

złożona przemiana polegająca na dekarboksylacji i dehydrogenacji α-ketoglutaranu. Przemiany te katalizowane są przez wielofunkcyjny kompleksowy enzym określany jako dehydrogenaza α-ketoglutaranowa w pierwszym etapie tego procesu bierze udział CoA w wyniku czego powstaje sukcynylo-CoA (bursztynylo-CoA) oraz uwalnia się CO₂

+CoA-SH +CO₂

powstały sukcynylo-CoA jest związkiem bogatym w energię. Działanie enzymu syntetazy bursztynylo-CoA powoduje fosforylację substratową, w której nieorganiczny P zostaje przeniesiony na GDP z wytworzeniem GTP z jednoczesnym uwolnieniem CoA i bursztynianu GDP-guanozynodwufosforan

+CoA-SH

powstały GTP pod działaniem kinazy nukleozydodifosforanowej oddaje bogate w energię wiązanie na ADP wg reakcji

GTP+ADP GDP+ATP

6 utlenianie bursztynianu

działa enzym dehydrogenaza bursztynianowa współdziałająca z FAD (dwunukleotyd flawinpadeninowy)

+FAD +FADH₂

7 uwodnienie fumaranu

powstały fumaran przyłącza cząsteczkę wody. Wynikiem tej hydratacji jest jabłczan. Działa enzym hydrataza fumaranowa (fumaraza)

+H₂O

8 utlenianie jabłczanu

Jabłczan ulega utlenianiu na drodze odwodorowania. Atomy wodoru przekazywane są na NAD , w wyniku dehydrogenacji powstaje szczawiooctan. Szczawiooctan może teraz reagować z nową cząsteczką acetylo-CoA i cykl rozpocznie się od nowa. Działa enzym dehydrogenaza jabłczanowa

Bilans cyklu Krebsa

-W czasie jednego obrotu cyklu Krebsa uwalniane są 2 cząsteczki CO₂ i 8 atomów wodoru. Powstały CO₂ odpowiada dwóm atomom węgla grupy acetylowej, która weszła do cyklu wraz z acetylo-CoA. Atomy wodoru włączone do cyklu pochodzą z cząsteczek wody, które uczestniczą w reakcjach cyklu

-Zachodzą 3 odwodorowania z udziałem NAD i powstają 3 cząsteczki NADH₂

-Dochodzi do jednego odwodorowania z udziałem FAD i powstaje 1 cząsteczka FADH₂

-zyskiem energetycznym 1 obrotu cyklu Krebsa jest 1 cząsteczka ATP

-aby utlenić 1 cząsteczkę glukozy cykl musi dokonać 2 obroty (2 cząsteczki kwasu pirogroniowego i 2 cząsteczki Acetylo-CoA)

Etap III łańcuch oddechowy

-łańcuch oddechowy przenosi atomy wodoru odłączone od danego substratu na tlen atmosferyczny

-składa się z szeregu związków będących układami oksydacyjno-redukcyjnymi. Kolejne ogniwa łańcucha uszeregowane są wg wzrastającego potencjału oksydacyjno-redukcyjnego

-w wyniku przenoszenie elektronów przez kolejne ogniwa łańcucha oddechowego następuje utlenienie jednych substratów i redukcję innych

-zestaw koenzymów i enzymów zwany łańcuchem oddechowym jest wspólną, końcową drogą wszystkich atomów wodoru

-na poszczególnych etapach wydziela się energia. Energia strumienia elektronów przepływającego przez łańcuch oddechowy nosi nazwę fosforylacji oksydacyjnej, Energia zostaje zmagazynowanej w makroenergetycznych wiązaniach fosforanowych ATP

1 nukleotydy nikotynamidoadeninowe (NAP, NADP) przyjmują one atomy wodoru z określonych substratów o konfiguracji

np. jabłczan

-układ chwytny dla H uwalnianego z substratów oddechowych

-NAD+2H NADH₂

-NADP+2H NADPH₂

2 nukleotydy flawinowe FADI (dwunukleotydadeninowy) i FMN (mononukleotyd flawinowy)

-koenzymy te przyjmują atomy H z NADH₂ lub NADPH₂ bądź bezpośrednio z konfiguracji

-CH₂=CH₂- (np. z bursztynianu) i przekazują je dalszym ogniwom łańcucha oddechowego

3 chinony związki organiczne będące cyklicznymi, nienasyconymi diketonami

-Ubichinon (koenzym Q) związek aromatyczny z długim łańcuchem bocznym złożonym z reszt izoprenowych (6-10). Jego rola polega na przekazaniu protonów H⁺ do roztworu komórkowego, a elektronów na dalsze przenośniki czyli cytochromy

4 cytochromy enzym łączy się z białkiem

cytochrom b cytochrom c₁+c cytochrom a+a₃

z cytochromów elektrony przekazywane są na tlen w przenoszeniu elektronów uczestniczy atom żelaza przy czym zachodzi jego redukcja a następnie utlenienie

Fe³⁺ Fe²⁺+e

-oksydaza cytochromowa przenosi elektrony na atom tlenu

-proton przechodzi do środowiska jako jony H⁺

-na skutek przeniesienia e na tlen powstaje jon tlenkowy O^2- bardzo nietrwały, który natychmiast łączy się z jonami H⁺ i powstaje produkt uboczny oddychania woda

2H⁺ +O^2- H₂O

Zysk energetyczny całkowitego utleniania glikozy

Glikoliza

Fosforylacja substratowa

2 cz 1,3-bisfosfoglicerynian przekazują resztę fosforanową na 2 cz ADP czyli 2*1 cz ATP=2 cz ATP powstają 2 cz NADH₂

Odwodorowanie pirogronianu

ulegają mu 2 cz pirogronianu które powstały w glikolizie z 1 cz glukozy

powstają 2*1 cz NADH₂=2 cz NADH₂

Cykl Krebsa (dwa obroty)

fosforylacja substratowa oksydacyjna dekarboksylacja α-ketoglutaranu czyli 2*1 cz ATP=2 cz ATP

trzy odwodorowanie z udziałem NAD powstaje 2*3 cz NADH₂=6 czNADH₂

jedno odwodorowanie z udziałem FAD powstają 2*1 cz FAD₂=2 cz FADH₂

Razem

Fosforylacje substratowe: 4 cz ATP

10 cz NADH₂

2 cz FADH₂

łańcuch oddechowych

utlenianie 10 cz NADH₂

powstaje 10* 3 cz ATP=30 cz ATP

utlenianie 2 cz FADH₂

powstają 2*2 cz ATP=4 cz ATP

bilans 4 cz ATP+30 cz ATP+4 cz ATP= 38 cz ATP

Fermentacje sposób zdobywania energii (beztlenowce)

obligatoryjne anaeroby np. Clostridium

-proces metaboliczny służący odtworzeniu ATP w którym produkty rozkładu substratów organicznych pełnią rolę donorów i akceptorów elektronów

-produkty pośrednie powstające w wyniku degradacji substratu służą jako akceptory wodoru pochodzącego z NADH₂ powstają one na skutek regeneracji NAD i są wydzielane

-utlenione związki węgla opuszczają komórkę w postaci CO₂ poszczególne etapy utleniania polegające na odwodorowaniu z równoczesnym przekazaniu wodoru do kofaktora typu NAD

-podczas fermentacji węglowodanów i niektórych innych związków powstają pojedynczo bądź w różnych układach produkty: etanol, mleczan, bursztynian, kapronian, octan, n-butanol, 2,3-butanodiol, aceton, izopropanol, CO₂, H₂

-poszczególne produkty fermentacji mają nazwy pochodzące od dominującego produktu końcowego

-w zależności od ilości powstających produktów fermentacja może być: homofermentacja lub heterofermentacja

Fermentacja alkoholowa

-to fermentacja cukrów z wytworzeniem C₂H₅OH i CO₂

-głównymi producentami alkoholu są:

Saccharomyces cerevisiae, Sarcina ventriculi, Zymomonas mobilis, rodzina Enterobacteria

1 dekarboksylacja pirogronianowa powoduje dekarboksylację pirogronianu i powstaje aldehyd octowy i ditlenek węgla

2 dehydrogenaza alkoholowa powoduje redukcję aldehydu octowego i powstaje etanol

Równania Neuberga

I wzór fermentacji alkoholowej

C₆H₁₂O₆→ C₂H₅OH + CO₂

II wzór fermentacji alkoholowej

CH₃-CHO + NaHSO₃→ CH₃-CHO-SO₃Na siarczyn sodowy aldehydu octowego

+P

reakcja sumaryczna

C₆H₁₂O₆ + NaHSO₃→ CH₂OH-CHOH-CH₂OH + CH₃-CHOH-SO₃Na + CO₂

III wzór fermentacji alkoholowej

NaHSO₃, Na₂HPO₄

dysmutacja aldehydu octowego równoczesna redukcja i utlenienie

CH₃-CHO→ C₂H₅OH + CH₃COOH

C₆H₁₂O₆+H₂O→ C₂H₅OH + CH₂OH-CHOH-CH₂OH + CH₃COOH + CO₂

Zysk energetyczny procesu 2 mole ATP część energii uwięziona w produkcji fermentacji etanol; glicerol; etanol, glicerol, kwas octowy

Efekt Pasteura

-fermentacja proces beztlenowy

-drożdże organizmy tlenowe

-przy braku tlenu drożdże energicznie fermentują ale nie rosną. Gdy w ich środowisku pojawi się tlen intensywność fermentacji obniża się na rzecz oddychania tlenowego czyli:

silne napowietrzenie powoduje zanik fermentacji, podtrzymuje wzrost oraz równocześnie zmniejsza zużycie glukozy oraz produkcji etanolu i ditlenku węgla

Selekcja drożdży

drożdże fermentacji dennej-do ważenia piwa

drożdże fermentacji górnej-do produkcji etanolu i w piekarnictwie

Fuzle mieszanina propranolu, 2-butanodiolu, 2-metylopropanolu i pentanoli. Są to produkty uboczne przemian izoleucyny, leucyny i waliny

Fermentacja mlekowa

bakterie fermentacji mlekowej-rodzina Lactobacteriaceae (Lactobacillaeae)

-Morfologia: długie i krótkie laseczki oraz ziarniaki typu paciorkowcowego

-gram dodatnie nie wytwarzające przetrwalników z wyjątkiem Sporolactobacillus inulinus

-nieruchliwe, tolerancyjne beztlenowce

-nie wytwarzają hemin (katalaza, cytochromy) ale rosną w obecności powietrza lub tlenu

-jako źródło węgla i energii wykorzystują węglowodany tworząc kwas mlekowy

-wykorzystują laktozę ponieważ posiadają enzym β-galaktozydynę i rozkładają ją do D-glukozy i D-galaktozy

-do wzrostu wymagają czynników dodatkowych witamin: tiaminy, kwasu pantotenowego, kwasu nikotynowego, kwasu foliowego, biotyny, laktoflawiny oraz aminokwasów puryn i pirymidyn

-rosną na podłożach mineralnych wzbogaconych np. krwią, ekstraktem drożdżowym i tworzą wówczas cytochromy przez co są zdolne do fosforylacji w łańcuchu oddechowym

-formy metaboliczne ułomne- zatraciły możliwość syntetyzowania wielu metabolitów. Nastąpiło to na skutek przystosowania do wzrostu na podłożach bogatych w substancje odżywcze i czynniki wzrostowe.

Naturalne siedlisko bakterii mlekowych

-mleko i produkty mleczne (Lactobacillus lactis, Lactobacillus fermentum, Lctobacillus brevis) -zdrowe i gnijące rośliny (Lactobacillus plantarum, Lctobacillus fermentum)

-układ pokarmowy oraz błony śluzowe ludzi i zwierząt (Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum, Enterococcus faecalis, Streptococcus boris, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae)

Homofermentacja mlekowa

prowadzona przez paciorkowce: Lactoccocus lactis, Enterococcus faecalis, Streptococcus pyogenes, Streptococcus salivarium, Lactococcus casei oraz Lactobacillus plantarum

temperatura optymalna wzrostu 30-37ºC

C₆H₁₂O₆→ 2CH₃-CHOH-COOH

Heterofermentacja mlekowa

proces prowadzą bakterie cylindryczne Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus brevis, Leuconostoc mesenteroides, Bifidolac terium bifidum o optymalnej temperaturze wzrostu 40ºC

-nie posiadają enazymów aldolazy i izomerazy trizofosforanowej i nie prowadzą glikolizy

-rozkład glukozy zachodzi a szlaku pentozofosforanowym

szlak pentozofosforanowy

Heterofermentacja mlekowa

-Leuconostoc mesenteroides

C₆H₁₂O₆ → CH₃-CHO-COOH +CH₃-CH₂OH + CO₂

-Lactobacillus brevis

C₆H₁₂O₆ → CH₃-CHOH-COOH + CH₃COOH + CO₂

Zastosowanie bakterii fermentacji mlekowej

-przemysł mleczarski do produkcji twarogu, serów twardych, mleka zsiadłego, śmietany, kefiru, biojogurtu

-przemysł spożywczy: żywność fermentowana (kiszenie kapusty, ogórków), fermentowanie wędliny, szczepionki, kwas mlekowy

-przemysł rolniczy: kiszonki paszowe

-przemysł farmaceutyczny: dekstran, preparaty probiotyczne, bakteriocyty

Fermentacja metanowa

-proces samoistny w różnych ekosystemach: tundry, obszary bagienne, pola ryżowe, osady denne, jezior i innych zbiorników wodnych, piaszczyste laguny, żwacze zwierząt przeżuwających

-proces wymuszony: stosowany do utylizacji osadów ściekowych, odpadów organicznych, a także do oczyszczania ścieków o wysokiej zawartości substancji organicznych (b2T5>1000g/m³) beztlenowe metody usuwania zanieczyszczeń organicznych (fermentacja metanowa) należą do najstarszych metod stosowanych w ochronie środowiska

Mechanizm fermentacji metanowej

aerobowe oczyszczanie to złożony biochemiczny proces realizowany przez specyficzne grupy organizmów, które przekształcają substancje organiczne bez dostępu tlenu głównie w metan i dwutlenek węgla. Podczas tego procesu zachodzi również mikrobiologiczna redukcja siarczanów do siarczków i siarkowodoru oraz beztlenowa amonifikacja i redukcja azotanów do amoniaku.

Beztlenowy rozkład związków organicznych zachodzi w 4 fazach prowadzony przy ścisłej współpracy różnych grup bakterii, Należą tu przede wszystkim:

hydrolizujące

acidogenne

acetogenne i homoacetogenne

metanogenne

desulfurykacyjne

amonifikacyjne

denitryfikacyjne

Cykl Krebsa

Łańcuch

Oddechowy

(fosforylacja

oskydatywna)

I etap

II etap

III etap

---