ØÍŠE ORGANISMÙ. P živoèichové P rostliny P protista = jednobunìèné organismy MIKROOGRANISMY. bakterie, sinice, prvoci, øasy, houby

Transkript

1 Buòka morfologie

2 ØÍŠE ORGANISMÙ P živoèichové P rostliny P protista = jednobunìèné organismy (agregáty stejnocenných bunìk) bakterie, sinice, prvoci, øasy, houby MIKROOGRANISMY

3 NEBUNÌÈNÉ FORMY ŽIVOTA Viry - obsahují NK, proteiny = bunìèný parazit na úrovni NK Viroidy - pouze NK (kruhová jednovláknová RNA bazí) = patogen rostlinných bunìk Priony - pouze protein (Creutzfeldt-Jakobova nemoc = spongioformní encefalopatie)

4 Bakteriální buòka buòky prokaryotické (PK) x buòky eukaryotické (EK)

5 1. Organizace bunìèného jádra (Jádro není oddìleno od cytoplazmy membránou, tvoøeno cyklickou dvouvláknovou šroubovicí DNA, haploidní genom - nepohlavní rozmnožování) 2. Nepøítomnost bunìèných organel (Chybí Mt, ChP, ER) 3. Charakter ribosomu (Rozdílná RMH rrna, poèet a RMH ribosomálních proteinù)

6 Další odlišnosti PK a EK Peptidoglykan v bunìèné stìnì PK (x mykoplasmy) Stavba bièíkù - jednodušší než u EK Anaerobióza PK (fakultativní nebo striktní) Schopnost PK vázat N 2 Zásobní látky PK (poly- -hydroxymáselná kyselina) Neexistuje pino-, fago- ani exocytóza u PK Nepøítomnost sterolù v membránì PK (x nìkteré sinice a mykoplasmy) Velikost buòky PK cca 1/10 EK Neschopnost PK diferencovat buòky

7 Bakteriální buòka MORFOLOGIE VELIKOST ~ ChP, Mt m - velký pomìr povrch:objem vysoká rychlost metabolismu (zdvojení hmotnosti za 0,5 hod.)

8 TVAR - kulovitý = koky (mono-, diplokoky, tetrády) - øetízky (Streptokoky) - hrozny (Stafylokoky) - lineární = tyèinky (pøímé, zakøivené, spirálnì stoèené) - vlákna SLOŽENÍ - prvky: C-50%, O-20%, N-15%, H-8% P-3%, S-1% = 97% hmotnosti

9 - malé molekuly: H 2 O-80% hmotnosti, NH + 4, PO 3-4, CO 2 sacharidy (Glc, Rib) AMK, MK, Nt glycerol, pyruvát... - makromolekuly: ± lipidy, proteiny, NK, polysacharidy - supramolekuly: funkèní celky (ribosom = 3 RNA + 55 proteinù

10 Bakteriální buòka obsahuje 8 x 10 7 molekul v cca 3300 druzích ~ 97% sušiny = makromolekuly + lipidy NUKLEOVÉ K.: bakteriální chromozom (cyklická dvoušroubovice DNA) 20% sušiny E.c. plazmidy (cyklická dvoušroubovice DNA) x < b. chromozom trna, rrna, mrna (koduje více proteinù, velmi krátký T2)

11 PROTEINY: enzymy (vìtšina), strukturní proteiny, regulaèní faktory [ u E. coli x 10 5 druhù u èlovìka ] 60% sušiny E.c. - realizace gen. info. do 3D - genotyp fenotyp POLYSACHARIDY: konstrukèní (peptidoglykan, lipopolysacharid, teichoové kyseliny) 3% sušiny E.c. zásobní (glykogen) - antigenní struktury - adherence na hostitele - souèást b. stìny a glykokalixu

12 JÁDRO BUÒKY Není oddìleno membránou Zaujímá ~ 15% objemu buòky Bakteriální chromozom (délka 1,4 mm) poskládání DNA do vyšších struktur SUPRAHELICITA (+,-) - funkce topoizomeráz I, II Haploidní g.i. (3500 genù) kopie Plazmidy (cykl. DNA) histone like proteins - 4 druhy (1/200 párù bazí) Katalytické proteiny (replikace, translace) Regulaèní proteiny (represory)

13 Plazmidy - fakultativnì pøítomné (v jádøe a/nebo cytoplazmì) = endosymbiont na genetické úrovni - cyklická dvoušroubovice DNA - g.i. pro doplòkové fce: - resistence na antibiotika ( napø. -laktamáza) - resistence na tìžké kovy (exportní proteiny) - produkce antibiotik - produkce toxinù (hemolysin E. coli) - degradace uhlovodíkù (Pseudomonas - ropa) - produkce modifikaèních E (oznaèení vlastní DNA) - umožnìní symbiózy (Rhizobium) - autonomní replikace (plazmidové èíslo) - pøechod do dceøiných bunìk ekvipartiènì (øízeno) nebo statisticky (dostatek kopií) - kompatibilita, inkompatibilita (pokud pøíbuzné), kryptické, konjugativní plazmidy

14 Pøenos plazmidu = horizontální pøenos g.i. Konjugací - pøi spojení bunìk (i rozdílných) - pøedání t.zv. konjugativního plazmidu (rezistence na antibiotika) Transdukcí - pøi infekci buòky fágem (obsahujícím plazmid) Transformací - pøi prùniku bakt. chromozomu nebo samotného plazmidu do kompetentní buòky (1927 Griffith - pøenos virulence pneumokoka)

15 CYTOPLAZMA ~ gel (viskózní roztok) - struktury: chromosom, ribosomy, granula - enzymy (glykolýza, hydrolázy, enzymy K. cyklu) - NK - trna, mrna - regulaèní molekuly (camp) - produkty ana- a katabolismu - pøijaté živiny... difúze = hlavní transportní mechanismus

16 RIBOSOM podjednotky 30 S - 16 S RNA 21 proteinù 50 S - 5 S, 23 S RNA 34 proteinù 70 S Poèet: klidový stav - stovky rychlý rùst - desítky tisíc rychlost proteosyntézy - p.ú. poètu ribosomù (800 AMK/min/ribosom)

17 transkripce mrna - translace protein P jedna mrna koduje v prùmìru 3 proteiny P krátká doba života mrna (jednotky minut) P ribosomy nasedají na nehotovou mrna, translace (úloha chaperonù) vysoká rychlost proteosyntézy 1 AMK = 2 ATP (aktivace AMK) + 1 GTP (vazba aminoacyl-t-rna na ribosom) + 1 GTP (posun mrna)

18 ZÁSOBNÍ LÁTKY - glykogen (nerozpustný polymer Glc) - polyfosfát, elementární síra - polymer kyseliny -hydroxymáselné H H H O H OH H O H H Nikdy nejsou zásobními látkami lipidy

19 CYTOPLAZMATICKÁ MEMBRÁNA - jediná vnitøní membrána bakterií = dvojvrstva fosfolipidù: - fosfatidylglycerol - fosfatidylethanolamin (nikdy ne cholesterol) - vyšší podíl nenasycených MK - vyšší tekutost - membránové proteiny (10-20% všech proteinù)

20 FUNKCE MEMBRÁNY P oddìlení od vnìjšího prostøedí (pøenašeèe) P energetický metabolismus (syntéza ATP) Energie h Slunce oxidace D.Ø. gradient H + ATPáza ATP V P zakotvení bièíku

21 BUNÌÈNÁ STÌNA = bunìèný skelet (chybí u mykoplasem) - chemická + mechanická ochrana buòky (kompenzace vnitøního tlaku - 500kPa g-, 2500kPa g+) - charakter síta (prostupnost) - odstranìním b. stìny (lysozym, penicilin) protoplast (sféroplast)

22 Složení b.s. závisí na typu bakterie Peptidoglykan (mukopeptid, murein) spoleèný pro všechyny bakterie = lineární polymer - støídání aminosacharidù: ( -1,4-O-glykosidická vazba) N-acetylglukosamin + N-acetylmuramová kys. CH 2 OH O OH + tetrapeptid (amidicky) HO O H 3 C CH N H 2 COOH Muramová kyselina sí ování - funkce transpeptidáz (g- ménì, g+ èasté propojení)

23 g+ Bunìèná stìna paralelnì - mnoho vrstev peptidoglykanu, b.s nm kolmo - teichoové kyseliny - lineární polymery: glycerol-p a ribitol-p s sacharidy (glykosidicky vázanými) - kovalentní vazba k PG, mer - hlavní povrchový antigen g+ neobsahuje lipidy (x mykobakterie, korynebakterie, nokardie - lipidy a vosky esterovì na PG) neobsahuje proteiny (x streptokoky - souvislá vrstva proteinù, polysacharidy, PG)

24 Bunìèná stìna g+ bakterií

25 g- Bunìèná stìna tenká vrstva peptidoglykanu, b.s nm periplasmatický prostor (metabolity, živiny, hydrolázy) vnìjší membrána - dvojvrstva fosfolipidù s proteiny - Hf kotvena lipoproteiny v PG - vnìjší vrstva obsahuje lipopolysacharidy LPS lipid A + základní + specifický polysacharid polysacharid

26 Bunìèná stìna g- bakterií

27 LPS Lipid A - spoleèný pro LPS, Hf kotva - fosforylovaný glukosaminový disacharid esterifikovaný nìkolika MK = endotoxin g- Základní polysacharid - vázán na jeden Glc-NH 2 lipidu A - až 10 monosacharidù (i vìtvení) Specifický polysacharid - lineární, až 100 monosacharidù (nad povrch buòky) - opakování tetra- (penta-) sacharidových jednotek - druhovì i kmenovì specifické - ztráta (poškození) citlivost napø. na detergenty = O-antigen

28 g- struktura lipopolysacharidu

29 Adhezní místa - místa, kde se stýká vnìjší a cytoplazmatická membrána (až 400 u E. coli) - vstup DNA bakteriofága - inzerce dalších molekul LPS Proteiny vnìjší membrány - málo proteinù (množství i druhù) x cytoplazmatické membránì Receptory pro fágy - specifické pro nasednutí fága Poriny (trimer) - póry - neselektivní prùnik malých molekul Omp A - transmembránový - kotví vnìjší membránu k peptidoglykanu (vedle lipoproteinù) - receptor pro F-pilus donorové buòky pøi konjugaci

30

31 POUZDRO A GLYKOKALIX - nad b.s. u g- i g+ (není nepostradatelné) - tvoøeno polysacharidy (vyjímka Bac. anthracis - poly- D-Glu) Pouzdro - vrstva obklopující jednotlivé bakterie - ochrana pøed bakteriofágy - pøispívá k virulenci a invazivitì Sliz - øídká hmota obalující více bunìk Glykokalix - øídká sí ovina vláken, trèí z buòky - významný pro adhezi bakterií (adheziny) nespecifiky nebo specificky (paraziti, symbióza)

32 FIMBRIE (PILI) pouze u g- = rigidní dutá proteinová vlákna (køehká), trèí všemi smìry - funkce adhezinù - specifická adheze na hostitelskou buòku (virulenèní faktor, kódováno plazmidem) - sex fimbrie - jedno vlákno kódované plazmidem (výmìna plazmidové DNA pøi konjugaci)

33 BIÈÍKY = vláknitý útvar, mnohokrát delší než buòka monotrichia - jeden na pólu lophotrichia - svazek na jednom nebo obou pólech peritrichia - po celém povrchu Bièík - vlákno, háèek, bazální èást

34 vlákno - ~ 20 m, nm - flagelin (globulární protein, dutá šroubovice) háèek - flexibilnì spojuje rigidní vlákno a bazální èást bazální èást - kotví bièík do b. stìny a c. membrány - g- 2 páry kruhových destièek - g+1 pár kruhových destièek - bièík rotuje +, - (energie gradientu H + ) pohyb (pozitivní, negativní chemotaxe) informace z chemoreceptorù (na povrchu) reakce na zmìny koncentrace látek v èase

35

36 TAXE - cílený pohyb mikroorganismu CHEMOTAXE - stimulem je chemický signál (koncentraèní gradient repelentu, atraktantu) FOTOTAXE - odpovìï na svìtlo u svìtlocitlivých bakterií (bièík, vakuoly) MAGNETOTAXE - orientace vùèi magmetickému poli (magnetosomy s Fe 3 O 4 )

37 MECHANISMUS CHEMOTAXE P chemický stimul - vazba molekuly na receptor - pøenašeè signálu P pøíjem a pøedání signálu zmìny rotace bièíku P receptory a chemosenzory v cytoplazmatické membránì a periplasmatickém prostoru P cytoplazmatické proteiny signální kaskáda prostøednictvím methylace-demethylace, fosforylace-defosforylace enzymù a regulaèních proteinù

38 rotace + = pøemety rotace - = pohyb vpøed náhodný smìr pohybu pohyb ve smìru nárùstu gradientu atraktantu

39 RECEPTORY - Tsr (atrakce Ser) - Tar (atrakce Asp) - Trg (atrakce Glc, Rib, Man) - Tap (atrakce dipeptidy) + methyl-accepting chemotaxis proteins MCP CYTOPLAZMATICKÉ - PROTEINY CheA, CheW, CheY, CheR, CheB, CheZ kinázy, methyltransferázy regulaèní proteiny

40 excitovaný stav (zaznamenávají koncentraèní gradient MCP rotace bièíku - t.j. pohyb vpøed) methylace demethylace CheR CheB - P (methyltransferáza) (methylesteráza) adaptovaný stav (nejsou schopny rozpoznat konc. gr. Me-MCP 100x snížena citlivost, rotace bièíku + t.j. poskakování, pøemety) iniciace fosforylace CheW CheA - fosforylace CheY a CheB = aktivace (kináza) (kináza) vazba na proteiny vypínaèe motoru bièíku CheY - rotace P- CheY + rotace CheZ defosforyluje

41 excitovaný stav (zaznamenávají koncentraèní gradient AT - MCP rotace bièíku - t.j. pohyb vpøed) methylace demethylace CheR CheB - P (methyltransferáza) (methylesteráza) adaptovaný stav (nejsou schopny rozpoznat konc. gr. AT - Me-MCP x x 100x snížena citlivost, rotace bièíku + t.j. poskakování, pøemety) iniciace fosforylace CheW CheA - fosforylace CheY a CheB = aktivace (kináza) (kináza) x vazba na proteiny vypínaèe motoru bièíku CheY - rotace P- CheY + rotace CheZ defosforyluje

42 REPELENTY - aktivace CheA (fosforylace) aktivace CheB (fosforylace) snížení methylace MCP (podobnì jako volný MCP) ATRAKTANTY - vazba atraktantu na receptor - inhibuje fosforylaci CheA pokles P-CheB zpomalení demethylace MCP Receptory s navázaným atraktantem neiniciují fosforylaci CheA blokována demethylace recetorù prostøednictvím CheB methylace receptorù prostøednictvím CheR probíhá pokles citlivosti receptoru pro atraktant pokles vazby atraktantu stimulace CheA adaptace buòky na chemoatraktant