Struktura prokaryotické buňky Základní struktury • Cytoplazmatická membrána • Bakteriální chromozom • Ribozómy • Buněčná stěna Další struktury • Organely pohybu • Plazmidy • Kapsuly, slizy • Inkluze Cytoplazmatická membrána • Fluidní vrstva fosfolipidů (jednoduchý řetězec, esterová vazba, glyceroldiester) • (Archea – etherová v.) • Vnořené bílkoviny – mnoho proti Eucarya • Semipermeabilní – transport Fosfolipid • 1) Fosfátová skupina vázaná na glycerol • 2) 2 mastné kys.vázané na glycerol – 16-18C - nevětvené, nasycené – tekutost membrány nenasycené – tuhost, méně fluidní • Hydrofobní složka - nepolární • Negativní náboj Funkce cytoplazmatické membrány • Bariéra – propustná pro vodu a malé ionty (do 100 Da) • Transport – schopnost akumulace 80% mlk - aktivní • Tvorba energie – elektrontransportní systém Mezozomy • Vážou chromozomy, duplikují se dělením • deriváty CM, viditelné po lehkém obarvení CM. Počet závisí na metabolické aktivitě. Sídla enzymů membrány – DNA polymeráza na 1-4 místech VM, lokalizace respiračního řetězce. Sídlo ATPázy, replikátoru. Mohou být vyplněny periplazmatickými bílkovinami. Zodpovědné za architekturu přepážky, ta vzniká mezi mezozomem a místem připojení chromozomu. Chromatofory • Chromatofory purpurových sirných bakterií, • Cylindrické vezikuly zelených bakterií a vícevrstevné tylakoidy Cyanobacteria (sinic) – místo fotosyntézy Archea – extrémní podmínky: • Nikdy klasický peptidoglykan • 5 typů buněčné stěny • Sulfolipidy, glykolipidy, nepolární isoprenoidní lipidy, fosfolipidy • Větvené lipidy, mnoho proteinů • Etherická vazba – glyceroldiether, tetraether • Nepřítomnost sterolů • Často monolayer – diglycerol tetraether glycerolové jednotky na obou koncích MK = tvoří 1vrstvu • Lepší přizpůsobení extrémům – monolayer rezistentnější k narušení teplem • Sulfolobus – 90°C a pH 2, větvené uhlovodíky a 2x tak dlouhé než u bakterií Buněčná stěna • Peptidoglykan Glykan – cukerná složka, NAG, NAM N-acetylglukózamin+N-acetylmuramová k., ß-1,4-glykosidická vazba Peptid – tetrapeptid – L-ala – D-glu – R – D-ala R = DAP – pouze v b.s., taxonomický znak u aktinobakterií, LL DAP, meso DAP G+ :R = lysin větš., tetrapeptidy spojeny pentapeptidem G- :vždy DAP a meso-DAP, tetrapeptidy spojeny přímo D-ala na DAP Spojení tetrapeptidů • Kostra – opakování aminocukrů N – acetylglukosaminu a N-acetylmuramové kys. • Na N-acetylmuramové kys. – tetrapeptid • Spojení tetrapeptidů, rozdílná kys.v pozici č.3 • Lysozym – štěpí vazbu mezi aminocukry; • Penicilin – brání spojení tetrapeptidů Peptidoglykan G+ Buněčná stěna G+ X G- • 40 nm • 90% peptidoglykanu • Mezi polymerem je voda • Teikoové a teikuronové kyseliny – 10% - schopnost vazby protonů a iontů Ca^2+ , Mg^2+ • Lugolův roztok fixuje barvivo, org.rozpouštědlo dehydratuje a barvivo vázáno, nedobarvují se • 2 nm • 10% PG • 2 periplazmatické prostory LPS lipopolysaccharide; PL phospholipid; LPP Brown's lipoprotein; X generic integral membrane protein; EnvZ regulatory protein of the ompF - ompC operon; F0F1-ATPase ATP synthase of electron transport chain; IM inner membrane; OM outer membrane; PG peptidoglycan; OmpA outer membrane protein A. (by Lukas Buehler, 1989) • Mykoplazmata • Protoplasty • Sféroplasty Taxonomický význam • Barvení buněčné stěny • FAME profil – char.pro jednotlivé rody, druhy až kmeny, závislý na kultivaci - celobuněčný, ale hlavně z CM Acidoresistentní bakterie Buněčná stěna: • Obsah lipidických látek – hl.mykolové kyseliny (3-OH mastné kyseliny s dlouhým C řetězcem na pozici 2). Délka řetězce specifická. • Př: mykobakterie, nokardioformní aktinomycety, korynebakterie • Mykolyl-arabinogalaktan tvoří lipidickou bariéru – brání penetraci kyseliny • Odbarvování 1)kyselým alkoholem (striktní) 2)slabou kyselinou (2.stupeň) Mycobacterium acidorezistence 1.stupně – po 1.obarvení bazickým barvivem (fuchsin) se již neodbarví kyselinou ani alkoholem • Mykolové kyseliny s 60-90C - rezistence vůči pronikání barviv, ATB, vysychání, fagocytóze • Barvení za horka – lipidy nepropouští barvivo, a nepravidelně (nerovnoměrně) • Gramovo barvení – vůbec nebo špatně • Peptidoglykan: - amidické skupiny na glutamátu i na meso-DAP, opakování peptidických podjednotek - přítomnost 2 typů mezopeptidového spojení (D-ala + meso-DAP, meso-DAP + DAP – 70%, pouze zde) - N-glykolylmuramová kyselina místo N-acetylmuramové Mycobacterium • Hydrofobní buněčná stěna - problém s transportem Fe (siderofory – chelatizují Fe) - exocheliny – extracelulární - mykobaktiny – uvnitř buňky • Pomalý růst – 3-9 týdnů - zpomalení transportu přes hydrofobní povrch - RNA-pol – nižší reakční rychlost,(pomalejší syntéza RNA) - nízký poměr RNA/DNA – pomalejší syntéza proteinů Mycobacterium • Metabolismus Využívání různých typů uhlovodíků (halogenované, degradace polutantů) Růst na CO2 a H20 Produkce karotenoidních pigmentů - bez nich – TBC - fotochromogenní – jen na světle (M. kansaii) - skotochromogenní – M. gordonae (pigment i ve tmě) Genetická informace • Chromozom • Plazmidy – (integrované=epizomy) • Transpozony, IS • Bakteriofágy • Přenos – transformace, konjugace, transdukce Bakteriální chromozóm • Zpravidla cirkulární DNA (lineární – Borrelia, Streptomyces, Coxiella; 2 oddělené chromozomy – Rhodobacter sphaeroides • E. coli – 4,7 . 10^6 nukleotidů • Průměr: 5 . 10 ^– 15 g DNA • 0.58 Mbp Mycoplasma genitalium • 4.4 Mbp Mycobacterium tuberculosis E. coli • Vazba na CM – mezozomy, dělení • Replikace předchází dělení buňky • Histon-like proteins • G+C obsah (melting point): 28% (Clostridium) - 72% (Sarcina). • Frekvence mutace • NCBI – databáze sekvenovaných genomů Plazmidy • Doplňková genet. informace: F-plazmidy (fertilitní) Rezistence, - ATB, těžké kovy, UV Metabolické dráhy (bioremediace) Přenos konjugací, transformací Bakteriociny (ne– i konjugativní) Kódování faktorů virulence: adheziny, toxiny hemolyziny, enterotoxiny Ti –tumorindukující plazmidy Kryptické, fazmidy, kosmidy • 5-10% informace genomu • Genetické inženýrství - vektory Ribozómy • Proteosyntéza • 2 podjednotky – Mg + energie – podmínka funkce • rRNA + proteiny • 70S = 30S + 50S (Svedbergovy jednotky) (sedimentaci vedle hmotnosti ovlivňuje i konformace) 30S………..1540 nukleotidů, 21 proteinů 50S………..2900 nukleotidů, 34 proteinů • Selektivní působení ATB pouze na bakteriální ribozomy – jiné cílové místo • Archea – odlišnosti, větší resistence (Kan, Ery) (Proteosyntéza je inhibována anisomycinem ) Struktury vně buňky • Kapsuly – mikro a makro - dobře organizované, rigidní • Slizy - polysacharidy - lépe odstranitelné, difúzní, neorganizované • S – vrstvy - pravidelně organizované proteiny a GP Glykokalyx = kapsuly a slizy • Bacillus – kyselina glutamová • Bacillus anthracis – poly-D-glutamová • Fce: ochrana před vysycháním, fagocytózou, detergenty vazba na předměty biofilm Kapsula - virulence Pilli • focosi.immunesig.org/physiobacteria.html • www.bact.wisc.edu/