Základní struktury • Cytoplazmatická membrána • Bakteriální chromozom • Ribozómy • Buněčná stěna - obvyklá Další struktury • Organely pohybu • Fimbrie • Plazmidy • Kapsuly, slizy • Inkluze Cytoplazmatická membrána • Fluidní vrstva fosfolipidů (jednoduchý řetězec, esterová vazba, glyceroldiester) Archea – etherová v. !! • Vnořené bílkoviny – mnoho proti Eucarya • Semipermeabilní – transport • Lipidy – složení do urč.míry podle výživy a typu prostředí • Proteiny – integrální - hydrofobní vazby, cca 70%, uvolnění rozpouštědly; periferní – elstat.síly, H-můstky – pro uvolnění není nutno narušovat membránu • Lipoproteiny – lipid do periplazmy • Glykoproteiny a glykolipidy – orientovány cukernou složkou vně membrány • Lipopolysacharidy G- - Ag • Hopanoidy – lipidy u 50% bakt. - obdoba euk. sterolů • Bílkoviny pevně vázané – enzymy (ATPáza, nukleáza, fosfatázy), transportéry, strukturální. Volné bílkoviny - fosfatázy • Inducibilní složky membrány existují, dokud existuje spouštěcí faktor syntézy. Bílkovinné spektrum proměnlivé. • Membránou obdány i některé typy inkluzí (glykogen, PHB, S, plyn. vakuoly, karboxyzomy) – 1 vrstevná, nebiologická!! Fosfolipid • 1) Fosfátová skupina vázaná na glycerol • 2) 2 mastné kys.vázané na glycerol – 16-18C - nevětvené, nasycené – snižují fluiditu nenasycené – zvyšují • Hydrofobní složka - nepolární • Negativní náboj Funkce cytoplazmatické membrány • Bariéra • Transport – schopnost akumulace 80% mlk – aktivní příjem • Tvorba a transformace energie – elektrontransportní systém Permeabilita membrány • poměrně volně prostupují malé, nenabité nebo hydrofobní molekuly (O2, CO2, NH3 – ne NH4) a voda • ostatní – specifické mechanismy • Msc channels – mechanosensitivní – reagují na zvýšení turgoru buňky zvětšením velikosti póru – adaptace na osmotický stres - MscL – E. coli • MIP channel (major intrinsic protein) Aqp – aquaporiny – voda a nenabité látky, 1 protein, u někt. bakterií, E. coli - AqpZ Glp – transport glycerolu Mezozomy • Deriváty membrány • 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 Chromatofory fototrofů • Deriváty membrány • Chromatofory purpurových sirných bakterií • Cylindrické vezikuly zelených bakterií a vícevrstevné tylakoidy Cyanobacteria (sinic) – místo fotosyntézy Archea – extrémní podmínky: • BS: 5 typů buněčné stěny Nikdy klasický peptidoglykan • CM: Sulfolipidy, glykolipidy, nepolární isoprenoidní lipidy, fosfolipidy, větvené lipidy, mnoho proteinů v membráně Etherická vazba – glyceroldiether, tetraether = jiné chem.vlastnosti fosfolipidů Nepřítomnost sterolů • Často jednovrstevná – 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 – kostra = opakování aminocukrů 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 různé u G+ a G- • Lysozym – štěpí vazbu mezi aminocukry; = působí na hotovou stěnu • Penicilin – brání spojení tetrapeptidů = působí při syntéze stěny • Bacitracin - cyklický polypeptid blokující defosforylaci fosfolipidu, potřebného pro transportní funkci během výstavby buněčné stěny. Peptidoglykan G+ Buněčná stěna G+ vs. G- • 40 nm • 90% peptidoglykanu • Teikoové a teikuronové kyseliny – 10% - schopnost vazby protonů a iontů Ca^2+ ,^ Mg^2+ • 2 nm • 10% PG • 2 periplazmatické prostory Taxonomický význam • Barvení buněčné stěny • Chemotaxonomie složek stěny a membrány • FAME profil mastných kyselin – char.pro jednotlivé rody, druhy až kmeny, závislý na kultivaci - celobuněčný, ale hlavně z CM 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 - bez b.s. • Protoplasty • Sféroplasty • netvoří peptidoglykan • V.S., D. S. • M. hominis vyvolává lidskou primární atypickou pneumonii (PAP) a je označované jako PPLO (pleuropneumonia-like organism) • Studium genomu Acidoresistentní bakterie nebarvitelné Gramem 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 • Velikost genomu: „specialisté“: ~1,5 MBp, „generalisté“- ~4 – 8 MBp • Složky genomu: Chromozom – 1-2 Plazmidy – (integrované=epizomy) – 0-n; F, R, Ti, Col Mobilní elementy: transpozony, inzerční sekvence Bakteriofágy • Způsoby přenosu – transformace, konjugace, transdukce Bakteriální chromozóm • Zpravidla cirkulární DNA (lineární – Borrelia, Streptomyces, Coxiella; Paracoccus denitr. 2 oddělené chromozomy – Rhodobacter sphaeroides • E. coli – 4,7 . 10^6 nukleotidů • Průměrná hmotnost: 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 • Vazba cca 10^5 mlk histon-like proteins - flexibilta • 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 (ATP, GTP) – 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 ) • focosi.immunesig.org/physiobacteria.html • www.bact.wisc.edu/ • http://www.ucmp.berkeley.edu/archaea/archaeamm.html • H Heller, M Schaefer, & K Schulten, Molecular dynamics simulation of a bilayer of 200 lipids in the gel and in the liquid-crystal phases, J. Phys. Chem. 97:8343-60, 1993