Uploaded by Daniel Bodalski

Procaryota

advertisement
PROCARYOTA
1. Pierwsze organizmy
* pojawiły się na Ziemi około 3,5 miliarda lat temu w postaci pojedynczych komórek o prostej budowie
* prokariotyczne – gr. pro – przed i karyon – jądro
* przypominały współczesne archeany i przypuszcza się, że to z nich powstały wszystkie grupy organizmów bezjądrowych a także
eukarioty
- organizmy jądrowe
2. Choroby bakteryjne
a) bakterie chorobotwórcze
* wykorzystują wiele sposobów atakowania i wywoływania chorób w organizmie człowieka
* wytwarzają otoczki komórkowe chroniące je przed fagocytozą
* produkują enzymy, np. koagulazy powodujące krzepnięcie krwi i hemolizyny wywołujące rozpad krwinek czerwonych u gospodarza
* wytwarzają swoiste jady – toksyny, które zatruwają organizm człowieka
b) charakterystyka niektórych chorób bakteryjnych
Choroba
Błonica
(dyfteryt)
Sposób zakażenia
Maczugowiec błonicy
(droga kropelkowa)
Dur plamisty
(tyfus
plamisty)
Gruźlica
Riketsje – pałeczki
(przez wesz odzieżową
lub głowową)
Prątki gruźlicy (prątki
Kocha, mycobacterium
tuberculosis)
Krętek blady
Treponema pallidium
(droga płciowa, z matki
na dziecko przed lub
podczas porodu)
Kiła (syfilis)
Płonica
(szkarlatyna)
Paciorkowiec ropny
(droga powietrzna)
Rzeżączka
Dwoinki rzeżączki
Gonokok (Neisseria
gonorrhoeae)
(droga płciowa, wspólne
używanie np. pościeli,
ręczników)
Salmonella
Salmonellozy
Tężec
Zapalenie
płuc
Zgorzel
(gangrena)
Laseczka tężca
(zanieczyszczona ziemia
w kontakcie ze zranioną
skórą)
Różne bakterie (np.
diplococcus pneumoniae)
Laseczka zgorzeli
gazowej
(zanieczyszczona ziemia
w kontakcie ze zranioną
skórą)
Objawy
Osłabienie, bóle gardła, gorączka,
zaczerwienienie gardła i migdałków, obrzęk
podżuchwowy węzłów chłonnych
Wysoka gorączka, dreszcze, utrata przytomności,
drobna plamista wysypka na ciele, halucynacje
Choroba groźna, przewlekła. Atakuje różne
narządy, najczęściej płuca. Choroba społeczna w
Polsce
Owrzodzenia na narządach płciowych, czerwona
wysypka na ciele, bóle głowy, kości, stawów.
Po wielu latach utajenia zapalenia stawów,
uszkodzenie serca i układu nerwowego.
Wcześnie wykryta całkowicie uleczalna,
nieleczona kończy się śmiercią.
Zapalenie gardła, gorączka (39-40C), wymioty,
bóle brzucha i głowy, biegunka, szkarłatna
wysypka
Mężczyźni: ropny wyciek z cewki moczowej,
pieczenie i ból przy oddawaniu moczu, w stanie
przewlekłym zapalenie gruczołu krokowego
Kobiety: upławy, zaburzenie cyklu miesięcznego,
bezpłodność, zapalenie stawów
W większości przypadków są to zatrucia
pokarmowe, które w zależności od gatunku
salmonelli mają cięższy lub lżejszy przebieg.
Najcięższą salmonellozą jest dur brzuszny
wywoływany przez S.thypi.
Mrowienie w okolicach rany, niepokój, bóle
głowy, szczękościsk, utrudnione połykanie,
bolesne skurcze i bóle mięśni
Profilaktyka
Unikanie kontaktów z
chorymi, obowiązkowe
szczepienia ochronne
Zwalczanie wszawicy,
izolacja chorych,
szczepienia ochronne
Higiena osobista,
unikanie przypadkowych
kontaktów seksualnych
Izolacja chorych,
dezynfekcja mieszkania
po wyzdrowieniu chorego
Higiena osobista,
unikanie przypadkowych
kontaktów seksualnych
Szczepienia ochronne,
przy zranieniu podanie
surowicy
przeciwtężcowej
Bóle gardła, głowy, kaszel, gorączka, osłabienie
Martwica tkanek
przy zranieniu podanie
surowicy
przeciwtężcowej
4. Znaczenie
* w odległych epokach geologicznych prokarioty brały udział w tworzeniu złóż ropy naftowej, siarki, pokadów rud żelaza czy naturalnych
złóż saletry amonowej
* biorą udział w krążeniu materii w ekosystemach a także w obiegu pierwiastków w całej biosferze (np. azotu, węgla, wodoru, tlenu)
* szczepy bakterii współcześnie wykorzystywane są na skalę przemysłow do produkcji alkoholi, kwasów organicznych (np. octowego),
antybiotyków, hormonów, enzymów, witamin i aminokwasów
* powodują kiszenie się kapusty, ogórków i oliwek
* powodują zsiadanie się mleka
* sinice ze względu na zdolność przyswajania wolnego azotu wykorzystuje się jako naturalny nawóz
* biogaz powstający podczas beztlenowej fermentacji obornika jest stosowany do ogrzewania pomieszczeń i napędzania pojazdów
* proces tlenowego i beztlenowego utleniania ścieków przez mikroorganizmy jest podstawą funkcjonowania biologicznych oczyszczalni
ścieków
* bakterie transgeniczne (zmienione genetycznie) – potrafią produkować ludzką insulinę, hormon wzrostu, czynniki krzepliwości krwi itp.
KOMÓRKA PROCARYOTA
Budowa
Cechy
Błona komórkowa
zewnętrzna
Cytoplazma
Błona komórkowa
* wytwarzana
dodatkowo na
zewnątrz ściany
komórkowej przez
bakterie o cienkiej
ścianie
* komórki kilkakrotnie mniejsze od
komórek innych organizmów
(zazwyczaj od 0,5 do 10µm)
* niektóre ruchliwe bakterie (krętki)
dochodzą do 500µm długości, czyli
prawie 0,5mm
* mogą przybierają różne kształty
* białkowo-lipidowa
* otacza cytoplazmę
* ulega w niektórych miejscach
pofałdowaniu, tworząc wypuklenia na
obszarze cytoplazmy o różnych
kształtach
MEZOSOMY – niewielkie,
koncentryczne, biorą udział w
oddychaniu komórkowym i są
miejscem przyczepu genoforu
TYLAKOIDY/CHROMATOFORY –
duże, blaszkowate twory wypełnione
barwnikami
Ściana
komórkowa
* na zewnątrz błony
* zbudowana z misternej
sieci włókien utworzonych
z mureiny (polimeru
białkowo-cukrowego),
grubość ścian bywa różna
Otoczki śluzowe
Plazmidy
Rybosomy
Nukleoid
* struktury biorące udział w
syntezie białek
* mniejsze niż u eukariota
Ziarna materiału
zapasowego
* obszar cytoplazmy nie
odgraniczony żadną błoną
* nie tworzy jądra
komórkowego
* materiałem zapasowym jest
zazwyczaj glikogen, wolutyna
lub skrobia sinicowa (u sinic)
Pile
Genofor
* dość często
spotykane
* w zależności od
gatunku mają różną
grubość
* spełniają funkcje
ochronne
*chronią przed
wyschnięciem lub
wchłonięciem przez
inne organizmy
* w wypadku bakterii
chorobotwórczych
chronią przed
rozłożeniem przez białe
krwinki gospodarza
* mniejsze od genoforu,
koliste nici DNA
* zawierają cząść
informacji genetycznej
bakterii, warunkującą np.
odporność na antybiotyki
Rzęski
* składają się ze spiralnie
skręconych włókien
flageliny (białko zbliżone do
miozyny występujące we
włóknach mięśniowych)
* osadzone są w
zewnętrznych powłokach
komórki za pomocą haczyka
i kilku białkowych pierścieni,
tworzących swoisty silnik
wprawiający rzęskę w ruch
obrotowy
Fimbrie
* występują zazwyczaj u bakterii o
cienkiej ścianie komórkowej
* mają postać delikatnych,
białkowych rurek sterczących z
cytoplazmy, tak, że niektóre
komórki przypominają przez to
sterczące jeże
* ułatwiają bakteriom
przytwierdzanie się do podłoża
* pile płciowe służą do łączenia
komórek bakteryjnych w trakcie
procesu płciowego (koniugacji)
* pozwijana, kolista nić
DNA zawarta w
nukleoidzie
* zapisana jest tu
informacja genetyczna
komórki
Endospory
* struktury przetrwalnikowe
tworzone przez laseczki i niektóre
maczugowce
* są swego rodzaju kapsułami
ratunkowymi
* powstają wewnątrz komórki przez
obudowanie genoforu (wraz z
pewną ilością cytoplazmy, błoną
komórkową i rybosomami)
wielowarstwową ścianką złożoną z
białek i cukrowców wysycanych
tłuszczami
* odporne na wysoką i niską
temperaturę, wiele czynników
chemicznych, wysychanie,
promienie UV, niekorzystne pH itd.
* w stanie anabiozy (życia
utajonego) mogą przebywać wiele
lat, a w momencie poprawy
warunków odtworzyć całą komórkę
spelniającą wszystkie funkcje
życiowe
ODŻYWIANIE BAKTERII
Heterotrofy
Autotrofy
* pierwotnie komórki
prokariotyczne formowały się w
środowisku o dużej zawartości
związków organicznych i dlatego
były heterotroficzne
* korzystały ze związków
organicznych wchłaniając je
bezpośrednio przez błonę i ścianę
komórkową
* zbyt duże związki były
rozkładane (trawione) przez
enzymy wydzielane na zewnątrz
* taki sposób odżywiania do dziś
zachowała większość bakterii
lądowych i wodnych
* związki, z których korzystają
pochodzą z rozkładu martwych
organizmów roślinnych,
zwierzęcych i innych
Protrofy
* wystarczy im do
życia kilka
(czasami jeden)
związków
organicznych
Auksotrofy
* muszą mieć
dostęp do jakiegoś
bardziej złożonego
związku (nap.
witaminy czy
aminokwasu)
* powstały, gdy w środowiskach zaczęło
brakować wolnych związków organicznych
* same wytwarzają (syntezują) złożone związki
organiczne z prostych związków
nieorganicznych
Procesy
chemosyntezy
* pierwotnie energia
potrzebna do tych
syntez pochodziła z
egzoenergetycznych
reakcji chemicznych,
czyli procesów
chemosyntezy
* dzisiaj ten typ
odżywiania występuje
u bakterii
nitryfikacyjnych:
Nitrosomonas –
utlenia amoniak NH3
do soli kwasu
azotowego (III)
Nitrobacter – utlenia
sole kwasu azotowego
(III) do soli kwasu
azotowego (V)
* występuje także w
komórkach bakterii
siarkowych,
żelazowych i innych
Energia świetlna
CO2 + H2O
ODDYCHANIE BAKTERII
------------------------
Chlorofil
glukoza + O2
Procesy
fotosyntezy
* niektóre bakterie
wykorzystywały do syntezy
związków organicznych
energię świetlną w procesie
fotosyntezy
* podstawowym związkiem
umożliwiającym zmianę
energii świetlnej na
chemiczną był zapewne
bakteriochlorofil –
związek występujący u
niektórych współczesnych
bakterii fotoautotroficznych
(np. u bakterii purpurowych
* około 2,8 miliarda lat
temu u sinic
(cyjanobakterii) pojawił
się chlorofil a
* proces fotosyntezy przy
wykorzystaniu tego
chlorofilu jest wydajniejszy
* źródłem wodoru
niezbędnego do syntezy
cukrów stała się woda, a
produkt uboczny (tlen
cząsteczkowy) uwalniał się
do otoczenia
* ten tlen produkowany
przez sinice doprowadził
około 2 miliardów lat temu
do przebudowy składu
chemicznego całej ziemskiej
atmosfery
Beztlenowe
Fermentacja
Tlenowe
Anaeroby
Aeroby
* pierwotniejszy sposób uzyskania energii (w
czasach powstania pierwszych prokariotów w
atmosferze i wodzie nie było wolnego tlenu
cząsteczkowego)
* oddychanie zachodzi w cytoplazmie i
polega na rozkładzie (utlenianiu) cukrów
* wydziela się wówczas energia
* końcowe produkty:
Lactobacillus – kwas mlekowy (bakterie
powodują zsiadanie się mleka)
Sarcina – etanol
* może to być także kwas octowy i inne
związki
* proces mało wydajny
* z chwilą pojawienia się w atmosferze
wolnego tlenu cząsteczkowego niektóre
bakterie zaczęły go używać do całkowitego
utleniania cukrowców do dwutlenku węgla i
wody
* uzyskuje się tu kilkakrotnie więcej energii
niż podczas fermentacji
* końcowe (tlenowe) etapy oddychania
zachodzą na błonie komórkowej
* biorą w nim być może udział mezosomy
glukoza + O2  CO2 + H2O + ENERGIA
glukoza  etanol + CO2 + ENERGIA
FORMY BAKTERII
KRÓLESTWO
BEZJĄDROWE/PROCARYOTA
Podkrólestwo:
ARCHEANY/ARCHEBAKTERIE
ARCHAEA
* specyficzna budowa
chemiczna błony
komórkowej
* nie mają mureny w
ścianie komórkowej
* mają odmienne
właściwości kwasu RNA
* wykazują
podobieństwo do
eukariota w strukturze
materiału
genetycznego DNA i
budowie rybosomów
* zamieszkują
środowiska wyjątkowo
nieprzyjazne dla innych
organizmów (solanki,
gorące i kwaśne źródła,
ścieki)
* żyjąc w warunkach
ekstremalnych zdają
się być bezpośrednimi
potomkami pierwszych
organizmów
(wyjściowych zarówno
dla prokariota i
eukariota)
Podkrólestwo:
EUBAKTERIE/BAKTERIE WŁAŚCIWE
EUBACTERIA
* śrubowato skręcone
* mają bardzo cienką ścianę
komórkową (G-)
* dzięki temu mogą poruszać się
ruchem wijącym i skracać
długość komórki
* cudzożywne – saprofityczne
(odżywiające się martwą materią
organiczną) lub pasożytnicze
Krętki
Spirochaetae
Wydłużone
Cylindryczne
Skręcone
Spiralne
Rozgałęzione
ziarniaki (Coccus)
poszczególne
komórki nie łączą
się ze sobą
laseczki (Bacillus)
mogą tworzyć
różnego typu układy
(proste lub
rozgałęzione nici,
pakiety
przypominające
cygara w pudełkach,
nieregularne
skupiska)
przecinkowce
(Vibrio) –
przypominają
przecinek
prątki
(Mycobacterium)
mają kształt
pałeczek z
niewielkimi,
krótkimi
odgałęzieniami
dwoinki
(Diplococcus)
powstają w wyniku
połączenia dwóch
komórek powstałych
po ostatnim podziale
* komórki mają grube
ściany (G+), tworzące
rozgałęzione kolonie
przypominające strzępki
grzybów
* żyją zazwyczaj w glebie
* zdarzają się wśród nich
groźne pasożyty
Promieniowce
Actinomycetes
* najpospolitsze formy prokariotów
(G-) i (G+)
* w większości heterotroficzne
* spotykane także chemotrofy i
autotrofy wykorzystujące
bakteriochlorofil
* mają zazwyczaj sztywną,
mureinową ścianę komórkową
* niektóre zaopatrzone są w wici
* są to wszystkie ziarniaki, pałeczki,
laseczki, przecinkowce, śrubowce
Proteobakterie
Proteobacteria
* jednokomórkowe lub kolonijne organizmy wodne
(spotykane też na powierzchni gleby lub śniegu)
* samożywne – przeprowadzają fotosyntezę za pomocą
chlorofilu zlokalizowanego w blaszkowych tylakoidach
* mają specyficzne barwniki fotosyntetyczne z grupy
fikobilin – czerwoną fikoerytrynę i niebieską
fikocyjaninę, które łącznie z chlorofilem nadają
komórkom charakterystyczną siną barwę
* potrafią wiązać wolny azot cząsteczkowy przy użyciu
wyspecjalizowanych komórek – heterocyst
* materiałem zapasowym komórek jest skrobia
sinicowa (zbliżona budową do zwierzęcego glikogenu)
Kuliste
paciorkowce
(Streptococcus)
długie sznurki
połączonych
ziarniaków
gronkowce
(Staphylococcus)
tworzą nieregularne
skupiska
pakietowce
(Starcia)
układają się w
mniej lub bardziej
złożone sześciany
Sinice/Cyjanobakterie
Cyanobacteria
pałeczki
(Bacterium)
nie mają wcale
przetrwalników,
mogą tworzyć
różnego typu
układy (proste lub
rozgałęzione nici,
pakiety
przypominające
cygara w
pudełkach,
nieregularne
skupiska)
śrubowce
(Spirillum)
tworzą kilka
pełnych skrętów
krętki
(Spirocheta)
skręcone
wielokrotnie,
przypominają
korkociągi
promieniowce
(Actinomyces)
silnie
rozgałęzione,
połączone ze
sobą na kształt
sieci
maczugowce
(Corynebacterium)
mają nieregularne
przetrwalniki,
przypominają
czasem sękatą
maczugę
Gram-dodatnie
(G+)
* barwią się na niebiesko
* mają grubą ścianę mureinową
Metoda Hansa
Grama z 1884 roku
Gram-ujemne
(G-)
* barwią się na czerwono
* mają cienką ścianę
* występuje u nich podwójna
błona komórkowa
ROZMNAŻANIE BAKTERII
WYSTĘPOWANIE
* wszystkie bakterie mają jedną cząsteczkę DNA (pojedynczy zestaw genów)
* są haploidalne
Amitoza
Podział bezpośredni
Fragmentacja
kolonii
Inne organizmy
Środowisko
zewnętrzne
Saprofity
* genofor nie tworzy nawet jednego
klasycznego chromosomu, podział bakterii
polega na podwojeniu (replikacji)
cząsteczki DNA, rozdzielenia obu nitek i
przedzielenia cytoplazmy mniej więcej w
połowie
* kolejne podziały w sprzyjających
warunkach zachodzą nawet co 15 minut
* nitkowate kolonie pewnych bakterii
(promieniowce, niektóre sinice) mogą też
rozmnażać się poprzez fragmentację, czyli
rozerwanie kolonii na mniejsze fragmenty
KONIUGACJA
* wymiana materiału genetycznego pomiędzy osobnikami
* w trakcie procesu bakterie łączą się ze sobą za pomocą fimbrii i wymieniają części materiału
genetycznego w postaci plazmidów bądź fragmentów genoforu
* proces prowadzi do zwiększenia różnorodności genetycznej bakterii
WIĄZANIE AZOTU CZĄSTECZKOWEGO
* wszystkie organizmy potrzebują
azotu ale tylko niektóre prokarioty
potrafią przyswajać jego postać
cząsteczkową bezpośrednio z
atmosfery, gdzie tego pierwiastka jest
najwięcej (78%)
* jest to złożona biochemicznie
umiejętność i wymaga dużych
nakładów energii
* posiadało ją kilka bakterii glebowych
* dzięki zdolności do asymilacji
wolnego azotu bakterie mogą żyć w
środowiskach bardzo ubogich w
związki azotowe
* obumierając same stają się źródłem
przyswajalnego azotu dla organizmów
eukariotycznych
* w ten sposób prokarioty uczestniczą
w obiegu azotu w przyrodzie
Azotobakter – tlenowce
Rhizobium – symbionty roślin
Clostridium pasteurianum – beztlenowce
Gleocapsa i Nostoc – sinice wodne
* bakterie wodne i glebowe
* w ekosystemach tworzą wraz
z innymi organizmami poziom
troficzny destruentów
(promieniowce)
* są pożywieniem dla protistów
Symbioty
Pasożyty
Komensale
* szkodzą swemu
gospodarzowi (żywicielowi)
* niszczą tkanki i wytwarzają
substancje toksyczne (jady),
które zatruwają organizm i
wywołują stany chorobowe
* współżycie jest obustronnie korzystne
* bakterie umożliwiające trawienie celulozy
(Bacterioides)
* żyjące w żwaczu przeżuwaczy
* żyjące w jelicie termitów (krętek
Pillotina)
* żyjące w specjalnie ukształtowanych
brodawkach roślin motylkowatych, takich jak
groch, fasola, łubin, wyka (Rhizobium)
* bakterie korzystają z
dostarczanego przez organizm
pokarmu i schronienia
* same nic nie wnoszą do tego
współżycia, nie przeszkadzają i
nie szkodzą
* np. pałeczki okrężnicy
(Escherichia coli) żyjące w
końcowej części przewodu
pokarmowego człowieka
Download