1

BAKTERIOLOGIJA P2

Stanica je osnovna jedinica svih živih organizama, izuzev virusa (bezstanični elementi).

Sve žive stanice dijele se u dvije skupine:

- prokariote (bakterije, cijanobakterije, arheobakterije)

- eukariote (biljke, životinje, kvasci, plijesni, protozoe, alge)

Carstvo Prokaryotae

- Odlike: rasprostranjenost; brzi rast; kratki život generacije; biokemijska promjenljivost

- Prokarionti: Prave bakterije (eubakterije)Primitivnije (arheobakterije)

- Bakterije su vrlo mali jednostanični organizmi u kojih genetički materijal nije okružen posebnom jezgrinom membranom – pa su zbog tih osobina dobili ime prokarionti, prema grčkoj riječi koja označava prajezgru (protos = prvi, karion = jezgra).- Struktura: stanična stijenka (peptidoglikan – glavna komponenta koja daje čvrstoću); citoplazmatska membrana; citoplazmatske uklopine; bičevi; dlačice-pile; čahure i sluzni omotač

2

Bakterije

Znanost: Bakteriologija

Međunarodna klasifikacija prokarionata:

- Bakterije

- Cijanobakterije

- Aktivnosti bakterija: uzročnici bolesti; razgradnja organskih tvari; probava u ljudi i ostalih organizama; produkcija kemikalija, hrane i drugih korisnih produkata

Cijanobakterije

- Grimizne, plavkastozelene i zelene bakterije- Za razliku od ostalih bakterija, sadrže klorofil i dodatne pigmente.- Provode fotosintezu (O2)- Pojedinačne stanice; kolonije; u lancima- U vodi, tlu (slana jezera, vrući izvori)- Mogu proizvesti toksične tvari; ne uzrokuju bolesti u ljudi- Velik broj cijanobakterija može vezati dušik, jer sadržavaju enzime koji vežu plinoviti dušik i stvaraju amonion

Arheobakterije

- Bakterije ili organizmi nalik bakterijama, žive na Zemlji dulje od bilo kojih ostalih oblika života. Nailazimo na njihove fosilne ostatke s najstarijim fosilima u afričkim i australskim stijenama starim oko 3,5 milijarde godina – arheobakterije –najstarija skupina organizama.

- Razlika između tipičnih bakterija i arheobakterija:Obilježja: stanične stijenke ne sadrže peptidoglikan, sadrže neobične lipide, promjer oko 1µm, nemaju organele omeđene membranama, imaju jezgrina tijela (nukleoide), jezgra nije omeđena membranom, ribosomi sadrže 70 S (Svedberg) podjedinica- Biokemijski ih dijelimo u tri skupine:- metanogene (striktni anaerobi, proizvode metan)- ekstremne halofile (toleriraju visoku koncentraciju soli)- termoacidofile (otporni na kiseline i visoke temperature)

3

Sistematika bakterija

Prema Bergeyevu Priručniku:

- 19 skupina - međusobna različitost: oblik, bojenje po Gramu, tvorba endospora, mehanizmi metabolizma, razmnožavanje, pokretljivost- unutar rodova i vrsta: razlike na osnovi morfoloških,

biokemijskih i genetičkih testova

Mikroskopija Biokemijski testovi Genetički testovi

Sažeti pregled klasifikacije bakterija

Fototrofne; klizajuće; u tuljcu; pupajuće; spirohete; spiralne; gram-negativni aer. štapići i koki; gram-negativni fak. anaer. štapići;metanogene; gram-pozitivni koki; štapići i koki koji tvore

spore; gram-pozitivni nesporogeni štapići; aktinomiceti; rikecije; mikoplazme

Dio postrojenja za obradu otpadnih voda duhanske industrije tehnologijom aktivnog mulja

4

Slika 1. Pseudomonas na selektivnoj podlozi Slika 2. Gramm negativni štapići

Slika 3. API test

Tablica 1. Identifikacija Pseudomonas aeruginosapomoću API 20 NE V7.0

Duboki agar (tvorba plina) Anaerobni uzgoj

Gramm negativni i Gramm pozitivni štapići

Nativni preparat (metanogenebakterije-oblik šibice

Nocardia opaca

DiplobaciliGramm pozitivni štapići, tvore lance

Gramm pozitivni koki Nativni preparat bakterija iz roda Sarcina

5

Mikroskopska slika - gram pozitivni dugi štapići Porasle kolonije na MRS-u

Izolacija Listeria sp. na

selektivnoj podlozi

Mikroskopska slika

Listeria sp.

• stanica je osnovna jedinica svih živih

organizama, koji imaju sposobnost mjene

tvari ili metabolizma i koji stvaraju slično

potomstvo

• u osnovi svih živih organizama ista je

struktura – DNK, RNK, proteini, lipidi i

fosfolipidi

• svaka se stanica sastoji od jezgre i citoplazme,

prema okolini zatvorena je citoplazmenom

membranom, a oko je stanična stijenka

(neke eukariotske stanice nemaju st. stijenku)

• bakterija kao jednostanični organizam obavlja

sve reakcije metabolizma, što je omogućeno

složenom strukturom prokariotske stanice

Struktura tipične prokariotske bakterijske stanice

Osnovne karakteristike prokariotskih stanica:

Njihov genetički materijal (DNK) nije obavijen membranom,već se nalazi u jednom kromosomu-nukleoid, nemaju organele ograničene membranama, njihov DNK nije povezan s histonima (proteinima), stanična stijenka građena od peptidoglikana, razmnožavaju se binarnim cijepanjem

Također prokariotske stanice sadrže citoplazmu, citoplazminu membranu, neke bakterije, osim stanične stijenke imaju i kapsulu-građenu od polisaharida i masti. Kapsula može biti čvrsta i sluzava i čini bakterije otpornije na djelovanje bakterijskih virusa. Neke bakterije se pokreću pomoću jednostavnih bičeva ili pila (trepetiljka). Pili (obični) služe za adheziju-pričvršćivanje na površinu druge stanice, seks pili- uloga spajanja bakterijskih stanica, prilikom prelaska DNK iz jedne stanice u drugu.

6

STANIČNA STIJENKA

• gotovo sve prokariotske stanice okružene su staničnom stijenkom

• odgovorna za oblik stanice

• zaštitna funkcija – sprečava da se stanica rasprsne (uslijed razlike u tlakovima unutar stanice -1x106 do 2x106 Pa - i izvan stanice), okružuje citoplazmenu membranu i unutarnje dijelove stanice

• služi kao točka za učvršćivanje bičeva

• u nekih bakterijskih vrsta tvori simptome bolesti, faktor virulencije

• mjesto vezanja za proteine koji reagiraju sa bakterijskim okolišem

• komponente stanične stijenke (neki proteini, šećeri) mogu biti imunomodulatori

• ona je mjesto na koje djeluju mnogi antibiotici

• određuje reakcije u tijeku bojanja po Gramu

• stanična stijenka je manje ili više jednaka u svih bakterija

• osnovni spoj koji joj daje čvrstoću je peptidoglikan MUREIN

• murein je makromolekula koja se sastoji od lanaca N-acetilglukozamina (NAG) i N-acetilmuraminske kiseline (NAM) međusobno povezanih 1,4-glikozidnom vezom

• lanci su ravni i tvore osnovu mureina

• NAG i NAM dolaze

u naizmjeničnom

slijedu i tvore

ugljikohidratnu

“kralježnicu” stanice

• murein ima prvenstveno zaštitnu funkciju, a prema njegovoj strukturi razlikujemo Gram-pozitivne i Gram-negativne bakterije

• stanična stijenka Gram-pozitivnih bakterija ima deblji sloj peptidoglikana i sadrži teihonske kiseline, alkohol glicerol ili ribitol i fosfat

• stanična stijenka Gram-negativnih bakterija sadrži vrlo malu količinu peptidoglikana i ne sadrži teihonske kiseline

gram-negativna bakterijska stanica

gram-pozitivna bakterijska stanica

7

• teihonske kiseline, (građene od ponavljajućih jedinica glicerol-fosfata ili ribitol-fosfata) imaju negativan naboj od fosfatne skupine, rezervoar fosfata, reguliraju prolaz kationa u stanicu i izvan nje, uloga u rastu stanične stijenke-regulira djelovanje lizina-enzim cijepa komponente stanične stijenke i omogućuje ugradnju novih podjedinica, sudjeluje u adsorbciji faga.

• kemijski spojevi koji oštećuju bakterijsku st. stijenku ili ometaju njenu sintezu ( npr. antibiotici) često nisu škodljivi za više organizme

• Lizozim – je jedan od načina oštećenja st. stijenke, (posebno Gram-pozitivnih –rasprskavanje st. ili lizu st.- sadržaj koji preostaje bez stanične stijenke –PROTOPLAST

• kod Gram-negativnih bakterija st. stijenka ne razara se u potpunosti, već ostaje dio vanjske membrane – sadržaj stanice, citoplazmena membrana i preostali vanjski sloj –SFEROPLAST

• protoplast i sferoplast – osmotsko liziranje- (rasprskavanje stanice u čistoj vodi ili u vrlo razrijeđenim otopinama soli i šećera)

• sinteza stanične stijenke je podijeljena u tri različite faze, koje se odvijaju u odvojenim staničnim odjeljcima: citoplazmi, membrani i konačno staničnoj stijenci

• molekule potrebne za tvorbu ili popravak stanične stijenke sintetiziraju se u citoplazmi i transportiraju izvan stanice

• to su posebni proteini u citoplazmenoj membrani koji prenose te podjedinice preko membrane i spajaju ih u st. stijenku koja raste

Prikaz sinteze stanične stijenke. Nastajanje prekursora stanične stijenke započinje u citoplazmi, rezultirajući sintezom UDP-MurNAc-pentapeptida. Peptidoglikanske jedinice se prenose na lipidni nosač u membrani do nastanka lipida I. Nakon modifikacije lipida I u lipid II, nosač se prenosi na vanjsku stranu citoplazmine membrane. PG prekursor se ugrađuje u st. stijenku reakcijama transpeptidaze i transglikozilacije. Terminalni D-alanin pentapeptida se pridružuje unakrsnim vezom drugim podjedinicama st. stijenke ili može biti uklonjen reakcijom D-alanil-D-alanin karboksipeptidaze.

CITOPLAZMENA MEMBRANA

• u svih je stanica citoplazma odvojena od okoline polupropusnom membranom-citoplazmenom membranom

• sastoji se od lipoproteina, a prvenstveno sadrži fosfolipide

• to je osmotska barijera stanice koja kontrolira ulazak i izlazak otopljenih tvari- unos hranjivih tvari u stanicu,

- razgradne, otpadne tvari iz stanice

• odlučujuća uloga u metabolizmu

• sjedište enzima odgovornih za prijenos tvari

• protkana proteinskim mostovima –PORE- kroz koje se obavlja transport

8

• FUNKCIJA CITOPLAZMENE MEMBRANE

– Prijenos molekula u stanicu i izvan nje

– Izlučivanje izvanstaničnih enzima

– Disanje (respiracija) i fotosinteza

– Regulacija i razmnožavanje

– Sinteza stanična stijenke

• citoplazmena membrana je polupropusna (selektivna) –neke molekule i ioni prolaze kroz membranu (voda, aminokiseline, glukoza, O2, CO2) ,a druge velike molekule su zadržane (npr. proteini)

• specifični receptori (proteini) – reguliraju prijenos tvari u stanicu i otpadnih produkata iz stanice

• prolaz tvari kroz citoplazmenu membranu

– pasivno

– aktivno

• pasivno- tvari prolaze kroz membranu (s mjesta više na mjesto manje konc.) bez utroška E

– Jednostavna difuzija – dok se konc. molekula ili iona ne izjednače (male molekule npr O2 i CO2) bez utroška E

– Olakšana difuzija- tvari (npr. glukoza) se prenose uz pomoć proteinskih nosača ( kao nosači javljaju se enzimi permeaze) bez utroška E

ako su mol. potrebne stanici prevelike enzimi ih cijepaju na manje jedinice (proteini-aminokiseline; polisaharidi-jednostavni šećeri)

– Osmoza- kada kroz membranu prolaze mol. vode

(s mjesta gdje su molekule otapala veće konc. na mjesto manje konc.), bakterija može akumulirati vodu do određene granice, ako se granica prekorači –PLAZMOPTIZA (st. bubri i rasprsne se)

• kretanje vode kroz polupropusnu membranu stvara pritisak –OSMOTSKI PRITISAK

– to je sila nužna da spriječi gibanje molekula čiste vode u otopinu što sadrži neke otopljene tvari – DA ZAUSTAVI TIJEK VODE KROZ POLUPROPUSNU MEMBRANU

9

bakterijska stanica može biti izložena različitim okolišnim medijima:

- IZOTONIČNI (isto) – konc. otopljenih tvari jednaka je na obje str. membrane –

kretanje je jednako u stanicu i iz stanice

- HIPOTONIČNA (manje) – voda ulazi u stanicu iz okoliša (manja količina

otopljenih tvari),- plazmoptiza (raspuknuće stanice)

- HIPERTONIČNA (više) – voda izlazi iz stanice u okoliš (veća količina otopljenih

tvari), - plazmoliza (smežuranje stanice)

• Aktivni transport – stanica iskorištava energiju u obliku ATP-a za prijenos tvari

kroz citoplazmenu membranu

– prijenos se odvija smjerom IZVANA – UNUTRA

– ovisi o proteinskim nosačima (za svaku mol. postoje posebni

nosači), nosač je smješten na membrani-prenosi molekulu, otpušta

je u citoplazmu i ponovo postaje upotrebljiv za prijenos nove

molekule

– proces je protiv koncentracijskog gradijenta

– (s mjesta manje na mjesto više konc.)

Lipidna dvoslojna

membrana

citoplazma

glukoza

glukoza