Dział 2.2 - Organizmy prokariotyczne - bakterie i archeowce

Organizmy prokareiotyczne nazywamy

kosmopolitycznymi, ponieważ występują powszechnie na całej kuli ziemskiej. Zasiedlają przede wszystkim gleby oraz zbiorniki wodne.

Kształty bakterii

Ze względu na budowę ściany komórkowej wyróżniamy dwa typy bakterii:

Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Można je rozróżnić za pomocą metody opracowanej przez Hansa Christiana Grama, która polega na barwieniu komórek serią określonych barwników. Bakterie Gram - dodatnie barwią się na fioletowo, a bakterie Gram-ujemne - na czerwono.

Budowa ściany komórkowej bakterii Gram-dodatniej

Jest gruba  (15-50nm), zbudowana z kilku warstw mureiny oraz kwasów tejchojowych - związków polimerowych, składających się z reszt glicerolu lub innego alkoholu, połączonych z grupami fosforanowymi (V). 

Budowa ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnej

jest cienka (2-10nm) i zbudowana z jednej warstwy mureiny. Nie zawiera kwasów tejchojowych, jest natomiast okryta dodatkową błoną zewnętrzną.

Bakterie heterotroficzne

Bakterie autotroficzne

Oddychanie bakterii

Bakterie uzyskują energię w wyniku procesów tlenowych lub beztlenowych

Bakterie tlenowe

wstępne etapy utleniania związków organicznych - glikoliza, reakcja pomostowa i cykl Krebsa - zachodzą w cytozolu, a ostatni etap - łańcuch oddechowy - w błonie komórkowej.

Bakterie beztlenowe uzyskują energię na dwa sposoby:

Przeprowadzają oddychanie beztlenowe lub fermentację. Większość bakterii należy do względnych beztlenowców, które mogą żyć w obu typach środowisk - tlenowym i beztlenowym. Nieliczne gatunki są bezwzględnymi beztlenowcami, ponieważ tlen jest dla nich toksyczny.

Oddychanie beztlenowe:

proces podobny do oddychania tlenowego, w którym elektrony pochodzące z utleniania zredukowanych przenośników elektronów są odbierane przez akceptor inny niż tlen. W ten sposób oddychają np. bakterie denitryfikacyjne, u których ostatecznym akceptorem elektronów jest azotan (V). Związek ten ulega w błonie komórkowej denitryfikacji, czyli stopniowej redukcji do N₂

Fermentacja

zachodzi wyłącznie w cytozolu. Fermentacja alkoholowa dostarcza energii np. bakteriom z rodzaju Sarcina, a mleczanowa - bakteriom z rodzaju Lactobacillus.

Ruch komórek bakterii

Wiele bakterii wykazuje zdolność aktywnego ruchu za pomocą obracających się rzęsek. Bakterie silnie reagują na związki chemiczne występujące w środowisku. W zależności od charakteru związku przemieszczają się w jego stronę lub w kierunku przeciwnym.

Taksja

Kierunkowe ruchy komórek w odpowiedzi na działanie bodźców zewnętrznych

chemotaksja

Odpowiedź na środowiskowy bodziec chemiczny. Jest ona dodatnia, gdy ruch odbywa się w kierunku związku chemicznego, lub ujemna, gdy ruch odbywa się w kierunku przeciwnym.

Fototaksja i termotaksja

wiele bakterii wykazuje zdolność reagowania na inne czynniki środowiska

Fototaksja - na światło

termotaksja - na temperaturę

Wzrost i rozmnażanie się bakterii

stan anabiozy

w niesprzyjających warunkach środowiska wiele bakterii zmniejsza tempo metabolizmu i przechodzi w stan anabiozy (życia utajonego), wytwarzając formy przetrwalnikowe - cysty lub endospory.

Cysty

powstają przez odwonienie i otoczenie grubą ścianą całej komórki bakteryjnej, która w tym stanie oczekuje na bardziej sprzyjające warunki.

Endospory

Przy powstawaniu endospor komórka dzieli się na dwie nierówne części, z których mniejsza otocza się nową, grubą ścianą i staje się endosporą. Gdy endospora dojrzeje, pozostała część komórki degeneruje. W takiej postaci bakterie mogą przerwać nawet 30 lat, zachowując zdolność ponownego uruchomienia wszystkich funkcji życiowych.

Procesy płciowe bakterii

Mimo że bakterie rozmnażają się wyłącznie bezpłciowo, wykazują bardzo dużą różnorodność genetyczną. Jest wynikiem procesów płciowych (paraseksualnych), do których należą koniugacja, transformacja i transdukcja. Procesy te nie prowadzą do zwiększania się liczby komórek bakterii, ale zapewniają rekombinację materiały genetycznego.

Koniugacja

polega na okresowym połączeniu się dwóch komórek bakterii za pomocą długich, białkowych włókien - pilusów, a następnie przekazaniu fragmentu DNA z jednej komórki do drugiej. W procesie tym są zwykle przekazywane plazmidy, np. plazmid F, zwany również czynnikiem płciowym. W trakcie koniugacji w komórce dawcy (F+) następuje rozplatanie podwójnej helisy DNA plazmidu i transport jednej z nici do komórki biorcy (F-), Następnie w obu komórkach dochodzi do syntezy brakującej nici DNA. Po zakończeniu koniugacji każda komórka zawiera plazmid. W ten sposób komórka dawcy nie traci swoich właściwości, a komórka biorcy zyskuje nowe.

Transformacja

polega na pobieraniu przez komórki bakterii wolnego DNA z podłoża. Zdolność naturalnej transformacji wykazują tylko nieliczne bakterie, np. gatunki z rodzaju streptococcus czy Bacillus. U bakterii, które nie mają tej zdolności, transformacje można jednak wywołać sztucznie.

Bakterie w środowisku

Archeowce

ekstremofile

Najbardziej znany przedstawiciel archeowców. Żyją one w miejscach niedostępnych dla innych organizmów z powodu niekorzystnych warunków fizycznych lub chemicznych. Zasiedlają gorące źródła, w których temperatura wody osiąga ponad 100 stopni, oraz morza antarktyczne o temp poniżej 4 stopni.

Archeowce halofilne

wyst. w środowiskach silnie zasolonych, np, w morzu martwym, dlatego wykształciły liczne przystosowania, które zapobiegają odwodnieniu komórek w roztworze hipertonicznym. Należą do nich m.in: liczne pompy potasowe w błonie komórkowej, które aktywnie transportują jony K+ ze środowiska do cytozolu; jony te zwiększają ciśnienie osmotycznie komórek i dzięki temu zapobiegają utracie wody, obecność białek odpornych na koagulację w środowisku silnie zasolonym, obecność otoczek zbudowanych ze specjlanych białek wiążących dużą ilość wody.

Archeowce termofilne

wyst. np. w gorących źródłach. Przystosowały się one do skrajnie wysokich temperatur, m.in. dzięki: wytwarzaniu białek odpornych na denaturację termiczną, mechanizmom ochrony kwasów nukleinowych przed denaturacją termiczną, obecności w błonach długich i rozgałęzionych kwasów tłuszczowych, które zapobiegają zbyt dużej płynności błon i tym samym ich fragmentacji pod wpływem wysokiej temperatury.

organizmy prokariotyczne - bakterie vs archeowce

Wybrane choroby bakteryjne człowieka

Leczenie chorób bakteryjnych