1. Characteristics of prokaryotic cells

Prokaryotes ↔ Eukaryotes

Prokaryoten: bact, archaea

• geen celkern: DNA ligt los in cytoplasma in nucleoid

• geen membraangebonden organellen: mitochondriën, GA, …

Eukaryoten: dieren, planten, schimmels, protisten

• celkern: DNA zit in kernmembraan

• membraangebonden organellen

Grootte

De meeste bacteriën: 0,5 tot 2,0 µm

Menselijke rode bloedcel: 7,5 µ

Vorm en indeling

Coccus: rond, groeien + naast elkaar in streep = streptococcus, in 3d (trosje) = staphylococcus

Bacillus: staafje, naast elkaar groeien = streptobacillus

• bv: clostridium tetani: veroorzaakt tetanus, lactobacillus bulgaricus (in yoghurt)

Spirochete: kurkentrekkervorm (bv borrelia burgdorferi→ lyme)

Vibrio: komma vorm, gebogen staafje (bv: vibrio cholerae→ cholera)

Overzicht structuur

Celmembraan, meestal omgeven door celwand

Intern cytoplasma met ribosomen, nucleair gebied, ...

Verscheidenheid aan externe structuren, zoals capsules, flagella en pili

Celwand

Bevindt zich buiten celmembraan

Functies: karakteristieke vorm cel en voorkomt dat cel barst (osmose)

• Cholesterol zorgt CM niet openspringt →fluiditeit: bact heeft dit niet! gevoelig!

• Penicilline of lysozym celwand aantasten

Bestanddelen celwand: peptidoglycaan, buitenmembraan, periplasmatische ruimte

Peptidoglycaan of mureïne

Bevat:

• N-acetylglucosamine (NAG) en N-acetylmuraminezuur (NAM)

• Cross linked door tetrapeptiden, met 3de AZ: lysine voor meeste grampos bact, diaminopimelinezuur (DAP) voor meeste gramneg bact

Disacharide-ruggengraat: identiek voor alle bact

Tetrapeptide: L-Alanine →D-glutamic acid →L-lysine/ DAP →D-Alanine

Gramneg versus grampos bact

Gramnegatief: meestal geen oligopeptidebrug, verbinding tussen DAP en D-Ala

Grampositief: oligopeptidebrug, 5 glycinemoleculen (S. aureus)

Grampos bact: celwand

Dikke laag peptidoglycaan: 60-90% celwand bestaat uit peptidoglycaan

Lipoteichoïnezuur en teichoïnezuur

• Polymeren ribitolfosfaat of glycerolfosfaat

• Bezitten neg elektrische ladingen: opp-antigeen, transport Ca2+ en Mg2+

Eiwitten: adhesiefactoren, productie capsule, penicillinebindend eiwit (PBP) in CM

Gramneg bact: celwand

Dunne laag peptidoglycaan: 10-20% celwand bestaat uit peptidoglycaan, verteerd peptidoglycaan levert sferoplasten op (2 membranen)

Periplasmatische ruimte= ruimte tussen cel en buitenmembraan, bevat peptidoglycaan, toxines en katabole enzymen

Eiwitten: adhesiefactoren, productie capsule, penicillinebindend eiwit (PBP) in CM

Gramneg bact: Lipopolysacchariden

of LPS of endotoxine (!)

• buitenste domein: O of somatisch antigeen →samenstelling varieert stam tot stam, serologische classificatie

• kernoligosacharide: 10-15 heptose- en octosesuikers, KDO = keto-deoxyoctulosonaat

• lipide deel: lipide A →gefosforyleerde diglucosamine, meerdere VZ, zoals 3-hydroxy-myristinezuur (C14)

Groot risico: baxter= H2O + zouten + suiker

• + gram neg en pos →door hitte: bact dood (neg en pos dood)→ IV: dier gaat dood

• probleem: bact afgedood →endotoxines zijn hitte stabiel! Shock!

LPS functie

Hecht zich aan specifieke weefsels

Antigene variatie

Beschermende permeabiliteitsbarrière:

• LPS-moleculen en Ca2+

• + EDTA → barrièrefunctie verloren (rol in oordruppels)

bv:hond met oorontsteking: AB geven met hierin EDTA (ethyleen diamine tetra azijnzuur) →zorgt voor Ca wegnemen (binden aan COO- einden) →2 neg ladingen wel afstoten →antennes gaan uit elkaar wijken → AB gemakkelijker binnenkomen

Gramkleuring

Stap 1: kristalviolet 1min →paarskleuring: bevat pos geladen N →binden met iets neg

Stap 2: jood bij gedaan →kristalviolet binden →kristalvioletjood = sterkere kleur en groter molecule

Stap 3: Ontkleuren met ethanol en aceton

• aceton: lipofiel middel, CM kapot maken

• ethanol: denaturatie eiwitten (peptidoglycaanlaag →dichter samenkomen)

• bij gram neg er door, maar niet bij gram pos →dikke laag peptidoglycaan (samengedrukt)

Stap 4: tegenkleuren met safranine →pos geladen

• gram pos: alle plaatsen bezet →oorspronkelijke kleurstof paars

• gram neg: alle kristalviolet weg →kleurt roos

Zuur vaste bact: celwand

= geen grampos en geen gramneg

Dunne laag peptidoglycaan

Arabinogalactanen: verbonden met peptidoglycaan→ verbonden met mycolzuren met hoog moleculair gewicht

Rijk aan lipiden (60% celwand) → LANGZAME GROEIERS !

• Lipoarabinomannanen

• Mycolzuren (C 100, lang)= β-hydroxy-α-alkylvetzuren

Ziehl-Neelsen of zuurvaste kleuring

Eerst kleuren met carbolfuchine

HCl (pH <1) toevoegen: ontkleurt en zuurvaste bact doet niks want gaat niet door celwand

Tegenkleuren: methyleenblauw, zuurvaste blijven eerste kleur behouden

Bacteriën zonder celwand

Mycoplasma

Chlamydia

Archaebacterien

Mycoplasma

Afwezigheid van celwand → pleomorf, vorm aannemen dat die wil

Stabiliteit van celmembraan door opname van sterolen (↔ andere bacteriën)

Zeer klein: 0,2 tot 0,8 µm

Chlamydia

Geen peptidoglycaan

Gramnegatieve bacterie

Obligaat intracellulair !

MOMP = belangrijk buitenmembraaneiwit

Archaebacteriën

Geen peptidoglycaan

Celmembraan: monolaag (40 C lang), ethergebonden (niet fosfolipiden!)

Nucleïnezuren: hittebestendige spiralen

Hittebestendige enzymen: meer hydrofobe AZ, extra bindingen tussen AZ

Archaebacteriën kunnen in extreem barre omstandigheden leven

Celmembraan

Vloeistofmozaïekmodel: fosfolipiden in vl toestand, eiwitten verspreid tussen lipiden→ mozaïekpatroon

Dubbele laag

Eiwitten

Celmembraan functies

Doorlaatbaarheidsbarrière: voorkomen grote stoffen naar buiten

Eiwitanker

Energiebesparing: elektronentransportketen →gradient, vorming ATP

Celmembraan: passief transport

Geen ATP nodig: diffusie doorheen membraan, eiwitkanaal, osmose via water

Celmembraan: actief transport

ATP nodig

Fosfaat zorgen dat het niet terug naar buiten kan gaan

Celmembraan: transport siderophores

Ijzer cofactor

• ijzer 3+ complexeren (graakt niet op zijn eigen goed binnen) →via kanaal binnenkomen → uiteindelijk terecht in cel, ATP nodig →ijzer 3+ omgezet tot ijzer 2+ →in bep enzymes actief

• Ijzer transport van buiten naar binnen

Interne structuren: cytoplasma en nucleoide

Cytoplasma: 80% water en 20% stoffen, zoals ionen en suikers

Nucleaire regio of nucleoïde

• geen kernmembraan! en histon-eiwitten

• bestaat voornamelijk uit DNA, maar ook uit wat RNA en eiwitten

• meeste bact slechts 1 cirkelvormig chromosoom, vibrio cholerae: 2 chromosomen

Interne structuren: Ribosomen

20.000 ribosomen/bacterie, bestaat uit RNA en eiwitten

Functie: eiwitsynthese

Sedimentatiesnelheid in centrifuge

• Svedberg (S)-eenheden: variëren naargelang moleculaire grootte en vorm

• Eukaryoten: snelheid afh van gewicht →versch: niet enkel gewicht telt mee maar ook vorm →verandert: 80s en niet 100s

AB maken dat enkel werkt op ribosomen bact en niet op humane ribosomen →doelwit verschillend van mens – bact

Interne structuren: Inclusions

Korrels: = metachromatische korrels (versch kleurintensiteiten)

• glycogeen (polymeer van glucose): energie

• polyfosfaat (fosfaatpolymeer)

Vesikels: door membranen omgeven structuren

• met gas gevulde vacuolen → fotosynthetische bact en cyanobact

Interne structuren: cytoskelet

Bepaalt vorm van de bacterie

Cytoskelet → bacillus

Geen cytoskelet → coccus

Endosporen

Meest resistente van alle levensvormen (≠ schimmelsporen!)

Om te ontsnappen aan ongunstige omgevingsomstandigheden: uitputting voedingsstoffen, hoge temp, ...

Geslachten (Gram-pos): voornamelijk Bacillus en Clostridium

Endosporen: kieming

Kieming = terugkeer naar vegetatieve toestand vanuit spore

NIET reproductief (1 cel vormt 1 endospore)

Plaats van endospore → identificatie