STRUKTURA STANICE MIKROORGANIZAMA
Dr. sc. Vesna ZECHNER-KRPAN, red. prof.
MOLEKULARNA LOGIKA ŽIVOTA
ŽIVA BIĆA:•Sastoje se od NEŽIVIH MOLEKULA koje imaju svoju funkciju.•Karakterizira ih:VELIKA SLOŽENOST;VELIKA RAZNOLIKOST OBLIKA;VISOK STUPANJ ORGANIZACIJE.
•ENERGIJU iz svoje okoline pretvaraju i iskorištavaju za održavanje svojesložene strukture i organizacije.•Imaju sposobnost REPRODUKCIJE – sposobnost proizvodnje čitavihpokoljenja JEDINKI identičnih po:
masi,veličinii unutrašnjoj strukturi.
•Sve molekule koje sačinjavaju živu tvar pokoravaju se SVIM fizikalnim ikemijskim zakonima kao i molekule nežive tvari.•Skup svih principa tih interakcija nazivamo molekularna logika života.
PROKARIOTIBAKTERIJSKA STANICA:
• Rezervne ili energetske tvari bakterija pohranjuje unutar stanice u obliku granula koje nazivamo uklopine ili inkluzije.
• Rezervne tvari koje pohranjuje su: ugljikohidrate, lipide, elementarni sumpror, enzimi i dr.
• Većina inkluzija je okružena tankom membranom (ovojnicom).
GRAĐA MIKROBNE STANICE
VANJSKI OMOTAČ STANICE SE SASTOJI OD:STANIČNA STIJENKA - daje stanici čvrstoću, oblik i cjelovitost.
PERIPLAZMA: a) kod Gram negativnih bakterija - prostor između vanjske membrane stanične stijenke i
plazmine membrane.b) kod ostalih mikroorganizama - prostor između stanične stijenke i plazmine membrane
(sadrži litičke enzime).
CITOPLAZMINA ili PLAZMINA MEMBRANA - objedinjuje sve sastojke stanice, omogućujetransport iona, metabolita i makromolekula.
ORGANELE NA POVRŠINI STANICA
TO SU SASTAVNI DIJELOVI VANJSKE MEMBRANE.ŠTITE STANICU OD NEPOŽELJNIH UVJETA OKOLINE, a to mogu biti: • ORGANELE ZA POKRETANJE (bičevi, pile);• KAPSULE;• SLUZ;• NECITOPLAZMATSKI DODACI.
• Slika prokariotske stanice
1. FILAMENTOZNE DLAČICE(fimbrije i pile)
2. BIČ (FLAGELA)
1. FILAMENTOZNE DLAČICE (fimbrije ili pili)
• manje nitaste tvorbe prisutne na površini stanica• promjera su 3 - 10 nm i raznih duljina.
FIMBRIJE ili TREPETLJIKE (lat. fimbria – vlakno) - kraće
PILI ili SPOLNE NITI (lat. pilus – dlaka) - dulje.
STANICA SE POMOĆU NJIH:
• PRIHVAĆA NA RAZNE POVRŠINE • KONTAKTIRA SA SUSJEDNIM STANICAMA • IZMJENJUJE GENETSKI MATERIJAL• SADRŽE RECEPTORE.
2. BIČEVI (FLAGELA) - UZVOJITO ISPREPLETENE JEDNOSTAVNEVLAKNASTE PROTEINSKE PODJEDINICE
SLUŽE BAKTERIJAMA ZA POKRETANJE (ROTIRANJE) U VODENOM MEDIJU.
MOGU SE UKLONITI MEHANIČKI BEZ POSLJEDICA ZA ŽIVOTNE FUNKCIJE SAME STANICE I STANICA IH MOŽE OBNAVLJATI.
Pseudomonas Spirillum Proteus vulgaris
BAKTERIJSKI BIČEVI:• promjera od 10 - 30 nm, duljine od 15 - 20 µm• sastoje se tri dijela:.1. GLAVNOG BIČA ili FILAMENTA - isključivo protein sastavljen od
topljivog monomera flagelina koji je uzvojito isprepleten oko šupljeg cilindra. Ovisno o vrsti bakterija ima različitu molekulsku masu i sadrži različite aminokiseline.
2. PROTEINSKE KVAČICE - kemijski i antigeno različite od flagelina.
3. BAZALNOG TIJELA - često kuglastog oblika promjera 20 do 50 nm, - njime se bič učvršćuje na staničnu stijenku.
filamentkvačica
bazalno tijelo
Vanjska membrana
Peptidoglikanski slojPeriplazma
Citoplazmatskamembrana
L prstenP prstenS statorM motor
KAPSULA ili ČAHURA
sluzava ili želatinozna naslaga na površini stanice koju stvara sama bakterija.
ULOGA:
a)ŠTITI STANICU OD SUŠENJA (nepovoljnih uvjeta okoline);
b)ŠTITI STANICU OD FAGOCITOZE koje obavljaju leukociti (patogene);
c) VEŽE KATIONE (brojnim karboksilnim grupama prisutnih polimera);
d) DAJE STANICI OBLIK;
e) DAJE STANICI VIRULENCIJU I OTPORNOST;
f) SLUŽI KAO REZERVNA HRANA.
Klebsiella pneumoniae
Kapsule ili čahure nisu bitne za život bakterija.
KAPSULE SE DIJELE prema debljini sloja:
1. MAKROKAPSULE (sloj debljine od 0,2 do 1 µm);2. MIKROKAPSULE (sloj debljine od 10 – 30 nm);3. SLUZ – GLIKOKALIKS.
KAPSULE SU VEZANE NA STANIČNU STIJENKU IONSKIM ILI KOVALENTNIM VEZAMA.
STANICE S KAPSULOM (koje proizvode kapsule) TVORE GLATKE KOLONIJE ("SMOOTH" ILI S kolonije).
STANICE BEZ KAPSULE (koje ne proizvode kapsule) TVORE HRAPAVE KOLONIJE ("ROUGH" ILI R kolonije).
GUBITAK KAPSULA MUTACIJOM ČESTO DOVODI DO GUBITKA PATOGENOSTI.
• Patogeni i nepatogeni sojevi se razlikuju isključivo po prisutnosti ili odsutnosti kapsule (čahure).
Haemophilus influenza Clostridium perfringens
• KAPSULA JE GRAĐENA OD:
• 1. VODE•• 2. POLISAHARIDA•HOMOPOLISAHARIDI – izgrađeni samo od jedne vrste monosaharida.
Tu spadaju GLUKANI – to surazgranute molekule glukoze povezane α-1,6-; α-1,3-; i α-1,4-vezom).
HETEROPOLISAHARIDI – izgrađeni od više različitih osnovnih monosaharida (D-glukoza; D-galaktoza; D-glukuronska kiselina itd.)
• Glukopiranoza i glukuronska kiselina povezane -1,3- i -1,4-vezom.
• 3. POLIPEPTIDA – polimeri aminokiselina.
GLIKOKALIKS (sluz, gumasta masa)• želatinozna, visokozna tvar bez proteina• Štiti stanicu od:• isušivanja;• djelovanje antiseptika, dezificijensa i antibiotika. • Slabo je pričvršćena za staničnu stijenku.• Može se LAKO ODVOJITI OD STANICE.
NAJČEŠĆE SE SASTOJI OD:
1. VODE;
2. ČISTIH POLISAHARIDA (jednog ili više);
3. KOLANSKE KISELINE – heksasaharidi građeni od glukoze, galaktoze i dr. na koje su vezane nešećerne jedinice (acetat, piruvat itd.).
Ova bakterije stvaraju sluz, ako hranjiva podloga sadrži saharozu.
Leuconostoc mesenteroides
Streptococcus mutans
Ova bakterija je normalni stanovnik naših usta i stvara kapsulu ili čahuru u prisustvu saharoze i tako oštećuje zubnu caklinu koja postaje lako dostupna za druge bakterije.
POVRŠINSKI SLOJ (engl. S-LAYER)
Imaju ga:
• GRAM-NEGATIVNE;
• GRAM-POZITIVNE BAKTERIJE;
• ARHEABAKTERIJE.
• POVRŠINSKI SLOJ (S VANJSKE STRANE STANIČNE STIJENKE) SASTAVLJEN JE OD JEDNOSTAVNOG, ISTOVRSNOG HOMOPROTEINA ILI GLIKOPROTEINA.
• TE PODJEDINICE POVEZANE SU MEĐUSOBNO, ALI I SASTANIČNOM STIJENKOM NAJČEŠĆE NEKOVALENTNIM VEZAMA.
• KOD NEKIH TERMOFILNIH ARHEBAKTERIJA POVRŠINSKI SLOJ JEVRLO OTPORAN NA DENATURANTE ZBOG KOVALENTNIH VEZAIZMEĐU PODJEDINICA.
STANIČNA STIJENKA
VAŽAN STRUKTURNI SASTOJAK VEĆINE MIKROORGANIZAMA (osim mikoplazma i nekih protozoa).
FUNKCIJE STIJENKE SU DA:
• DAJE STANICI ČVRSTOĆU I OBLIK;
• ŠTITI JE OD RAZLIKA OSMOTSKOG TLAKA UNUTAR I IZVAN STANICE;
• ŠTITI JE OD VANJSKIH ČIMBENIKA;
• ODRŽAVA CJELOVITOST STANICE KAO JEDINSTVENE CJELINE;
• OBUHVAĆA PROTOPLAST (DIO STANICE OKRUŽEN PLAZMATSKOM MEMBRANOM);
• SUDJELUJE U TRANSPORTU VELIKIH MOLEKULA (ugljikohidrata, vitamina, aminokiselina, nukleozida, proteina) u i iz STANICE.
Stanična stijenka i GRAM-POZITIVNIH i GRAM-NEGATIVNIH BAKTERIJA izgrađena je od PEPTIDOGLIKANA (murein) - linearni polimer građen od dva dijela:
1. POLISAHARIDA N-acetil-glukozamina (u molekuli glukana na C2 umjesto –OH nalazi se -NH-CO-CH3) i N-acetil-muraminske kiseline (umjesto –OH na C3 je eterskom vezom vezan (-O-)CH(CH3)-COOH) koji su povezani β-1,4-vezom na koju djeluje enzim lizozim.
2. PROTEINSKOG DIJELA (alanin, glutaminska kiselina, lizin, diaminopimelinska kiselina).
Gram-pozitivne – imaju nekoliko slojeva peptidoglikana mureina unutar kojeg se nalazi TEIHONSKA KISELINA (polimer glicerolfosfatne i ribitolfosfatnekiseline) – deblja st. stijenka.
Gram-negativne – imaju manje slojeva peptidoglikana mureinai ne sadrže teihonsku kiseline.
1884. - Christian GRAM je otkrio da postoje bakterijske stanice koje se različito boje i stoga ih je nazvao prema obojenju:
GRAM-POZITIVNE - koje zadrže plavu boju kristal violet nakon tretiranja s jodom (tj. lugolom) i odbojavanja (s 96% etanolom).
Staphylococcus sp.
GRAM-NEGATIVNE - bezbojne, ali kasnijim bojenjem s kontrastnom bojom (safranin) Escherichia coliboje se crveno.
PEPTIDOGLIKANI (50% - 95%) kovalentno povezani s TEIHONSKOM KISELINOM (do 50%).
GRAM-POZITIVNA BAKTERIJA
Shematski prikaz peptidoglikanaEscherichia coli.MurNAc = N-acetilmuraminska kiselina; GlcNAc = N-acetilglukozamin; DAP = diaminopimelinska kiselina
Shematski prikaz peptidoglikana Staphylococcus aureus.MurNAc = acetilmuraminska kiselina; GlcNAc = N-acetilglukozamin
TEIHONSKA KISELINA:
• negativno nabijen polimerpovezan saČ
• ribitol fosfatom (A) ili• glicerol fosfatom (B),• ponavljajuće jedinice su
povezane prekofosfodiesterskih vezova.
• djeluje kao ionskiizmjenjivač, vežućidvovalentne katione Mg2+te tako stabiliziraplazminu membranu iaktivira enzimeuključene u sintezusastojaka stanične stijenke.
GRAM-POZITIVNA BAKTERIJA- nastavak
LIPOTEIHONSKE KISELINE SU LINEARNI POLIMERI.• 16 - 40 GLICEROLFOSFATNA OSTATKA POVEZANA FOSFODIESTERSKIM
VEZAMA, • KOJI SU DALJE KOVALENTNO VEŽU NA GLIKOLIPIDE ILI
GLIKOFOSFOLIPIDE MEMBRANE.
FIZIOLOŠKA ULOGA:• VEZANJE DVOVALENTNIH KATIONA (Mg 2+);• VEZANJE BAKTERIJA NA ZARAŽENE STANICE DOMAĆINA.
GRAM-POZITIVNA BAKTERIJA- nastavak
GRAM NEGATIVNE BAKTERIJE
Na površini PEPTIDOGLIKANA (5-10%) dodatni sloj – LIPOPOLISAHARIDNI (LPS)koji se sastoji od:
• O-antigena (polisaharid O)• kompleksa heteropolisaharida (heksoze, abekvoze, tiveloze, kolitoze, paratoze,
itd.) kovalentno povezanih na • lipid A.
GRAM NEGATIVNE BAKTERIJE-nastavakLIPID A - UVIJEK SE NALAZI S VANJSKE STRANE VANJSKE
MEMBRANE.
Osnovna struktura mu je disaharid povezan glukozaminil-glukozaminom te dalje esterskim i amidnim vezama povezane masne kiseline i fosfat.
GRAM NEGATIVNE BAKTERIJE-nastavakPORIN (PROTEIN VANJSKE MEMBRANE)
• TVORI VELIKU PORU ISPUNJENU VODOM.• PROMJERA 1 - 2 nm.• REGULIRA PROLAZ SPECIFIČNIH METABOLITA (B12, ŽELJEZA, MALTOZE
I DRUGIH HIDROFILNIH MOLEKULA) DO PLAZMINE MEMBRANE.
GRAM NEGATIVNE BAKTERIJE
Gram-negativnabakterija
ARHEABAKTERIJE• NE SADRŽE STANIČNU STIJENKU• SADRŽE PSEUDOMUREIN UMJESTO STANIČNE STIJENKE• IZNAD SE NALAZI POVRŠINSKI SLOJ KOJI SE SASTOJI SAMO
OD PROTEINA ili GLIKOPROTEINA.
• predstavljaju tip stanice koji ne nalikuje nitijednoj eukariotskoj, niti bakterijskoj stanici
– promjera su oko 0,1-15 μm – filamentarni oblici dosežu 200 μm– nemaju organele omeđene membranama Euglenophyta– imaju jezgrina tijela (nukleoide)– njihovi ribosomi su 70S
Poznate su tri različite skupine arheabakterija:metanogeni, halobakterije, termoacidofili
Methanosarcina
• ACIDO-REZISTENTNE BAKTERIJE Mycobacterium
• Prirodno bez stanične stijenke
Mycoplasma• PEPTIDOGLIKAN I VOSAK: (mikolične kiseline –
3-hidroksikiseline, u alfa-položaju imaju duge alifatske lance od 30 do 85 C-atoma).
EUKARIOTI
• ORGANELE NA POVRŠINI STANICA (praživotinje i alge)
• Eukariotske trepetljike i bičevi obično su promjera 150 do 300 nm i duljine 20 do 2000 nm. Svaki bič ima opnu koja izlazi iz plazmine membrane i u plazmi ima bazalno tijelo.
1. TREPETLJIKE (CILIJE) - NITASTE ORGANELE; • SLUŽE ZA POKRETANJE TEKUĆINE PREKO POVRŠINE STANICE ;
2. BIČEVI (FLAGELA) - UZVOJITO ISPREPLETENE JEDNOSTAVNE VLAKNASTE PROTEINSKE PODJEDINICE;
• SLUŽE ZA POKRETANJE STANICE U MEDIJU.
STANIČNA STIJENKA Stanična stijenka VEĆINE ALGI, FUNGA I VIŠIH BILJAKA SADRŽI:
MIKROFIBRILE OD CELULOZE (povezane jedinice glukoze β-1,4-vezom);
ili HITINA (polimer N-acetil-D-glukozamin).
proizvodnja ovih MIKROFIBRILA ODVIJA SE NA POVRŠINI STANICE.
ALGE• IMAJU SLOJEVITU CELULOZNU STIJENKU DEBLJINE 10 - 20 mm,
A OSTATAK ČINE HETEROPOLISAHARIDI, PROTEINI I LIPIDI.• ANORGANSKA LJUŠTURA MOŽE SADRŽAVATI:• silicijev dioksid (dijatomeje)• kalcijev karbonat (kokolitofore).
KVASCI•
STANIČNA STIJENKA GRAĐENA JE OD GLUKANA (polimer glukoze), MANANA (polimer manoze) i manje količine GALAKTOZE, LIPIDA, PROTEINA, FOSFATA, GLUKOZAMINA.
Saccharomyces cerevisiae - GLUKAN I MANAN 90% (1:1).
PLIJESAN
• Aspergillus niger• SADRŽI GLUKAN I HITIN KAO GLAVNE
SASTOJKE STANIČNE STIJENKE.
Najvažnije razlike prokaritoskih i eukariotskih stanica