The Diversity of Prokaryotes and Viruses

Hoofdstuk 19

2010/2011

PROKARYOTENDeel 1

2

Bacteriën leven overal

• Bacteriën leven in alle ecosystemen

– op planten & dieren

– in planten & dieren

– in de bodem

– in de diepzee

– in extreme kou

– in extreme hitte

– in extreem zoute omstandigheden

– op levende organismen

– on dode organismen

3

Diversiteit

4

Structuur

• Eencellig

– bacilli, coccen, spirocheten

• Grootte

– 1/10 van een eukaryote cel• 1 micron (1um)

• Interne structuur

– geen interne compartimenten• geen membraangebonden organellen

• alleen ribosomen

– circulair chromosoom, naakt DNA• niet opgerold rondom eiwitten

5

Prokaryoot vs. Eukaryoot chromosoom

dubbele helix

Prokaryoot

Eukaryoot

6

Interne structuur

interne membranenvoor fotosynthesezoals in een chloroplast(thylakoid)

interne membranenvoor respiratiezoals in een mitochondrium(cristae)

mitochondrium

cyanobacterie(met fotosynthese)

chloroplast

aerobe bacterie

7

Structuur celwand

eiwitketens

celwandpeptidoglycaan

plasmamembraan

eiwit

Gram-positieve bacterie

Gram-negatieve bacterie

peptidoglycaan

plasmamembraan

buitenmembraan

buitenmembraan van lipopolysacchariden

celwand

peptidoglycaan = polysacchariden + aminozurenlipopolysacchariden = lipiden + polysacchariden

8

Metabolisme

• Hoe vergaren bacteriën energie & nutrienten?– fotoautotroof

• fotosynthetiserende bacteriën

– chemoautotroof• oxideren inorganische verbindingen

– stikstof, zwavel, waterstof…

– heterotroof• leven op planten & dieren

• reducenten & pathogenen

9

Genetische variatie in bacteriën

• Mutaties

– bacteriën kunnen elke 20 minuten reproduceren• binaire fissie (= insnoering)

– fouten in het kopieren van DNA• 1 op elke 200 bacteriën heeft een mutatie

• miljarden E. coli in je darmen!

– mutatie biedt mogelijkheden!

• Genetische recombinatie

– bacteriën wisselen genen uit• plasmiden

– klein, additioneel DNA

• conjugatie– directe uitwisseling van DNA 10

Bacteriën als pathogenen

• Ziekteverwekkers

– plant• bacterievuur, watermerkziekte,

vetvlekkenziekte, geelziek

– dier• cariës

• miltvuur, botulisme

• pest, lepra, vleesetende bacterie

• SOA’s: gonorroe, chlamydia

• tyfus, cholera

• tuberculose, longontsteking

• ziekte van Lyme

11

Nuttige bacteriën

• Bacteriën zijn noodzakelijk op aarde

– reducenten• recyclen van nutrienten

– stikstoffixatie• enige organismen die N uit de atmosfeer kunnen fixeren

– nodig voor de synthese van eiwiten nucleïnezuren

– wortelknolletjes

– vertering (E. coli)• breken cellulose af voor herbivoren

• produceren vitamine K & B12 voor de mens

– produceren voedsel & medicijnen• van yoghurt tot insuline

12

VIRUSSENDeel 2

13

Griep: epidemie 1918

• 20-100 miljoen doden

RNA virus

14

Pokken

• Uitgeroeid ca. 1978

15

Opkomende virussen

• Virussen die van gastheer verwisselen

– Ebola, SARS, vogelgriep, hantavirus

SARS

Ebola hantavirus 16

Wat is een virus? Leeft het?

• DNA of RNA in een eiwitkapsel

• Virussen zijn geen cellen

• Geen enzymen voor metabolisme

• Geen ribosomen voor eiwitsynthese

17

“A piece of bad news wrapped in protein”

– Peter Medawar

Grootte

• Vergelijking:

– eukaryote cel

– bacterie

– virus

18

Structuur

• Van buiten naar binnen

– Een envelop (alleen bij dierlijke virussen)

– Een eiwitmantel (= capside)

– Het nucleïnezuur (DNA of RNA)

19

Envelop

• Lipide dubbelmembraan verbergtde eiwitmantel

– envelop gebaseerd op celmembraangastheer• glycoproteïne op het oppervlak

HIV 20

Eiwitmantel

• Capside

– beschermt DNA/RNA

– bepaalt welke celgeïnfecteerd kan worden

– 1-2 type eiwitten• bv. griep

– hemagglutine

– neuraminidase

21

Nucleïnezuur

• Viraal nucleïnezuur– DNA

• enkelstrengs

• dubbelstrengs

– RNA• enkelstrengs

• dubbelstrengs

– Lineair of circulair

22

Levenscyclus

• Binnendringen– viraal DNA/RNA dringt gastheercel

binnen

• Assimilatie– viraal DNA/RNA neemt gastheer over

– gastheercel maakt viralenucleïnezuren en eiwitten

• Zelfassemblage– nucleïnezuren & eiwitten vormen

zelf nieuwe virusdeeltjes

– verlaten cel

23

Symptomen virusinfectie

• Koppeling tussen infectie en symptomen niet eenduidig

– doodt cellen door lysis

– geïnfecteerde cel maakt toxine• koorts, pijn, bloedingen…

– componenten kunnen toxisch zijn• envelop

• Schade?

– wellicht…• longepitheel herstelt na verkoudheid

• schade aan neuronen door polio is permanent

24

Bacteriofaag

• Virussen die bacteriën infecteren

– kop bevat DNA

– eiwitstaart koppelt aan gastheer en injecteert het DNA van de bacteriofaag in de gastheer

25

Levenscyclus bacteriofaag

• Lytische cyclus

– faag kopieert in bacterie

– bacteriecel zwelt op en barst, faag komt vrij

• Lysogene cyclus

– viraal DNA wordt ingebouwd in bacterieel DNA

– reproduceert met bacterie

26

Lytische cyclus

27

Lysogene cyclus

28

RNA virus

• Retrovirus– moeten viraal RNA kopiëren in DNA van de gastheer

• enzym = reverse transcriptase

• RNA DNA mRNA

– transcriptie van viraal DNA in viraal mRNA• mRNA codeert voor virale componenten

• ribosomen van gastheer produceren nieuwe virale eiwitten

eiwitRNADNA

transcriptie translatie

replicatie 29

Retrovirussen

• HIV

– Human ImmunoDeficiency Virus

– veroorzaakt AIDS

• Acquired ImmunoDeficiencySyndrome

– envelop met glycoproteïnenom te binden aan specifieke WBC

– capside bevat 2 RNA strengen & 2x reverse transcriptase

30

HIV infectie

• HIV dringt gastheercel binnen

– macrofaag & WBC

• receptor op celmembraan

– reverse transcriptase maakt dubbelstrengs DNA van viraal RNA

• Transcriptie produceert meer kopiënvan viraal RNA

– vertaald in virale eiwitten

– eiwitten en viraal RNA vormen zelf nieuwe virusdeeltjes

– verlaat cel door “budding” of door lysis

31

Prionen

• Abnormaal gevouwen eiwit

– infectieus

– neuronen sterven

32

Eiwit als informatie molecuul

• Prionen gaan in tegen het “Centrale Dogma”

– draagt informatie over op andere eiwitten

Stanley PrusinerUC School of Medicine

proteinaceous infectious molecule

Pn

Pd

33

Einde