microbiologie samenvatting

23
Microbiologie samenvatting chapter 1 :microorganisms and microbiology 1.2 Microbial Cells - alle cellen hebben een vorm van metabolisme: ze nemen nutrienten op uit hun omgeving en veranderen dit in nieuw cel materiaal en afval producten. Het eindresultaat van metabolisme in cellen zal de vorming zijn van 2 niewe cellen. - Alle cellen ondergaan de evolutie, dit gaat normaal gesproken heel langzaam maar bij micro-organismen kan dit heel snel gebeuren. Bv antibiotica tegen een ziekte. eigenschappen van cellen: * Compartimentering (verdeling van groot naar klein) en metabolisme; kan nutrienten opnemen vanuit zijn omgeving, zet deze om en lost het afval in de omgeving (cel is dus open systeem) * groei; chemische stoffen uit de omgeving gaan in nieuwe cellen door de genetische richting van reeds bestaande cellen. *evolutie; cellen bevatten genen en evalueren voor nieuwe biologische eigenschappen. Eigenschappen van sommige cellen: * Mobiliteit: sommige cellen kunnen zich voortbewegen * differentiatie; sommige cellen kunnen een nieuw cel structuur vormen zoals een spore. Meestal is dit deel van eeen levenscyclus. * communicatie; veel cellen communiceren en interacteren met elkaar, door chemische stoffen te lossen en te ontvangen. 1.3 Micro-organisms and their environments - mirco-organismen populaties interacteren met andere micro-organismen populaties op een heilzaam, neutrale of schadelijke manier, bv het afscheiden van bepaalde stoffen van het ene micro-organisme kan voor de andere populatie zowel schadelijk als heilzaam zijn. - een ecosysteem wordt groot beinvloed door micro-organismen en in sommige gevallen wordt het zelfs beheerst door micro-organismen. Zij geven namelijk stoffen af aan de omgeving en nemen stoffen op. 1.4 evolution and the extent of microbial life - micro-organismen zijn essentieel voor al het leven op aarde, zij zorgen voor de benodigde nutrienten en voor het evenwicht. 1.5 the impact of microorganismen bij mensen - De meeste mensen sterven aan infecties van micro-organismen, terwijl nu al veel infectie ziekten onder controlle te krjigen zijn met antibiotica. De agarische cultuur profiteerd van de micro-organismen. Bv een bacterie die ervoor zorgt dat de plant (symbiose dus) atmosferische stikstof kan omzetten in NH 3 (ammonia). Wat de plant nodig heeft voor de groei. 1.6 the historical roots of mircobiology: Hooke, van Leeuwenhoek, and Cohn Robert Hook, heeft het eerste boek geschreven over de mircoscopische obervatie. Hook heeft de structuur van veel verschillende

Upload: mark-bloemberg

Post on 04-Aug-2015

626 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Microbiologie samenvatting

Microbiologie samenvatting

chapter 1 :microorganisms and microbiology1.2 Microbial Cells- alle cellen hebben een vorm van metabolisme: ze nemen nutrienten op uit hun omgeving en veranderen dit in nieuw cel materiaal en afval producten. Het eindresultaat van metabolisme in cellen zal de vorming zijn van 2 niewe cellen.- Alle cellen ondergaan de evolutie, dit gaat normaal gesproken heel langzaam maar bij micro-organismen kan dit heel snel gebeuren. Bv antibiotica tegen een ziekte.eigenschappen van cellen: * Compartimentering (verdeling van groot naar klein) en metabolisme; kan nutrienten opnemen vanuit zijn omgeving, zet deze om en lost het afval in de omgeving (cel is dus open systeem)* groei; chemische stoffen uit de omgeving gaan in nieuwe cellen door de genetische richting van reeds bestaande cellen.*evolutie; cellen bevatten genen en evalueren voor nieuwe biologische eigenschappen.Eigenschappen van sommige cellen:* Mobiliteit: sommige cellen kunnen zich voortbewegen* differentiatie; sommige cellen kunnen een nieuw cel structuur vormen zoals een spore. Meestal is dit deel van eeen levenscyclus.* communicatie; veel cellen communiceren en interacteren met elkaar, door chemische stoffen te lossen en te ontvangen.1.3 Micro-organisms and their environments- mirco-organismen populaties interacteren met andere micro-organismen populaties op een heilzaam, neutrale of schadelijke manier, bv het afscheiden van bepaalde stoffen van het ene micro-organisme kan voor de andere populatie zowel schadelijk als heilzaam zijn.- een ecosysteem wordt groot beinvloed door micro-organismen en in sommige gevallen wordt het zelfs beheerst door micro-organismen. Zij geven namelijk stoffen af aan de omgeving en nemen stoffen op. 1.4 evolution and the extent of microbial life - micro-organismen zijn essentieel voor al het leven op aarde, zij zorgen voor de benodigde nutrienten en voor het evenwicht. 1.5 the impact of microorganismen bij mensen- De meeste mensen sterven aan infecties van micro-organismen, terwijl nu al veel infectie ziekten onder controlle te krjigen zijn met antibiotica. De agarische cultuur profiteerd van de micro-organismen. Bv een bacterie die ervoor zorgt dat de plant (symbiose dus) atmosferische stikstof kan omzetten in NH3 (ammonia). Wat de plant nodig heeft voor de groei. 1.6 the historical roots of mircobiology: Hooke, van Leeuwenhoek, and CohnRobert Hook, heeft het eerste boek geschreven over de mircoscopische obervatie. Hook heeft de structuur van veel verschillende miro-organismen illustreerd bv die van schimmeld. Dit was de eerst kennende beschrijving van mirco-organismen. De eerste man die bacterien heeft gezien was Antoni van Leeuwenhoek. 1.7 Pasteur and the defeat of spontaneous generationIn het einde van de 19e eeuw, louis Pasteur vernietigde de theorie van spontane generatie. Hij kwam erachter dat miro-organismen de fermentatie van alcohol catalyseren. En het dus een biologisch proces is. Volgens zijn ontdekkingen van de fermentatie, voorspelde hij dat de het rottende materiaal resultaat was van de activiteiten van de micro-organismen. Deze konden via de lucht indringen of waren al aanwezig op het materiaal. Hij gebruikte een simpele opstelling zijn theorie te bewijzen:

Page 2: Microbiologie samenvatting

Pasteur gebruikte hitte om infecties te voorkomen. (hij stilliriseerde dus de vloeistof). Volgens de theorie van spontane generatie was er frisse lucht nodig zodat zich organismen konden vormen. Dus pasteur bedacht een simpele methode: hij construeerde een swannecked flask: hij sterilliseerde de vloeistof waarna het afkoelt en de micro-organismen in konden gaan tot de kromming van de fles. Dit bleef dus steriel. Toen hij de vloeistof liet lopen in de pijp konden de bacteriel wel bij de vloeistof en er treede onmiddelijk infectie op. 1.8 Koch, infections disease, and pure culture mircobiologyRobert koch demonstreerde dat als een een beetje bloed van een zieke muis met antrax injecteerd in een gezonde muis, dat ook de gezonde muis dan ziek wordt met antrax. Koch formuleerd een aantal strenge criteria, nu bekend als kochs postulates. 1) het ziekte veroorzakende organisme moet altijd aanwezig zijn in dieren die lijden aan de ziekte, maar niet in gezonde dieren.2) het organisme moet bewerkt zijn in een reincultuur uit de buurt van het dier.3) het geisoleerde organisme moet voor de ziekte zorgen als het geinjecteerd is in een gezond maar vatbaar dier4) het organisme moet isoleerd zijn van de nieuwe infecteerde dieren en nog een keer ontwikkeld worden in het lab. Daarna zou het dezelfde organisme moeten zijn .

1.9 The rise of microbial diversityMartinus Beijerinck:ontwikkelde de ophopingcultuur (Enrichment Culture Technique). Hier werden micro-organismen geisoleerd uit monsters in een zeer selectief milieu door nutriënt en incubatie omstandigheden aan te passen. Bij isoleerde de N2 –fixerende bacterie Azotobacter van de aarde, door het op een stikstofarme bodem te laten groeien.

Sergei Winogradskyn :ondekte de chemolithotrofie: micro-organismen die door oxidatie van anorganische moleculen aan hun energie komen. En hij concludeerde dat chemolitrofen, autotrofen zijn net als fototropische organismen.

Page 3: Microbiologie samenvatting

1.10 The modern era of microbiologyin de 20ste eeuw micro biologie ontwikkelde zich in 2 verschillende richtingen: toegepast en basis. Er wordt nu veel gefocused op het medische aspect van mirco-organismen. Zoals mens, dier en planten ziekte

Chapter 2: a brief journey to the microbial world.2.5 elements of microbial structureje hebt twee takken, prokaryoten en eukaryoten. Eukaryoten hebben een celkern met daarin de chromosomen en prokaryoten hebben geen celkern, De chromosomen liggen verspreid in het organisme. De eukaryoten zijn ingewikkelder gebouwd en hier vindt DNA replicatie en transcriptie plaats in de nucleus en de translate in het cytoplasma. Ook hebben eukaryoten cellen organellen waarvan mitochondria en chloroplasten voor de energie zorgen bij prokaryoten zijn de organellen afwezig. De prokaryote wereld bestaat uit bacteria en archea. 2.7 The evolutionary tree of lifefylogenetische relaties (de manier waarop je organismen indeeld) tussen cellen kan worden afgeleid door genetische informatie te vergelijken. Dat is te vinden in de nucleotide of in eiwitten. Macromoleculen: die ribosomen vormen, zijn erg geschikt om de evolutionaire relatie te erkennen, want alle cellen bevatten ribosomen.

door vergelijkende rRNA strengen zijn er 3 fylogenische afkomsten ontdekt. De afkomsten zijn domijnen genoemd, dit zijn bacteria en archea. De domijnen zijn door afwijkingen van een voorouder vroeg ontstaan in de geschiedernis van de aarde. The fylogenetische tree of life onthult 2 erg belangrijke evolutionaire feiten:1) alle prokaryoten zijn fylognisch niet nauw aan elkaar verwant.2) archea is meer verwant met de eukaryoten als bacteria.

Eukaryotische micro-organismen zijn de voorouders van de multicellulaire organismen. In het plaatje is te zien dat microbische eukaryoten zich vroeg vertakken bij de streng. Eukaryotische cellen bevatten genen van cellen van 2 domijnen. 2.8 metabolic diversityalle cellen vereisen een energie bron en een metabolisme om energie te verkrijgen. Energie kan getapt worden van de 3 bronnen van de natuur: organische chemicalien, anorganische chemicalien en licht.

organismen die energie bewaren van chemicalien worden chemotrofen genoemd en de organismen die organische chemicalien gebruiken worden chemoorganotrofen genoemd. Er zijn duizenden van verschillende organische chemicalien en elk mirco-organisme heeft verschillende van deze nodig. Energie wordt verkregen door de oxidatie van een component (een orgische chemicalie). En deze energie wordt bewaard in ATP. Sommige organismen kunnen energie alleen bewaren bij de aanwezigheid van zuurstof en sommige juist weer zonder zuurstof.

Veel prokaryoten kunnen energie tappen van anorganische componeten. Dit wordt chemolithotrofie genoemd, dit proces vindt alleen bij prokaryoten plaats en is ver verspreid bij bacteria en archea. Veel chemolitotrofen zijn gespecialiseerd in het omzetten van een anorganische stof (bv iron bacteria). Een positief aspect hierbij is dat ze geen competitie hoeven voeren om de energie bron met chemoorganotrofen en veel producten van de chemoorganotrofen zijn anorganische stoffen die de schemolithortofen weer kunnen gebruiken.

Page 4: Microbiologie samenvatting

Fototrofe mirco-organismen bevatten pigmenten waardoor ze licht energie kunnen omzetten in chemische energie. Anders dan bij chemotrofen vereisen zij geen bron van chemicalien. Dit is een erg metbolistische voordeel want er is geen competitie met chemotrofen en zonlicht is in de meeste habitats aanwezig. Er zijn 2 hoofd vormen van fototrofen bij prokaryoten bekend; fotosynthese met zuurstof, en fotosynthese zonder zuurstof. Maar beide hebben een erg op elkaar lijkende ATP synthese.

Extremofylen zijn een groep mirco-organismen die een habitat vereisen waar extreme omstandigheden heersen zoals extreme hitte of kou. 2.9 BacteriaHet domijn van de bacteria bevat een enorme variatie van prokaryoten. Het omvat alle kennede ziekte verwekkende bacterien maar het heeft nog een groter aantal niet ziekte verwekkend species. En er zijn veel morfologische en fysologische verschillen in dit domijn te herkennen. De proteobacteria is de grootste tak van bacteria, dit zijn vooral veel chemoorganotrofen. Veel van deze bacterien gebruiken H2S voor hun metabolisme. Bij deze groep hoort ook pseudomonas en azotobacter. De cyanobacteria hebben een fylogenetische relatie met de gram-positieve bacterien en zijn aerobe fototrofen. Cyanobacterien zijn de eerste aerobe fototrofen die zich om de aarde ontwikkende hebben, hierdoor is de productie ban O2 ontstaan en al het leven va planten en dieren op aarde. 2.10 Archeaer zijn 2 ondertakken van het domijn archea, euryarchaeota en crenachaeota. De meest onwikkelde archea zijn de extremofylen. De tak van de euryarchaeotabevat 4 groepen van organismen, de methanogenen, de extreme halofypen, de thermoacidofylen en de hyperthermofylen. Methanogenen zijn erg belangrijk bij de omzetting naar gas en de meeste gassen die te vinden zijn op aarde is het werk van methanogenen (ze gaan dood bij zuurstof). Extremofylen vereisen wel zuurstof en een grote hoeveelheid zout (NaCl) voor hun metabolisme en reproductie. Thermoplasma (derde groep) groeit het beste bij hoge temperaturen en een zere Ph. De laaste groep, hyperthermofylen verkrijgen het hun cel koolstof door CO2 en zijn dus autrotroof.crenachaeota zijn nog chemolthotrofen nog chemoorganotrofen, ze leven meestal in een anaeroob milieu en veel gebruiken H2 als energie bron.2.12 Microbial eukaryade fylogenie van eukarya baseerd op de ribosomale RNA strengen. De hoofdgroep van de eukarya zijn protisten (algen en protozoa), schimmels en slijmzwammen. Algen bevatten zowel een habitat op het land als in het water en hoofd primaire producenten voor de natuur. Ze zijn fototrofen en kunnen licht omzetten in energie.

Page 5: Microbiologie samenvatting

Chapter 3: Cell structure and function in bacteria and archea3.1 Cell morphologiede cel morfologie is makkelijk te herkennen maar het is over het algemeen eeb slechte aanwijzing voor de eigenschappen van een cel. Bv archea heeft de zelfde rod (staaf) als bacteria maar het zijn 2 verschillende soorten. De morfologie van een cel is een genetisch bepaalde karakter eigenschap en het is evolueerd om de fitnes van een soort te maximeren. 3.3 The cytoplasmic membranede cytoplasmische membraan is een dunne barriere, dat de cel omgeeft en het milieu met het cytoplasma scheidt. Als deze breekt zal de cel dood gaan.

De algemene structuur van een cytoplasmische membraan is een fosfolipide laag. Fosfolipiden bevatten zowel hydrofiele (glucose) als hydrofobe (vetzuur) componenten. Als fosfolipide zich ophoopt in een waterige oplossing, dan zullen ze van nature een dubbellaag vormen. In een fosfolipide membraan gaan het hydrofobe gedeelte aan de buitenkant staan (bij de milieu kant) en de hydrofiele gedeelte aan de binnenkant (waar het cytoplasma zit).

de hoofd eiwitten van het cytoplasmatische membraan hebben hydrofobe oppervlakts in de regio waar het membraan omspannen is en hydrofiele oppervlakte in de regio waar het in contact komt met het milieu. Veel membraan eiwitten zijn ingebed in het membraan en worden integrale membraan eiwitten genoemd andere eiwitten worden peripheral eiwitten genoemd. (zijn niet in het membraan ingebed). Maar deze eiwitten zijn van belang voor de interactie tussen integrale en peripherale eiwitten.

Aan de esters kunnen zich de vetzuren binden. Dit is bij eukaryoten en archea verschillend (zie plaatje). De lipiden van de archea bevatten ester-bindingen tussen glycerol en de hydrofobe kant. In vergelijking met de dubbellaag lipide is de 1 lagige lipide membraan resistent tegen groote hitte. 3.4 Functions of the cytoplasmic membranehet cytoplastische membraan is veel meer dan alleen het interne met het externe milieu scheiden. Het heeft veel functies: 1)het heeft een taak als permeable wand, beschermd de passieve uitwisseling van en na de cel. 2) het membraan zorgt ervoor dat veel eiwitten worden vast gehouden, sommige van deze zijn enzymen en deze kunnen processen van transport versnellen. 3) het membraan is de hoofdzijde om energie te bewaren. Het membran heeft een opgeladen vorm waar H+ gescheiden is van OH-. Deze energie bron wordt de proton motive force genoemd.

Page 6: Microbiologie samenvatting

Het membraan is een oplossing van zouten, suikers, aminozuren, nucleotiden en vele andere. Het hydrofobe deel van de membraan is een strakke barriere voor de diffusie van deze stoffen. Polare en opgeladen moleculen kunnen niet gedeffundeerd worden en moeten dus getransporteerd worden. Water kan in in beide richtingen deffunderen en is zwak polair. Maar de meeste stoffen deffunderen slecht en moeten dus getransporteerd worden.

transporteiwitten doen meer dan alleen stoffen transporteren., ze verzamelen oplossingen tegen de concentratie. Belangrijk hierbij is dat de cellen daardoor hun reacties buiten de cel kunnen laten plaatsvinden. Transportsystemen hebben een verzadigings effect, als de concentratie hoog genoeg is dan kan de stof verzadigd worden. de karakteristieke kenmerken van transporteiwitten zijn essentieel voor een systeem dat de nutrienten moet concentreren van een vaak verdunde omgeving. Een tweede karakteristieke eigenschap van dragende transport is de hoog specifieke gebeurtenis van het transport. Stoffen moeten gescheiden worden voor de specifiek transport van hun. Een derde karakteristiek eigenschap van transport is dat hun biosynthese hoog gereguleerd wordt door de cel, biosynthese controleerd of het belangrijk is dat voedingstoffen aanwezig moeten zijn op een bepaalde tijd in de cel voor transport. 3.5 Transport and transport systemsnutrienten transport is en vitaal proces, voor metabolisme en groei van de cel. Cellen moeten in staat zijn nutrienten te exporten en te inporteren. Om deze dingen te kunnen doen hebben prokaryoten verschillende mechanismen nodig voor transport. Er bestaan 3 transportsystemen in prokaryoten, simpele transport, groep translocatie en ABC transporters.huidige transport gebeurtenissen kunnen 3 types zijn: 1) uniportes, dit zijn eiwitten die moleculen transporteren in een richting door het membraan, naar binnen of naar buiten.2) symporters, dit zijn cotranspoters, zij tranporteren een molecuul met behulp van een andere stof, meestal een proton.3) antiporters, zijn eiwitten die moleculen transporteren in een cel waarbij ze gelijktijdig een ander molecuul bij stimuleren dat uit de cel gaat.

Simpel transport: de bacterie Escherichia coli metaboliseerd de disacharide suiker lactose. Lactose wordt getransporteerd in de cellen van E. Coli door de activiteit van lac permease een type van symporters. Dit systeem is energie gestuurd, als elk lactose molecuul in de cel wordt getransporteerd de proton motive

force daalt.

Page 7: Microbiologie samenvatting

Groep translocatie: dit is een vorm van transport waarbij de stof chemisch modificeerd is tijdens de transport. Bij E.coli is de suiker, glucose, mannose en fructose bestudeerd. Deze componenten zijn gemodifeerd door fosforiolering (in het fosfosriolerings systeem). Er zijn 5 eiwitten nodig om een suiker te transporteren. voordat het transport plaatsvindt wordt elk eiwit uit het fosforioleringssysteem gefosforileerd en gedefosfoliseerd.

in gram-negatieve bacterien worden de strakke lagen peptidoglycan genoemd. Dit is een polysacharide die bestaat uit 2 suikers. Peptidoglycan is alleen aanwezig in bacterien, maar niet alle bacterien hebben dit.

ABC system: gram-negatieve bacterien bevatten een regio met periplasma. Dit ligt tussen het cytoplasmische membraan en een tweede membraan namelijk de buitenste membraan., deel van de gram-negatieve celwand. Het periplasma bevat veel verschillende eiwitten, veel van hun hebben een functie bij transport. Deze worden periplasma bindings eiwitten genoemd. ABC staat voor ATP binding. Dit systeem neemt organische componenten op. Een karakteristieke eigenschap van dit systeem is dat periplasme een hoge affiniteit heeft; deze eiwittten kunnen de stof binden ook als er een erg lage concentratie aanwezig is. 3.6 The cell wall of bacteria: Peptidoglycanbacterien kunnen in 2 hoofd groepen verdeeld worden, gram-positief en gram-negatief. de scheiding is baseerd op de gram vlek reactie. Maar verschillen en celwand structuur is het belangrijkste bij gram vlek reactie. de gram-negatieve celwand of envolop, is chemisch complex (bestaat uit verschillende moleculen) en het bestaat alleen uit 2 lagen. De gram-positive celwand is dikker en bestaat alleen uit een type moleculen. Bij beide wordt vooral gefocused op de polysachariden componenten. In gram-negatieve bacterien worden de onbuigbare lagen peptidoglycan genoemd. Dit is een polysacharide die bestaat uit 2 suikers. Peptidoglycan is alleen aanwezig in bacterien, maar niet alle bacterien hebben dit.

Er zijn veel verschillende peptidoglycan bekend met diversiteit. Maar in elke vorm van peptidoglycan moeten 2 suikers aanwezig zijn: N-acetylglucosamine enN-acetylmuramiczuur.

Page 8: Microbiologie samenvatting

In gram-positieve bacterien bestaat 90% uit peptidoglycan. En veel van deze bacterien hebben ook meerdere lagen van peptidoglycan over elkaar heen. Veel gram positieve bacterien hebben een zuur component wat teichoic zuur genoemd wordt, dit is ingebed in hun celwand. Deze polyalcoholen staan in verbinding met fosfaat esters en bevatten meestal suikers of D-alanine.

Bacterien kunnen niet leven zonder celwand archea (thermoplasma groep kan dit wel). Dit komt omdat deze groep of een eigen cytoplamische membraan hebben of omdat ze in een gastheer zitten zoals een dier. 3.7 The outer membraneBij gram-negatieve bacterien bestaat maar 10 % uut peptidoglycan. Het meeste van de celwand is samengesteld door de buitenste membraan. Dit deel is een effectieve tweede lipide dubbellaag, maar bestaat niet alleen uit fosfaatlipiden en eiwitten. Het buitenste membraan bevat ook polysachariden en wordt daarom

lipopolysacharide (LPS) genoemd. De hoofd fuctie van het buitenste membraan bij gram-negatieve bacterien is de toxische eigenschap heirvan bij pathogene bacterien. Deze buitenste laag is niet permeabel voor eiwitten en andere grote moleculen, zijn hoofd functie is dan ook om eiwitten te behouden binnen het membraan. Zo kunnen eiwitten niet weg gedeffundeerd worden en kunnen de eiwitten hun activiteiten in het periplasma laten plaats vinden.

Page 9: Microbiologie samenvatting

3.12 Endosporessommige soorten van bacterien producere structuren die endosporen genoemd worden. Het proces wordt sporulatie genoemd. Endosporen zijn cellen die erg

resistent zijn tegen hitte, kou, zware chemicalien en straling. Het is een overlevingsstructuur waardoor een bacterie toch noch kan overleven als het zich weer in zin vegetatieve tructuur veranderd. Zo een endospore kan jaren in de bodem blijven liggen en pas in actie komen als er een bepaald nutrient beschikbaar is. Het proces bestaat uit 3 stappen: activatie – kieming – uitgroei. De laaste stap, uit groei, beinvloed de synthese van RNA, eiwitten en DNA.

de kern die ontwikkeld is door de vegetatieve cel verschilt sterk met de vegetatieve vorm. Behalve het hoge percentage Calcium (wat helpt water te reduceren in de kern) heeft de kern een uitdrogings proces tijdens sporulatie. Het bevat alleen 10 tot 25% water. Het cytoplama bestaat dan ook uit een gel. Maar door de uitdroging is het in staat extreme temperaturen, straling en chemicalien te weerstaan.

De endospore bevat kleine zuur oplosbare eiwitten (SASP`s) deze worden aangemaakt tijdens de sporulatie. En ze bezitten 2 functies. SASP`s binden beetje met DNA in de kern en beschermt het van ultrviolette straling, droge hitte en uitdroging. SASP`s doen dit doordat ze de moleculaire structuur van DNA kunnen omvormen van B (normaal) naar A (de meer compactere vorm). 3.13 Flagella and motilitybeweging maakt het cellen mogelijk dat deze in verschillende hoeken in hun omgeving komen. Er zijn 2 hoofd groepen van cel mobiliteit, zwemmen en glijden. Veel prokaryoten zijn mobiel door zwemmen, en dit is afhankelijk vanaf de structuur flagnellen. Dit werkt door middel van rotatie en duwen. Bacterie flagnellen zijn lang, dun en hebben vrij liggende aanhangsels. Flagnellen kunnen aan verschillende plaatsen van de cel zitten. In polare flagnellatie zitten de flagnellen op een kant van de cel. (b) = polar

Page 10: Microbiologie samenvatting

Flagnellen zijn niet recht maar hebben een kromming, het filament van een flagnel is samengesteld uit veel kopien van eiwitten wat flagellin wordt genoemd. De vorm en de lengte van de flagnellen is afhankelijk van dit flagnellin. Er is een wijder regio op het filament wat, hook, genoemd wordt. De hook bestaat uit 1 type van eiwit en verbindt het filament met het moter gedeelte.de moter zit in het cytoplasmische membraan en de celwand en bestaat uit een centrale staaf dat door bepaalde ringen gaat.

het flagnellum is een kleine rotatie motor. Deze motor bestaat uit 2 hoofd componenten, de rotor en de stator. In de flagnellair motor, bestaat de roter uit de centrale staaf en de ringen; L, P, C en MS. De stator bestaat uit de mot eiwitten en omgeeft de hele motor en zijn functie is deze te koppelen. De energie voor de flagnellen komt van de proton motiv force. Door de beweging van protonen door het cytoplamische membraan en door het mot eiwit drijft de rotatie aan (zie plaatje).

Ook bij archaea bestaat flagnellaire mobiliteit door te zwemmen, hoofd geslachten zijn: methanogenen, extremehalofielen, thermozuurfielen en hyperthermofielen. Maar in tegenstelling tot bacterien zijn bij archaea meerdere verschillende flagnellin eiwitten bekend. Ook worden de flagnellen van archaea beter aangedreven door ATP dan door de proton motive force. Daarom hebben bacterien en archaea ieder hun eigen mechanisme en zijn deze dus niet gelijktijdig ontwikkeld.

bij bacterien roteren de flagnellen niet bij een constante snelheid maar dit verhoogd of verlaagd zich steeds, dit is afhankelijk van de kracht van de proton motive force. De zwemsnelheid is erfelijk bepaald. In het plaatje hieronder is te zien dat de bacterien op verschillende manieren zwemmen, afhankelijk op welke plaats ze hun flagnellen hebben.3.14 Gliding motilitysommige prokaryoten kunnen niet zwemmen maar glijden om zich voort te

bewegen. Glijden is langzamere en gladere vorm van bewegen en meestal gebeurt dit langs de lange as van de cel. Glijden is weid verspreid bij bacterien, glijdende bacterien zijn staafvormig en het glijd proces laat toe dat ze in contact kunnen komen met ene stevige oppervlakte. Bacterien zoals de cyanobacterie scheiden slijm af zodat ze beter kunnen glijden. Maar sommige bacterien gebruiken (ook) IV pili om beter te kunnen glijden. Ook wordt de proton motive force voor de energie voorziening gebuikt.3.15 Microbial taxesprokaryoten ontmoeten vaak gradienten van fysische of chemische kant

Page 11: Microbiologie samenvatting

in de natuur en hebben zich evolueerd om naar deze gradienten toe te zwemmen of juist er vanaf te zwemmen. Dit soort van bewegen wordt taxis genoemd.

Chemotaxis; als er een afwezigheid van een chemicalie is dan zal de cel willekeurig gaan zwemmen en sturen. Als es wel een chemicalie aanwezig is zal de cel ernaar toe sturen. als het organisme ernaar toe zwem (chemicalie) dan zullen de runs langer zijn en de tumbels minder. De chemoreceptoren, membraan eiwitten, kunnen de chemicalien waarnemen. En stuurt de flagnel naar deze chemicalie.

de intensiviteit van het zwemmen naar chemicalie hangt af hoe veel het wordt aangetrokken van de chemoreceptoren. En de bacterie neemt dan dus ook een stijging of niet stijging hiervan waar. Dit kan met een simpele test aangetoond worden door in elke beker een stof te doen die aantrekt of juist niet en neutraal is (zie plaatje)

veel fototropische micro-organismn kunnen ook naar licht zwemmen dut wordt fototaxis genoemd. Een voordeel hierbij is dat ze zelf naar het licht kunnen sturen en daardoor het benodigde energie krijgen.

Chapter 5: Microbial growth5.7 The microbial growthe cyclehet verdubbelen van cellen gaat constant in een bepaalde period en dit is de expotentieele groei. Maar een bacterie kan niet oneindelijk expotentieel groeien er bestaat een cyclus die elke bacterie bij groei ondergaat (zie plaatje). Als een bacterie vers in een nieuwe omgeving wordt gedaan dan heeft het een tijd nodig om zich aan te passen dit is de Lag fase. Daarna zal deze genoeg nutrienten vinden en dus ook expotentieel groeien (expotentiele fase) de snelheid van de expotentiele groei is afhankelijk van de omgeving waarin de bacterie is. Hierna komt de stationare fase, dit kan door 2 dingen komen, of de essentiele nutrienten in het medium zijn op of de afgescheden producten verhinderen verdere groei. Als laaste komt de dood fase, de bactreien zullen langzaam afsterven dus langzaam dalende lijn. (zie plaatje).2.12 Effect of temperature on growthTemperatuur is de belangrijkste factor voor de groei en overleving van micro-organismen. Maar de hoogte van deze temperatuur is voor ieder mirco-organisme soort specifiek. Maar meestal is het temperatuur gemiddelde van hun habitat de temperatuur die de micro-organismen kunnen verdragen. Temperatuur heeft op 2 verschillende manieren effect op mirco-organismen: als de temperatuur stijgt dan zal het metabolisme van het organisme ook stijgen, maar tot een bepaald punt. Als het over het maximum gaat dan is groei niet morgelijk, cel gaat dood. En als het niet boven het minimum uit komt dan kan er ok geen groei plaats vinden en de cel gaat evenals dood. Bij het optimum punt heeft de cel het maximum van zijn metabolisme snelheid bereikt. Deze drie worden de cardinale temperaturen genoemd.

de klassen van de micro-organismen zijn te verdelen in de temperatuur waarin deze klassen groeien. mesofielen zijn wijd verspreid in de

Page 12: Microbiologie samenvatting

natuur en meestal zijn dit warmbloedige dieren en organismen die voorkomen op land en water van tropische temperatuur. 5.15 Osmotic effectsin water zitten opgeloste stoffen zoals zouten, suikers en andere stoffen. Deze stoffen hebben een effect op water, hierdoor is water minder beschikbaar voor micro-organismen. Wateractiviteit (Aw) = water beschikbaarheid. Uitgedrukt als deel van de dampspanning tussen lucht en puur water en de dampspanning tussen lucht in evenwicht met een gegeven oplossing. Wateractiviteit vindt gewoonlijk plaats tussen 0.9o en 1 plaats. Bij osmose, deffundeerd water alrijd van een hoge naar een lage concentratie. Dus normaal gesproken heeft het cytoplasma van een cel dus ook een hogere concentratie dan zijn omgeving. Je hebt 3 soorten halofielen, halotolerant: ze kunnen de wateractiviteit (zout in water) toleren maar groeien in een andere omgeving beter en extreme halofielen kunnen in een erg zoute omgeving leven maar niet in een (normale) zout omgeving.

5.17 Oxygen and mirco-organisms

ook verschillen micro-organismen in het nodig of niet nodig hebben van zuurstof. Deze zijn in klassen te verdelen. Microaerofielen zijn mirco-organismen die aeroob en die alleen zuurstof gebruiken als het aanwezig is als reduceerde zuurstof van de lucht. Facultatieve mirco-organismen zijn aeroob dus kunnen beter in de aanwezigheid van zuurstof groeien maar kunnen ook onder anearobe omstandigheden groeien. Bij anaerobe orgaismen bestaan en aerotolerante en obligate soorten. Aerotolerant kan in een zuurstof milieu groeien ookal zal hij de zuurstof niet gebruiken en obligate soorten zullen die alleen in de afwezigheid van zuurstof kunnen groeien.

Chapter 13: Phototropy, chemolithotrophy and major biosyntheses13.8 Oxidation of reduced sulfur compounds.de meeste sulfiet componenten die gebruikt als elektronen donors zijn (H2S) , (S) en ( S2O3

2-). In de meeste gavallen zal het product van de oxidatie van deze stoffen ( SO4

2-) zijn. Sulfiet oxidatie gebeurt in stappen, de eerste stap is de oxidatie van sulfiet in sulfaat. Het mirco-organisme kan een sulfiet atoom weghaleb voor de oxidatie van sulfaat. Dit gebeurt door de activiteit in het

periplasma. Een product die uit de oxidatie of reductie ontstaat zijn protonen.

Page 13: Microbiologie samenvatting

13.10 Nitrificationde anorganische nitrogen componenten ammonium en nitraat zijn chemolithotrofe stoffen. Ze zijn bij aerobe omstandigheden geoxideerd door de nitrificerende bacterien. Dit proces wordt nitrificatie genoemd. (microbiologie verslag).

1e stap nitrificatie, ammonia oxiderende bacterien 22 stap nitrificatie, nitrite oxiderende bacterien

Page 14: Microbiologie samenvatting

13.11 Anammox anammox betekent; anoxische ammonium oxidatie. Dit proces is katalyseerd door een obligaat anearobe bacterien (dus autotroof). Ammonia wordt geoxideerd in de anammox reactie met NO2

-, en speelt als N2: elektronen acceptor de volgende rol:NH4

+ + NO2- N2 + 2 H2O

de anammoxosoom is een structuur die in het membraan ligt, het neemt ruwweg de helft van het celvolume in beslag en bevat geen normaal cytoplasma. Ook lipiden in het anammoxosoom membraan zijn geen typische lipiden van bacterien, deze bestaan uit vertzuren die uit multi cyclobutaan ringen bestaan en deze ringen zijn gebonden zijn met glycerol door een esterbinding. Door deze membraan structuur voorkomt het anammoxosoom de diffusie van stoffen in het cytoplasma. hierdoor kunnen de toxische stoffen, die tijdens de anammox reactie geproduceerd worden, niet het cytoplasma in diffunderen. Hydrazine (N2H4) is een tussenproduct van de anammox reactie en wordt geoxideerd naar N2 en elektronen.

Anammox bacterien zijn autotrofe organismen, deze groeien door de CO2 als hun koolstof bron en gebruiken NO2- als hun

elektronen donor, om cel materiaal te produceren. CO2 + 2NO2 + H2O CH2O + 2NO3-

doordat ze autotrofen zijn hebben de anammox bacterien een gebrek aan calvin cyclus enzymen en het mechanisme van CO2 fixatie wordt daarom door de acetyl-CoA weg gemaakt. 13.14 Nitrogen fixation and nitrogenasebij stikstof fixatie wordt N2 gereduceerd tot NH3 een hoofd vorm van stikstof. En dit kan assimileerd worden tot organische vormen, zoals aminozuren en nucleotiden. Maar bepaalde soorten prokaryoten kunnen stikstof fixeren, sommige zijnn daarvan vrijlevend en sommige leven in symbiose, en kunnen dus alleen tsikstof fixeren als er een bepaalde plant bij zit. Geen eukaryote organismen kunnen stikstof fixeren. Biologische stikstof-fixatie wordt gekatalyseerd door een groot enzymen complex, wat nitrogenase genoemd wordt. Nitrogenase bestaat uit 2 verschillende eiwitten, dinitrogenase en dinitrogenase reductase. Beide eiwitten bevatten ijzer en molybdenum. Deze bevatten een cofactor> FeMo-co. stikstof-fixatie wordt verhinderd door zuurstof dit is omdat dinnitrogenase reductase snel en onomkeerbaar is door zuurstof. En dit is ook als dit enzym geisoleerd is van aerobe stikstof-fixatie.

de elektronen overdracht in nitrogenase gaat als volgt: elektronen donor dinitrogenase reductase dinitrogenase N2 met NH3 als eindproduct. de elektronen voor N2 reductie zijn overgedragen door dinitrogenase reductase van ferrodoxin of flavodoxin. Beide hebben een laag ijzer-zwavel eiwit gehalte. Flavodoxin of ferrodoxin is gereduceerd door de oxidatie van pyruvate.

Chapter 14: Catabolism of organic compounds14.6 Anaerobe respiration: General principlesbij aerobe respiratie wordt zuurstof als elektronen acceptor gebruikt. Bij anaerobe respiratie worden andere stiffen als elektronen acceptor gebruikt. Maar deze verschillende respiratie systemen lijken wel sterk op elkaar. De energie die verkrijgt wordt met zuurstof als elektronen acceptor is groter dan dat er een andere stof gebruikt wordt als elektronen acceptor. Daarom is aerobe respiratie dominant als de processen beide in een organisme voorkomen. Andere elektronen acceptors;, MN4+, Fe3+, NO3

- of NO2-

14.7 Nitrate reduction and denitrificationanorganische stikstof componenten zijn de meest voorkomende elektronen acceptors in anaerobe respiratie. Het figuur hiernaast laat de verschillende vormen van anorganische stikstof zien. het denitrificatie proces is dat dat nitraat reduceerd kan worden tot verschillende stoffen (zie hiernaast) en deze vormen zijn allemaal gasvormig dus kunnenmakkelijk in het milieu kwijt komen. Het enzym dat de eerste stap van nitraat doet reduceren is nitraat reductase. Denitrificatie is de belangrijkste biologische bron voor het maken van N2.

Page 15: Microbiologie samenvatting

14.8 sulfate and sulfur reductionsverschillende anorganische zwavel componenten zijn belangrijke elektronenn acceptors. Bij anearobe respiratie. Sulfaat is de meest voorkomende vorm van oxideerde zwavel. Het eindproduct van de sulfaat reductie is waterstofsulfiede (H2S). Dat een belangrijk product is voor biochemische processen. De meeste organismen: planten, schimmels, algen en meeste prokaryoten

gebruiken sulfaat als hun zwavel bron.

sulfaat is ongunstiger dan zuurstof of nitraat, maar er is voldoende energie door de sulfaat reductie om ATP aan te maken. Waterstof wordt door alle sulfaat reducerende bacterien gebruikt. Sulfaat is chemisch gezien een vrij stabiele stof en kan niet gereduceerd worden voordat het niet eerst geactiveerd wordt. Sulfaat wordt geactiveerd in een reactie waarbij ATP verschijnt. Het enzym sulfaatylase katalyseerd het proces waarin sulfaat wordt omgezet in een fosfaat van ATP; wat de APS vormt. (bij dissimilatieve sulfaat reductie)=Het sulfaat in de APS wordt direct gereduceerd naar sulfiet, door het enzym APS reductase en AMP. (bij assimilatieve sulfaat reductie)= een fosfaat koppelt met APS om fofaatadenosine te vormen (PAPS), en alleen dan kan sulfaat gereduceerd worden. Als bij beide vomen sulfiet gevormd is genereren beide H2S.

14.10 Methanogenesishet biologische proces voor het

Page 16: Microbiologie samenvatting

maken van methaan wordt door een groep anearobe archaea gedaan: de methanogenese. De reductie van CO2 van H2 vormt CH4, dit is het basis principe van methanagonese. Bij dit proces zijn veel co/enzymen betrokken.

Elektronen voor de reductie van CO2 naar CH4 komen normaal gesproken van H2. Maar ook alcoholen en CO kunnen in sommige methanogenen als elektronen donor dienen. Stappen van methanogenese:1) CO2 is geactiveerd door methanofuraan bevattende enzyme, en reduceerd naar een formyl level. De elektronen donor is ferredoxin2) de formyl groep is overgedragen van methanofuraan naar een enzym bevattende methanopterin. Dit wordt uitgedroogd en gereduceerd in 2 verschillende stappen, methylene en methyl levels. De elektronen donor is reduceerd naar F420

3) de methyl groep wordt overgedragen van methanoterin naar een enzym bevattend CoM door het enzym transferase. Deze reactie is gelinked aan de Na+ pump in het membraan.4) Methyl-CoM wordt gereduceerd naar methaan door mythyl reductase.

14.15 Methylotrphy and methanotrophy

Methaan en veel andere C1 componenten kunne catboliseerd worden door aerobische methanotrofen. Methanotrofen zijn organismen die organische componenten

gebruiken mte gebrek aan C-C binding als elektronen donors en koolstof bron. Sammenvatting van CH4 oxidatie naar CO2: CH4 CH3OH CH2O HCOO CO2. De eerste stap van aerobe oxidatie van CH4 wordt gedaan door het enzym methane monooxygenase (MMO). MMO katalyseerd het vestigen van zuurstof atomen in koolstof componenten. De elektronen donor voor het cytoplasmatische MOO is NADH en dit is ook de donor coor MMO.

Chapter 16: microbial evolution and systematics16.1 Formation and early history of earthongeveer 4,5 biljoen jaar geleden is de aarde ontstaan. Door asteroiden werd de planet gevormd en door ijs asteroiden is water waarschijnlijk op onze planeet gekomen. Door de fossielen die gevonden zijn is er ontdekt dat er al vroeg mircobieel leven op aarde was, dit waren simpele staven

Page 17: Microbiologie samenvatting

en kokken. In stenen 3,5 biljoen jaar geleden worden mircobiele formaties stromatolieten genoemd. Stromatolieten zijn microbiele matten die uit lagen van filamente prokaryoten bestaan en gevangen zijn in minerale materialen. Stromatolieten kunnen sich op verschillende gebieden specaliseren en kunnen dus in elk gebied anders uit zien. dus ook al in de vroege jaren van de aarde hadden stromatolieten veel verschillende morfologische vormen. 16.2 Origin of cellulair lifeOntstaan van het eerste leven: Surface Origin Hypothese- Leven ontstond aan aardoppervlakSubsurface Origin Hypothese (water)- Leven ontstond nabij hydrothermale bronnen op oceanbodemMilieu is constanter, Waarschijnlijk voortdurend genoeg energie ter beschikking (H2 and H2S)

de eerste zelf-replicerende systemen waren op basis van RNA. door de breekbaarheid van RNA, zou het hebben kunnen overleven bij koudere temperaturen. Omdat RNA kleine moleculen kan binden zoals ATP of andere nucleotiden, heeft RNA zijn eigen synthese versneld voor suikers, basen en fosfaten. Ook kan RNA andere moleculen binden zoals aminozuren en ook primitieve eiwitten katalyseren. Later ontstond er een ander type van eiwitten, eentje die in staat is ook processen te laten katalyseren en deze eiwitten namen de taak van het RNA over. hierna ontstond DNA, een stabiele vorm om genetisch materiaal te bewaren dan RNA, en nam de globale rol van RNA over.

Cellulair leven heeft zich in 2 verschillende richtingen ontwikkeld door de fysochemische verschillen. Deze twee populaties van cellen ondergingen toen veel selectie van verbeterde transport, metabolisme, mobiliteit, energie bewaren en veel andere structule en functionele aspecten. Zo hebben de 2 populaties verschillende lipen, celwanden en specaliseerde metabolismen ontwikkeld. Zo zijn de lijnen Archaea en Bacteria ontstaan. moleculair zuurstof kwam niet kwantentief veel voor tot zuurstof fotosynthese van cyanobacterien zich ontwikkelde. Veel premitieve cellen waren anaeroob omdat zij de hitte stand houden moesten en er geen zuurstof aanwezig was. koolstof metabolisme was wel autotroof omdat de consumptie van abiotische stoffen, organische stoffen worden gevormd in de cel. Maar deze componenten waren snel uitgeput en. als er CO2 als koolstof bron werd gebruikt was dit een voordeel hiervan was genoeg. Chemolithotrofen hebben de H2 gebruikt voor metabolisme, hiervan was ook meer dan genoeg aanwezig in hun habitat.

Chapter 18: Other bacteria19.3 Methanogenic Archaeafysologisch zijn methanogenen obligaat anaerobe organismen. Methanogenen hebben een grote diversiteit van morphologie. En hun taxonomie is baseerd op zowel de fysologische als morphologisch eigenschappen. Er zijn drie componenten van methagonene stoffen:

Page 18: Microbiologie samenvatting