Informatie

6: Bacteriën - Oppervlaktestructuren - Biologie


Lagen buiten de celwand

Wat hebben we tot nu toe geleerd, in termen van cellagen? Alle cellen hebben een celmembraan. Deze zouden buiten zowel het celmembraan als de celwand worden gevonden, indien aanwezig.

Capsule

een bacterie capsule is een polysacharidelaag die de cel volledig omhult. Het is goed georganiseerd en strak verpakt, wat de weerstand tegen kleuring onder de microscoop verklaart. De capsule biedt bescherming tegen verschillende bedreigingen voor de cel, zoals uitdroging, hydrofobe toxische materialen (d.w.z. detergenten) en bacteriële virussen. De capsule kan het vermogen van bacteriële pathogenen om ziekten te veroorzaken vergroten en kan bescherming bieden tegen fagocytose (opslorping door witte bloedcellen die bekend staan ​​als fagocyten). Ten slotte kan het helpen bij het hechten aan oppervlakken.

Slijm laag

een bacterie slijm laag is vergelijkbaar met de capsule in die zin dat het typisch is samengesteld uit polysachariden en de cel volledig omringt. Het biedt ook bescherming tegen verschillende bedreigingen, zoals uitdroging en antibiotica. Het kan ook zorgen voor hechting aan oppervlakken. Dus, hoe verschilt het van de capsule? Een slijmlaag is een losse, ongeorganiseerde laag die gemakkelijk van de cel kan worden verwijderd die hem heeft gemaakt, in tegenstelling tot een capsule die stevig rond de bacteriële celwand integreert.

Moordenaar

Sommige bacteriën hebben een sterk georganiseerde laag gemaakt van uitgescheiden eiwitten of glycoproteïnen die zichzelf assembleren tot een matrix op het buitenste deel van de celwand. Dit regelmatig gestructureerd Moordenaar is verankerd in de celwand, hoewel het bij bacteriën niet wordt beschouwd als officieel onderdeel van de celwand. S-lagen spelen een zeer belangrijke rol voor de bacteriën die ze hebben, met name op het gebied van groei en overleving, en celintegriteit.

S-lagen helpen de algehele stijfheid van de celwand en oppervlaktelagen te behouden, evenals de celvorm, die belangrijk zijn voor reproductie. S-lagen beschermen de cel tegen ion/pH-veranderingen, osmotische stress, schadelijke enzymen, bacteriële virussen en predatorbacteriën. Ze kunnen zorgen voor celadhesie aan andere cellen of oppervlakken. Voor pathogene bacteriën kunnen ze bescherming bieden tegen fagocytose.

Structuren buiten de celwand

Bacteriën kunnen ook structuren hebben buiten de celwand, vaak gebonden aan de celwand en/of celmembraan. De bouwstenen voor deze structuren worden meestal in de cel gemaakt en vervolgens langs het celmembraan en de celwand uitgescheiden, om aan de buitenkant van de cel te worden geassembleerd.

Fimbriae (zing fimbria)

Fimbriae zijn dunne draadvormige aanhangsels die zich vanaf de cel uitstrekken, vaak in de tientallen of honderden. Ze zijn samengesteld uit pilin eiwitten en worden door de cel gebruikt om zich aan oppervlakken te hechten. Ze kunnen vooral belangrijk zijn voor pathogene bacteriën, die ze gebruiken om zich aan gastheerweefsels te hechten.

Pili (zing. pilin)

Pili lijken erg op fimbriae (sommige leerboeken gebruiken de termen door elkaar) in die zin dat het dunne draadvormige aanhangsels zijn die zich vanuit de cel uitstrekken en gemaakt zijn van piline-eiwitten. Pili kan ook worden gebruikt voor hechting, zowel aan oppervlakken als aan gastheercellen, zoals de Neisseria gonorroe cellen die hun pili gebruiken om zaadcellen te grijpen, voor doorgang naar de volgende menselijke gastheer. Dus waarom zouden sommige onderzoekers de moeite nemen om onderscheid te maken tussen fimbriae en pili?

Pili zijn meestal langer dan fimbriae, met slechts 1-2 aanwezig op elke cel, maar dat lijkt nauwelijks genoeg om de twee structuren van elkaar te onderscheiden. Het komt er eigenlijk op neer dat een paar specifieke pili deelnemen aan functies die verder gaan dan gehechtheid. De conjugatief pili deelnemen aan het proces dat bekend staat als: conjugatie, die de overdracht van een klein stukje DNA van een donorcel naar een ontvangende cel mogelijk maakt. De type IV pilic een rol spelen bij een ongebruikelijk type beweeglijkheid dat bekend staat als trillende beweeglijkheid, waar een pilus zich hecht aan een vast oppervlak en vervolgens samentrekt, waardoor de bacterie met een schokkerige beweging naar voren wordt getrokken.

Flagella (zang. flagellum)

Bacteriële motiliteit wordt meestal geleverd door structuren die bekend staan ​​​​als: flagella. Het bacteriële flagellum verschilt in samenstelling, structuur en functie van het eukaryote flagellum, dat werkt als een flexibele zweepachtige staart met behulp van microtubuli. Het bacteriële flagellum is stijf van aard en werkt meer als de propeller op een boot.

Er zijn drie hoofdcomponenten voor het bacteriële flagellum:

  1. de gloeidraad - een lang dun aanhangsel dat zich uitstrekt vanaf het celoppervlak. Het filament is samengesteld uit het eiwit flagelline en is hol. Flagelline-eiwitten worden in het celcytoplasma getranscribeerd en vervolgens door het celmembraan en de celwand getransporteerd. Een bacterieel flagellair filament groeit vanaf de punt (in tegenstelling tot het haar op je hoofd), en voegt steeds meer flagelline-eenheden toe om de lengte te verlengen totdat de juiste maat is bereikt. De flagelline-eenheden worden op hun plaats geleid door een eiwitkap.
  2. de haak – dit is een gebogen koppeling die de gloeidraad aan de flagellaire motor bevestigt.
  3. de motor – een roterende motor die zowel het celmembraan als de celwand omspant, met extra componenten voor het gramnegatieve buitenmembraan. De motor heeft twee componenten: de basaal lichaam, die de rotatie geeft, en de stator, die het koppel levert dat nodig is om de rotatie te laten plaatsvinden. Het basale lichaam bestaat uit een centrale schacht omgeven door eiwitringen, twee in de grampositieve bacteriën en vier in de gramnegatieve bacteriën. De stator bestaat uit: Mot eiwitten die de ring(en) omringen die in het celmembraan zijn ingebed.

Flagellum basisdiagram. Door LadyofHats (Eigen werk) [Public Domain], Via Wikipedia Commons

Bacteriële beweging

Bacteriële beweging omvat meestal het gebruik van flagella, hoewel er ook een paar andere mogelijkheden zijn (zoals het gebruik van type IV pili voor spiertrekkingen). Maar zeker het meest voorkomende type bacteriële beweging is: zwemmen, die wordt bereikt met het gebruik van een flagellum of flagella.

Zwemmen

Rotatie van het flagellaire basale lichaam vindt plaats vanwege de proton-aandrijfkracht, waarbij protonen die zich ophopen aan de buitenkant van het celmembraan door poriën in de Mot-eiwitten worden gedreven, en interageren met ladingen in de ringeiwitten wanneer ze door het membraan gaan. De interactie zorgt ervoor dat het basale lichaam roteert en het filament dat zich uit de cel uitstrekt, draait. Rotatie kan plaatsvinden bij 200-1000 rpm en resulteren in snelheden van 60 cellengtes/seconde (ter vergelijking, een cheeta beweegt met een maximale snelheid van 25 lichaamslengtes/seconde).

Rotatie kan optreden in a met de klok mee (CW) of een tegen de klok in (CCW)richting, met verschillende resultaten voor de cel. Een bacterie zal naar voren bewegen, een zogenaamde "loop, " wanneer er een CCW-rotatie is en willekeurig heroriënteert, een "tuimelen”, wanneer er een CW-rotatie is.

Motiliteit van de kurkentrekker

Sommige spiraalvormige bacteriën, bekend als de spirocheten, gebruik een kurkentrekker-motiliteit vanwege hun ongebruikelijke morfologie en flagellaire conformatie. Deze gram-negatieve bacteriën hebben gespecialiseerde flagellen die zich hechten aan het ene uiteinde van de cel, zich terugtrekken door het periplasma en zich vervolgens hechten aan het andere uiteinde van de cel. Wanneer deze endoflagella ze draaien torsie op de hele cel, wat resulteert in een buigende beweging die bijzonder effectief is om door stroperige vloeistoffen te graven.

Zweefbewegingen

Glijdende beweeglijkheid is precies zoals het klinkt, een langzamere en gracieuzere beweging dan de andere vormen die tot nu toe zijn behandeld. Glijdende beweeglijkheid wordt vertoond door bepaalde filamenteuze of bacillus-bacteriën en vereist geen gebruik van flagella. Het vereist wel dat de cellen in contact staan ​​met een vast oppervlak, hoewel er meer dan één mechanisme is geïdentificeerd. Sommige cellen vertrouwen op slijmvoortstuwing, waar uitgescheiden slijm de cel voortstuwt, terwijl andere cellen vertrouwen op eiwitten van de oppervlaktelaag om de cel naar voren te trekken.

Chemotaxis

Nu we de basis van de bacteriële flagellaire motor en de mechanica van bacterieel zwemmen hebben behandeld, laten we de twee onderwerpen combineren om over te praten chemotaxis of andere soorten belastingen (alleen niet mijn belastingen). Chemotaxis verwijst naar de beweging van een organisme naar of weg van een chemische stof. U kunt ook hebben fototaxi's, waar een organisme reageert op licht. Bij chemotaxis wordt een gunstige stof (zoals een voedingsstof) aangeduid als een lokstof, terwijl een stof met een nadelig effect op de cel (zoals een toxine) wordt aangeduid als a afstotend. Bij afwezigheid van een lokstof of een afweermiddel zal een cel een "willekeurige wandeling”, waar het afwisselend tuimelt en rent, en uiteindelijk nergens in het bijzonder komt. In de aanwezigheid van een bepaald type gradiënt, zullen de bewegingen van de cel vertekend raken, wat na verloop van tijd resulteert in de beweging van de bacterie naar een lokstof en weg van eventuele afweermiddelen. Hoe gebeurde dit?

Laten we eerst bespreken hoe een bacterie weet welke kant hij op moet. Bacteriën vertrouwen op eiwitreceptoren ingebed in hun membraan, genaamd chemoreceptoren, die specifieke moleculen binden. Binding resulteert meestal in methylering of fosforylering van de chemoreceptor, wat een uitgebreide eiwitroute in gang zet die uiteindelijk de rotatie van de flagellaire motor beïnvloedt. De bacteriën houden zich bezig met tijdelijke waarneming, waar ze de concentratie van een stof vergelijken met de concentratie die slechts enkele seconden (of microseconden) eerder is verkregen. Op deze manier verzamelen ze informatie over de oriëntatie van de concentratiegradiënt van de stof. Naarmate een bacterie dichter bij de hogere concentraties van een lokstof komt, worden runs (gedicteerd door CCW flagellaire rotatie) langer, terwijl tumbling (gedicteerd door CW flagellaire rotatie) afneemt. Er zullen nog steeds momenten zijn dat de bacterie in de verkeerde richting weggaat van een lokstof, omdat tuimelen resulteert in een willekeurige heroriëntatie van de cel, maar het zal niet lang in de verkeerde richting gaan. Het resultaat "bevooroordeelde willekeurige wandeling” stelt de cel in staat om snel de gradiënt van een lokstof omhoog te bewegen (of de gradiënt van een afweermiddel af te dalen).

Bacteriële beweging. Door Brudersohn (Eigen werk (oorspronkelijke tekst: selbst erstellt)) [CC BY-SA 2.0 de], via Wikimedia Commons

Sleutelwoorden

capsule, slijmlaag, S-laag, fimbriae/fimbria, pilin, pili/pilus, conjugatieve pili, conjugatie, type IV pili, spiertrekkingen, flagella/flagellum, filament, flagelline, haak, motor, basaal lichaam, stator, Mot-eiwitten , zwemmen, met de klok mee (CW), tegen de klok in (CCW), rennen, tuimelen, spirocheten, kurkentrekker-motiliteit, endoflagella, glijdende motiliteit, chemotaxis, fototaxis, lokstof, afweermiddel, willekeurige wandeling, chemoreceptoren, temporele detectie, bevooroordeelde willekeurige wandeling.

Essentiële vragen/doelstellingen

  1. Wat zijn de samenstellingen en functies van capsules en slijmlagen? Wanneer worden ze geproduceerd? Hoe vergroten capsules of slijmlagen de overlevingskansen van bacteriën in verschillende omgevingen?
  2. Wat zijn fimbriae en pili; wat zijn hun samenstellingen en functies? Wat is de grootte van bacteriële flagellen en hoe kunnen ze op een bacteriële cel worden gerangschikt? Hoe vaak komen flagellen voor bij bacteriën?
  3. Wat is de basissamenstelling van een bacterieel flagellum en hoe verschilt dit van flagella in eukaryoten? Hoe groeien bacteriële flagella en hoe worden eiwitten over het membraan getransporteerd? Hoe zorgen ze voor beweging? Waarin verschilt de beweging van eukaryote flagella?
  4. Hoe worden bacteriële flagella aan het lichaam bevestigd? Hoe werken de 2 binnenringen om beweging te veroorzaken en wat drijft de beweging aan? Wat is het doel van de 2 buitenste ringen in het basale lichaam van gram-bacteriën? Wat hebben gram + in plaats daarvan?
  5. Hoe verschillen endoflagella van flagella en in wat voor soort bacteriën komen ze voor? Waar werken ze beter dan flagella?
  6. Wat is chemotaxis? Hoe beïnvloedt de draairichting van de flagella de manier waarop een bacterie beweegt? Wat weten we over het mechanisme van chemotaxis in termen van membraanbindende eiwitten en chemotactische mediatoren? Hoe lang duren stimuli in chemotaxis en waarom is dit belangrijk voor het fenomeen?

Verkennende vragen (OPTIONEEL)

  1. Hoe kan chemotaxis in microben worden gebruikt om problemen met milieuvervuiling aan te pakken?

6: Bacteriën - Oppervlaktestructuren - Biologie

Ze staan ​​net zo los van mensen als levende wezens kunnen zijn, maar bacteriën zijn essentieel voor het menselijk leven en het leven op planeet Aarde. Hoewel ze berucht zijn vanwege hun rol bij het veroorzaken van ziekten bij de mens, van tandbederf tot de Zwarte Pest, zijn er nuttige soorten die essentieel zijn voor een goede gezondheid.

Een soort die symbiotisch in de dikke darm leeft, produceert bijvoorbeeld vitamine K, een essentiële bloedstollingsfactor. Andere soorten zijn indirect gunstig. Bacteriën geven yoghurt zijn pittige smaak en zuurdesembrood zijn zure smaak. Ze maken het voor herkauwers (koeien, schapen, geiten) mogelijk om plantaardige cellulose te verteren en voor sommige planten (sojabonen, erwten, luzerne) om stikstof om te zetten in een meer bruikbare vorm.

Bacteriën zijn prokaryoten, zonder goed gedefinieerde kernen en membraangebonden organellen, en met chromosomen die zijn samengesteld uit een enkele gesloten DNA-cirkel. Ze zijn er in vele soorten en maten, van minuscule bollen, cilinders en spiraaldraden tot gevlagde staven en filamenteuze kettingen. Ze komen praktisch overal op aarde voor en leven op enkele van de meest ongewone en schijnbaar onherbergzame plaatsen.

Er zijn aanwijzingen dat bacteriën al 3,5 miljard jaar geleden bestonden, waardoor ze een van de oudste levende organismen op aarde zijn. Zelfs ouder dan de bacteriën zijn de archeanen (ook wel archaebacteriën genoemd) kleine prokaryotische organismen die alleen in extreme omgevingen leven: kokend water, superzoute poelen, zwavelspuwende vulkanische openingen, zuur water en diep in het Antarctische ijs. Veel wetenschappers geloven nu dat de archaea en bacteriën zich bijna vier miljard jaar geleden afzonderlijk van een gemeenschappelijke voorouder hebben ontwikkeld. Miljoenen jaren later splitsten de voorouders van de huidige eukaryoten zich af van de archaea. Ondanks de oppervlakkige gelijkenis met bacteriën, biochemisch en genetisch, verschillen de archea net zo van bacteriën als bacteriën van mensen.

Aan het eind van de 17e eeuw was Antoni van Leeuwenhoek de eerste die bacteriën onder de microscoop bestudeerde. In de negentiende eeuw demonstreerden de Franse wetenschapper Louis Pasteur en de Duitse arts Robert Koch de rol van bacteriën als pathogenen (die ziekten veroorzaken). De twintigste eeuw zag tal van vorderingen in de bacteriologie, wat wijst op hun diversiteit, oude afkomst en algemeen belang. Het meest opvallende is dat een aantal wetenschappers over de hele wereld een bijdrage hebben geleverd op het gebied van microbiële ecologie, wat aantoont dat bacteriën essentieel waren voor voedselwebben en voor de algehele gezondheid van de ecosystemen van de aarde. De ontdekking dat sommige bacteriën verbindingen produceerden die dodelijk zijn voor andere bacteriën, leidde tot de ontwikkeling van antibiotica, wat een revolutie teweegbracht in de geneeskunde.

Er zijn twee verschillende manieren om bacteriën te groeperen. Ze kunnen worden onderverdeeld in drie typen op basis van hun reactie op gasvormige zuurstof. Aërobe bacteriën hebben zuurstof nodig voor hun gezondheid en bestaan ​​en zullen zonder zuurstof sterven. Anerobe bacteriën kunnen helemaal geen gasvormige zuurstof verdragen en sterven wanneer ze eraan worden blootgesteld. Facultatieve aneraoben geven de voorkeur aan zuurstof, maar kunnen zonder.

De tweede manier om ze te groeperen is door hoe ze hun energie verkrijgen. Bacteriën die complexe organische verbindingen moeten consumeren en afbreken, zijn heterotrofen. Dit omvat soorten die worden aangetroffen in rottend materiaal en soorten die gebruikmaken van fermentatie of ademhaling. Bacteriën die hun eigen energie creëren, gevoed door licht of door chemische reacties, zijn autotrofen.

Capsule - Sommige soorten bacteriën hebben een derde beschermende laag, een capsule die bestaat uit polysachariden (complexe koolhydraten). Capsules spelen een aantal rollen, maar de belangrijkste zijn om te voorkomen dat de bacterie uitdroogt en om hem te beschermen tegen fagocytose (opslokken) door grotere micro-organismen. Het kapsel is een belangrijke virulentiefactor in de belangrijkste ziekteverwekkende bacteriën, zoals Escherichia coli en Streptococcus pneumoniae. Niet-ingekapselde mutanten van deze organismen zijn avirulent, d.w.z. ze veroorzaken geen ziekte.

Celomhulsel - Het celomhulsel bestaat uit twee tot drie lagen: het binnenste cytoplasmatische membraan, de celwand en - bij sommige soorten bacteriën - een buitenste capsule.

Celwand - Elke bacterie is omgeven door een stijve celwand die is samengesteld uit peptidoglycaan, een eiwit-suiker (polysacharide) molecuul. De wand geeft de cel zijn vorm en omringt het cytoplasmatische membraan en beschermt het tegen de omgeving. Het helpt ook om aanhangsels zoals de pili en flagella te verankeren, die hun oorsprong vinden in het cytoplasmamembraan en door de wand naar buiten steken. De sterkte van de wand zorgt ervoor dat de cel niet barst wanneer er grote verschillen zijn in osmotische druk tussen het cytoplasma en de omgeving.

De samenstelling van de celwand varieert sterk tussen bacteriën en is een van de belangrijkste factoren bij de analyse en differentiatie van bacteriesoorten. Bijvoorbeeld een relatief dikke, gaasachtige structuur die het mogelijk maakt om twee basissoorten bacteriën te onderscheiden. Een techniek bedacht door de Deense arts Hans Christian Gram in 1884, maakt gebruik van een kleur- en wastechniek om onderscheid te maken tussen de twee vormen. Bij blootstelling aan een gramkleuring behouden grampositieve bacteriën de paarse kleur van de vlek omdat de structuur van hun celwanden de kleurstof vasthoudt. Bij gramnegatieve bacteriën is de celwand dun en geeft de kleurstof gemakkelijk af wanneer deze wordt gewassen met een alcohol- of acetonoplossing.

Cytoplasma - Het cytoplasma, of protoplasma, van bacteriële cellen is waar de functies voor celgroei, metabolisme en replicatie worden uitgevoerd. Het is een gelachtige matrix die bestaat uit water, enzymen, voedingsstoffen, afvalstoffen en gassen en bevat celstructuren zoals ribosomen, een chromosoom en plasmiden. De celenvelop omhult het cytoplasma en al zijn componenten. In tegenstelling tot de eukaryote (echte) cellen, hebben bacteriën geen door een membraan omsloten kern. Het chromosoom, een enkele, continue DNA-streng, is gelokaliseerd, maar niet aanwezig, in een gebied van de cel dat de nucleoïde wordt genoemd. Alle andere cellulaire componenten zijn verspreid over het cytoplasma.

Een van die componenten, plasmiden, zijn kleine, extrachromosomale genetische structuren die door veel bacteriestammen worden gedragen. Net als het chromosoom zijn plasmiden gemaakt van een cirkelvormig stuk DNA. In tegenstelling tot het chromosoom zijn ze niet betrokken bij de voortplanting. Alleen het chromosoom heeft de genetische instructies voor het initiëren en uitvoeren van celdeling, of binaire splitsing, het primaire reproductiemiddel bij bacteriën. Plasmiden repliceren onafhankelijk van het chromosoom en hoewel ze niet essentieel zijn om te overleven, lijken ze bacteriën een selectief voordeel te geven.

Plasmiden worden op twee manieren doorgegeven aan andere bacteriën. Voor de meeste soorten plasmiden worden kopieën in het cytoplasma tijdens binaire splitsing doorgegeven aan dochtercellen. Andere soorten plasmiden vormen echter een buisachtige structuur aan het oppervlak, een pilus genaamd, die kopieën van het plasmide doorgeeft aan andere bacteriën tijdens conjugatie, een proces waarbij bacteriën genetische informatie uitwisselen. Van plasmiden is aangetoond dat ze een belangrijke rol spelen bij de overdracht van speciale eigenschappen, zoals resistentie tegen antibiotica, resistentie tegen zware metalen en virulentiefactoren die nodig zijn voor infectie van dierlijke of plantaardige gastheren. Het vermogen om specifieke genen in plasmiden in te voegen, heeft ze tot uiterst bruikbare hulpmiddelen gemaakt op het gebied van moleculaire biologie en genetica, met name op het gebied van genetische manipulatie.

Cytoplasmatisch membraan - Een laag fosfolipiden en eiwitten, het cytoplasmatische membraan genaamd, omsluit het inwendige van de bacterie en reguleert de stroom van materialen in en uit de cel. Dit is een structurele eigenschap die bacteriën delen met alle andere levende cellen een barrière die hen in staat stelt selectief te interageren met hun omgeving. Membranen zijn zeer georganiseerd en asymmetrisch met twee zijden, elke zijde met een ander oppervlak en verschillende functies. Membranen zijn ook dynamisch en passen zich voortdurend aan verschillende omstandigheden aan.

Flagella - Flagella (enkelvoud, flagellum) zijn haarachtige structuren die een voortbewegingsmiddel vormen voor de bacteriën die ze hebben. Ze zijn te vinden aan een of beide uiteinden van een bacterie of over het hele oppervlak. De flagella sloeg in een propellerachtige beweging om de bacterie te helpen zich naar voedingsstoffen te verplaatsen, weg van giftige chemicaliën of, in het geval van de fotosynthetische cyanobacteriën, naar het licht.

Nucleoïde - De nucleoïde is een gebied van het cytoplasma waar het chromosomale DNA zich bevindt. Het is geen membraangebonden kern, maar gewoon een gebied van het cytoplasma waar de strengen DNA worden gevonden. De meeste bacteriën hebben een enkel, circulair chromosoom dat verantwoordelijk is voor replicatie, hoewel een paar soorten er twee of meer hebben. Kleinere circulaire hulp-DNA-strengen, plasmiden genaamd, worden ook in het cytoplasma aangetroffen.

Pili - Veel soorten bacteriën hebben pili (enkelvoud, pilus), kleine haarachtige uitsteeksels die uit het buitenste celoppervlak komen. Deze uitgroeiingen helpen de bacteriën bij het hechten aan andere cellen en oppervlakken, zoals tanden, darmen en stenen. Zonder pili verliezen veel ziekteverwekkende bacteriën hun vermogen om te infecteren omdat ze zich niet kunnen hechten aan gastheerweefsel. Gespecialiseerde pili worden gebruikt voor conjugatie, waarbij twee bacteriën fragmenten van plasmide-DNA uitwisselen.

Ribosomen - Ribosomen zijn microscopisch kleine "fabriekjes" die in alle cellen worden aangetroffen, inclusief bacteriën. Ze vertalen de genetische code van de moleculaire taal van nucleïnezuur naar die van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Eiwitten zijn de moleculen die alle functies van cellen en levende organismen vervullen. Bacteriële ribosomen lijken op die van eukaryoten, maar zijn kleiner en hebben een iets andere samenstelling en moleculaire structuur. Bacteriële ribosomen zijn nooit gebonden aan andere organellen zoals ze soms zijn (gebonden aan het endoplasmatisch reticulum) in eukaryoten, maar zijn vrijstaande structuren verspreid over het cytoplasma. Er zijn voldoende verschillen tussen bacteriële ribosomen en eukaryote ribosomen dat sommige antibiotica de werking van bacteriële ribosomen zullen remmen, maar niet die van een eukaryoot, waardoor bacteriën worden gedood, maar niet de eukaryote organismen die ze infecteren.


Celoppervlakstructuren

Een gootsteenafvoer kan verstopt raken met vast vet zoals glyceryltristearaat (tristearine). (7.7,9.4,15.2,15.3.15.4)
A. Hoe zou het toevoegen van loog (NaOH) aan de gootsteenafvoer de verstopping verwijderen?
B. Schrijf de vergelijking voor de reactie die optreedt.
C. Hoeveel milliliter van een .500 mathrm wiskunde$ oplossing is nodig om $ 10,0 mathrm . volledig te verzepen$ glyceryltristearaat (tristearine)?
(BEELD KAN NIET KOPIREN)

Teken de gecondenseerde structuurformule voor een glycerofosfolipide dat twee stearinezuren en een fosfaat gebonden aan ethanolamine bevat. (15.2,15.5)

Match het lipoproteïne $(1 ext < tot >4)$ met zijn beschrijving (a tot $mathbf$ ). (15.6)
1. chylomicronen $quad$ 2. VLDL $quad$ 3. LDL $quad$ 4. HDL
A. heeft de grootste overvloed aan eiwitten
B. "slechte" cholesterol
C. draagt ​​triacylglycerolen gesynthetiseerd in de lever naar de spieren
NS. heeft de laagste dichtheid

Match het lipoproteïne $(1 ext < to >4 ext < ) met zijn beschrijving ( a to >mathrm$). (15,6) 1. chylomicronen $quad$ 2. VLDL $quad$ 3. LDL $quad$ 4. HDL
A. "goede" cholesterol
B. transporteert het grootste deel van het cholesterol naar de cellen
C. vervoert triacylglycerolen van de darm naar de vetcellen
NS. transporteert cholesterol naar de lever

Welke van de volgende komen voor in celmembranen? (15.7)
A. eiwitten
B. waxen
C. fosfolipiden

Welke van de volgende komen voor in celmembranen? (15.7)
A. cholesterol
B. triacylglycerolen
C. koolhydraten

Identificeer de componenten ( 1 tot 6 ) in elk van de volgende lipiden ( a tot $mathbf$ ): (15.1,15.2,15.3,15.5,15.6)
1. glycerol
2. vetzuur
3. fosfaat
4. aminoalcohol
5. steroïde kern
6. sfingosine
A. glycerofosfolipide
B. sfingomyeline
C. aldosteron
NS. linolzuur

Identificeer de componenten ( 1 tot 6 ) in elk van de volgende lipiden ( a tot $mathbf$ ): (15.1,15.2,15.3,15.5,15.6)
1. glycerol
2. vetzuur
3. fosfaat
4. aminoalcohol
5. steroïde kern
6. sfingosine
A. oestrogeen
B. cefalin
C. $operatornaam$
NS. triacylglycerol

Identificeer elk van de volgende stoffen als een vetzuur, zeep, triacylglycerol, was, glycerofosfolipide, sfingolipide of steroïde: (15.1 15.2,15.3.115.5,15.6)
A. sfingomyeline
B. walvis blubber
C. vetweefsel
NS. progesteron
e. cortisone
F. stearinezuur

Identificeer elk van de volgende stoffen als een vetzuur, zeep, triacylglycerol, was, glycerofosfolipide, sfingolipide of steroïde: (15.1 15.2,15.3.115.5,15.6)
A. bijenwas
B. cholesterol
C. lecithine
NS. glyceryl tripalmitaat (tripalmitine)
e. natriumstearaat
F. Saffloer olie

Omdat pindaolie op pindakaas drijft, zijn veel merken pindakaas gehydrogeneerd. Een triacylglycerol in arachideolie die één oliezuur en twee linolzuren bevat, is volledig gehydrogeneerd. Teken de verkorte structuurformule voor het product. (15.3.15.4)

Op de ingrediëntenlijst van een cosmetisch product staan ​​glyceryltristearaat en een lecithine. (15.1,15.3)
A. Welke soorten lipiden zijn gebruikt?
B. Teken de gecondenseerde structuurformule voor lecithine met palmitinezuren en choline.


Bacteriën kunnen de volgende aanhangsels hebben.

Pili, Fimbriae: Deze holle, haarachtige structuren gemaakt van eiwitten zorgen ervoor dat bacteriën zich aan andere cellen kunnen hechten. Een gespecialiseerde pilus, de geslachtspilus, maakt de overdracht van plasmide-DNA van de ene bacteriële cel naar de andere mogelijk. Pili (sing., pilus) worden ook fimbriae (sing., fimbria) genoemd.

Flagella: Het doel van flagella (zingen, flagellum) is beweeglijkheid. Flagella zijn lange aanhangsels die door middel van een "motor" in het celomhulsel draaien. Bacteriën kunnen één, enkele of veel flagella hebben op verschillende posities op de cel.


Het celoppervlak

Professor Neil A.R. Gow, PhD

Het celoppervlak heeft tot doel verschillende gemeenschappen samen te brengen om de kennis van het celoppervlak te vergroten, en verkent specifiek de raakvlakken tussen deze disciplines.

We publiceren artikelen over fundamentele en toegepaste biologie over de mechanismen van: biosynthese en afbraak structuur en functie fysico-chemie mechanische eigenschappen regulatie genetica biochemie en fysiologie van deze extracellulaire polymeren en polymeernetwerken, inclusief systemen en synthetische biologie. Het tijdschrift accepteert ook artikelen over aspecten van de eigenschappen van plasmamembranen in de specifieke context van de synthese of organisatie van extracellulaire materialen.

Artikelen over medische, immunologische, ecologische, evolutionaire of biotechnologische aspecten van het ontdekken van geneesmiddelen/vaccins van de eigenschappen van celwanden en oppervlakken, extracellulaire celoppervlakken en matrixcomponenten zijn welkom, inclusief artikelen die belangrijke technologische en methodologische platforms beschrijven.

Rekening houdend met de trans-koninkrijkse aard van TCS, worden auteurs aangemoedigd om een ​​brede context te bieden aan hun studies in het Inleidende gedeelte van hun manuscripten, waarbij ze, indien nodig, algemene referenties en een figuur gebruiken om de structuur en processen uit te leggen die aan hun werk ten grondslag liggen. zou het artikel geschikt maken voor lezers die werken aan organismen uit andere koninkrijken.


Biofilm Functie

De micro-organismen in een biofilm aggregeren om een ​​kolonie te vormen voor metabolische samenwerking. Deze coöperatieve groeimethode verhoogt de overleving van de cellen door verbeterde afweer, verhoogde beschikbaarheid van voedingsstoffen en betere mogelijkheden voor cellulaire communicatie en overdracht van genetisch materiaal.

Cellulaire verdediging is belangrijk om fysieke bedreigingen tegen te gaan, zoals verplaatsing door een stromende vloeistof of verwijdering door het immuunsysteem. De polysacharidecoating op de biofilm werkt als een hechtmiddel om de kolonie aan een oppervlak te hechten. Dit voorkomt verwijdering van de cellen door fysieke kracht. Het voorkomt ook penetratie van de biofilm door het immuunsysteem of antibiotica. Biofilms kunnen moeilijk te verwijderen zijn en kunnen risico's voor de menselijke gezondheid opleveren. Bij cystische fibrose kan zich bijvoorbeeld een biofilm vormen in de longen die tot ongunstige symptomen leidt. Tandplak is een ander voorbeeld van een bacteriële biofilm die kan leiden tot gaatjes en tandvleesaandoeningen. Een aantal andere bacteriële aandoeningen kan ook worden veroorzaakt door biofilms, waaronder cholera, tuberculose en de veteranenziekte.

1. Welke van de volgende is geen reden voor biofilmvorming?
A. reproductie
B. verdediging
C. communicatie
NS. groei

2. Waar is de slijmlaag van gemaakt?
A. eiwit
B. vet
C. suiker
NS. geen van de bovenstaande

3. Waar worden biofilms gevonden?
A. in de oceaan
B. bij dieren
C. op metalen oppervlakken
NS. alle bovenstaande


Wat is de cel?

  • De oproep wordt gedefinieerd als de basis structurele, functionele en biologische eenheid van alle bekende levende organismen. De cellen zijn de autonome, zichzelf replicerende kleinste levenseenheid.
  • Ze worden ook wel de “bouwstenen van het leven”.
  • De term 'cel' kwam van een Latijns woord 'cella' wat betekent "kleine kamer“.
  • Een tak van de biologie waar we cellen bestuderen heet celbiologie, celbiologie of cytologie.
  • In 1665 ontdekte de Engelse wetenschapper en architect Robert Hooke de cel voor het eerst.

6: Bacteriën - Oppervlaktestructuren - Biologie

Ze staan ​​net zo los van mensen als levende wezens kunnen zijn, maar bacteriën zijn essentieel voor het menselijk leven en het leven op planeet Aarde. Hoewel ze berucht zijn vanwege hun rol bij het veroorzaken van ziekten bij de mens, van tandbederf tot de Zwarte Pest, zijn er nuttige soorten die essentieel zijn voor een goede gezondheid.

Een soort die symbiotisch in de dikke darm leeft, produceert bijvoorbeeld vitamine K, een essentiële bloedstollingsfactor. Andere soorten zijn indirect gunstig. Bacteriën geven yoghurt zijn pittige smaak en zuurdesembrood zijn zure smaak. Ze maken het voor herkauwers (koeien, schapen, geiten) mogelijk om plantaardige cellulose te verteren en voor sommige planten (sojabonen, erwten, luzerne) om stikstof om te zetten in een meer bruikbare vorm.

Bacteriën zijn prokaryoten, zonder goed gedefinieerde kernen en membraangebonden organellen, en met chromosomen die zijn samengesteld uit een enkele gesloten DNA-cirkel. Ze zijn er in vele soorten en maten, van minuscule bollen, cilinders en spiraaldraden tot gevlagde staven en filamenteuze kettingen. Ze komen praktisch overal op aarde voor en leven op enkele van de meest ongewone en schijnbaar onherbergzame plaatsen.

Er zijn aanwijzingen dat bacteriën al 3,5 miljard jaar geleden bestonden, waardoor ze een van de oudste levende organismen op aarde zijn. Zelfs ouder dan de bacteriën zijn de archeanen (ook wel archaebacteriën genoemd) kleine prokaryotische organismen die alleen in extreme omgevingen leven: kokend water, superzoute poelen, zwavelspuwende vulkanische openingen, zuur water en diep in het Antarctische ijs. Veel wetenschappers geloven nu dat de archaea en bacteriën zich bijna vier miljard jaar geleden afzonderlijk van een gemeenschappelijke voorouder hebben ontwikkeld. Miljoenen jaren later splitsten de voorouders van de huidige eukaryoten zich af van de archaea. Ondanks de oppervlakkige gelijkenis met bacteriën, biochemisch en genetisch, verschillen de archea net zo van bacteriën als bacteriën van mensen.

Aan het eind van de 17e eeuw was Antoni van Leeuwenhoek de eerste die bacteriën onder de microscoop bestudeerde. In de negentiende eeuw demonstreerden de Franse wetenschapper Louis Pasteur en de Duitse arts Robert Koch de rol van bacteriën als pathogenen (die ziekten veroorzaken). De twintigste eeuw zag tal van vorderingen in de bacteriologie, wat wijst op hun diversiteit, oude afkomst en algemeen belang. Het meest opvallende is dat een aantal wetenschappers over de hele wereld een bijdrage hebben geleverd op het gebied van microbiële ecologie, wat aantoont dat bacteriën essentieel waren voor voedselwebben en voor de algehele gezondheid van de ecosystemen van de aarde. De ontdekking dat sommige bacteriën verbindingen produceerden die dodelijk zijn voor andere bacteriën, leidde tot de ontwikkeling van antibiotica, wat een revolutie teweegbracht in de geneeskunde.

Er zijn twee verschillende manieren om bacteriën te groeperen. Ze kunnen worden onderverdeeld in drie typen op basis van hun reactie op gasvormige zuurstof. Aërobe bacteriën hebben zuurstof nodig voor hun gezondheid en bestaan ​​en zullen zonder zuurstof sterven. Anerobe bacteriën kunnen helemaal geen gasvormige zuurstof verdragen en sterven wanneer ze eraan worden blootgesteld. Facultatieve aneraoben geven de voorkeur aan zuurstof, maar kunnen zonder.

De tweede manier om ze te groeperen is door hoe ze hun energie verkrijgen. Bacteriën die complexe organische verbindingen moeten consumeren en afbreken, zijn heterotrofen. Dit omvat soorten die worden aangetroffen in rottend materiaal en soorten die gebruikmaken van fermentatie of ademhaling. Bacteriën die hun eigen energie creëren, gevoed door licht of door chemische reacties, zijn autotrofen.

Capsule - Sommige soorten bacteriën hebben een derde beschermende laag, een capsule die bestaat uit polysachariden (complexe koolhydraten). Capsules spelen een aantal rollen, maar de belangrijkste zijn om te voorkomen dat de bacterie uitdroogt en om hem te beschermen tegen fagocytose (opslokken) door grotere micro-organismen. Het kapsel is een belangrijke virulentiefactor in de belangrijkste ziekteverwekkende bacteriën, zoals Escherichia coli en Streptococcus pneumoniae. Niet-ingekapselde mutanten van deze organismen zijn avirulent, d.w.z. ze veroorzaken geen ziekte.

Celomhulsel - Het celomhulsel bestaat uit twee tot drie lagen: het binnenste cytoplasmatische membraan, de celwand en - bij sommige soorten bacteriën - een buitenste capsule.

Celwand - Elke bacterie is omgeven door een stijve celwand die is samengesteld uit peptidoglycaan, een eiwit-suiker (polysacharide) molecuul. De wand geeft de cel zijn vorm en omringt het cytoplasmatische membraan en beschermt het tegen de omgeving. Het helpt ook om aanhangsels zoals de pili en flagella te verankeren, die hun oorsprong vinden in het cytoplasmamembraan en door de wand naar buiten steken. De sterkte van de wand zorgt ervoor dat de cel niet barst wanneer er grote verschillen zijn in osmotische druk tussen het cytoplasma en de omgeving.

De samenstelling van de celwand varieert sterk tussen bacteriën en is een van de belangrijkste factoren bij de analyse en differentiatie van bacteriesoorten. Bijvoorbeeld een relatief dikke, gaasachtige structuur die het mogelijk maakt om twee basissoorten bacteriën te onderscheiden. Een techniek bedacht door de Deense arts Hans Christian Gram in 1884, maakt gebruik van een kleur- en wastechniek om onderscheid te maken tussen de twee vormen. Bij blootstelling aan een gramkleuring behouden grampositieve bacteriën de paarse kleur van de vlek omdat de structuur van hun celwanden de kleurstof vasthoudt. Bij gramnegatieve bacteriën is de celwand dun en geeft de kleurstof gemakkelijk af wanneer deze wordt gewassen met een alcohol- of acetonoplossing.

Cytoplasma - Het cytoplasma, of protoplasma, van bacteriële cellen is waar de functies voor celgroei, metabolisme en replicatie worden uitgevoerd. Het is een gelachtige matrix die bestaat uit water, enzymen, voedingsstoffen, afvalstoffen en gassen en bevat celstructuren zoals ribosomen, een chromosoom en plasmiden. De celenvelop omhult het cytoplasma en al zijn componenten. In tegenstelling tot de eukaryote (echte) cellen, hebben bacteriën geen door een membraan omsloten kern. Het chromosoom, een enkele, continue DNA-streng, is gelokaliseerd, maar niet aanwezig, in een gebied van de cel dat de nucleoïde wordt genoemd. Alle andere cellulaire componenten zijn verspreid over het cytoplasma.

Een van die componenten, plasmiden, zijn kleine, extrachromosomale genetische structuren die door veel bacteriestammen worden gedragen. Net als het chromosoom zijn plasmiden gemaakt van een cirkelvormig stuk DNA. In tegenstelling tot het chromosoom zijn ze niet betrokken bij de voortplanting. Alleen het chromosoom heeft de genetische instructies voor het initiëren en uitvoeren van celdeling, of binaire splitsing, het primaire reproductiemiddel bij bacteriën. Plasmiden repliceren onafhankelijk van het chromosoom en hoewel ze niet essentieel zijn om te overleven, lijken ze bacteriën een selectief voordeel te geven.

Plasmiden worden op twee manieren doorgegeven aan andere bacteriën. Voor de meeste soorten plasmiden worden kopieën in het cytoplasma tijdens binaire splitsing doorgegeven aan dochtercellen. Andere soorten plasmiden vormen echter een buisachtige structuur aan het oppervlak, een pilus genaamd, die kopieën van het plasmide doorgeeft aan andere bacteriën tijdens conjugatie, een proces waarbij bacteriën genetische informatie uitwisselen. Van plasmiden is aangetoond dat ze een belangrijke rol spelen bij de overdracht van speciale eigenschappen, zoals resistentie tegen antibiotica, resistentie tegen zware metalen en virulentiefactoren die nodig zijn voor infectie van dierlijke of plantaardige gastheren. Het vermogen om specifieke genen in plasmiden in te voegen, heeft ze tot uiterst bruikbare hulpmiddelen gemaakt op het gebied van moleculaire biologie en genetica, met name op het gebied van genetische manipulatie.

Cytoplasmatisch membraan - Een laag fosfolipiden en eiwitten, het cytoplasmatische membraan genaamd, omsluit het inwendige van de bacterie en reguleert de stroom van materialen in en uit de cel. Dit is een structurele eigenschap die bacteriën delen met alle andere levende cellen een barrière die hen in staat stelt selectief te interageren met hun omgeving. Membranen zijn zeer georganiseerd en asymmetrisch met twee zijden, elke zijde met een ander oppervlak en verschillende functies. Membranen zijn ook dynamisch en passen zich voortdurend aan verschillende omstandigheden aan.

Flagella - Flagella (enkelvoud, flagellum) zijn haarachtige structuren die een voortbewegingsmiddel vormen voor de bacteriën die ze hebben. Ze zijn te vinden aan een of beide uiteinden van een bacterie of over het hele oppervlak. De flagella sloeg in een propellerachtige beweging om de bacterie te helpen zich naar voedingsstoffen te verplaatsen, weg van giftige chemicaliën of, in het geval van de fotosynthetische cyanobacteriën, naar het licht.

Nucleoïde - De nucleoïde is een gebied van het cytoplasma waar het chromosomale DNA zich bevindt. Het is geen membraangebonden kern, maar gewoon een gebied van het cytoplasma waar de strengen DNA worden gevonden. De meeste bacteriën hebben een enkel, circulair chromosoom dat verantwoordelijk is voor replicatie, hoewel een paar soorten er twee of meer hebben. Kleinere circulaire hulp-DNA-strengen, plasmiden genaamd, worden ook in het cytoplasma aangetroffen.

Pili - Veel soorten bacteriën hebben pili (enkelvoud, pilus), kleine haarachtige uitsteeksels die uit het buitenste celoppervlak komen. Deze uitgroeiingen helpen de bacteriën bij het hechten aan andere cellen en oppervlakken, zoals tanden, darmen en stenen. Zonder pili verliezen veel ziekteverwekkende bacteriën hun vermogen om te infecteren omdat ze zich niet kunnen hechten aan gastheerweefsel. Gespecialiseerde pili worden gebruikt voor conjugatie, waarbij twee bacteriën fragmenten van plasmide-DNA uitwisselen.

Ribosomen - Ribosomen zijn microscopisch kleine "fabriekjes" die in alle cellen worden aangetroffen, inclusief bacteriën. Ze vertalen de genetische code van de moleculaire taal van nucleïnezuur naar die van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Eiwitten zijn de moleculen die alle functies van cellen en levende organismen vervullen. Bacteriële ribosomen lijken op die van eukaryoten, maar zijn kleiner en hebben een iets andere samenstelling en moleculaire structuur. Bacteriële ribosomen zijn nooit gebonden aan andere organellen zoals ze soms zijn (gebonden aan het endoplasmatisch reticulum) in eukaryoten, maar zijn vrijstaande structuren verspreid over het cytoplasma. Er zijn voldoende verschillen tussen bacteriële ribosomen en eukaryote ribosomen dat sommige antibiotica de werking van bacteriële ribosomen zullen remmen, maar niet die van een eukaryoot, waardoor bacteriën worden gedood, maar niet de eukaryote organismen die ze infecteren.


De prokaryotische cel

Bedenk dat prokaryoten eencellige organismen zijn die geen membraangebonden organellen of andere interne membraangebonden structuren hebben (Figuur 2). Hun chromosoom - meestal enkelvoudig - bestaat uit een stuk circulair, dubbelstrengs DNA dat zich in een gebied van de cel bevindt dat de nucleoïde wordt genoemd. De meeste prokaryoten hebben een celwand buiten het plasmamembraan. De celwand fungeert als een beschermende laag en is verantwoordelijk voor de vorm van het organisme. Sommige bacteriesoorten hebben een capsule buiten de celwand. De capsule stelt het organisme in staat zich aan oppervlakken te hechten, beschermt het tegen uitdroging en aanval door fagocytische cellen, en maakt ziekteverwekkers resistenter tegen onze immuunresponsen. Sommige soorten hebben ook flagella (enkelvoud, flagellum) die wordt gebruikt voor voortbeweging, en pili (enkelvoud, pilus) die wordt gebruikt voor bevestiging aan oppervlakken, inclusief de oppervlakken van andere cellen. Plasmiden, die bestaan ​​uit extra-chromosomaal DNA, zijn ook aanwezig in veel soorten bacteriën en archaea.

Figuur 2: De kenmerken van een typische prokaryotische cel. Flagella, capsules en pili worden niet in alle prokaryoten gevonden.

Bedenk dat prokaryoten zijn verdeeld in twee verschillende domeinen, Bacteriën en Archaea, die samen met Eukarya de drie domeinen van het leven vormen (Figuur 3).

Figuur 3: De drie domeinen van levende organismen. Bacteriën en Archaea zijn beide prokaryoten, maar verschillen genoeg om in afzonderlijke domeinen te worden geplaatst. Er wordt aangenomen dat een voorouder van de moderne Archaea aanleiding heeft gegeven tot Eukarya, het derde domein van het leven. Grote groepen Archaea en Bacteriën worden getoond.

Kenmerken van bacteriële phyla zijn beschreven in figuur 4 en figuur 5. De belangrijkste bacteriële phyla zijn de Proteobacteria, de Chlamydias, de Spirochaetes, de fotosynthetische cyanobacteriën en de Gram-positieve bacteriën. De Proteobacteriën zijn op hun beurt weer onderverdeeld in verschillende klassen, van de Alpha- tot de Epsilon proteobacteriën. Van eukaryote mitochondriën wordt gedacht dat ze de afstammelingen zijn van alfaproteobacteriën, terwijl eukaryote chloroplasten zijn afgeleid van cyanobacteriën. Archaeale phyla worden beschreven in figuur 6.

Figuur 4: De Proteobacteriën. Phylum Proteobacteria is een van de maximaal 52 bacteriestammen. Proteobacteria is verder onderverdeeld in vijf klassen, Alpha tot Epsilon. (credit “Rickettsia rickettsia”: wijziging van werk door CDC credit “Spirillum minus”: wijziging van werk door Wolframm Adlassnig credit “Vibrio cholera”: wijziging van werk door Janice Haney Carr, CDC credit “Desulfovibrio vulgaris”: wijziging van werk door Graham Bradley-tegoed "Campylobacter": wijziging van het werk van De Wood, Pooley, USDA, ARS, EMU-schaalbalkgegevens van Matt Russell)

Figuur 5: Andere bacteriële phyla. Chlamydia, spirocheten, cyanobacteriën en grampositieve bacteriën worden in deze tabel beschreven. Merk op dat de vorm van een bacterie geen phylum-afhankelijke is. Bacteriën binnen een phylum kunnen cocci, staafvormig of spiraalvormig zijn. (credit “Chlamydia trachomatis”: wijziging van het werk door Dr. Lance Liotta Laboratory, NCI credit “Treponema pallidum”: wijziging van het werk door Dr. David Cox, CDC credit “Phormidium”: wijziging van het werk door USGS credit “Clostridium difficile”: wijziging van het werk van Lois S. Wiggs, CDC-schaalbalkgegevens van Matt Russell)

Figuur 6: Archaea phyla. Archaea zijn onderverdeeld in vier phyla: de Korarchaeota, Euryarchaeota, Crenarchaeota en Nanoarchaeota. (credit “Halobacterium”: wijziging van werk door NASA credit “Nanoarchaeotum equitans”: wijziging van werk door Karl O. Stetter credit “Korarchaeota”: wijziging van werk door Office of Science van het Amerikaanse ministerie van Energie schaalbalkgegevens van Matt Russel)

Het plasmamembraan van prokaryoten

Het prokaryotische plasmamembraan is een dunne lipide dubbellaag (6 tot 8 nanometer) die de cel volledig omringt en de binnenkant van de buitenkant scheidt. Zijn selectief permeabele aard houdt ionen, eiwitten en andere moleculen in de cel en voorkomt dat ze diffunderen naar de extracellulaire omgeving, terwijl andere moleculen door het membraan kunnen bewegen. Bedenk dat de algemene structuur van een celmembraan een fosfolipide dubbellaag is die is samengesteld uit twee lagen lipidemoleculen. In archaeale celmembranen, isopreen (fytanyl) ketens gekoppeld aan glycerol vervangen de vetzuren gekoppeld aan glycerol in bacteriële membranen. Sommige archaeale membranen zijn lipide monolagen in plaats van dubbellagen (Figuur 7).

Afbeelding 7: Bacteriële en archaeale fosfolipiden. Archaeale fosfolipiden verschillen op twee manieren van die in Bacteria en Eukarya. Ten eerste hebben ze vertakte fytanylzijketens in plaats van lineaire. Ten tweede verbindt een etherbinding in plaats van een esterbinding het lipide met de glycerol.

De celwand van prokaryoten

Het cytoplasma van prokaryotische cellen heeft een hoge concentratie opgeloste stoffen. Daarom is de osmotische druk in de cel relatief hoog. De celwand is een beschermende laag die sommige cellen omgeeft en ze vorm en stevigheid geeft. Het bevindt zich buiten het celmembraan en voorkomt osmotische lysis (barsten door toenemend volume). De chemische samenstelling van de celwand varieert tussen Archaea en Bacteria, en ook tussen bacteriesoorten.

Bacteriële celwanden bevatten peptidoglycaan, samengesteld uit polysacharideketens die verknoopt zijn door ongebruikelijke peptiden die zowel L- als D-aminozuren bevatten, waaronder D-glutaminezuur en D-alanine. (Eiwitten hebben normaal gesproken alleen L-aminozuren als gevolg, veel van onze antibiotica werken door D-aminozuren na te bootsen en hebben daarom specifieke effecten op de ontwikkeling van bacteriële celwanden.) Er zijn meer dan 100 verschillende vormen van peptidoglycaan. S-laag (oppervlaktelaag) eiwitten zijn ook aanwezig aan de buitenkant van celwanden van zowel Archaea als Bacteria.

Bacteriën zijn onderverdeeld in twee hoofdgroepen: Gram-positieve en Gram-negatief , op basis van hun reactie op Gram-kleuring. Merk op dat alle Gram-positieve bacteriën behoren tot één phylum-bacterie in de andere phyla (Proteobacteria, Chlamydias, Spirochetes, Cyanobacteria en anderen) zijn Gram-negatief. De Gram-kleuringsmethode is vernoemd naar de uitvinder, de Deense wetenschapper Hans Christian Gram (1853-1938). De verschillende bacteriële reacties op de kleuringsprocedure zijn uiteindelijk te wijten aan de celwandstructuur. Gram-positieve organismen missen meestal het buitenmembraan dat wordt aangetroffen in Gram-negatieve organismen (Figuur 8). Tot 90 procent van de celwand in Gram-positieve bacteriën bestaat uit peptidoglycaan, en het grootste deel van de rest bestaat uit zure stoffen die teichoïnezuren. Teichoïnezuren kunnen covalent worden gekoppeld aan lipiden in het plasmamembraan om te vormen lipoteichoïnezuren. Lipoteichoïnezuren verankeren de celwand aan het celmembraan. Gram-negatieve bacteriën hebben een relatief dunne celwand die bestaat uit een paar lagen peptidoglycaan (slechts 10 procent van de totale celwand), omgeven door een buitenste envelop die lipopolysacchariden (LPS) en lipoproteïnen bevat. Deze buitenste envelop wordt soms een tweede lipidedubbellaag genoemd. De chemie van deze buitenste envelop is echter heel anders dan die van de typische lipidedubbellaag die plasmamembranen vormt.


Biologie 171


Sluit je ogen en stel je een bakstenen muur voor. Wat is de basisbouwsteen van de muur? Het is een enkele steen. Net als een bakstenen muur zijn cellen de bouwstenen waaruit je lichaam bestaat.

Je lichaam heeft vele soorten cellen, elk gespecialiseerd voor een specifiek doel. Net zoals we een verscheidenheid aan materialen gebruiken om een ​​huis te bouwen, is het menselijk lichaam opgebouwd uit vele celtypen. Epitheelcellen beschermen bijvoorbeeld het lichaamsoppervlak en bedekken de organen en lichaamsholten binnenin. Botcellen helpen het lichaam te ondersteunen en te beschermen. Immuunsysteemcellen bestrijden binnendringende bacteriën. Bovendien vervoeren bloed en bloedcellen voedingsstoffen en zuurstof door het lichaam terwijl ze koolstofdioxide verwijderen. Elk van deze celtypes speelt een vitale rol tijdens de groei, ontwikkeling en het dagelijkse onderhoud van het lichaam. Ondanks hun enorme variëteit hebben cellen van alle organismen - zelfs die van bacteriën, uien en mensen - bepaalde fundamentele kenmerken gemeen.

Leerdoelen

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Noem voorbeelden van prokaryotische en eukaryote organismen
  • Vergelijk en contrasteer prokaryotische en eukaryote cellen
  • Beschrijf de relatieve afmetingen van verschillende cellen
  • Leg uit waarom cellen klein moeten zijn

Cellen vallen in een van de twee brede categorieën: prokaryotisch en eukaryoot. We classificeren alleen de overwegend eencellige organismen Bacteria en Archaea als prokaryoten (pro- = "voor" -kary- = "kern"). Dierlijke cellen, planten, schimmels en protisten zijn allemaal eukaryoten (eu- = "waar").

Componenten van prokaryotische cellen

Alle cellen hebben vier gemeenschappelijke componenten: 1) een plasmamembraan, een buitenste laag die het binnenste van de cel scheidt van de omgeving 2) cytoplasma, bestaande uit een gelei-achtig cytosol in de cel waarin zich andere cellulaire componenten bevinden 3) DNA, het genetisch materiaal van de cel en 4) ribosomen, die eiwitten synthetiseren. Prokaryoten verschillen echter op verschillende manieren van eukaryote cellen.

Een prokaryoot is een eenvoudig, meestal eencellig (eencellig) organisme dat geen kern of een ander membraangebonden organel heeft. We zullen binnenkort zien dat dit bij eukaryoten significant anders is. Prokaryotisch DNA bevindt zich in het centrale deel van de cel: de nucleoïde ((Figuur)).


De meeste prokaryoten hebben een peptidoglycaancelwand en vele hebben een polysacharidecapsule ((Figuur)). De celwand fungeert als een extra beschermingslaag, helpt de cel zijn vorm te behouden en voorkomt uitdroging. Door de capsule kan de cel zich hechten aan oppervlakken in zijn omgeving. Sommige prokaryoten hebben flagella, pili of fimbriae. Flagella worden gebruikt voor voortbeweging. Pili wisselt genetisch materiaal uit tijdens conjugatie, het proces waarbij de ene bacterie genetisch materiaal overdraagt ​​op de andere door direct contact. Bacteriën gebruiken fimbriae om zich aan een gastheercel te hechten.

Microbioloog De meest effectieve maatregel die iemand kan nemen om de verspreiding van besmettelijke ziekten te voorkomen, is zijn of haar handen te wassen. Waarom? Omdat microben (organismen die zo klein zijn dat ze alleen met microscopen kunnen worden gezien) alomtegenwoordig zijn. Ze leven van deurknoppen, geld, je handen en vele andere oppervlakken. Als iemand in zijn hand niest en een deurknop aanraakt, en daarna raak je diezelfde deurknop aan, dan zitten de microben van het niesslijm nu op je handen. Als u met uw handen uw mond, neus of ogen aanraakt, kunnen die microben uw lichaam binnendringen en u ziek maken.

Niet alle microben (ook wel micro-organismen genoemd) veroorzaken echter ziekten, de meeste zijn echt heilzaam. Je hebt microben in je darmen die vitamine K maken. Andere micro-organismen worden gebruikt om bier en wijn te fermenteren.

Microbiologen zijn wetenschappers die microben bestuderen. Microbiologen kunnen een aantal carrières nastreven. Ze zijn niet alleen werkzaam in de voedingsindustrie, maar ook op veterinair en medisch gebied. Ze kunnen in de farmaceutische sector werken en een sleutelrol vervullen in onderzoek en ontwikkeling door nieuwe antibioticabronnen te identificeren die bacteriële infecties kunnen behandelen.

Milieumicrobiologen kunnen op zoek gaan naar nieuwe manieren om speciaal geselecteerde of genetisch gemanipuleerde microben te gebruiken om verontreinigende stoffen uit de bodem of het grondwater te verwijderen, evenals gevaarlijke elementen van verontreinigde locaties. We noemen het gebruik van deze microben bioremediatietechnologieën. Microbiologen kunnen ook werkzaam zijn op het gebied van bioinformatica en leveren gespecialiseerde kennis en inzicht voor het ontwerpen, ontwikkelen en specificeren van computermodellen van bijvoorbeeld bacteriële epidemieën.

Celgrootte

Met een diameter van 0,1 tot 5,0 m zijn prokaryotische cellen aanzienlijk kleiner dan eukaryote cellen, die een diameter hebben van 10 tot 100 m ((Figuur)). Door de kleine omvang van de prokaryoten kunnen ionen en organische moleculen die ze binnenkomen snel diffunderen naar andere delen van de cel. Evenzo kunnen alle afvalstoffen die in een prokaryotische cel worden geproduceerd, snel diffunderen. Dit is niet het geval in eukaryote cellen, die verschillende structurele aanpassingen hebben ontwikkeld om het intracellulaire transport te verbeteren.


Kleine afmetingen zijn in het algemeen nodig voor alle cellen, of ze nu prokaryotisch of eukaryotisch zijn. Laten we eens kijken waarom dat zo is. Eerst bekijken we de oppervlakte en het volume van een typische cel. Niet alle cellen zijn bolvormig, maar de meeste hebben de neiging om een ​​bol te benaderen. Misschien herinner je je van je middelbare school meetkundecursus dat de formule voor het oppervlak van een bol 4πr 2 is, terwijl de formule voor het volume 4πr 3 /3 is. Dus als de straal van een cel toeneemt, neemt het oppervlak toe met het kwadraat van de straal, maar het volume neemt toe met de derde macht van de straal (veel sneller). Daarom, als een cel groter wordt, neemt de oppervlakte-tot-volumeverhouding af. Hetzelfde principe zou van toepassing zijn als de cel een kubusvorm had ((figuur)). Als de cel te groot wordt, zal het plasmamembraan niet voldoende oppervlak hebben om de diffusiesnelheid te ondersteunen die nodig is voor het grotere volume. Met andere woorden, naarmate een cel groeit, wordt deze minder efficiënt. Een manier om efficiënter te worden is door te verdelen. Een andere manier is om organellen te ontwikkelen die specifieke taken uitvoeren. Deze aanpassingen leiden tot de ontwikkeling van meer geavanceerde cellen, die we eukaryote cellen noemen.


Prokaryote cellen zijn veel kleiner dan eukaryote cellen. Welke voordelen kan een kleine celgrootte een cel opleveren? Welke voordelen kan een grote celgrootte hebben?

Sectie Samenvatting

Prokaryoten zijn eencellige organismen van de domeinen Bacteria en Archaea. Alle prokaryoten hebben plasmamembranen, cytoplasma, ribosomen en DNA dat niet membraangebonden is. De meeste hebben peptidoglycaancelwanden en velen hebben polysacharidecapsules. Prokaryote cellen variëren in diameter van 0,1 tot 5,0 m.

Naarmate een cel groter wordt, neemt de verhouding tussen oppervlakte en volume af. Als de cel te groot wordt, zal het plasmamembraan niet voldoende oppervlak hebben om de diffusiesnelheid te ondersteunen die nodig is voor het grotere volume.

Kunstverbindingen

(Figuur) Prokaryote cellen zijn veel kleiner dan eukaryote cellen. Welke voordelen kan een kleine celgrootte een cel opleveren? Welke voordelen kan een grote celgrootte hebben?

(Figuur) Stoffen kunnen sneller door kleine cellen diffunderen. Kleine cellen hebben geen organellen nodig en hoeven daarom geen energie te verbruiken om stoffen door organelmembranen te krijgen. Grote cellen hebben organellen die cellulaire processen kunnen scheiden, waardoor ze complexere moleculen kunnen bouwen.

Gratis antwoord

Antibiotica zijn geneesmiddelen die worden gebruikt om bacteriële infecties te bestrijden. Deze geneesmiddelen doden prokaryotische cellen zonder menselijke cellen te beschadigen. Op welk deel of welke delen van de bacteriecel denk je dat antibiotica zich richten? Waarom?

De celwand zou het doelwit zijn van antibiotica, evenals het vermogen van de bacteriën om te repliceren. Dit zou het vermogen van de bacterie om zich voort te planten remmen en het zou zijn afweermechanismen in gevaar brengen.

Leg uit waarom niet alle microben schadelijk zijn.

Sommige microben zijn gunstig. Bijvoorbeeld, E coli bacteriën bevolken de menselijke darm en helpen bij het afbreken van vezels in het dieet. Sommige voedingsmiddelen, zoals yoghurt, worden gevormd door bacteriën.

Woordenlijst


Bekijk de video: 13 Biologie Schimmels en Bacterien 2 (Januari- 2022).