A biotechnológia alapjai I

A biotechnolgia alapjai I. elads

A biotechnolgia: Sejt s molekulris szint folyamatok alkalmazsa, problmk megoldsra, vagy termkek ellltsra. (Biotechnology Industry Organisation, 2003.)

A "biotechnolgia atyja" a magyar Ereky Kroly (18781952), aki egy 1918-ban tartott eladsban hasznlta elszr a kifejezst (Biotechnologie).

A biotechnolgia terletei

Fehr (ipari) biotechnolgia: biotechnolgiai mdszerek alkalmazsa pldul a manyag-, a textilipar terletn, krnyezetkmlbb s hatkonyabb vagy termkek olcsbb ellltsra. (pl. biozemanyag, mosporok, vegyszerek stb.)

Zld (nvnyi) biotechnolgia: biotechnolgiai mdszerek ltal j, elnysebb tulajdonsgokkal rendelkez kultrnvnyek hozhatk ltre (rovar-, hmrsklet- s szrazsg-rezisztencia rdekben).

Piros (humn- s llategszsggyi) biotechnolgia: fehrjk s egyb biomolekulk ellltsa, amelyek humn s llati betegsgek kezelsre szolgl gygyszerek (pldul inzulin, rkellenes antitestek, krnikus reums gyulladsok elleni fehrjk).

A biotechnolgia trtnete dihjban

-alkoholos italok ellltsa (srgyrts: i.e. 4-3. vezredben sumrok, majd babilniak)

Agyagtbln a srs edny, i.e. 3200

(sumrok)

Babiln kirlya, Hammurapi (i. e. 1792-1750) tletgyjtemnynek 108-111. paragrafusa 20 klnbz srfajtt emlt - volt rpbl vagy tnklybzbl ksztett sr, bzasr, hg sr, vrs sr s fekete sr.


A borkstols els rsos emlke a Gilgames eposz egy rszlete, amelyben a fhs Siduri asszonnyal, a bor ksztjvel tallkozvn megzleli az let fjrl csng rubinpiros frtk erjesztett nedvt.

i.e. 500 krl: a knaiak penszgombs (antibiotikum termel gomba!) szjababot hasznlnak kelsek kezelsre.

1595: a holland Hans Janssen s fia,

Zacharias Janssen feltallja az sszetett mikroszkpot

(2 nagytlencse)

1675: a holland Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) sejteket fedez fel. Egylencss mikroszkpot alkotott, megismertette az orvosokkal s biolgusokkal a mikroszkpot.


1675: a holland Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) sejteket fedez fel. Egylencss mikroszkpot alkotott, megismertette az orvosokkal s biolgusokkal a mikroszkpot.



1798: az angol Edward Anthony Jenner (1749-1823)

"az immunolgia atyja". Kifejlesztette a himl elleni vdoltst.

1830: a fehrjk felfedezse

1855: az Escherichia coli felfedezse


1857: a francia Louis Pasteur (1822-1895) szerint a fermentci bakterilis folyamat

1863: felfedezi a pasztrizlst.

1884: a veszettsg (rhabies) elleni vakcina kidolgozsa


1865: a genetika atyja, Gregor Johann Mendel (18221884) ksrletei borsval, a genetika tudomnynak megalapozsa

1906: megszletik a "genetika" kifejezs

1910: bebizonyosodik az rklds kromoszmlis terija

A biotechnolgia trtnete dihjbanbaktriumokat szennyvz kezelsre

1914: els alkalommal hasznlnak Manchesterben (Nagy-Britannia)

1919: a biotechnolgia sz els emltse nyomtatsban (Ereky Kroly)

1928: sir Alexander Fleming (1881-1955)

skt tuds felfedezi a penicillint.


1941: George Wells Beadle (1903-1989) s Edward Lawrie Tatum (1909-1975): egy gn-egy fehrje elmlet. 1958-ban Nobel-djat kaptak a felfedezsrt.

1944: Oswald Theodore Avery (1877-1955):

a DNS hordozza a genetikai informcit.


1953: Francis Harry Compton Crick (1916-2004) s James Dewey Watson (1928- ) publikljk a DNS szerkezett. 1962-ben kaptak Nobel-djat.

1953

1993 krl


1953: Francis Harry Compton Crick (1916-2004) s James Dewey Watson (1928- ) publikljk a DNS szerkezett. 1962-ben kaptak Nobel-djat.


1953: Crick s Watson cikke.


1961: a genetikai kd megfejtse

1970: Daniel Nathans (1928-1999), Werner Arber (1929- ) s Hamilton Othanel Smith (1931- ) azonostja a HindII restrikcis enzimet. 1978-ban Nobel-djat kapnak.

1973: a rekombinns DNS technolgia kezdete: gnek kivgsa s beillesztse.

1975: Frederick Sanger (1918- ) kifejleszti a rla elnevezett DNS szekvenlsi technikt. az egyetlen ma is l tuds, aki kt Nobel-djat kapott (sszesen ngy tuds kapott kt Nobel-djat).


1978: a Genentech Inc. gnmanipulcival mdostott E. colival inzulint termeltet.

1978: Kary Mullis feltallja a PCR-t.

100 bp-os ltra

Bifidobacterium bifidum DSMZ 20456os trzs 16S rDNSnek Bifidobacterium specifikus primerprral kszlt rvid szakasza kt ismtlsben 350 bpnl

Lactobacillus acidophilus nem adott jelet


1982: "Humulin": megkezddik a rekombinns DNS-mdszerrel ellltott humn inzulin forgalmazsa.

1984: a Chiron klnozza s szekvenlja a HIV vrus genomjt.

1989: a Humn Genom Projekt kezdete.

1994: a "FLAVR SAVR" paradicsom, az els gnmanipullt nvny a piacon.

1996: megszletik az els, felntt llati sejtekbl klnozott llat, Dolly.


2001: a Humn Genom Projekt befejezdik.

2003: GloFish: az els genetikailag mdostott hzillat

(fluoreszkl zebradni) megjelenik az szak-amerikai

piacon.

2003: elaltatjk az elrehaladott

tdbetegsgben szenved Dollyt.

2004: egy dl-koreai kutatcsoport ellltja

az els humn embrionlis ssejtvonalat

testi sejtekbl, klnozssal.

A biotechnolgiban hasznlatos fontosabb mikroorganizmusokFaj(nemzetsg)-nv Methanobacterium energiatermels Termk, eljrs

Rendszertani besorols

Archaeobacteria

Eubacteria

Acetobacter spp. Bacillus licheniformis Bacillus thringiensis Escherichia coli Lactobacillus spp. Pseudomonas denitrificans

ecetsav termeltets protezok termeltetse bio-inszekticd, nvnynemests rekombinns fehrjk termeltetse tejtermkek, hsksztmnyek B12 vitamin egysejt fehrje alkoholos italok, pkleszt, rekombinns fehrjk termeltetse

lesztgombk

Candida utilis Saccharomyces cerevisiae

Fonalas gombk

Acremonium chrysogenum Aspergillus niger PenicilIum chrysogenum Penicillium roquefortii Trichoderma reesei

antibiotikum termeltets citromsav, amilzok antibiotikum termeltets sajt rlels cellulz termeltets

A mikrobasejt szerkezete

Minden mikroba sejt tartalmaz - alapvet sejtalkotknt- citoplazmt, az azt hatrol sejtmembrnt, a genetikai informcit trol DNS-t, az informci tfordtsban kzremkd RNS-flesgeket, valamint riboszmkat, amelyek a fehrjeszintzis helysznl szolglnak.

Ismeretesek termszetesen, egyb sejtalkotk is, de ezek megltt vagy hinyt tekintve mr nagyon lnyeges klnbsgek vannak a mikrobk trzsfejldstanilag elklnthet nagy csoportjai kztt.

A mikroorganizmus sejtek kt nagy kategriba sorolhatk, a prokarita s az eukarita sejtek csoportjba. Elbbieket az Archaea-k ("sbaktriumok") s a valdi baktriumok (Eubacteria), a utbbiakat pedig az algk, mikroszkpos gombk s protozoonok alkotjk.

A prokarita mikrobasejt szerkezete

A prokarita mikrobasejt (kznapi szhasznlattal: baktriumsejt) sejtalkotit hrom f csoportba sorolhatjuk. A fggelkek lehetnek flagellumok, pilusok (pluszok) s fimbrik. A sejtburok alkoti a glikokalix (tok, nylkabevonat), a sejtfal s a sejthrtya (sejtmembrn, citoplazma membrn).

A protoplazma pedig a sejttartalombl, a riboszmkbl, a mezoszmkbl, a granultumokbl s a maganyagbl (valamint plazmidokbl) ll.

Minden baktriumnak van sejthrtyja, citoplazmja, riboszmi, maganyaga s majdnem mindegyiknek van sejtfala. Br a legtbb baktriumnak van glikokalixa, vannak flagellumai, pilusai, fimbrii s granultumai, ezek nem ltalnos alkoti a prokarita sejtnek.



A fggelkek mozgst, megtapadst s genetikai informci tadst szolglhatnak.

A flagellum (ostor) segtsgvel valsul meg a baktriumok aktv helyvltoztatsa, gy kpesek ezek a parnyi lnyek - folykony kzegben - kmiai vagy fizikai ingerek vezrelte elmozdulsra, kemo-, foto- vagy magnetotaxisra.

A flagellum hrom rszbl ll: a fonal, fehrjbl felplt hlix lefuts szerkezet (tmrje 20 nm krli, hossza 1 s 70 m kztt vltozik), mely L-alakban meghajltott zmk hvelybe illeszkedik, a hvely pedig az alapi testen keresztl gyazdik a baktriumsejtbe. Ily mdon a fonal 360-os szgben prghet, mint egy propeller, mghozz az ramutat jrsval ellenttesen; ennek hatsra elmozdul a baktriumsejt, az ramutat jrsval egyez forgssal, tlagosan 1-5 mm/perc sebessggel.




A fggelkek mozgst, megtapadst s genetikai informci tadst szolglhatnak.

Megtapadst szolgl fggelkek a fimbrik. Ezek nagy szmban vannak jelen a baktriumsejt felsznn, aprk, s legtbbjk fehrjt tartalmaz, aminek a megtapadsra alkalmas felletek felismersben van fontossga.


A pilus hosszabb, csszer kplet, specilis fehrjbl, a pilinbl pl fel, s csak a prokaritkra jellemz klnleges prosodsi folyamat, a konjugci megvalsulst szolglja.


A baktriumsejt legkls burkolanyagt glikokalixnak vastagsga, sszettele nagyon klnbz lehet.

nevezzk,

ennek

Bizonyos baktriumoknak laza szervezds, heteropoliszacharidok alkotta glikokalixa van, ezt EPS-nek ("extracellulris" poliszacharid) nevezzk, s a kiszradstl, tpanyagvesztstl vja a sejtet.

Msok vaskosabb, ersebb tokot fejlesztenek, ami szorosabban tapad a sejthez, szablyos, fajra, st baktriumtrzsre jellemz szerkezet, poliszacharid s fehrje alegysgekbl pl fel; vdelmi funkcikat lt el kedveztlen krnyezeti hatsokkal szemben.

Kzvetlenl a glikokalix alatt tallhat a sejtfal. Ez hatrozza meg az adott baktrium alakjt, szerkezeti vzat ad, vdelmet nyjt, de fontos bioszintzisek is itt trtnnek.


A legtbb baktrium sejtfalban van egy klnleges, csak erre az llnycsoportra jellemz anyag, a peptidoglkn. Ezen anyag ltt (de nem a lnyegt) mr tbb mint 100 ve felfedeztk egy rdekes festsi eljrs, a Gram-fests segtsgvel: e festsi eljrs sorn elszr a sttlila szn kristlyibolyval kezelik a rgztett sejteket, majd jd-jdkli oldattal, vgl alkohollal ki mossk. Az alkoholos moss utn egyes sejtek lilk maradnak, msok szntelenn fakulnak - az elbbieket nevezzk Gram-pozitv baktriumoknak, az utbbiakat Gram-negatvaknak.


Egy vszzadon keresztl volt a baktrium azonosts egyik kulcsmdszere a Gramfests, de a differencils mechanizmusrl nagyon sokig nem volt fogalmunk.

Ma mr tudjuk, hogy a kristlyibolya, mely egyformn megfest minden baktriumsejtfalat, alkohollal knnyen kimoshat; ha azonban a fellkezelsknt adott jdjdklival tallkozik, nagy kristlyokat kpez, mely riskristlyok mr nem minden sejtfalbl tvolthatk el a szokvnyos alkoholos kezelssel.

A nagy kristlyokat ugyanis visszatartja a peptidoglkn rteg: azok a baktriumok, melyeknek falban ilyen rteg van, a Gram-pozitvak.


Elektronmikroszkpos vizsglatok ksbb egyrtelmen bizonytottk, hogy a legtbb Gram-negatv baktrium falban is van peptidoglkn, de vkony rteget alkot, ezrt ebben nem tudnak megakadni a nagy komplex kristlyok, s alkoholos moss utn szntelen lesz az ilyen sejt.

A peptidoglkn rteg olyan, mint egy tbbszrs hl. N-acetil-muraminsav (NAM) s N-acetil-glkzamin (NAG) alegysgek alkotjk; minden NAM s NAG molekula kztt ltrejn egy kts, ez adja a hl hosszanti szlait, a keresztszlakat pedig az egyms mell kerl NAM molekulk kztt lteslt, rvid peptidlncokbl ll kts biztostja, ami az egyms fltti rtegek kztt is kapcsolatot teremt.



A Gram-pozitv sejtfal zmt a peptidoglkn rteg alkotja, de a hlba savany poliszacharidok - kztk teichoinsav s lipoteichoinsav - tremkednek be. Ezek az anyagok a sejtfal folytonossgnak fenntartsban jtszanak szerepet nvekedskor s osztdskor, biztostjk tovbb a sejtfelszn savas tltst.

A Gram-pozitv baktriumok sejtfalban a vastag peptidoglkn rteg ltalban szorosan tapad a sejtmembrnhoz.

A Gram-negatv sejtfal bonyolultabb. Legkvl egy kls membrn vdi a sejtet, melynek anyaga lipopoliszacharid, ez alatt hzdik egy vkony peptidoglkn rteg, ezt pedig egy periplazms tr vlasztja el a sejtmembrntl.

A lipopoliszacharid kls membrnban kis csatornk vannak, melyek anyagt porinfehrjk kpezik, s a sejtfalon keresztl trtn anyagtranszportot szolgljk.



A vkony, 5-8 nm-es sejtmembrn, mely nlklzhetetlen alkotja a baktriumsejtnek, ketts foszfolipid rtegbl ll, s a lipidmolekulk kz fehrjk rakdnak be.

A valdi baktriumok esetben a lipid rszarnya 30-40 %, a fehrj 60-70 % krli. A sejtmembrnon t trtnik az anyag- s energiatranszport, vagyis az anyagok aktv s szelektv felvtele, kivlasztsa, st bizonyos anyagok szintzise is itt megy vgbe.


A sejtmembrn e kitntetett szerepe azzal magyarzhat, hogy a prokarita sejtben nincsenek a klnbz lettani feladatok elltsra specializldott organellumok. A sejtmembrnban helyezkednek el az sszetett lgzsi enzimek, itt szintetizldnak olyan makromolekulk, amelyeket a baktrium a sejtfalba vagy a fggelkekbe bept, s itt trtnik az extracitoplazms ("extracellulris") enzimek sszeszerelse is; ezek az enzimek a sejtmembrnhoz ktdve, a periplazms trben vagy a baktrium kzvetlen krnyezetben dolgoznak, makromolekulkat bontanak le tpanyagszerzs cljbl, vagy veszlyes anyagokat kzmbstenek.


Nlklzhetetlen elemei a protoplazmnak a riboszmk, melyek itt is a fehrjeszintzis mhelyei, s riboszms RNS-bl (60 %), valamint fehrjbl (40 %) llnak. A prokaritk riboszmja kisebb, mint az eukaritk, lepedsi koefficiensk 70 S, de ppgy kt alegysgbl ll, mint amazok: kis (30 S) s nagy (50 S) alegysgbl.

S= Svedberg lland = szedimentcis lland, mely ultracentrifuglskor az lepeds rtkt adja meg.



A maganyag (baktrium-kromoszma, nukleoid, kromatin test, genofor) baktriumokban egyetlen cirkulris DNS-molekula, amelyhez hisztonszer (de nem hiszton) fehrjk kapcsoldhatnak. A prokaritk onnan kaptk a nevket, hogy nincs valdi sejtmagjuk, maganyaguk nincs membrnnal burkolva. Egy-egy baktrium fennmaradshoz, szaporodshoz alapveten szksg van a maganyagra, de a legtbb prokarita egyb extrakromoszms kpletekben is trol genetikai informcit.


Klnleges, csak prokaritkra jellemz sejtalkotkat is ismernk.

A mezoszmk valjban a sejtmembrn betremkedsei, s legfontosabb funkcijuk a membrn felletnek nvelse. Nincsenek minden prokaritban ilyen kpletek, legnagyobb szmban s mretben a Gram-pozitv fajokban fedezhetjk fel ket.

Gzvakulumok figyelhetk meg egyes vzben l baktriumokban (funkcijuk a lebegs biztostsa).

Fotoszintetizl cianobaktriumokban a sejtmembrn alatt tallhat kloroszmk s karboxiszmk szolglnak a fnyenergia megktsrt felels enzimrendszerek helysznl.


Fejlettebb cellulzbont baktriumokban a celluloszmkban lokalizldnak a cellulz s lignocellulz bontst vgz enzimek.

Nem minden baktriumra jellemz, de fontos sejtalkotk a granultumok, amelyek nagyon vltozatos szmban s nagysgban fordulnak el. Legtbbszr tpanyagok (glikogn, -hidroxi-butirt) trolsra szolglnak, de elfordulhatnak szervetlen kristlyok (pldul kngranultumok) formjban is.

Fontos alkotja, egyszer mikroszkpos vizsglattal kimutathat rsze lehet bizonyos baktriumsejteknek az endospra, amely kitartkplet, a nehz idk tvszelsre szolgl, s klnleges "csomagolsban" tartalmazza mindazt a tpanyagot s genetikai informcit, ami a kedveztlen krlmnyek elmlta utn az let jrakezdshez szksges lesz.



Kln szuperregnumba tartoznak azok az "sbaktriumok" (Archeae), amelyek a fldtrtneti skorban mr megjelentek, s szlssges lhelyeken mig fennmaradtak.

Egyes csoportjaik halofilek (akr 20 % NaCl koncentrcit is elviselnek), msok extrm termofilek (110 C-on is szaporodnak), ismt msok barofil (a lgkri nyoms tbbszrst eltr) lnyek.

Klnleges sajtossga ezeknek a prokaritknak az, hogy membrnlipidjeikben terktses izoprenoid oldallncokat tallunk (ms szervezetekben szterktses alifs zsrsavlncokat), sejtfaluk egyltaln nem tartalmaz peptidoglknt, transzfer-RNS-kben pedig a ribotimidint pszeudouridin helyettesti.


Jnhny molekulris jellemzjk az eukaritk fel mutat (pl. bizonyos tRNS gnjeikben intronok vannak, fehrjeszintzisket nem gtolja a kloramfenikol).

Az autotrf sbaktriumok nem a Calvin-cikluson t asszimilljk a szn-dioxidot, hanem az acetil-koenzim A ton vagy egy reduktv trikarbonsav cikluson keresztl.

Gram-fle festdsk - a peptidoglkn hinya ellenre - vegyes, mert a festdst nagyban befolysolja a glikokalix (ami igen vltozatos lehet), egyes csoportok pedig a kristlyibolya-jdkli komplexumot megktni kpes pszeudomureint halmoznak fel sejtfalukban.


Az eukarita mikrobasejt szerkezete fonalas gombk

Minthogy az eukarita mikrobk kzl a biotechnolgia dnt mrtkben gombkat hasznost, ezeken a szervezeteken keresztl vzoljuk fel az eukarita mikrobasejt ltalnos jellemzit.

A legtbb mikroszkpos gomba telepeket alkot, de az ilyen telepek citolgiai alapjt olyan sejtek kpezik, amelyek - csaknem minden esetben - nmagukban kpesek a teljes letre, s nll, j telep ltestsre.Compact Dry YM a plate az leszt s a penszgombk meghatrozsra szolgl 3-dimenzis nvekedst tesz lehetv tptalaj X-Phos kromogn enzim szubsztrtot tartalmaz, mely sok leszt esetn kk sznbe fordul a penszgombk karakteres szn, bolyhos telepeket kpeznek a baktriumok nvekedse antibiotikumokkal gtolt inkubcis id 3 7 nap inkubcis hmrsklet 25 - 30 C


A legtbb gombatelep (thallus) hifkbl ll, melyek klnleges, csak a gombkra jellemz, fonalas, csszer kpzdmnyek. A hifk gyakran elgaznak, egymssal sszekttetseket (anasztomzist) ltesthetnek, s gy bonyolult hlzatot formlnak, amit micliumnak neveznk.


Ezek a hifk az ismert gombafajok tlnyom tbbsgben harntfalakkal (szeptumokkal) tagoltak, melyek egyedi sejtekre osztjk a hift, de e sejtek - a szeptumokon lev prusoknak ksznheten - nem klnlnek el teljesen egymstl, gy a citoplazma, a sejtorganellumok, st nmely esetben a sejtmag is vndorolhat a hifbl sejtrlsejtre.


A Basidiomycetes osztlyban ugyanakkor egy n. doliprusos harntfal fejldtt ki, amely szigoran meggtolja a sejtmagvak sejtrl-sejtre val mozgst, ppen azrt, hogy fennmaradjon ezekben a gombkban a fejldsmenetk szempontjbl oly fontos ktmagv, n. dikarion llapot.



A mikroszkpos gombk telepnek tmegt alkot szvedkben, szakszval ezt vegetatv micliumnak mondjuk, a hifk nem differencildnak s nem szervezdnek.

Ha mgis, akkor - viszonylag ritka esetekben - gykrszer kpzdmnyeket (rhizoidot, mely rgztsre s tpanyagfelvtelre szolgl) vagy tmr kpleteket (a kedveztlen krlmnyek tvszelsre alkalmas szklerciumokat) fejlesztenek.

A hifk, de egyb kpletek (pl. a sprk) lehetnek hialinok, azaz vegszeren ttetszk vagy a legklnbzbb rnyalatokban pigmentltak.


Rhizopus sp. (kenyrpensz) Claviceps purpurea (anyarozs)

Az eukarita mikrobasejt szerkezete - lesztgombk

Az lesztgombk valdi egysejt mikrobk.

Alakjuk vltozatos, a gmblydedtl a tojsdadon keresztl a zmk rdalakig terjed.

A sejtosztds mdja szerint kt alaptpusra oszthatk: a sarjadz lesztgombk gy osztdnak, hogy egy kisebb sarj (bimb) jelenik meg az anyasejten, az egyik utd- sejtmag ebbe vndorol, a sarj egyre nvekszik, vgl levlik.

A hasad lesztk ("hasadgombk") megnylssal nvekszenek, bizonyos nagysg elrte utn magosztds kvetkezik be, a megnylt sejt kzepn vlaszfal kpzdik, s ez a fal "hastja" kt lenysejtre az anyasejtet.

A dimorfizmus jnhny gombafajra jellemz kpessg: a gombk szubsztrtumtl, tpllkozsi viszonyoktl vagy hmrsklettl fggen akr leszt, akr micliumos alakot felvehetnek.

Az eukarita mikrobasejt szerkezete - lesztgombk

Az eukarita mikrobasejt szerkezete

A dimorfizmus jelensge nhny gomba esetn

Az eukarita mikrobasejt szerkezete - gombknagy vltozatossgban, rendszertani

A telepeken(ben) sprk kpzdnek, egysgekre jellemz mdon s alakban.

A gombatelepeken kpzd sprk szolglhatjk a szaporodst s a kitartst (kedveztlen viszonyok tvszelst), keletkezhetnek ivaros vagy ivartalan ton, szrmazhatnak nem differencildott vegetatv sejtekbl ppen gy, mint specilis spratermel (sporogn) sejtekbl.

A sporogn sejtek tbbnyire klnleges s adott taxonra jellemz szaportkpletekben tmrlnek, de kzvetlenl a vegetatv micliumbl is fejldhetnek, egyetlen osztdssal s egyetlen szeptummal elvlasztva.A fehrpensz szklerciumain (kitart kpletn) lskd Conyothirium minitans gomba spri apr, fnyes fekete folyadkcseppekben jelennek meg az elpuszttott szklercium felletn. Egyetlen csepp millinyi sprt tartalmazhat, melyek jabb szkleroicuiumokat fertzhetnek

Az eukarita mikrobasejt szerkezete - gombk

Penicillium roquefortii

Aspergillus niger


A sprakpzdst, ms szval a sporulcit krnyezeti tnyezk indukljk.

E tnyezk kzl a tpanyagforrs kimerlse rthet meg a legknnyebben; tptalajon tenysztett gombk esetben gyakran megfigyelhet, hogy a telep kzepn indul el a sporulci, s nem a szleken, ahol mg tpanyagbsg van. Klnsen ersen visszaszorul a sporulci akkor, ha knnyen felvehet, jl hasznosthat, egyszer tpanyagok vannak jelen nagy flslegben.

A msik lnyeges tnyez lehet a hmrsklet; ha a vegetatv nvekedshez szksges, fajonknt vltoz, de ltalban 20-25 C kztti optimlis hmrsklet hirtelen 10-15 C-kal cskken, ez tbbnyire a sporulci ugrsszer fokozdst eredmnyezi.


Vltoz a fny hatsa: vannak fajok, amelyekben ez a faktor serkenti, s vannak, amelyekben gtolja a sporulcit.

Nagy ltalnossgban azonban elmondhat, hogy a sporulci szempontjbl a stt s vilgos szakaszok ritmikus vltozsa a legkedvezbb, de nagy jelentsge van a fny hullmhossznak is; ha ismt az ltalnost akarjuk kiemelni, akkor leginkbb a kzeli ultraibolya hullmtartomnyt (320-380 nm) nevezhetjk meg, mint legjobb stimull tnyezt.

Nagyon sok gombnak szablyos bels ritmusa van, amely a Fld 24-rs krforgshoz igazodik, de ez nem jelent egyenl, 12/12-rs vilgos/stt vltst, lehetnek ms arnyok is, legalbb hromrs stt peridusra azonban szksg van.


Az egyb tnyezk kzl megemltjk mg a szn-dioxid s a pratartalom hatst. Ksrletek szerint mintegy 5 %-os CO2-koncentrci sok gombafaj sprakpzst teljesen megakadlyozza, mg a kis pratartalom serkenti, a nagy pedig gtolja a sprk kpzdst.

Szljuk mg a sporulci kompetencirl: ez a fogalom azt jelenti, hogy rendkvli mrtkben megn a sporulcis hajlam akkor, ha egy gombt elzleg a sprzst kifejezetten gtl hatsoknak tesznek ki, majd ezeket a hatsokat hirtelen megszntetik.


A sprk egy rsze - klnsen a nagy vztartalm, vkonyfal kpletek - kedvez felttelek kz kerlve levlsuk utn azonnal csrzsnak indulnak, j telep fejldik ki bellk.

A spra felptse

A vastagfal sprk, s azok, amelyek jelents mrtkben dehidratltak, netn klnleges anyagok halmozdtak fel bennk, ltalban belsleg vezrelt, n. konstitutv nyugalmi llapotba kerlnek.

Ilyen llapotban ersen korltozott a sejtfal permeabilitsa, a sejtekben a respirci s az ATP-kpzds gtolt; egyes sprkban vannak olyan bels inhibitorok is (pl. fahjsav szrmazkok), amelyek gtoljk a csrzst.


A nyugalmi llapotban lev sprk vltozatos krnyezeti hatsokra aktivldnak.

Az egyik legjelentsebb aktivl tnyez a hmrsklet, mghozz ltalban az adott gombafaj vegetatv nvekedshez szksgesnl lnyegesen nagyobb hmrsklet tudja csrzsra serkenteni a sprt.

A klnbz nedvestszerek, a sejtfal permeabilitst fokoz anyagok is aktivl faktorknt hatnak.

Egyes esetekben illkony fenolszrmazkokrl, alkoholokrl llaptottk meg, hogy serkentik a csrzst.

Az aktivldott spra vizet vesz fel (tmegnek akr 20-szorost), lgzse felgyorsul (egyes mrsek szerint 1 mg-nyi spratmeg a nyugalmi llapotban rnknt 3 l O2t fogyaszt, s ez csrzskor 6-7-szeresre ugrik), majd megindul a fehrje- s nukleinsav-bioszintzis.


A gombkat hatrozott sejtfal veszi krl, amely vdelmi s vzfunkcikat egyarnt ellt. Vzt nagy molekulatmeg poliszacharid fibrillumok kpezik, egyb, nylks konzisztencij heteropoliszacharidokba gyazdva, amelyekbe fehrje molekulk is illeszkednek.

A poliszacharid vzat ltalban glknok, kitin s kitozn alkotja, de az Oomycetesbe tartoz gombk tbbsgben a cellulz az uralkod sejtfalalkot.

A kitin s a kitozn 2- amino-2-dezoxiglkz alapegysgekbl (monomerekbl) pl fel -1,4-ktsekkel, az alapegysg a kitinben acetillt formban tallhat, kznsges neve N-acetil-glkzamin (NAG).

A cellulz monomerje - mint tudjuk - a glkz, a kts szintn -1,4 helyzet. A glknok heterogn csoportot kpeznek, a monomerek -1,3 vagy -1,6 ktssel kapcsoldhatnak, a fonalas gombkban vegyes kts is megfigyelhet.


Ezt az alapvzat kvlrl vltozatos poliszacharidokbl szervezdtt kls burok borthatja, a citoplazma-membrn fel es rszben pedig periplazms tr hzdik meg, benne a sejtfalhoz kttt extracitoplazms enzimekkel.

A citoplazma-membrn itt is tipikus ketts foszfolipid rteg, amelybe az anyagok felvtelt s kivlasztst, valamint a jelfogst vgz fehrjemolekulk illeszkednek.

Sok gomba hihetetlen mennyisg, akr 20 %-nyi lipidet kpes felhalmozni sejtfalban; e lipidek fknt trigliceridek, foszfolipidek s szterolok, funkcijuk nem elgg ismert, csak annyi bizonyos, hogy a sejtfelszn hidrofb llapotrt felelnek, s hozzjrulhatnak a membrn szilrdtshoz is.


Az alacsonyabb rend gombknak (Myxomycetes, Oomycetes, Chitrodiomycetes) mozgsra kpes sejtjeik, n. zoosprik is lehetnek. Ezek tinsel ("tollas") vagy whiplash (sima) tpus flagellumok segtsgvel mozognak.


A flagellumot 9 + 2-es elrendezdsben (9 perifris s 2 centrlis) szervezdtt tubulin fonalak alkotjk, amelyek a citoplazmamembrn alatt elhelyezked alapi testbl indulnak ki. A perifris tubulin fonalak pros mikrotubulusokat alkotnak, amelyekbl dinein karok nylnak ki. A dinein ATP-z aktivitsa kvetkeztben az ATP-ben rgzlt kmiai energia, annak hastsval mozgsi energiv alakul t: a mikrotubulus pr filamentumai elcssznak egymson, s a flagellum szinuszoid mozgst fejt ki. Gombknak is vannak fimbriik, amelyek fehrjk s poliszacharidok alkotta kpletek, s a felismersrt s a megtapadsrt felelsek.




A gombasejt citoplazmjt aktin alegysgekbl felplt mikrofilamentumok s tubulinok alkotta mikrotubulusok hlzzk be, amelyek egyttesen ptik fel a citoszkeletont.

Ez a folytonosan tszervezd, dinamikus rendszer biztostja a sejtorganellumok elrendezdst, ez vesz rszt sejtosztdskor a kromoszmk szthzsban, s ez felel a sejtek adott fajra, funkcira vagy fejldsi szakaszra jellemz alakjrt is.


Sejtorganellumok szles vlasztka teszi klnsen hatkonny az eukarita mikrobasejtet.

Az endoplazms retikulum az egsz citoplazmt behlz csves rendszer, amelynek f funkcija megfelel helyet biztostani a sejtben foly bioszintziseket katalizl enzimek s makromolekula aggregtumok (pl. riboszmk) szmra.

E hlzat nagyobb rsze az t bort riboszmk miatt szemcss felszn, s emiatt RER-nek (riboszms endoplazms retikulum) nevezik, mg a kisebb kiterjeds rsz hjval van a riboszmknak, gy azt sima endoplazms retikulum (SER) nven klnbztetik meg.




Csakgy mint a prokarita sejtekben, itt is riboszmkban folyik a DNS-ben kdolt informci fehrjre trtn tfordtsa, de az eukarita riboszma alegysgek nagyobbak, 40, illetve 60S lepedsi koefficienssel, sszeplve 80S rtkkel jellemezhetk.


A RER-ben trtnik a riboszmk ltal sszeszerelt fehrje "utkezelse", itt mennek vgbe a posztszintetikus (poszttranszlcis) mdosulsok, amelyek jrszt egyszer szubsztitcis folyamatok (acetilezs, glkozills, hidroxills, foszforills), de e mdosulsok krbe tartozik a kodon nlkli aminosavak (120 van!) kialaktsa, vagy az enzim-alegysgek sszeszerelse is.

A sima fellet endoplazms retikulum (SER) csves hlzat, s a nem-fehrje jelleg makromolekulk szintzishez biztost alkalmas felleteket.


Fontos szekrcis funkcija van a Golgi-rendszernek, amelyet ciszternk alkotnak. A Golgi-val vltozatos megjelens s kldets hlyagocskk, endoszmk, lizoszmk, szekrcis vezikulumok, vakulumok trsulnak.


A szekrcis vakulumokba ksz (sszeszerelt, gyakran glikozillt, foszforillt) enzimek kerlnek, ezek fuzionlnak a plazmamembrnnal s gy kerlnek ki a periplazms trbe, ahol elvgezhetik feladataikat.

A lizoszmk olyan hidrolzokat (fehrjket, lipideket, nukleinsavakat, poliszacharidokat bont enzimeket) tartalmaznak, amelyek a sejt klnbz makromolekulit bontjk el, hogy azokat ms szintzisekhez hasznljk akr a tlls, akr a nvekeds s a fejlds rdekben.

Az endoszmk az endocitzissal bekerlt anyagokat troljk, majd egyeslnek a lizoszmkkal, amelyekben megemsztdnek ezek az anyagok.

A vakulumoknak fknt trol funkcijuk van: tartalk tpanyagokat, gzokat, kationokat, toxikus anyagcseretermkeket s enzimeket raktroznak.

Az eukarita mikrobasejt szerkezete


A sejtmag sr prusokkal tarktott, az endoplazms retikulummal is kapcsold, ketts membrnnal krlvett sejtalkot, benne a kromoszmkba rendezett rkt anyaggal.

Az 50-100 nm mret prusokra azrt van szksg, hogy rajtuk keresztl kzlekedhessenek azok az enzimek, amelyek a DNS replikcijban, az RNS szintzisben s rsben, valamint a riboszmk felptsben vesznek rszt; e prusok RNS-molekulk s riboszmk szmra is tjrhatk.


A mitokondriumok a sejtlgzs organellumai, szmuk a sejt kortl, fiziolgiai llapottl fggen - egytl nhny szzig vltozhat.

Kls membrnjuk sima s folytonos, ez biztostja a sejttartalomtl s ms sejtalkotktl val elklnltsget; a bels membrn tbbszrsen sszehajtogatott, tarajos szerkezet, kzeit a mitokondrium-mtrix tlti ki.

A tarajok kpezik a sejtlgzs f helysznt: ez oxign ignyes folyamat, melynek sorn oxidatv foszforilcival ATP keletkezik.

Jelents autonmit tart fenn ez a sejtorganellum: nll genetikai programja (cirkulris DNS-be rendezett informcikkal), sajt riboszmi (mghozz 70S lepeds, ppgy, mint a prokaritk) vannak, s a sejttl fggetlenl osztdik (endoszimbionta elmlet!).

Algkban ugyanilyen, rszleges autonmij, prokarita jelleg organellumok a szntestek, amelyekben a fotoszintzishez szksges pigmentek s enzimek tallhatk.


Documents

A biotechnológia alapjai I