STRUKTURA STANICE MIKROORGANIZAMA

Dr. sc. Vesna ZECHNER-KRPAN, red. prof.

MOLEKULARNA LOGIKA ŽIVOTA

ŽIVA BIĆA:•Sastoje se od NEŽIVIH MOLEKULA koje imaju svoju funkciju.•Karakterizira ih:VELIKA SLOŽENOST;VELIKA RAZNOLIKOST OBLIKA;VISOK STUPANJ ORGANIZACIJE.

•ENERGIJU iz svoje okoline pretvaraju i iskorištavaju za održavanje svojesložene strukture i organizacije.•Imaju sposobnost REPRODUKCIJE – sposobnost proizvodnje čitavihpokoljenja JEDINKI identičnih po:

masi,veličinii unutrašnjoj strukturi.

•Sve molekule koje sačinjavaju živu tvar pokoravaju se SVIM fizikalnim ikemijskim zakonima kao i molekule nežive tvari.•Skup svih principa tih interakcija nazivamo molekularna logika života.

PROKARIOTIBAKTERIJSKA STANICA:

• Rezervne ili energetske tvari bakterija pohranjuje unutar stanice u obliku granula koje nazivamo uklopine ili inkluzije.

• Rezervne tvari koje pohranjuje su: ugljikohidrate, lipide, elementarni sumpror, enzimi i dr.

• Većina inkluzija je okružena tankom membranom (ovojnicom).

GRAĐA MIKROBNE STANICE

VANJSKI OMOTAČ STANICE SE SASTOJI OD:STANIČNA STIJENKA - daje stanici čvrstoću, oblik i cjelovitost.

PERIPLAZMA: a) kod Gram negativnih bakterija - prostor između vanjske membrane stanične stijenke i

plazmine membrane.b) kod ostalih mikroorganizama - prostor između stanične stijenke i plazmine membrane

(sadrži litičke enzime).

CITOPLAZMINA ili PLAZMINA MEMBRANA - objedinjuje sve sastojke stanice, omogućujetransport iona, metabolita i makromolekula.

ORGANELE NA POVRŠINI STANICA

TO SU SASTAVNI DIJELOVI VANJSKE MEMBRANE.ŠTITE STANICU OD NEPOŽELJNIH UVJETA OKOLINE, a to mogu biti: • ORGANELE ZA POKRETANJE (bičevi, pile);• KAPSULE;• SLUZ;• NECITOPLAZMATSKI DODACI.

• Slika prokariotske stanice

1. FILAMENTOZNE DLAČICE(fimbrije i pile)

2. BIČ (FLAGELA)

1. FILAMENTOZNE DLAČICE (fimbrije ili pili)

• manje nitaste tvorbe prisutne na površini stanica• promjera su 3 - 10 nm i raznih duljina.

FIMBRIJE ili TREPETLJIKE (lat. fimbria – vlakno) - kraće

PILI ili SPOLNE NITI (lat. pilus – dlaka) - dulje.

STANICA SE POMOĆU NJIH:

• PRIHVAĆA NA RAZNE POVRŠINE • KONTAKTIRA SA SUSJEDNIM STANICAMA • IZMJENJUJE GENETSKI MATERIJAL• SADRŽE RECEPTORE.

2. BIČEVI (FLAGELA) - UZVOJITO ISPREPLETENE JEDNOSTAVNEVLAKNASTE PROTEINSKE PODJEDINICE

SLUŽE BAKTERIJAMA ZA POKRETANJE (ROTIRANJE) U VODENOM MEDIJU.

MOGU SE UKLONITI MEHANIČKI BEZ POSLJEDICA ZA ŽIVOTNE FUNKCIJE SAME STANICE I STANICA IH MOŽE OBNAVLJATI.

Pseudomonas Spirillum Proteus vulgaris

BAKTERIJSKI BIČEVI:• promjera od 10 - 30 nm, duljine od 15 - 20 µm• sastoje se tri dijela:.1. GLAVNOG BIČA ili FILAMENTA - isključivo protein sastavljen od

topljivog monomera flagelina koji je uzvojito isprepleten oko šupljeg cilindra. Ovisno o vrsti bakterija ima različitu molekulsku masu i sadrži različite aminokiseline.

2. PROTEINSKE KVAČICE - kemijski i antigeno različite od flagelina.

3. BAZALNOG TIJELA - često kuglastog oblika promjera 20 do 50 nm, - njime se bič učvršćuje na staničnu stijenku.

filamentkvačica

bazalno tijelo

Vanjska membrana

Peptidoglikanski slojPeriplazma

Citoplazmatskamembrana

L prstenP prstenS statorM motor

KAPSULA ili ČAHURA

sluzava ili želatinozna naslaga na površini stanice koju stvara sama bakterija.

ULOGA:

a)ŠTITI STANICU OD SUŠENJA (nepovoljnih uvjeta okoline);

b)ŠTITI STANICU OD FAGOCITOZE koje obavljaju leukociti (patogene);

c) VEŽE KATIONE (brojnim karboksilnim grupama prisutnih polimera);

d) DAJE STANICI OBLIK;

e) DAJE STANICI VIRULENCIJU I OTPORNOST;

f) SLUŽI KAO REZERVNA HRANA.

Klebsiella pneumoniae

Kapsule ili čahure nisu bitne za život bakterija.

KAPSULE SE DIJELE prema debljini sloja:

1. MAKROKAPSULE (sloj debljine od 0,2 do 1 µm);2. MIKROKAPSULE (sloj debljine od 10 – 30 nm);3. SLUZ – GLIKOKALIKS.

KAPSULE SU VEZANE NA STANIČNU STIJENKU IONSKIM ILI KOVALENTNIM VEZAMA.

STANICE S KAPSULOM (koje proizvode kapsule) TVORE GLATKE KOLONIJE ("SMOOTH" ILI S kolonije).

STANICE BEZ KAPSULE (koje ne proizvode kapsule) TVORE HRAPAVE KOLONIJE ("ROUGH" ILI R kolonije).

GUBITAK KAPSULA MUTACIJOM ČESTO DOVODI DO GUBITKA PATOGENOSTI.

• Patogeni i nepatogeni sojevi se razlikuju isključivo po prisutnosti ili odsutnosti kapsule (čahure).

Haemophilus influenza Clostridium perfringens

• KAPSULA JE GRAĐENA OD:

• 1. VODE•• 2. POLISAHARIDA•HOMOPOLISAHARIDI – izgrađeni samo od jedne vrste monosaharida.

Tu spadaju GLUKANI – to surazgranute molekule glukoze povezane α-1,6-; α-1,3-; i α-1,4-vezom).

HETEROPOLISAHARIDI – izgrađeni od više različitih osnovnih monosaharida (D-glukoza; D-galaktoza; D-glukuronska kiselina itd.)

• Glukopiranoza i glukuronska kiselina povezane -1,3- i -1,4-vezom.

• 3. POLIPEPTIDA – polimeri aminokiselina.

GLIKOKALIKS (sluz, gumasta masa)• želatinozna, visokozna tvar bez proteina• Štiti stanicu od:• isušivanja;• djelovanje antiseptika, dezificijensa i antibiotika. • Slabo je pričvršćena za staničnu stijenku.• Može se LAKO ODVOJITI OD STANICE.

NAJČEŠĆE SE SASTOJI OD:

1. VODE;

2. ČISTIH POLISAHARIDA (jednog ili više);

3. KOLANSKE KISELINE – heksasaharidi građeni od glukoze, galaktoze i dr. na koje su vezane nešećerne jedinice (acetat, piruvat itd.).

Ova bakterije stvaraju sluz, ako hranjiva podloga sadrži saharozu.

Leuconostoc mesenteroides

Streptococcus mutans

Ova bakterija je normalni stanovnik naših usta i stvara kapsulu ili čahuru u prisustvu saharoze i tako oštećuje zubnu caklinu koja postaje lako dostupna za druge bakterije.

POVRŠINSKI SLOJ (engl. S-LAYER)

Imaju ga:

• GRAM-NEGATIVNE;

• GRAM-POZITIVNE BAKTERIJE;

• ARHEABAKTERIJE.

• POVRŠINSKI SLOJ (S VANJSKE STRANE STANIČNE STIJENKE) SASTAVLJEN JE OD JEDNOSTAVNOG, ISTOVRSNOG HOMOPROTEINA ILI GLIKOPROTEINA.

• TE PODJEDINICE POVEZANE SU MEĐUSOBNO, ALI I SASTANIČNOM STIJENKOM NAJČEŠĆE NEKOVALENTNIM VEZAMA.

• KOD NEKIH TERMOFILNIH ARHEBAKTERIJA POVRŠINSKI SLOJ JEVRLO OTPORAN NA DENATURANTE ZBOG KOVALENTNIH VEZAIZMEĐU PODJEDINICA.

STANIČNA STIJENKA

VAŽAN STRUKTURNI SASTOJAK VEĆINE MIKROORGANIZAMA (osim mikoplazma i nekih protozoa).

FUNKCIJE STIJENKE SU DA:

• DAJE STANICI ČVRSTOĆU I OBLIK;

• ŠTITI JE OD RAZLIKA OSMOTSKOG TLAKA UNUTAR I IZVAN STANICE;

• ŠTITI JE OD VANJSKIH ČIMBENIKA;

• ODRŽAVA CJELOVITOST STANICE KAO JEDINSTVENE CJELINE;

• OBUHVAĆA PROTOPLAST (DIO STANICE OKRUŽEN PLAZMATSKOM MEMBRANOM);

• SUDJELUJE U TRANSPORTU VELIKIH MOLEKULA (ugljikohidrata, vitamina, aminokiselina, nukleozida, proteina) u i iz STANICE.

Stanična stijenka i GRAM-POZITIVNIH i GRAM-NEGATIVNIH BAKTERIJA izgrađena je od PEPTIDOGLIKANA (murein) - linearni polimer građen od dva dijela:

1. POLISAHARIDA N-acetil-glukozamina (u molekuli glukana na C2 umjesto –OH nalazi se -NH-CO-CH3) i N-acetil-muraminske kiseline (umjesto –OH na C3 je eterskom vezom vezan (-O-)CH(CH3)-COOH) koji su povezani β-1,4-vezom na koju djeluje enzim lizozim.

2. PROTEINSKOG DIJELA (alanin, glutaminska kiselina, lizin, diaminopimelinska kiselina).

Gram-pozitivne – imaju nekoliko slojeva peptidoglikana mureina unutar kojeg se nalazi TEIHONSKA KISELINA (polimer glicerolfosfatne i ribitolfosfatnekiseline) – deblja st. stijenka.

Gram-negativne – imaju manje slojeva peptidoglikana mureinai ne sadrže teihonsku kiseline.

1884. - Christian GRAM je otkrio da postoje bakterijske stanice koje se različito boje i stoga ih je nazvao prema obojenju:

GRAM-POZITIVNE - koje zadrže plavu boju kristal violet nakon tretiranja s jodom (tj. lugolom) i odbojavanja (s 96% etanolom).

Staphylococcus sp.

GRAM-NEGATIVNE - bezbojne, ali kasnijim bojenjem s kontrastnom bojom (safranin) Escherichia coliboje se crveno.

PEPTIDOGLIKANI (50% - 95%) kovalentno povezani s TEIHONSKOM KISELINOM (do 50%).

GRAM-POZITIVNA BAKTERIJA

Shematski prikaz peptidoglikanaEscherichia coli.MurNAc = N-acetilmuraminska kiselina; GlcNAc = N-acetilglukozamin; DAP = diaminopimelinska kiselina

Shematski prikaz peptidoglikana Staphylococcus aureus.MurNAc = acetilmuraminska kiselina; GlcNAc = N-acetilglukozamin

TEIHONSKA KISELINA:

• negativno nabijen polimerpovezan saČ

• ribitol fosfatom (A) ili• glicerol fosfatom (B),• ponavljajuće jedinice su

povezane prekofosfodiesterskih vezova.

• djeluje kao ionskiizmjenjivač, vežućidvovalentne katione Mg2+te tako stabiliziraplazminu membranu iaktivira enzimeuključene u sintezusastojaka stanične stijenke.

GRAM-POZITIVNA BAKTERIJA- nastavak

LIPOTEIHONSKE KISELINE SU LINEARNI POLIMERI.• 16 - 40 GLICEROLFOSFATNA OSTATKA POVEZANA FOSFODIESTERSKIM

VEZAMA, • KOJI SU DALJE KOVALENTNO VEŽU NA GLIKOLIPIDE ILI

GLIKOFOSFOLIPIDE MEMBRANE.

FIZIOLOŠKA ULOGA:• VEZANJE DVOVALENTNIH KATIONA (Mg 2+);• VEZANJE BAKTERIJA NA ZARAŽENE STANICE DOMAĆINA.

GRAM-POZITIVNA BAKTERIJA- nastavak

GRAM NEGATIVNE BAKTERIJE

Na površini PEPTIDOGLIKANA (5-10%) dodatni sloj – LIPOPOLISAHARIDNI (LPS)koji se sastoji od:

• O-antigena (polisaharid O)• kompleksa heteropolisaharida (heksoze, abekvoze, tiveloze, kolitoze, paratoze,

itd.) kovalentno povezanih na • lipid A.

GRAM NEGATIVNE BAKTERIJE-nastavakLIPID A - UVIJEK SE NALAZI S VANJSKE STRANE VANJSKE

MEMBRANE.

Osnovna struktura mu je disaharid povezan glukozaminil-glukozaminom te dalje esterskim i amidnim vezama povezane masne kiseline i fosfat.

GRAM NEGATIVNE BAKTERIJE-nastavakPORIN (PROTEIN VANJSKE MEMBRANE)

• TVORI VELIKU PORU ISPUNJENU VODOM.• PROMJERA 1 - 2 nm.• REGULIRA PROLAZ SPECIFIČNIH METABOLITA (B12, ŽELJEZA, MALTOZE

I DRUGIH HIDROFILNIH MOLEKULA) DO PLAZMINE MEMBRANE.

GRAM NEGATIVNE BAKTERIJE

Gram-negativnabakterija

ARHEABAKTERIJE• NE SADRŽE STANIČNU STIJENKU• SADRŽE PSEUDOMUREIN UMJESTO STANIČNE STIJENKE• IZNAD SE NALAZI POVRŠINSKI SLOJ KOJI SE SASTOJI SAMO

OD PROTEINA ili GLIKOPROTEINA.

• predstavljaju tip stanice koji ne nalikuje nitijednoj eukariotskoj, niti bakterijskoj stanici

– promjera su oko 0,1-15 μm – filamentarni oblici dosežu 200 μm– nemaju organele omeđene membranama Euglenophyta– imaju jezgrina tijela (nukleoide)– njihovi ribosomi su 70S

Poznate su tri različite skupine arheabakterija:metanogeni, halobakterije, termoacidofili

Methanosarcina

• ACIDO-REZISTENTNE BAKTERIJE Mycobacterium

• Prirodno bez stanične stijenke

Mycoplasma• PEPTIDOGLIKAN I VOSAK: (mikolične kiseline –

3-hidroksikiseline, u alfa-položaju imaju duge alifatske lance od 30 do 85 C-atoma).

EUKARIOTI

• ORGANELE NA POVRŠINI STANICA (praživotinje i alge)

• Eukariotske trepetljike i bičevi obično su promjera 150 do 300 nm i duljine 20 do 2000 nm. Svaki bič ima opnu koja izlazi iz plazmine membrane i u plazmi ima bazalno tijelo.

1. TREPETLJIKE (CILIJE) - NITASTE ORGANELE; • SLUŽE ZA POKRETANJE TEKUĆINE PREKO POVRŠINE STANICE ;

2. BIČEVI (FLAGELA) - UZVOJITO ISPREPLETENE JEDNOSTAVNE VLAKNASTE PROTEINSKE PODJEDINICE;

• SLUŽE ZA POKRETANJE STANICE U MEDIJU.

STANIČNA STIJENKA Stanična stijenka VEĆINE ALGI, FUNGA I VIŠIH BILJAKA SADRŽI:

MIKROFIBRILE OD CELULOZE (povezane jedinice glukoze β-1,4-vezom);

ili HITINA (polimer N-acetil-D-glukozamin).

proizvodnja ovih MIKROFIBRILA ODVIJA SE NA POVRŠINI STANICE.

ALGE• IMAJU SLOJEVITU CELULOZNU STIJENKU DEBLJINE 10 - 20 mm,

A OSTATAK ČINE HETEROPOLISAHARIDI, PROTEINI I LIPIDI.• ANORGANSKA LJUŠTURA MOŽE SADRŽAVATI:• silicijev dioksid (dijatomeje)• kalcijev karbonat (kokolitofore).

KVASCI•

STANIČNA STIJENKA GRAĐENA JE OD GLUKANA (polimer glukoze), MANANA (polimer manoze) i manje količine GALAKTOZE, LIPIDA, PROTEINA, FOSFATA, GLUKOZAMINA.

Saccharomyces cerevisiae - GLUKAN I MANAN 90% (1:1).

PLIJESAN

• Aspergillus niger• SADRŽI GLUKAN I HITIN KAO GLAVNE

SASTOJKE STANIČNE STIJENKE.

Najvažnije razlike prokaritoskih i eukariotskih stanica