Расположение

П: нет мембраны, ограничивающей его от цитоплазмы

Э: ограничено от цитоплазмы ядерной мембраной

2. Форма П: кольцевая молекула ДНК, Э: хромосома

3. Внехромасомная ДНК П: расположена в плазмидах, Э: расположена в митохондриях

4. Гистоны П: есть гистоноподобные белки, Э: есть гистоны

5. Тип деления П: бинарное, Э: митоз

Синтез белка:

1. Рибосомы П: 70S(50S и 30S), Э: 80S (60S и 40S)

2. Мсто синтеза П: рибосомы свободно расположены в цитоплазме, Э: рибосомы в составе ш-ЭПС

Клеточная стенка:

1. Структурные элементы П: пептидогликан, Э: хитин или целлюлоза

2. Стеролы П: нет, Э: есть

10. Три источника энергии у бактерий

По типу питания бактерии разделяют на две группы: автотрофы и гетеротрофы

Автотрофы:

1. Энергия солнечного света (фототрофы - усваивают СО2)

2. Энергия химических связей (хемотрофы –окисление неорганических веществ, литотрофы)

Гетеротрофы

3. Энергия химических связей (органотрофы – расщепление органических веществ)

11. Типы дыхания бактерий

Дыхание (или биологическое окисление) — это сложный процесс, который сопровождается выделением энергии, необходимой микроорганизмам для синтеза различных органических соединений. Бактерии, как и высшие животные, для дыхания используют кислород. Однако Л. Пастером было доказано существование таких бактерий, для которых наличие свободного кислорода является губительным, энергия, необходимая для жизнедеятельности, получается ими в процессе брожения.

Все бактерии по типу дыхания подразделяются на об-лигатные аэробы, микроаэрофилы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы.

Облигатные (строгие) аэробы развиваются при наличии в атмосфере 20% кислорода (микобактерии туберкулеза), содержат ферменты, с помощью которых осуществляется перенос водорода от окисляемого субстрата к кислороду воздуха.

Микроаэрофилы нуждаются в значительно меньшем количестве кислорода, и его высокая концентрация хотя и не убивает бактерии, но задерживает их рост (актиноисцеты, бруцеллы, лептоспиры).

Факультативные анаэробы могут размножаться как в присутствии, так и в отсутствие кислорода (большинство патогенных и сапрофитных микробов — возбудители брюшного тифа, паратифов, кишечная палочка).

Облигатные анаэробы — бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является губительным (клостри-дии столбняка, ботулизма).

Аэробные бактерии в процессе дыхания окисляют различные органические вещества (углеводы, белки, жиры, спирты, органические кислоты и пр.).

Дыхание у анаэробов происходит путем ферментации субстрата с образованием небольшого количества энергии. Процессы разложения органических веществ в безкислородных условиях, сопровождающиеся выделением энергии, называют брожением. В зависимости от участия определенных механизмов различают следующие виды брожения: спиртовое, осуществляемое дрожжами, молочно-кислое, вызываемое мол очно-кислыми бактериями, масляно-кислое и пр.

С выделением большого количества тепла при дыхании некоторых микроорганизмов связаны процессы самовозгорания торфа, навоза, влажного сена и хлопка.

Направление движения бактерий

· Жгутики при плавании собираются в пучок и начинают вращаться против часовой стрелки.

· Затем происходит пробег бактерии, после чего жгутики начинают вращаться по часовой стрелке.

· При этом бактерия совершает небольшой кувырок.

· Направление движения – случайное.

· Частота кувырков и пробегов будет одинаковой, если условия среды не меняются.

· При изменении условий среды меняются параметры движения.

Кинез – реакция, проявляющаяся в изменении скорости плавания. Траектория кинеза – ломанная линия

Таксисы бактерий

· Плавание с определенной целью – поиск питательных субстратов или избегание действия неблагоприятных факторов.

· Целенаправленное передвижение - способность к таксису.

· Плыть в направлении более благоприятных условий – положительный таксис.

· Избегать неблагоприятных условий – отрицательный таксис.

· Таксис – ориентированное движение МО в направлении к аттрактанту и удаление от репеллента.

Разновидности таксисов

· 1. хемотаксис – реакция на изменение концентрации растворенных веществ

· 2. аэротаксис - кислорода

· 3. осмотаксис - осмолярности

· 4. фототаксис - освещенности

· 5. термотаксис - температуры

· 6. тигмотаксис – механического воздействия

· 7. гальванотаксис – электрического тока

· 8. магнитотаксис – магнитного поля

12. Этапы биосинтеза белка

Биосинтез белка происходит в два этапа. В первый этап входит транскрипция и процессинг РНК, второй этап включает трансляцию. Во время транскрипции фермент РНК-полимераза синтезирует молекулу РНК, комплементарную последовательности соответствующего гена (участка ДНК). Терминатор в последовательности нуклеотидов ДНК определяет, в какой момент транскрипция прекратится. В ходе ряда последовательных стадий процессинга из мРНК удаляются некоторые фрагменты, и редко происходит редактирование нуклеотидных последовательностей. После синтеза РНК на матрице ДНК происходит транспортировка молекул РНК в цитоплазму. В процессе трансляции информация, записанная в последовательности нуклеотидов, переводится в последовательность остатков аминокислот.

Процессинг РНК

Между транскрипцией и трансляцией молекула мРНК претерпевает ряд последовательных изменений, которые обеспечивают созревание функционирующей матрицы для синтеза полипептидной цепочки. К 5΄-концу присоединяется кэп, а к 3΄-концу поли-А хвост, который увеличивает длительность жизни иРНК. С появлением процессинга в эукариотической клетке стало возможно комбинирование экзонов гена для получения большего разнообразия белков, кодируемых единой последовательностью нуклеотидов ДНК, — альтернативный сплайсинг.

Трансляция

У прокариот мРНК может считываться рибосомами в аминокислотную последовательность белков сразу после транскрипции, а у эукариот она транспортируется из ядра в цитоплазму, где находятся рибосомы. Скорость синтеза белков выше у прокариот и может достигать 20 аминокислот в секунду^[1]. Процесс синтеза белка на основе молекулы мРНК называется трансляцией.

Рибосома содержит 2 функциональных участка для взаимодействия с тРНК: аминоацильный (акцепторный) и пептидильный (донорный). Аминоацил-тРНК попадает в акцепторный участок рибосомы и взаимодействует с образованием водородных связей между триплетами кодона и антикодона. После образования водородных связей система продвигается на 1 кодон и оказывается в донорном участке. Одновременно в освободившемся акцепторном участке оказывается новый кодон, и к нему присоединяется соответствующий аминоацил-т-РНК.

Во время начальной стадии биосинтеза белков, инициации, обычно метиониновый кодон узнаётся малой субъединицей рибосомы, к которой при помощи белковых факторов инициации присоединена метиониновая транспортная РНК (тРНК). После узнавания стартового кодона к малой субъединице присоединяется большая субъединица и начинается вторая стадия трансляции — элонгация. При каждом движении рибосомы от 5' к 3' концу мРНК считывается один кодон путём образования водородных связей между тремя нуклеотидами (кодоном) мРНК и комплементарным ему антикодоном транспортной РНК, к которой присоединена соответствующая аминокислота. Синтез пептидной связи катализируется рибосомальной РНК (рРНК), образующей пептидилтрансферазный центр рибосомы. Рибосомальная РНК катализирует образование пептидной связи между последней аминокислотой растущего пептида и аминокислотой, присоединённой к тРНК, позиционируя атомы азота и углерода в положении, благоприятном для прохождения реакции. Ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы присоединяют аминокислоты к их тРНК. Третья и последняя стадия трансляции, терминация, происходит при достижении рибосомой стоп-кодона, после чего белковые факторы терминации гидролизуют последнюю тРНК от белка, прекращая его синтез. Таким образом, в рибосомах белки всегда синтезируются от N- к C-концу.

13. Ферменты микроорганизмов

• Энзимы – специфические белки, которые катализируют химические реакции.

• Классификация ферментов бактерий:

1. По типу катализируемой реакции – оксиредуктазы, лиазы, трасферазы, гидролазы и т.д.

2. По локализации – эндоферменты – катализируют реакции внутри клетки. Экзоферменты – выделяются из бактериальной клетки, катализируют расщепление

3. Генетический контроль образования – конститутивные (в течение всего жизненного цикла, не влияет наличие субстрата), индуцибильные – они образуются в ответ на наличие субстрата

4. По субстрату – протеолитические – расщепляют белки, сахаролитические – расщепляют углеводы, липолитические – расщепляющие жиры.

Протеазы

· расщепляют белки до аминокислот, мочевины, индола, сероводорода, аммиака. По выделению этих продуктов на средах с белком выявляют наличие протеаз.

· Среды:

· С желатином, разжижение среды

· На свернутой сыворотке по ее разжижению

· На молоке по его просветлению

· Казеин – будет разрушаться, белок свертываться.

· На МПБ по выделению газа индола и сероводорода, которые выявляют с помощью индикаторных бумажек

Сахаролитические ферменты

· расщепляющие углеводы

· Эти ферменты расщепляют углеводы до альдегидов, кислот, углекислого газа и H₂.

· Для их определения используют МПБ или МПА, к которым добавляют индикатор кислотообразования + углевод + поплавок для газообразования.

· Пример - среды Гисса. Если свет среды меняется, выделяется газ, значит идет расщепление углеводов (моносахара).

· На этом принципе создаются панели, планшеты, бумажные индикаторные системы и приборы для учета ферментативной активности.

Липолитические ферменты

липазы – выявляют на ЖСА – желточно- солевой агар, который содержит желток, разрушение липидов желтка сопровождается помутнением среды

14. Особенности строения прокариотической клетки

Размеры — от 1 до 15 мкм. Основные формы: 1) кокки (шаровидные), 2) бациллы (палочковидные), 3) вибрионы (изогнутые в виде запятой), 4) спириллы и спирохеты (спирально закрученные).

Бактериальная клетка ограничена оболочкой. Внутренний слой оболочки представлен цитоплазматической мембраной (1), над которой находится клеточная стенка (2); над клеточной стенкой у многих бактерий — слизистая капсула (3). Строение и функции цитоплазматической мембраны эукариотической и прокариотической клеток не отличаются. Мембрана может образовывать складки, называемые мезосомами (7). Они могут иметь разную форму (мешковидные, трубчатые, пластинчатые и др.).

На поверхности мезосом располагаются ферменты. Клеточная стенка толстая, плотная, жесткая, состоит из муреина (главный компонент) и других органических веществ. Муреин представляет собой правильную сеть из параллельных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими белковыми цепочками. В зависимости от особенностей строения клеточной стенки бактерии подразделяются на грамположительные (окрашиваются по Граму) и грамотрицательные (не окрашиваются). У грамотрицательных бактерий стенка тоньше, устроена сложнее и над муреиновым слоем снаружи имеется слой липидов. Внутреннее пространство заполнено цитоплазмой (4).

Генетический материал представлен кольцевыми молекулами ДНК. Эти ДНК можно условно разделить на «хромосомные» и плазмидные. «Хромосомная» ДНК (5) — одна, прикреплена к мембране, содержит несколько тысяч генов, в отличие от хромосомных ДНК эукариот она не линейная, не связана с белками. Зона, в которой расположена эта ДНК, называется нуклеоидом. Плазмиды — внехромосомные генетические элементы. Представляют собой небольшие кольцевые ДНК, не связаны с белками, не прикреплены к мембране, содержат небольшое число генов. Количество плазмид может быть различным. Наиболее изучены плазмиды, несущие информацию об устойчивости к лекарственным препаратам (R-фактор), принимающие участие в половом процессе (F-фактор). Плазмида, способная объединяться с хромосомой, называется эписомой.

В бактериальной клетке отсутствуют все мембранные органоиды, характерные для эукариотической клетки (митохондрии, пластиды, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы).

В цитоплазме бактерий находятся рибосомы 70S-типа (6) и включения (9). Как правило, рибосомы собраны в полисомы. Каждая рибосома состоит из малой (30S) и большой субъединиц (50S). Функция рибосом: сборка полипептидной цепочки. Включения могут быть представлены глыбками крахмала, гликогена, волютина, липидными каплями.

У многих бактерий имеются жгутики (10) и пили (фимбрии) (11). Жгутики не ограничены мембраной, имеют волнистую форму и состоят из сферических субъединиц белка флагеллина. Эти субъединицы расположены по спирали и образуют полый цилиндр диаметром 10–20 нм. Жгутик прокариот по своей структуре напоминает одну из микротрубочек эукариотического жгутика. Количество и расположение жгутиков может быть различным. Пили — прямые нитевидные структуры на поверхности бактерий. Они тоньше и короче жгутиков. Представляют собой короткие полые цилиндры из белка пилина. Пили служат для прикрепления бактерий к субстрату и друг к другу. Во время конъюгации образуются особые F-пили, по которым осуществляется передача генетического материала от одной бактериальной клетки к другой.

15. Морфология бактерий

Компартменты (части) бактериальной клетки

• Клеточная стенка

• Цитоплазматическая мембрана

• Цитоплазма

• (нуклеоид, рибосомы, включения)

16. Цитоплазма бактериальной клетки

• Цитоплазма – гелеобразная субстанция, окруженная ЦПМ, содержит рибосомы, белки и ферменты.

• В цитоплазме cтруктурно различимы: 1. Рибосомы 2. Нуклеоид 3. Включения

Рибосомы бактерий

• Прокариотические Р относятся к 70S типу.

• Эукариотические Р - к 80S типу.

• Р имеют четкие контуры.

• Р – мембраной не окружены.

• Количество Р строго регулируется и составляет ~ от 1-100 x 1000 на клетку.

• В клетке E.coli – 1000 Р.

• Р распределены диффузно в цитоплазме

• Иногда Р расположены вблизи ЦПМ.

Бактериальные Р содержат 55 белков и 3 типа рРНК

• 30S - малая субъединица:

• 21 белок + 16S РНК

• 50S -большая субъединица:

• 34 белка + 5S, 23S РНК

Функции рибосом

• Р выполняют функцию трансляции генетической информации – синтез белка на матрице иРНК.

• Р, нанизанные на иРНК образуют полисомы.

Нуклеоид

• 2-й структурный компонент цитоплазмы

• четко различима область цитоплазмы с ДНК, не окруженная мембраной.

• Н включает хромосому и лишен рибосом.

• Хромосома и плазмиды составляют геном

• Геном – совокупность генов.

17. Строение и функции цитоплазматической мембраны

Цитоплазма бактерии окружена ЦПМ

ЦПМ - билипидная универсальная структура - физиологически активное образование

ЦПМ – высокоселективный барьер, обеспечивает существование клетки

Жизнеспособность бактерий обусловлена свойствами ЦПМ:

Текучесть – белки способны свободно перемещаться в толще мембраны

Флексибильность - способность изгибаться

Стабильность - за счет ионов Ca²⁺ и Mg²⁺

Строение ЦПМ

У большинства бактерий снаружи от ЦПМ есть особая структура – клеточная стенка (КС)

КС отсутствует у микоплазм (р. Mycoplasma)

ЦПМ – единственное мембранное образование бактерий, определяет ее жизнедеятельность

У бактерий нет мембран ядра, митохондрий, АГ и ЭПС

ЦПМ образована двумя слоями фосфолипидов (ФЛ) с комплексами белков

ФЛ есть во внешнем и внутреннем листке ЦПМ, холестерины отсутствуют

Белки ЦПМ

• В состав мембран входят белки и белковые комплексы

• Белки интегральные могут несколько раз пронизывать мембрану

• Белки гидрофобные – внутри мембран

• Белки гидрофильные – снаружи на поверхности мембран

• Белки периферические – находятся на мембране, не в цитоплазме – в основном, ферменты.

Жирные кислоты ЦМП бактерий

• ЖК состоят из 16-18 атомов углерода

• У бактерий, в отличие от эукариот, практически отсутствуют двойные (ненасыщенные) связи в ЖК

• Степень насыщенности ЖК определяет свойства бактериальных мембран

• У бактерий мембраны должны находиться в переходном подвижном состоянии, чтобы активно реагировать на воздействия извне

• Подвижное состояние мембран бактерий обеспечивает широкие температурные границы их существования

Функции ЦПМ

Строение ЦПМ определяет ее функции

ЦПМ - полифункциональная структура, вместилище различных ферментов.

Ферменты участвуют в самых различных процессах жизнедеятельности бактерий.

Все функции мембраны связаны и плавно перетекают друг в друга.

Условно выделим 5 групп функций ЦПМ

1. Регуляция осмотического давления -главный осмотический барьер.

2. Энергетическая функция.

3. Транспортная функция.

4. Сенсорная функция.

5. Регуляция деления бактериальной клетки.

Регуляция осмотического давления

1. Неспецифическая простая диффузия по градиенту концентрации без затраты энергии.

2. Облегченная диффузия – за счет фермента – субстрат-специфической пермеазы (транспортный белок) по градиенту концентрации не требует затрат энергии.

3. Активный транспорт - с участием специфических транспортных белков – пермеаз. В отличие от облегченной диффузии требуется затрата энергии.

Энергетическая функция

Система первичной протонной помпы или протондвижущая сила (ПДС) возникает:

1. В результате дыхания.

2. Источником может быть энергия света.

3. ПДС возникает за счет работы белкового комплекса АТФ-азы (включает 7 разных белков).

4. За счет ПДС протоны Н+ поступают внутрь клетки.

ПДС складывается за счет:

Электрического мембранного потенциала

Разности рН между наружной и внутренней сторонами мембраны.

Или тем и другим одновременно.

Процесс идет за счет энергии АТФ.

Другие варианты первичной помпы

Вместо протонов (Н+) могут работать другие ионы, например, K+, Na+.

K+ первичная помпа.

Na+ первичная помпа.

В этих случаях происходит поступление K+, Na+ за счет энергии АТФ.

Например: морские бактерии, термофилы, бактерии в рубце жвачных животных.

Т.о., ПДС может создаваться за счет разных ионов.

Транспортная функция ЦПМ

Бактерии могут существовать только во влажной среде, поглощая растворенные вещества.

Все вещества должны проходить через ЦПМ.

Перенос веществ через ЦПМ

• Существует несколько вариантов переноса веществ через ЦПМ:

• 1. Активный транспорт

• 2. Вторичная помпа

1. Первый вариант переноса - активный транспорт Участвуют специфические транспортные белки – пермеазы, отличаются друг от друга по ряду показателей: по степени сродства к субстрату, по специфичности к определенным веществам, по эффективности определения концентрации веществ в клетке и вне клетки

2. Второй вариант переноса -вторичная помпа при участии энергетического протонного потенциала – вторичной помпы.

В этом случае специфические белки катализируют перенос различных субстратов за счет ПДС.

Как и в случае первичной помпы это перенос, но различных веществ (не только ионов Н+, K+, Na+) в клетку за счет разности мембранного потенциала, обеспечивающего

1-й вариант вторичной помпы

• Унипорт – втягивание вещества отрицательным зарядом за счет разности потенциалов на мембране. Например, электрофоретический вариант переноса вещества.

2-й вариант вторичной помпы

• Синпорт – белок катализирует одновременный и однонаправленный перенос веществ (двух или сразу нескольких) вместе с протоном за счет ПДС. Например, Н+ и лактоза.

3-й вариант вторичной помпы

• Антипорт – белки вторичной помпы катализируют одновременный и встречный перенос двух различных веществ. Например, Н+ и иона Са+ или Na+.

Сенсорная функция ЦПМ

• Бактерии способны улавливать и определять малейшие изменения в окружающей среде

• Сенсорные системы бактерий похожи на подобные системы в клетках высших организмов.

18. Периплазматическое пространство бактерий

Периплазматическое пространство — обособленный компартмент клеток грамотрицательных бактерий. Представляет собой объём, заключённый между плазматической и внешней мембранами. Содержимое периплазматического пространства принято называть периплазмой. Не имеет аналога у грамположительных бактерий.

Результаты окраски по Граму позволяют разделить бактерий с принципиально различным строением клеточной стенки. Грамположительные бактерии имеют толстый слой пептидогликана, покрывающий снаружи плазматическую мембрану. У грамотрицательных бактерий муреиновый мешок однослойный и поверх него располагается еще одна мембрана, сходная с плазматической. Таким образом, у грамотрицательных бактерий между внутренней (плазматической) и наружной мембранами существует обособленный клеточный компартмент, называемый периплазматическим пространством.

В периплазме локализован целый ряд ферментов, компонентов электрон-транспортных цепей и систем секреции белков. Также периплазма имеет свою систему обеспечения фолдинга белков, независимую от цитоплазматических шаперонов.

19. Строение муреина (пептидогликана, ПГ) кс бактерий

ПГ = муреин от лат. Murus - стена

ПГ - гетерополимер

ПГ – сложный комплекс,

состоит из 2-х частей:

1. гликановая часть

состоит из 2-х аминосахаров (N-ацетилглюкозамин, N-ацетилмурамовая к-та), соединенных 1, 4 В гликозидной связью

2. пептидная часть

Особенности строения и синтеза пептидной части ПГ

Пептидная часть – 4 аминокислоты (АК) -тетрапептид

L-аланин, D-аланин, D-глутаминовая к-та, мезодиаминопимелиновая к-та(ДАПК)

Тетрапептид присоединен к лактинной группировке 3-го атома углерода N-АМК (-ОН – лактин, =О – лактам)

Особенности синтеза пептидной части

· Состав пептидов в ПГ очень консервативен

· АК ПГ у бактерий в Д-форме

· У эукариот - большинство АК в L-форме

· Синтез ПГ бактерий происходит в цитоплазме

· Синтез пептидной части не связан с рибосомами - идет за счет ферментов

· У бактерий специфические тРНК связываются с АК в Д-форме и доставляют их к месту синтеза

· Сначала происходит сборка «кирпичика»:

· N–АМК+4АК+N–АГА

· «кирпичик» прикрепляется к ЦПМ, потом встраивается в цепочку ПГ

20. Действие лизоцима и литических ферментов на ПГ

Флеминг изучал способы разрушения бактерий Micrococcus lysodeikticus.

Лизоцим содержится во всех биологических жидкостях: слезная жидкость, слизистые выделения носовой полости, урогенитального тракта, яичный белок, выделения потовых желез

ЛИЗОЦИМ (мурамидаза) - фермент класса гидролаз, который разрушает β-1,4-гликозидную связь между N-АГА и N-АМК ПГ

Лизоцимоподобные ферменты

· Эндопептидаза

· Бактериоцины

Функции лизоцимоподобных ферментов В процессе роста бактерий для вставки (импрегнации) в КС вновь синтезированных фрагментов ПГ.

Ферментативное разрушение ПГ идет только в определенных участках клеточной стенки.

Бактерии вырабатывают подобные ферменты для борьбы с другими бактериями.

Бактерии обладают устойчивостью к действию своих собственных ферментов (иммунитет).

Некоторые молекулы ферментов способны проникать через ПГ в просветы Ǿ около 2 нм.

Свободно проникают молекулы с Мм ~50 кДа.

21. Действие пенициллина и В-лактамных антибиотиков на ПГ

Пенициллин и его действие на ПГ

Пенициллин – А. Флеминг 1928 г. Микроскопические грибы Род Penicillium. Действует на пентаглициновые мостики между гетерополимерными цепочками у Гр+ бактерий и пептидные мостики между гетерополимерными цепочками у Гр- бактерий

Уязвимое место молекулы пенициллина и цефалоспорина связь между N – C, на которую действует фермент бета-лактамаза, и разрушает ее, происходит гидролиз.

22. L – формы бактерий. Протопласты, сферобласты

L-формы бактерий частично или полностью лишённые клеточной стенки, но сохранившие способность к развитию.

· Впервые обнаружены в институте Листера

· Бактерии с разрушенной КС

· Выявляют при хронических заболеваниях

· При разрушении КС может происходить лизис

· Или L – трансформация

· L – трансформация - потеря КС с сохранением жизнеспособности бактерии

· основные трансформирующие агенты: лизоцим и пенициллин

Различают стабильные и нестабильные L-формы бактерий.

• Стабильные - полностью лишены ригидной клеточной стенки, что сближает их с протопластами; они крайне редко реверсируют в исходные бактериальные формы.

• Нестабильные - могут обладать элементами клеточной стенки, в чем они проявляют сходство со сферопластами; в отсутствие фактора, вызвавшего их образование, реверсируют в исходные клетки.