1

PROKARIOTI

Modul: Biološke osnove plodnosti tla

Sustav 3 carstva (Carl R. Woese, 1990)... Eubacteria

Bacteria

ArchaebacteriaArchaea

EukaryotaEucarya

Podjela mikroorganizama na osnovu organizacije stanice.... Prokarioti Eukarioti

- Gljive- Alge- Protozoe (praživotinje)

-Prave bakterije ili eubakterije-arheobakterije

Tipična eukariotska stanica je 1000 x veća i kompleksnija od prokariotske stanice

mitozaBinarno cijepanjeDijeljenje stanicemejozaNema mejozeSpolno razmnožavanje

Puno linearnih kromosoma

Jednostavni kružni kromosom

Kromosom (DNK)Veliki (80S) i mali Mali (70S)Ribosomi

ima staničnog kostura i strujanja citoplazme

Nema staničnog kostura i strujanja

Citoplazma

Ima ugljikohidrata i sterolaNema ugljikohidrata i sterola

Citoplazmatskamembrana

Ako je ima jednostavne je građe

Ima ( složena građa)Stanična stijenkanemaKapsula ili sluzavi slojGlikokaliksSložene građeOd dvije vrste proteinabičevi

Lizosomi,endopl. retikulum, mitohondrij,kloroplast,Golgijevkompleks

nemaOganele obavijene membranom

Prava jezgraNema jezgrinumembranu

JezgraPromjer 10-1000μmPromjer 1-10 μmVeličina staniceEukariotska stanicaProkariotska stanicaOsobine

Prokarioti: Jednostanični organizmi Na osnovu klasifikacije dijele se na:BACTERIA – eubakterije ili prave bakterijeARCHAEA – arhebakterije

Bakterije su vrlo mali jednostanični organizmi u kojih genetički materijal nije okružen posebnom jezgrinommembranom – pa su zbog tih osobina dobili ime prokarionti, prema grčkoj riječi koja označava prajezgru (protos = prvi,karion = jezgra).

Znanstvena disciplina koja ih proučava -BAKTERIOLOGIJA

2

Podjela prokariota Podjela prokariota može biti i na osnovu građe

njihove stanične stijenke:1. GRAM negativne (G-) bakterije2. GRAM pozitivne (G+) bakterije3. Bakterije bez st. stijenke – mikoplazme -prirodno

bez stanične stjenke, neodređenog oblika (pleomorfne), citoplazmatska membrana sadrži sterole

4. St.stijenka bez peptidoglikana - Archeae

Bakterije.. Najrasprostranjeniji organizmi u prirodi Ubikvisti Donja i gornja granica života -nalaze se u

raznolikom i ekstremnom okolišu Rasprostranjeni, raznoliki, brojni Bakterijska djelovanja: kruženje hranjiva i

energije u prirodi, bioremedijacija, biogeokemijski procesi u prirodi, bolesti ljudi, životinja i biljaka, proizvodnja droga, antibiotika, tretiranje otpada, korisne interakcije s biljkama

Bakterije … Brzi rast i razvoj stanica u povoljnom

okolišu Imaju sposobnost brze prilagodbe na

promjene u okolišu Velika brojnost i raznolikost u prirodi

odnosno mogu živjeti u različitim sredinama

Bakterijska raznolikost u a) veličini; b)obliku; c) mobilnosti

Bakterijska raznolikost u veličini.... Veličina od 0,5-1,0 μm promjera i 1-2-5μm

duljine Bakterije ne žive pojedinačno već u nakupinama

koje se nazivaju KOLONIJE Kolonije su vidljive golim okom i karakteristične

su za pojedine rodove i vrste bakterija Koloniju sačinjava oko milijun bakterijskih

stanica

Bakterijska raznolikost u obliku....

3

Bakterijska raznolikost u obliku:

1. OKRUGLI ili kugličasti (COCCUS)2. ŠTAPIČASTI(BACTERIUM I BACILLUS)3. SPIRALNI (SPIRILLUM)4. KVADRATNI (ARCULA)5. ZVJEZDASTI (ASTRAE)

6. NITASTI ili KONČASTI OBLICI

IZVEDENI OKRUGLI OBLICIIZVEDENI OKRUGLI OBLICI

1.1. DIPLOCOCCUS1.2. STREPTOCOCCUS1.3. TETROCOCCUS (TETRADE)1.4. SARCINE1.5. STAPHYLOCOCCUS1.6. MONOCOCCUS

1.1. Diplococcus

1.2. Streptococcus 1.3. Tetrococcus (tetrade)

4

1.5 Staphylococcus 1.6. Monocuccus

IZVEDENI ŠTAPIĆASTI OBLICIIZVEDENI ŠTAPIĆASTI OBLICI2.A. BACTERIUM (GR. ŠTAPIĆ)

2.A.1. DIPLOBACTERIUM2.A.2. STREPTOBACTERIUM2.A.3. POJEDINAČNI ŠTAPIĆI

2.B. BACILLUS (LAT. ŠTAPIĆ)2.B.1. DIPLOBACILLUS2.B.2. STREPTOBACILLUS2.B.3. POJEDINAČNI BACILLI

POJEDINAČNI BACILLI

Pojedinačni bacili, diplobacili 2.B.2. STREPTOBACILLUS

5

Coccobacillus(Haemophilus influenzae) IZVEDENI SPIRALNI OBLICIIZVEDENI SPIRALNI OBLICI

SPIRILLACEAE3.1. VIBRIO3.2. SPIRILLUM3.3. SPIROCHETA

3.3.A. TREPONEMA3.3.B. BORELLIA3.3.C. LEPTOSPIRA

3.1.Izvedeni spiralni oblik: VIBRIO

V.cholera

3.2 Izvedeni spiralni oblik: SPIRILLUM

a)TREPONEMA(T. pallidum uzročnik sifilisa)

b)BORRELIA(uzročnik povratne groznice i Lajmske bolesti)

3.3.Izvedeni spiralni oblik: SPIROCHETA c) LEPTOSPIRA

(uzročnik zarazne bolesti leptospiroze)

6

Zvjezdasti oblikRod Astra iliStella

Rod Arcula-Oblik kocke

4. ZVJEZDASTI oblik5. KVADRATNI oblik

KONČASTI OBLICI - Susrećemo ih kodsumpornih i fero bakterija

Nitaste bakterije

Aktinomicete –Bakterije nitastog oblikakoje nalikuju filamentoznimgljivama

a) Eubakterije ili prave bakterije

Zelene sumporne bakterije

Spirochaetes

Purpurne bakterije

Gram Negativne

Gram Pozitivne bakterije

Zelene nesumporneBakterije

Cijanobakterije

Eubakterije ili prave bakterije Cijanobakterije...- Fotosintetske bakterije koje za razliku od ostalih bakterija imaju klorofil i druge pigmente

-Grimizne, plavkastozelene i zelene bakterije-Stari naziv je i modrozelene alge

-mnoge vrste žive u vodama i tlu- Pojedinačne stanice; kolonije; u lancima-Mogu proizvesti toksične tvari; ne uzrokuju bolesti u ljudi

7

Actinomyces Corynebacterium Frankia Gardnerella Mycobacterium Nocardia Propionibacterium Streptomyces

Aktinomicete...

Figure 11.20b

-Nitaste bakterije koje nalikuju na micelije gljiva-Stanice su im nitaste kao kog hifa gljiva , ali su puno kraće 2 μm (kod gljiva su 10-50 μm)

Prokarioti koji žive u ekstremnim okolišima

npr: termalna vrela (nizak pH i visoke temp), morska dna..

Prokarioti- bakterije ili organizmi nalik bakterijama, žive na Zemlji dulje od bilo kojih ostalih oblika života

Pripadnici: Metanogeni Ekstremni halofili Ekstremni termofili

b) Arheobakterije....

Figure 4.5b

Methanosarcina- Archaea koja producira metan

Hipertermofili Pyrodictium Sulfolobus

Metanogeni Methanobacterium

Ekstremni halofili Halobacterium

Arheobakterije....

Figure 11.25

STRUKTURA BAKTERIJSKE STANICE

GRAĐA PROKARIOTSKE STANICE

8

BIČcitoplazmarizosomi

Citoplazmatskamembrana

mezosom

Stanična stijenka

KapsulaNukleoid

Građa prokariotske stanice

Strukture izvan bakterijske stanice.. Bakterije su zaštićene od utjecaja okoline s nekoliko

slojeva koji se nazivaju stanični omotači. U njih ubrajamo:

1. GLIKOKALIKS: a) sluzavi sloj i b) kapsula ili čahura2. STANIČNA STIJENKA3. STANIČNA ili CITOPLAZMATSKA MEMBRANA

- neke bakterije nemaju glikokaliks i/ili staničnu stijenku- Svaka ima jedinstvenu funkciju no sve čine čvrstu zaštitu stanice- Kompleksne su građe i čine do 50% stanične mase

•Glikokaliks – pojam koji se upotrebljava za tvari koje okružuju bakterijsku st. stijenku

a) KAPSULA ILI ČAHURA• želatinozni polimer koji se sastoji od polisaharida(dekstrini), polipeptida ili i jednog i drugog

• želatinozne konzistencije; viskozna i ljepljiva; različitedebljine, konzistencije i funkcije

•Bakterije koje imaju čahuru stvaraju sluzave kolonije

GLIKOKALIKS - ČAHURA (kapsula) i sluzavi sloj Čahura ili kapsula...

ULOGA:-štiti stanicu od nepovoljnihuvjeta vanjske sredine,

- štiti stanicu od dehidratacije

- zadržava oblik bakterijskestanice

- značajna u virulenciji i otpornosti

- služi kao rezervna hranabakterijskoj stanici

Izgled čahure Glikokaliks

b) SLUZAVI SLOJ sastoji se od agregata

karbohidrata (nema proteinskih tvari )

Štiti stanicu od negativnih uvjeta no nije ključan za preživljavanje stanice

9

STANIČNA STIJENKA- okružuje sve prokariotske stanice te im dajekarakerističan oblik stanici, a ima i zaštitnu ulogu.- ima određen elasticitet i čvrstoću te je djelomičnosavitljiva.- debljina st. stijenke je 10-20 nm- okružuje st. membranu i štiti unutrašnje dijelove stanice- građena je od polimera peptidoglikana koji se nazivaMUREINA koji joj daje oblik i čvrstoću.

Murein.....

MUREIN JE PEPTIDOGLIKAN KOJI JE GRAĐEN OD 2 dijela:

POLISAHARIDNOG (N-ACETILGLUKOZAMIN I N-ACETILMURAMINSKA KISELINA)

PROTEINSKOG DIJELA (ALANIN, GLUTAMINSKA KIS.,DIAMINOPIMELINSKA KIS. ILI LIZIN)

Prote

inski

dio m

urein

ske

mre

žice

Polisaharidni dio mureinke mrežice Građa peptidoglikana mureina kod G+ bakterija...

- prema u strukturi mureina i udjelu dodatnih tvari u st. stijencirazlikujemo:

-GRAM-POZITIVNE bakterije građene su od nekolikoslojeva peptidoglikana mureina unutar kojih se nalaziteihonska kiselina (polimer glicerolfosfatne i ribitolfosfatnekiseline.) te imaju deblju st. stijenku

-GRAM-NEGATIVNIH bakterije koje imaju manji broj slojevapeptidoglikana i ne sadrže teihonsku kis.

STANIČNA STIJENKA.... St. Stjenka G+ i G- bakterija

10

G +

G -

GRAĐA STANIČNE STIJENKE

GRAM – POZITIVNE STANICE

Pept

idog

likan

(mur

ein)

Periplazmatskiprostor

Stan

ična

m

embr

ana

Teihonska miselina

Građa st. stijenke G + bakterija

Stanična stijenka G+ bakterije-Ispod st.stijenke G+ bakterije imaju st.membranu i vrlo

mali periplazmatski prostor G- bakterije-imaju složeniju građu jer sadrže 2 membrane: “unutarnju”

(staničnu ili citoplazmatsku) koja je građena od fosfolipida i “vanjsku” koja pored fosfolipida sadrži i lipopolisaharide (LPS). LPS sloj daje antigena svojstva stanici i propusan je za male molekule

- periplazmatski prostor kod G- bakterija je veći i sadrži enzime koji su značajni za ishranu

GRAĐA STANIČNE STIJENKE GRAM – NEGATIVNE STANICE

Stanična membrana

Periplazmatskiprostor i peptidokgikan

LPS

Vanjskamembrna

Fosfolipidi

Integralni proteini

Peptidoglikan

G -

Na osnovu građe stanične stijenke (G+ili G-) -KLASIFIKACIJA BAKTERIJA!!!!!!!

Hans Christian Gram (1884)- različito bojanje G- (crveno) i G+ bakterija (ljubičasto) uzrokovano je različitom građom st. stijenke bakterija

CITOPLAZMATSKA ili STANIČNA MEMBRANA

- u svih je stanica citoplazma odvojena od okoline polupropusnom membranom - citoplazmatskom membranom

- Unutarnja membrana – tanka, savitljiva, potpuno okružuje stanicu

- osmotska barijera stanice -djeluje semipermeabilno(polupropusno), a njena uloga je da omogućuje:

• kontrolira kretanje tvari u stanicu i izvan nje (selektivna barijera)• izlučivanje vanstaničnih enzima• regulaciju i razmnožavanje• disanje i fotosintezu• Sintezu stanične stjenke

11

to je osmotska barijera stanice koja kontrolira ulazak i izlazak otopljenih tvari- unos hranjivih tvari u stanicu, izbacivanje otpadnih tvari iz stanice

odlučujuća uloga u metabolizmu (disanje, rast i razmnožavanje

sjedište enzima odgovornih za prijenos tvari

- debljina citopl. membrane je 5-10 nm

- Barijera između stanice i okoline, ako je oštećena tada stanica umire

Građa bakterijske citoplazmatske memrane

Građena od: lipoproteina tj.prvenstveno sadrži dvosloj fosfolipida i proteine

Integrirani proteini

fosfolipidi Molekula fosfolipidi

Periferni proteini

Integralni proteini

Izvan stanice

Dvoslojfosfolipida

Unutar stanice

Građa citoplazmatske ili stanične membrane

Građa: dvosloj fosfolipida i proteina (a) integralni i b) periferni proteini

Građa citoplazmatske membrane: 1. dvosloj fosfolipida – hidrofilni

sloj (glava) i hidrofobni sloj (rep)

2. Proteini - specificni receptori u membrani (proteini) –

reguliraju prijenos tvari u stanicu i otpadnih produkata iz stanice

Slika: Shematski prikaz membranskih proteina: a); b); c) integralni proteinid) periferni proteini

Polupropusnost citoplazmatske membrane Citoplazmena membrana je

polupropusna i selektivna:neke molekule i ioni prolaze

kroz membranu (ioni,voda,molekule, aminokiseline) ,a druge velike molekule su zadržane (npr. proteini)

Ima PORE- kroz koje se obavlja transport

FLAGELE (bičevi)- dugački složeni filamentozni dodaci pomoću kojih se bakterijepokreću- učvršćeni su na staničnu stijenku i st. membranu-flagele rotirajućim kretnjama pokreću stanicu-Imaju ih skoro sve spiralne bakterije, dok okrugli oblici rijetko imaju flagele

- prema broju i položaju bičeva razlikujemo:MONOTRIH- jedan bič na jednom krajuAMFITRIH - po jedan bič na oba kraja staniceLOFOTRIH - dva ili više bičeva na oba kraja stanicePERITRIH - bičevi se nalaze uokolo čitave stanice

ORGANELI ZA KRETANJE

12

PREMA BROJU I POLOŽAJU BIČEVA RAZLIKUJEMO

Građa flagele (biča):

filament

1. Filament – građen od proteina flagelina

2. Ručica ili kuka 3. Bazalno tijelo – učvršćuje

bič na staničnu stijenkuili citoplazmatskumembranu

Bazalno tijeloRučica ili kuka

Stanična stjenka

Citoplazmatskamembrana

citoplazma

Slika: Izgled i građa biča kod G-bakterije

Slika a) i b): Dijelovi biča i način njegova pričvršćivanja u staničnoj stijenci kodGram-negativnih (a) i Gram pozitivnih (b) bakterija

Organeli za kretanje...-pomoću flagela, bakterijskoj stanici je omogućena mobilnost prema izvoru hranjiva (POZITIVNEKEMOTAKSIJE) ili odmak od potencijalno štetnih tvari (NEGATIVNE KEMOTAKSIJE)- Bič se vrti u smjeru kazaljke na satu, a pokretljivost biča je posljedica rotacije bazalnog tijela

AKSIJALNI FILAMENT (niti)

– kod Treponeme sp. (spiralne bakterije Spirohete) postoji modificirani bič koji se naziva aksijalni filament ili endoflagela, jer se nalaze unutar stanične membrane

- Rotacija filamenta uzrokuje rotaciju ukočene spiralne stanice u suprotnom smjeru pa se bakterija pokreće poput svrdla kroz viskozni medij a) Fotografija aksijalnog filamenta kod

spirohete Leptospireb) Aksijalni filamenti omotani okolo spirohete

Organeli izvan bakterijske stanice

PILI (lat. Pillus = dlaka)- tvorevine nalik na vlati kose pričvršćene na bakterijsku

stanicu na polovima ili na cijeloj površini stanice- Kraće i tanje su od bičeva, ali i brojnije- Omogućuju bakterijama da se pričvršćuju na drugu stanicu ili

na određen supstrat –nisu organele za kretanje- Građene su poput bičeva ali od druge vrste proteina- Postoje samo kod G- bakterija, a eukarioti ih nemaju- Značajne su kod spajanja dviju bakterija u procesu konjugacije

FIBRILE- kratki nastavci na površini bakterijske stanice- Sitnije su od pila, ali su brojnije- Omogućuju bakteriji da se učvrsti za određenu površinu

13

Pili i fibrile

Bakterijski pili

Izgled bakterijskih pila i fibrila

MEZOSOMI- Nepravilni nabori citoplazmatske membrane bakterija

-Kod bakterija citoplazmatske membrana stvara invaginacije iliulegnuća

-imaju ulogu u:1. metabolizmu – izlučivanje enzima iz stanice, tvorba ATP-a2. razmnožavanju- prilikom bakterijskog dijeljenja stanice

stvaraju poprečnu pregradu

-”POPREČNA PREGRADA”

CITOPLAZMA

- unutrašnji matriks stanice, koloidnog karaktera s sitnimgranuliranim česticama-sadržava 80% vode, te proteine, ugljikohidrate, lipide, anorganskespojeve,aminokiseline odnosno hraniva te enzime- Citoplazma je gusta, mutna i elastična

- ima prostornu i vremensku organizaciju

- unutar citoplazme nalaze se organele i to: mezosomi,ribosomi,nukleoid i granule

RIBOSOMI-mjesta sinteze proteina.-građeni su od dvije podjedinice - male 30S i velike 50S- svaka podjedinica se sastoji od proteina(40%) i ribosomske RNK(r-RNK, 60%). -sedimentacijski koeficijent ribosoma prokariota je 70s(S=svedbergove jedinice) i označava veličinu, masu i oblik ribosoma

Mala podjedinica Velika podjedinica Kompletan ribosom

Usporedba prokariotskih i eukariotskihribosoma... INKLUZIJE (UKLOPINE) ili GRANULE

• rezervni tvari u citoplazmi prokariotskih stanicaRazlikujemo:

- metakromatska zrnca - sadrže volutin- polisaharidna zrnca – sadrže škrob i glikogen- uklopine masti (rezervna tvar)- granule sumpora, fosfora,polifosfata- plinske vakuole – česte kod vodenih prokariota, sadrže

plinove putem kojih stanica održava životne funkcije- karboksiosomi

14

NUKLEOID

- bakterije nemaju jezgru i jezgrinu ovojnicu kao eukarioti, već im genetski materijal je u obliku jednostavne dugačke kružnemolekule dvostruke uzvojnice DNK koja je smještena u sreinibakterijke stanice i naziva se NUKLEOID ili BAKTERIJSKI KROMOSOM

- sadrži sve genetičke informacije za strukturu i funkciju stanice(tzv. funkcionalne gene)

-ne sadrži histone i nije obavijena jezgrinom membranom

- nukleoid sadrži genetski materijal koji je neophodan za rast, razvoj, metabolizam i preživljavanje bakterijske stanice

-

PLAZMID - mala kružna dvostruka uzvojnicamolekule DNA tj. izvankromosomski genetičkielementi

plazmidi najčešče sadrže 15-100 gena Repliciraju se neovisno o kromosomskoj

DNA Prisutni su u različitom broju kopija kod

pojedinih bakterijskih vrsta (1 do 100) Veliki značaj plazmida u genetskom

inženjerstvu i stvaranje GMO organizama odnosno za tranfer gena

PLAZMID Pojedine bakterije sadrže 1 ili više različitih

plazmida

Mnoge bakterije pored nukleoida u svojoj stanici imaju plazmide koji nose određene genske upute pomoću kojih je bakterija bolje prilagođena za život u određenoj sredini npr. -gene za otpornost na antibiotike, teške metale, viruse, pesticide

- gene za razgradnju toksičnih tvari- geni za fertilnost

Izgled bakterijskog kromosoma i plazmida

ENDOSPORE PROKARIOTA- u slučaju nepovoljnih ekoloških uvjeta (nedostatak hrane i vode, nepovoljan ph, temperatura, toksični agensi, zračenja) unutar nekih vrsta bakterijskih stanica stvaraju SE ENDOSPORE.- NE SLUŽE ZA RAZMNOŽAVANJE, VEĆ ZA PREŽIVLJAVANJE NEPOVOLJNIH UVJETA- latentni oblik života bakterija-razlikujemo: oblik (okrugli ili ovalni), veličinu i smještaj spora unutarbakterijskih stanica -endospore mogu biti smještene:

TERMINALNO SUBTERMINALNOCENTRALNO

-promjer spore može biti manji, jednak ili veći od promjera bakterijskestanice

ENDOSPORE PROKARIOTA

Dijelovi spore:-SRŽ – kompletan nukleoid i struktureneophodne za sintezu proteina i glikolizu

-CITOPLAZMATSKA MEMBRANA-STIJENKA SPORE – građena od

peptidoglikana-KORTEKS SPORE -peptidoglikan-OMOTAČ spore- protein sporin-EKSOSPORIUM –lipoproteinska membrana

Citopl. membrana

srž

Stijenkaspore

OmotačVanjska membrana

eksosporium

korteks

15

Bakterije koje stvaraju endospore nazivaju se sporogene bakterije, a bakterije koje ne stvaraju spore nazivaju se asporogene bakterije

Spore su otporne na visoke temperature (oko 100°C, problem kod sterilizacije toplinom), antibiotike, dezificijense, radijaciju, sušenje

Razlozi endosporine otpornosti na nepovoljne uvjete: Građa -Spora je građena od peptidoglikanskog sloja i

nekoliko slojeva sporina omotača što joj daje otpornost

Metabolička uspavanost - spore nemaju metaboličku aktivnost i mogu preživjeti duga nepovoljna razdoblja

SPOROGENEZA (SPOROGENEZA) - PROCES NASTANKA ENDOSPORA UNUTAR VEGETATIVNE STANICE

Proces sporulacije ide u 7 faza:

Proces sporulacije ide u 7 faza:0 . stanica koja raste1. Tvorba asimetrične pregrade (septe)- dijeli stanicu na veću

ili majčinsku stanicu i manju stanicu ili sporu2. Sinteza enzima alkalne fosfataze3. Iz citoplazme majčinske stanice nastaje unutarnja i vanjska

membrana spore4. Između vanjske i unutarnje membrane stvara se korteks

(građen od peptidoglikana)5. Oblikuje se proteinska ovojnica – voda izlazi iz spore

(dehidratacija)6. Nagomilavaju se kationi i dipikolinska kiselina, a nastavlja

se dehidracija spore7. Autoliza stanice-majke i izlazak spore

Proces sporulacije traje 7 sati u uvjetima laboratorija Nakon prestanka nepovoljnih uvjeta spora se brzo vraća

u aktivan život – proces se naziva GERMINACIJA Germinacija ima 3 stadija (aktivacija, inicijacija,

isklijavanje) i traje 90 min