Prokariotai, ląstelės apvalkalėlis Flashcards
Prokariotiniai ir eukariotiniai organizmai, lyginamosios savybės:
Genetinės struktūros
Viduląstelinės struktūros
Ekstraląstelinės struktūros (ląstelės išorėje, tai, ką mes galim atpažinti, tai, kas atskiria ląstelę nuo aplinkos) (pilės,žiuželiai)
Reprodukcinės/dauginimosi
Genetinės lyginamosios savybės:
Prokariotuose (E.coli) genetinė medžiaga yra žiedinė/linijinė chromosoma, genetinės info lokalizacija - nukleoidas, bendruolėlis-nebūdinga, histonai-nebūdinga, ekstrachromosominė DNR- plazmidėse (ne visi prokariotai turi, tokio tipo plazmidės tapo svarbios genų inžinerijoje)
Eukariotuose (mielės) genetinė medžiaga yra suporuotos chromosomos, genetinės informacijos lokalizacija - membrana apribotas branduolys, būdingas branduolėlis, būdingi histonai, ekstrachromosominė DNR- organelėse (mitochondrijos ir chloroplastai, ir plazmidėse)
Viduląstelinės lyginamosios savybės
Prokariotams nebūdingos mitozinės verpstės, plazminė membrana be sterolio, vidinės membranos - būdinga fotosintezę vykdantiems mikroorganizmams, endoplazminis tinklas nebūdingas, kvėpavimui reikalingi fermentai - ląstelės membrana, chromatoforai - būdinga fotosintezę vykdančioms bakterijoms, chloroplastai, goldžio aparatas, lizosomos, peroksisomos, citoskeletas nebudingas, ribosomos - 70S.
Eukariotams mitozinės verpstės būdingos ląstelės dalijimosi metu, plazminė membrana yra su steroliu, vidinės membranos- būdinga daug membrana apribotų organelių, būdingas endoplazminis tinklas, kvėpavimui reikalingi fermentai - mitochondrijos, nebūdingi chromatoforai, chloroplastai būdinga kai kuriems, būdingas goldžio aparatas, lizosomos, peroksisomos, citoskeletas ribosomos - 80S citoplazmoje ir ant endoplazminio tinklo, 70S organelėse.
Ekstraląstelinės lyginamosios savybės
Prokariotuose ląstelės sienelę turi daugelis, sudaryta iš peptidoglikano, išoriniai sluoksniai - kapsulė ir gleivių sluoksnis, žiuželis - jei turi, tai iš flagelino sudarytos fibrilės, blakstienėlės nebūdingos, pilės ir fimbrijos būdingos, tarnauja prisitvirtinimui arba konjugacijai (genetinės info horizontalus pasidalijimas) (fimbrijų gali būti keli šimtai).
Eukariotuose ląstelės sienelė sudaryta iš celiuliozės ir/arba chitino (augalų ir grybų ląstelėse), išoriniai sluoksniai - plėvelė, kiautas arba skydas protistuose, žiuželis - jei turi, tai sudarytas iš membrana apribotos kompleksinės struktūros 9+2 mikrovamzdelių (pamatinis kūnelis 9+0). Blakstienėlės - būdinga trumpesnė, struktūriškai panaši į žiuželį, pilės nebūdingos.
Reprodukcinės lyginamosios savybės
Prokariotuose ląstelės dalijimasis yra binaris, lytinis genetinės medžiagos apsikeitimas nebūdingas, dauginimasis - nelytinis. (binaris - tįsta, iš vienos susidaro 2)
Eukariotuose ląstelės dalijimasis mitozė ir/ar mejozė, lytinis genetinės medžiagos apsikeitimas - mejozė, dauginimasis - lytinis ir nelytinis.
Prokariotų struktūrizacija
Išorinės struktūros: žiuželis, pilė, fimbrijos, kapsulė, gleivės.
Ląstelės apvalkalėlis- ląstelės sienelė, ląstelės membrana (citoplazminė)
Vidinės struktūros - citoplazminis matriksas, ribosomos, intarpai, nukleoidas, aktino citoskeletas, endosporos.
Ląstelės membrana sudaryta iš:
Membrana sudaro fosfolipidų bisluoksnį
Fosfolipidai turi hidrofobinę dalį - riebalų rūgštis ir hidrofilinę dalį - glicerolio fosfatus
Membranoje yra integralinių (transmembraninių) baltymų - perveria citoplazminę membraną
ir periferinių baltymų - jie asocijuoti su membrana (gali būti ir ant išorinės ir vidinės pusės) (genas, koduojantis tokius baltymus, turi turėti signalinį peptidą)
Fosfolipidas - fosfatidiletanolaminas
6-8 nm storio membrana
Archėjų ląstelės membrana (jungtis)
Domenuose Bacteria ir Eukarya riebalų rūgštys su gliceroliu yra sujungiamos ESTERINE jungtimi.
Archaea domene hidrofobinė dalis su gliceroliu yra sujungiama ETERINE jungtimi. (eterinė jungtis pati savaime stabilesnė, todėl archėjos egzistuoja ten, kur kiti mikroorganizmai gal net neišgyventų)
Archėjose lipidinė dalis yra sudaryta iš pasikartojančio hidrofobinio 5-C izopreno.
Archėjų ląstelės membranos (ilgos riebalų rūgštys):
20-C vienetas vadinamas -fitanilas (keturi izopreno vnt.)
40-C vienetas -bifitanilas (du fitanilo vnt, daug stabilesnė struktūra nei bakterijose)
Gali būti ir cikliniai dariniai, kas dar labiau padidina membranos atsparumą aplinkai
Lipidų monosluoksnis būdingas termofilams ir hipertermofilams (>80C)
Krenacheolis būdingas metanogenams ir ekstremaliems halofilams (gebantis augti druskingoje aplinkoje)
Ar skiriasi archėjų ir bakterijų membranos?
Cheminiu požiūriu bakterijų ir archėjų plazminės membranos skiriasi, bet funkcinė prasmė yra ta pati - atskirti išorę nuo aplinkos
Pagrindinės ląstelės membranos funkcijos
- Atrankiai pralaidus barjeras
- Maisto medžiagų ir šalutinių produktų transportas
- Baltymų imobilizavimo karkasas (pašalinus kažkokį baltymą ląstelė praranda kontaktą su aplinka, nebegali atpažinti medžiagų, esančių išorėje)
- Transportas
- Chemotaksis
- Energijos saugykla
- Sukaupta energija naudojama transportui, judėjimui ir ATP biosintezei (procesai nulemti protonų varos)
Ląstelės sudėtis:
Citoplazma >80% vanduo
Citozolis >70% ląstelės tūrio (be organelių ir citoplazminių intarpų)
Organelės
Citoplazminiai intarpai
Pralaidumas per membraną
Vandens molekulė (silpnai polinė, gali laisvai judėti (judėjimas per kanalus), akvaporinai - kanalai
Medžiagų pralaidumo mažėjimas: vanduo>glicerolis>triptofanas>gliukozė>Cl->K+>Na+
Akvaporinas yra..
Bakterijose
Grybuose
Augaluose
Gyvūnuose
Akvaporino atrankumą nulemia teigiamą krūvį turinčios aminorūgščių liekanos
Medžiagų patekimas į ląstelę
Jei egzistuotų tik difuzija -ląstelės niekada nepasiektų tokios tikslinių medžiagų koncentracijos, kuri reikalinga užtikrinti ląstelėje vykstančius biocheminius procesus
Pernašos/transportiniai baltymai išsprendžia šią problemą (padeda greičiau pasiekti reikalingą konc. ląstelės viduje)
- Įsotinimo efektas (kai mikroorganizmo augimas priklauso nuo gliukozės konc. didinant konc. ląstelės greičiau auga, bet pasiekus tam tikrą konc, ląstelė nustoja augti)
- Specifiškumas- kanalai gan specifiški, nes jais keliaus tik tam tikri jonai
- Griežta reguliacija
Prokariotuose egzistuoja 3 pagrindinės transporto sistemos:
- Paprastoji pernaša/aktyvioji - naudoja protonovaros jėgą, sudarytas iš vieno paprasto, membraną perveriančio baltymo - kanalo
- Grupių pernaša - pernešamos medžiagos modifikacija, modifikatorius fosfoenolpiruvatas, dalyvauja keletas baltymų
- ABC nešikliai - periplazminiai surišimo baltymai, naudojama ATP energija (hirdolizės metu), 3 baltymai
Pernašos būdai:
- Uniportas (viennaša)
- Antiportas (priešnaša)
- Simportas (kotransportas) (sąnaša)
Grupių pernaša:
- Veikia fosfotransferazinė susitema (PTS)
- E. Coli pernešama gliukozė, fruktozė, manozė, celobiozė
- Reikalingi 5 baltymai - visi jie sudaro baltymų šeimą
- Kaskadinės reakcijos
- Fosforilinimo-defosforilinimo reakcijos
PTS sistema
- Yra nespecifiniai komponentai, kurie dalyvauja pernešant gliukozę ir kitus komponentus
- Yra specifiniai komponentai atsakingi tik už gliukozės pernešimą
ABC nešiklis:
- Prokariotuose nustatyta daugiau nei 200 ABC nešiklių
- Vyksta pernaša: angliavandenių, aminorūgščių, sulfatų, fosfatų, mikroelementų
- Periplazmoje veikia periplazminis surišimo baltymas - suriša transportuojamą medžiagą ir perduoda integraliniam baltymui
- Periplazminis surišimo baltymo specifiškumas - 10^-6 (labai didelis, bet ko neatpažins)
Translokazės
Tai fermentų klasė, kuriai priklausantys fermentai perkelia tam tikras molekules iš vienos vietos į kitą, paprastai per membraną.
Yra Sec translokazės:
*SecA - baltymų transportas į periplazmą
*SRP- baltymų įterpimas į citoplazminę membraną (signalą atpažįstanti dalelė)
*SecYEG- trimeras, membraninė sekrecinė sistema
Signalinis peptidas/signalinė seka (lyderinė seka)
Tai yra trumpos aminorūgščių sekos, kurios nustato baltymo transportavimo ląstelėje paskirties vietą.
- Krūvį turinčios aminorūgštys
- Hidrofobinės aminorūgštys
- Polinės aminorūgštys
Tat sekrecijos sistema tai:
Dviejų arginino translokacijos kelias yra baltymų eksportas arba sekrecijos kelias, randamas augaluose, bakterijose ir archėjose. Skirtingai nuo Sec kelio, kuris perneša baltymus išskleistu būdu, Tat kelias aktyviai perkelia sulankstytus baltymus per dvigubą lipidų membranos sluoksnį.
Tat sekrecijos sistemoje vyksta sulankstytų baltymų transportas
- Chloroplastų tilakoiduose
- Bakterijose
- Archėjose
- Mitochondrijose
Signalinis peptidas trikomponentis:
n-galinis regionas
h-regionas
c-galinis regionas
Ką veikia Tat sekrecijos sistema?
TatABC- trimerinis baltyminis kompleksas
TatBC atpažįsta signalinį peptidą ir baltymą nukreipia link TatA
Baltymų pernaša:
- Fe-S baltymai
- Redox baltymai
- Išorinės ląstelės sienelės sintezė
Bakterijų ląstelės yra skirstomos į 2 tipus:
*Gram teigiamos
*Gram neigiamos
Šis skirstymas paremtas Gram dažymo metodu- skirtinga ląstelės sienelės struktūra
Gram variabilumas
Vienu atveju nusidažys mėlynai, kitu raudonai. Tai priklauso nuo ląstelės amžiaus, nes modifikuojama ląstelės sienelė, sulėtėjęs metabolizmas. Dar viena priežastis, gali skirtis net ir jaunos ląstelės, priklauso nuo ląstelės ar yra papildomų sluoksnių, gleivių, kažko, kas pasaugo peptidoglikaną, gali susidaryti kompleksas, kuris nebeišsiplauna. Tai pasunkina darbą.
Kuo skiriasi gram neigiama nuo gram teigiamos?
Gramteigiamos - storas peptidoglikano sluoksnis, nusidažo mėlyna,violetine spalva, lygesnis paviršius
Gramneigiamos - plonas peptidoglikano sluoksnis, nusidažo raudonai, ant paviršiaus tokie, kaip siūlai, makaronai, nelygus paviršius, tą nelygumą nulemia lipopolisacharidai
Gramteigiamų ir gramneigiamų bakterijų dažymas
Pradžioje mėginėlis nudažomas kristaliniu violetu (arba kitu baziniu dažu), vėliau praplaunamas vandeniu ir pridedama Gramo jodo reagento (jodo tirpalas sutvirtina dažus bakterijų ląstelių sienelėse); vėl praplaunamas vandeniu ir paskui organiniu tirpikliu, etanoliu arba acetonu. Gram - teigiamos bakterijos išlaiko pirminę dažo spalvą, o gram - neigiamos jos netenka. Tada papildoma antruoju dažu (naudojamas safraninas, Gram fuksinas), praplaunama ir pagal spalvas sprendžiama: gram - teigiamos bakterijos išlaiko pradinio nudažymo spalvas ir neįsisavina antrojo dažo, todėl atrodo tamsiai violetinės. Jei bakterijos yra gram - neigiamos, jos bus nusidažiusios antrąja, rožine spalva.
Kam žinoti ar gram teigiamas ar neigiamas?
Tam, jog žinoti, kaip išardyti ląstelę, pvz fermentais. Gram teigiamos yra linkusios spiruliuoti, tai yra blogai – jeigu mikroorgganizmas geba formuoti sporas, sporos yra labai atsparios, jei gram teigiama- tikrinama ar spiruliuojanti. Tai labai aktualu vykdant auginimus, ateinant po nakties ląstelės išejo į sporas, reikia sužinoti kada spiruliuoja.
Peptidoglikanas sudarytas iš:
*Linijinis polimeras
*N-acetilgliukozaminas (NAG)
*N-acetilmuramo rūgštis (NAM)
*Beta-(1–>4) glikozidinė jungtis (lizocimui jautri jungtis)
*L-alaninas
*D-alaninas
*D-glutamo rūgštis
*L-lizinas arba analogas diaminopimelinė rūgštis (DAP)
Visa tai sudaro glikano tetrapeptidą
Peptidoglikanas yra aptinkamas
- Po kol kas tik bakterijose
- N-acetilmuramo rūgštys ir DAP dar niekada nebuvo identifikuotas archėjose ir eukariotuose.
- Ne visose bakterijose randamas ir DAP
- Nustatyta daugiau nei 100 skirtingų
Gram teigiamų ląstelių sienelė:
*Peptidoglikanas sudaro daugiau nei 90% ląstelės sienelės (sauso svorio)
*20-80nm storio (pakankamai didelis)
*Kai kuriuos bakterijos gali turėti ir labai ploną peptidoglikaną
Dauguma turi peptidoglikaną sudarytą iš kelių sluoksnių (vienas ant kito)
*Petidoglikano “kabelis” (susisuka vamzdeliai ir sudaro ląstelės sienelę ir apsaugo nuo išorinio poveikio)
- Teicho rūgštys (gali būti prisikabinusios arba prie citoplazminės membranos lipidų arba prie peptidoglikano):
- Ribitolio arba glicerolio fosfatai
- Iš dalies atsakingos už ląstelės sienelės neigiamą krūvį
- Kovalentiškai prijungtos prie muramo rūgšties
- Ca ir Mg surišimas (jie kaip kofaktoriai)
- Lipoteicho rūgštys (jos dalinai atsakingos už ląstelės neigiamą krūvį) - kovalentiškai prijungta prie lipidų
Gram neigiamų ląstelių sienelė:
- Peptidoglikanas sudaro vos 10% ląstelės sienelės
- Didžiąją dalį sudaro išorinė ląstelės membrana
- “Antrasis lipidinis barjeras”
- Polisacharidai + lipidai =lipopolisacharidai (LPS)
*O-savitoji grandine sudaryta iš:
galaktozės, gliukozės, ramnozės, manozės, dideoksiheksozės
*Šerdis :
kdo, įvairios heptozės, gliukozės, galaktozės, N-acetilgliukozaminas
*Lipidas A:
gliukozaminas, kaproinė, lauro, miristo, palmitino, stearino rūgštys
LPS funkcijos:
- Struktūrinė
- Toksiškumas
- Endotoksinai
Periplazma
- 15nm storio
- Gelinės struktūros
- Priklausomai nuo organizmo: hidrolazės, surišimo baltymai, chemoreceptoriai
Archėjos:
- Neturi peptidoglikano
- Neturi išorinės membranos
- Turi polisacharidus
- Turi baltymus
- Turi glikoproteinus
- Pseudomureinas (nustatytos ir tokios archėjos, kurios neturi pseudomureino, turi kitus polisacharidus) (nėra peptidoglikano, yra 4 skirtumai: lizocimui nejautri jungtis B(1,3), aminorūgštys skirtingos, nėra D- aminorūgščių, n-acetilalosaminuroninė rūgštis, nėra DAP‘o)
Periplazma
Periplazmoje oksiduojanti aplinka, svarbu disulfidinių tiltelių susidarymas,
Lipoproteinai esantys periplazmoje yra atsakingi už ertme esančią periplazmoje, kaip inkarai prilaiko išorinę membraną.
Periplazma yra komunikacijai užtikrinti, signalo perdavimo užtikrinimas
S-sluoksnis
- Apsaugo ląstelę nuo išorinio poveikio
- Dažniausiai archėjose aptinkama ląstelės sienelė
- Gali būti ir bakterijose
- Tvarkinga monosluoksnė kristalinė struktūra (formuoja baltymai arba glikoproteinai; heksagonalinė, tetragonalinė, trimerinė) Priklauso nuo subvienetų skaičiaus ir formos
- S-sluoksnis gali būti ir su kitais ląstelės apvalkalais
- Gram+ tvirtinasi prie polisacharidų
- Gram- tvirtinasi prie lipopolisacharidų
- Du (dažniausiai) funkciškai aktyvūs domenai
- 10-15% visų ląstelės baltymų
- (Gliko)baltyminiai subvienetai- vieno geno (dažniausiai) produktas-SLP
S- sluoksnio funkcijos
- Apsauga nuo bakteriofagų
- Apsauga nuo žemo pH
- Apsauga nuo stambiamolekulinių junginių (fermentai)
- Membranos stabilizavimas
- Egzofermentų imobilizavimas (egzofermentai turi būti prijungti kartu prie ląstelės sienelės kartu su S-sluoksniu, sąveikati ir atpažinti kažkokius substratus, esančius ląstelės aplinkoje
Kas yra S-sluoksnis?
S-sluoksnis yra ląstelių apvalkalo dalis, randama beveik visose archajose, taip pat daugelio rūšių bakterijose.
