Prokariotska ćelija Flashcards
Kako je dobila naziv prokariotska ćelija
Prokariotska ćelija dobila je naziv po tome što nema formiranu jedrovu membranu, tako da njen
genetički materijal nije odvojen od citoplazme, za razliku od eukariota. Reč prokariot nastala je kombinacijom grčkih reči po, što znači preteča i karuov, što
znači jedro.
Šta ubrajamo u prokariote
U prokariote ubrajamo bakterije i arhee (arheabakterije) i cijanobakterije
Kapsula kod bakterija
Kapsula je najpovršniji omotač bakterijske ćelije. Sama kapsula je želatinozne (mukoidne) strukture, izgrađena od polisaharida i proteina.
Uloga kapsule
Uloga kapsule je različita: ona ima antifagocitno dejstvo (štiti ćeliju od fagocitoze, jer se fagociti ne mogu
vezati za kapsulu zbog njene želatinozne strukture);
vezuje vodu i štiti ćeliju od isušivanja; poseduje adhezivno svojstvo, odnosno, omogućava pričvršćivanje i
prilepljivanje za podlogu na kojoj se nalazi bakterijska ćelija
Da li sve bakterije imaju kapsulu
Kapsulu nemaju sve bakterije. Primeri bakterija koji imaju kapsulu su Streptococcus pneumoniae,
Bacillus anthracis, Neisseria meningitidis…
Ćelijski zid bakterija
Ćelijski zid se nalazi ispod kapsule
(ukoliko bakterija poseduje kapsulu), ali, ako je nema,
ćelijski zid u tom slučaju predstavlja najpovršniji omotač bakterijske ćelije.
Od čega je izgrađen ćelijski zid bakterija
Ćelijski zid bakterija je izgrađen od peptidoglikana, strukture koja je specifična samo za bakterijske ćelije. Strukturno, peptidoglikan je izgrađen od peptida i ugljenih hidrata. Polimeri izmenjenih monosaharida su međusobno povezani oligopeptidima gradeći na taj način čitav ćelijski zid
Koja je to struktura specifična samo za bakterijske ćelije
peptidoglikan
Kako se to razlikuje građa ćelijskog zida
Grada ćelijskog zida se može razlikovati između različitih rodova bakterija. Hans Kristijan Gram
je 1884. godine uveo specijalnu vrstu bojenja bakterija koje je u njegovu čast nazvano bojenje po Gramu, kojim se bakterije boje u zavisnosti od toga kakav ćelijski
zid imaju.
Bojenje po Gramu
Ukoliko se bakterije nakon bojenja po Gramu oboje plavo-ljubičasto, za njih kažemo da su Gram-pozitivne.
Ukoliko se bakterijske ćelije nakon bojenja po Gramu oboje crveno, tada kažemo da su one Gram
negativne.
Gram pozitivne bakterije
Ćelijski zid Gram-pozitivnih bakterija izgrađen je od jednog debelog sloja peptidoglikana.
Gram negativne bakterije
Ćelijski zid Gram- negativnih bakterija ima malu količinu peptidoglikana, ali takođe poseduje
i jedan fosfolipidni omotač koji prekriva “sloj” peptidoglikana. Pošto je građen veoma slično kao ćelijska
membrana, često se u literaturi može sresti pod nazivom spoljašnja membrana
Ćelijska membrana bakterija
Ćelijska membrana prokariotskih ćelija je u osnovi iste strukture kao i ćelijska membrana eukariotskih ćelija: izgrađena je od fosfoli-
pidnog dvosloja, ali ne sadrži holesterol. Za razliku od
kapsule i ćelijskog zida, ćelijsku membranu poseduju
sve bakterijske vrste, bez izuzetaka.
Kako ćelijska membrana prokariota može biti povećana
Površina ćelijske membrane može biti povećana usled postojanja invaginacija (uvrata) ćelijske
membrane koji se nazivaju mezozomi
Funkcija mezozoma
lako tačna funkcija mezozoma i dalje nije utvrđena, pretpostavlja
se da oni imaju ulogu u ćelijskoj deobi, odnosno, da se
za njih vezuje molekul DNK tokom deobe, kao i da učestvuju u procesu ćelijskog disanja.
Izraštaji na bakterijskoj ćeliji
Na površini bakterijske ćelije mogu postojati
dve vrste izraštaja: pili i bičevi
Pili (fimbrije)
Pili predstavljaju kraće nastavke (izraštaje) koji se mogu naći na površini bakterijske ćelije. Funkcija im je da obezbede bakterijskoj
ćeliji pričvršćivanje za podlogu, da se vezuju za sepcifične receptore na površini humanih ćelija, ili pak da
učestvuju u razmeni genetičkog materijala između dve
bakterijske ćelije (horizontalni prenos gena). Broj fimbrija je veliki i zato prekrivaju čitavu površinu ćelije.
Bičevi (flagele)
Flagele su strukture koje
omogućavaju kretanje bakterijske ćelije. Za razliku od fimbrija, koje postoje u velikom broju, broj flagela je znatno manji, ali su mnogo duže od fimbrija. Same flagele su proteinske prirode, i zbog svoje specifične strukture se okreću kao propeler, i na taj način obezbeđuju
bakteriji da se kreće.
Šta se to sve nalazi u citoplazmi prokariota
U citoplazmi bakterija nalaze se enzimi, minerali, vitamini, hranljive materije, nukleinske kiseline
i ribozomi. Ribozomi su jedine organele bakterija.
Genetički materijal kod prokariota
Genetički materijal bakterija predstavljen je jednim, cirkularnim (kružnim) dvolančanim DNK molekulom koji nema histone. On se nalazi u citoplazmi (jer bakterije nemaju formiran jedrov omotač) i naziva se nukleoid. Bakterijske ćelije uvek imaju samo jedan hromozom (DNK molekul; ćelija je uvek haploidna). Pored hromozoma, određene bakterijske
vrste mogu sadržati i manje DNK molekule koji se nazivaju plazmidi (ekstrahromozomska DNK).
Plazmidi
Plazmidi nisu neophodni za život ćelije (za razliku od hromozoma), već se na njima nalaze geni koji se najčešće aktiviraju kada se bakterija nađe u nepovoljnim uslovima,
odnosno, kada su joj život i funkcionisanje ugroženi
(geni rezistencije na antibiotike, geni za metabolisanje različitih ugljenih hidrata, geni za bakteriocine (proteini koji ubijaju ili usporavaju rast drugih bakterija, geni
za sporulaciju…). Plazmidi se replikuju nezavisno od
bakterijskog hromozoma.
Rezistencija bakterija na antibiotike
Nakon više decenija korišćenja antibiotika, određene bakterijske vrste su postale otporne
(rezistentne) na delovanje antibiotika. Geni rezistencije su najčešće lokalizovani na plazmidu i zato se mogu
prenositi sa jedne na drugu ćeliju. Određene bakterijske vrste su rezistentne na veliki broj antibiotika, pa ih zbog toga nazivamo superbakterijama.
Oblik bakterija
Bakterije mogu biti različitog
oblika: ukoliko su loptastog oblika, nazivamo ih kokama; ukoliko su štapićastog oblika, nazivamo ih bacillma; ukoliko su spiralne, nazivamo ih spirohetama, ali
neke vrste nemaju stalan oblik, kao recimo bakterije iz roda Mycoplasma.
Razmnožavanje bakterija
Bakterije se razmnožavaju binarnom (fisionom) deobom. To je bespolni vid razmnožavanja tokom koga se bakterijska ćelija podeli u dve identične čerke ćelije (odnosno, nastaju klonovi majke ćelije).
Nakon replikacije, DNK molekul se postavi u centralni
deo ćelije, nakon čega se ćelija podeli na dva dela,
upravo na mestu na kome se nalazi udvojen DNK molekul. Nakon deobe, ćelije se razdvajaju sa po jednim
DNK molekulom koji se nalazi u svakoj ćerki ćeliji
Horizontalni prenos gena kod bakterija
Bakterije imaju znatno veću stopu mutacije nego animalne (eukariotske) ćelije, što predstavlja osnovni uzrok njihove adaptacije na uslove životne sredine, kao i genetičke raznovrsnosti. Međutim, bakterije se mogu, uslovno rečeno, razmnožavati jednim vidom “polnog razmnožavanja”, tokom koga dolazi do razmene genetičkog materijala (najčešće plazmida ili pojedinačnih gena) između ćelija različitih bakterijskih vrsta. Ovaj proces naziva se horizontalni prenos gena.
Sporulacija
Kada se bakterija nađe u sredini
sa nepovoljnim uslovima za život (na primer, manjak kiseonika ili hranljivih materija), ona će otpočeti proces sporulacije (formiranje spore) koji ima za cilj preživljavanje u nepovoljnim uslovima sredine.
Kako se formira spora
Nakon replikacije DNK dolazi do deobe ćelije, ali se njen ćelijski zid
ne podeli, već deoba obuhvata samo ćelijsku membranu, citoplazmu i DNK molekule, odnosno, deoba se
izvrši unutar ćelijskog zida (i to najčešće samo na jednom kraju (polu) ćelije)
Spora
Pošto se sama spora nalazi unutar ćelije, često se može sresti i naziv endospora (grč. εvôo - unutra; slika). Spore su otporne gotovo na sve agense koje na nju deluju iz spoljašnje sredine (fizičke i hemi-
jske agense), tako da u vidu spore bakterija može živeti godinama. Čim se stvore optimalni uslovi za život,
bakterija se iz spore vraća u vegetativni oblik, tako da
je sporulacija reverzibilan proces.
Hemoautotrofne bakterije
Hemoautotrofne bakterije su organizmi koji energiju za sintezu
organskih materija dobijaju putem oksidacije nekih neorganskih jedinjenja (jedinjenja azota, vodonik-suIfid (HS), soli gvožđa…).
Azotofiksatori
Neke bakterije su sposobne
da metabolišu (asimiluju) nitrite (NO2) i nitrate (NO), redukujući ih u amonijak (NH). Sposobnost asimilacije molekulskog azota (N₂) redukcijom preko amonijaka
naziva se fiksacija azota, a bakterije koje imaju ovu sposobnost azotofiksatori. Na ovaj način se od molekulskog azota dobija aminoazot koji se može ugraditi u organska jedinjenja (proteine) samih bakterijskih ćelija koje su ga metabolisale, ali takođe i u ćelije biljaka sa kojima žive u simbiozi.
Odnos bakterija prema kiseoniku
Bakterije koje u svom metabolizmzu koriste kiseonik i od njega
su zavisne, nazivaju se aerobne bakterije. Bakterije koje u svom metabolizmu ne koriste kiseonik, već je on za njih štetan i smrtonosan, nazivaju se anaerobne bakterije.
Simbioza
Simbioza je udruženost dva orga-
nizma koji žive zajedno, pri čemu i jedan i drugi organizam imaju koristi od same simbioze. U organizmu čoveka (i životinja) živi veliki broj bakterija koje čine mikrobiom ili normalnu mikrobiotu. Bakterije u organizmu čoveka žive na koži, u gastrointestinalnom traktu,
urogenitalnom sistemu, odnosno, svakom sistemu koji
je u direktnom (na primer, koža) ili indirektnom kontaktu (na primer, creva preko hrane) sa spoljašnjom sredinom. Primeri bakterija sa kojima čovek živi u simbiozi (koje sačinjavaju njegov mikrobiom) su Escherichia coli u debelom crevu i Staphylococcus epidermidis koji živi na koži.
Patogenost bakterija
Patogene bakterije su
one koje mogu izazvati bolest, dok su nepatogene one
koje tu sposobnost nemaju. Patogene bakterije najčešće oboljenja izazivaju putem njihovih toksina koje sintetišu i luče.
Kako se dele toksini koje luče bakterije
Toksini se dele na dve vrste:
1) Endotoksini
2) Egzotoksini
Endotoksini
Endotoksine produkuju samo
Gram-negativne bakterije, zato što je endotoksin komponenta spoljašnje membrane koju Gram-pozitivne bakterije ne poseduju. Oslobada se tek nakon smrti bakterije.
Egzotoksini
Egzotoksini su toksini proteinske prirode koje bakterija sintetiše i izlučuje van ćelije, nakon čega se vezuju za specifične receptore na ćelijama domaćina. Nakon vezivanja za receptor dovode
do različitih poremećaja funkcionisanja ćelija, koji vrlo
često dovodi do njihove smrti, što vodi ka nastanku
oboljenja. Primeri bakterija koji produkuju egzotoksine su Clostridium botullinum (koji izaziva botulizam),
Clostridium tetani (koji izaziva tetanus), Corynebacte-
rium diphtheriae (koji izaziva difteriju)…
Biofilm
Predstavlja zajednicu bakterijskih ćelija koja je ireverzibilno adherisana za neku površinu u/ili jedne za druge, uronjene u vanćelijsku supstancu koju su same proizvele
Formiranje i značaj biofilma
Formiranje biofilma odigrava se u nekoliko koraka. Manji broj bakterija dospeva na neku površinu za koju se “zakači” (adheriše). Nakon adhezije, ćelije počinju da se razmnožavaju. Kada broj ćelija postane optimalan, ćelije počinju da sintetišu i luče polisaharidnu ekstracelularnu supstancu koja omogućava “slepljivanje” bakterija u jednu celinu. Takođe, bakterijske ćelije istovremeno sintetišu i luče signalne molekule putem kojih “doziva i privlači” ostale ćelije da se pridruže toj “zajednici” od koje će se formirati biofilm
Bitno je naglasiti da u biofilmu postoje različite vrste bakterija koje se metabolički mogu bitno razlikovati: na primer, u biofilmu mogu postojati i aerobne i anaerobne bakterije, pri čemu svaka bakterijska vrsta ima precizno definisan “zadatak” koji obavlja zarad dobrobiti čitave zajednice (biofilma). U obliku biofilma su bakterije značajno otpornije na dejstvo antibiotika i dezinfekcionih sredstava.
Arhee
Arheabakterije su prokariotski organizmi koji
pretežno naseljavaju zemlju i vodu u kojima su uslovi
života krajnje nepovoljni (visoka koncentracija soli, vi-
soka temperatura, anaerobni uslovi, nizak pH…).
Postoje i neke vrste arheabakterija koje nemaju ćelijski zid. Primer je Thwemoplasma spp, koja živi u veoma kiselim vodama i u vulkanima
Vrste arhea
Ukoliko žive u sredinama sa veoma visokom temperaturom (na primer, u gejzirima), nazivamo ih
termofilnim arheama; ukoliko žive na prostorima gde je koncentracija soli veoma visoka (na primer, mora ili slana jezera), nazivamo ih halofilnim arheama; ukoliko žive u sredini sa vrlo niskim pH vrednostima, ubrajamo ih u acidofilne arhee.
Metanogene arhee redukuju ugljen-dioksid uz pomoć vodonika u metan (CH4). One se ubrajaju u
anaerobne organizme, tako da žive samo u sredinama u kojima nema kiseonika. Ulaze u sastav mikrobioma nekih životinja
Po čemu se razlikuju bakterije i arhee
Razlikuju se po strukturi ćelijske membrane (imaju drugačije lipide u membrani), po građi ćelijskog zida (izgrađen je od pseudopeptidoglikana umesto od peptidoglikana), imaju drugačiji raspored gena u DNK, drugačije metaboličke puteve…
Patogenost arhea
Do sada nije identifikovana arheabakterija sa
patogenim svojstvima po čoveka.
Cijanobakterije
Cijanobakterije su odgovorne, zajedno sa drugim vrstama algi, za fenomen cvetanje vode. Poseduju hlorofil A, koji im daje zelenu boju,
zahvaljujući kom vrše fotosintetu (autotrofni način ishrane).
Upravo zbog ove osobine se smatra da su preteča hloroplasta bili upravo preci cijanobakterija.
Cijanobakterije proizvode brojne toksične molekule
(neke koji su čak i na bazi cijanida), koji mogu dovesti do smrtnog
trovanja čoveka i životinja.
Kultivisanje bakterija
Postupak uzgajanja
bakterija u veštačkoj sredini naziva se kultivacija. Ona se sprovodi na hranljivim podlogama i u uslovima u kojima bakterija inače živi. U sastavu hranljivih podloga
nalaze se svi nutrijenti koji su neophodni za život bakterije.
Nakon kultivacije u optimalnim uslovima i na optimalnoj hranljivoj podlozi, na hranljivoj podlozi se
pojavljuje bakterijska kolonija. Bakterijska kolonija je
formacija koja je nastala deobom jedne bakterijske ćelije, koja sadrži ogroman broj bakterija. Kolonije mogu biti različite boje, oblika i veličine, što predstavlja jedan od dijagnostičkih kriterijuma za određivanje vrste bakterija koja je na primer izazvala neku infekciju
