Hoorcolleges microbiologie
Hoofdstuk 3 Bacteriele cel structuur
Plasma-membraan = barriere
Bacteriele cel wall: laag om plasma-membraan heen
Prokaryoot:
- geen celkern (DNA niet omsloten), cytoskelet en organellen
- primitieve structuren zijn wel mogelijk
- bacteriën vs archae
Vorm
Coccus/cocci: rond, in strengen of clusters (S. agalactiae; chains, s. aureus; clusters)
Rod: staafvormig/bacilli (bacillus megaterium)
Variaties en aparte vormen door differentiatiem en specificatie (spirillum, spirochetes, filamentous)
Vibrios: comma shaped, spirilla: rigid, spiral shaped
Evolutie voor aanpassing aan omgeving
Bacteriën zijn heel klein, verhouding oppervlak en volume is relatief groot -> snellere groei en evolutie mogelijk
Een staaf is gunstiger dan een coc -> veel membraan is gunstig
Oplossing van grote eukaryote cellen; oplossing ontwikkeling specifieke organellen
Functies membraan:
-opname van nutrient, uitscheiding van afvalstoffen
-communicatie met de buiten wereld, signaal overdracht
-ademhaling, het genereren van energie en fotosynthese
Limieten aan cel grootte:
- Parasitaire bacteriën zijn klein (0,2-0,4 um); maken gebruik van de gastheer
- Cellulaire organismen <0,15 um in diameter komen bijna niet voor, essentiële structuren hebben ruimte nodig
Prokaryoten zin klein: tussen 0,2 um en 700 um in diameter
Uitzonderingen zijn mogelijk; voorkomen van predatie door eencelligen -> via intern membraanoppervlak toch
gunstige inrichting (+ plooiing) => Epulopiscum fishelsoni + Thiomargairta namibiensis
Celorganisatie: Plasma membraan -> cel wand -> lagen buiten de cel wand
Cell envelope: omsluitingen van de cel
- plasma membraan
- cel wand
- capsule
,Plasma membraan:
- dunne structuur direct om cytoplasma; scheidt het cytoplasma van de omgeving
- flexibel; fosfolipide dubbellaag met eiwitten
- vloeibaar; eiwitten kunnen zich goed lateraal bewegen (fluid mosaic model)
- selectief permeabel: via transporters (carriers) en channels
Functies:
- permeabiliteit barriere: polaire en geladen moleculen via diffusie of actief transport
- membranen op bepaalde plekken houden
- energie conservering proton motive force
Fosfolipide dubbellaag:
- variatie in groepen aan glycerol backbone
- hydrofobe (apolair) fatty acids naar binnen en hydrofiele delen naar buiten
- fosfolipiden in waterig milieu -> vorming bilaag; energetisch meest gunstig
- versterking structuur door hopanoids (ipv cholesterol in eukaryote membranen)
Membraan eiwitten:
- functies: transport, cell deling, communicatie
- integrale membraan eiwitten; hydrofobe interacties en perifere membraan eiwitten;
zitten aan integrale membraan eiwitten vast (amphipathic; hydrofoob en fiele kant)
Diffusie ; met de concentratiegradient mee, geen externe energie nodig
Passief: niet specifiek (O2, CO2, H2O)
Gefaciliteerde diffusie:
- kanalen: porien, niet heel specifiek
- carriers: specifiek
-> snelheid transport vlakt later af doordat alle carrier bezet is met substraat dat
getransporteerd moet worden -> snelheid neemt af
Carrier eiwit bindt substraat dat getransporteerd moet worden -> conformatie
verandering carrier -> substraat losgelaten aan andere kant
Actief transport: via specifieke carriers, externe energie nodig voor stroom tegen de gradient in
- primaire: uniporters (transport van 1 specifiek molecuul) via ABC
transporters; mbv hydrolyse ATP -> geen modificatie substraat
,- secundaire: energie mbv ion gradient, geen modificatie substraat, via cotransporters: symporter (2 moleculen
zelfde richting) en antiporter (2 moleculen tegengestelde richting) -> 1 levert energie voor gradient verschil
- group translocatie: bij opname van suikers, energie door PEP via fosforylering energieoverdracht, IIC bindt ->
conformatie verandering en fosforylatie substraat dus modificatie
*enzym II: specifiek
Cel wand: bevindt zich om plasmamembraan
Functies:
- bepaalt de vorm van de bacterie
- bescherming tegen osmotische stress en toxixiteit
- draagt bij aan pathogeniciteit
2 typen bacteriën op grond van de cel wand -> invloed op gedrag bij gram-kleuring
- negatief: 2 lagen membranen; outer membraan (LPS) en peptidoglycan
Buitenmembraan: binnenkant (fosfolipide) en buitenkant (LPS), peptidoglycanlaag dun en verbonden met
buitenmembraan door lipoprotein, extensive periplasm met veel eiwitten
- posifief: geen buitenmembraan, een laag peptidoglycan (rigide/peptidoglycanlaag veel dikker), dun periplasm
Peptidoglycan buiten de plasmamembraan (en direct onder de buitenmembraan bij – bacteriën)
- geeft stevigheid; belangrijk bij osmotische stress
- bestaat uit suikerketens verbinding met gecrosslinkte peptide bruggen -> stevige structuur
- helicale bundles maken contact via uitstekende peptiden met paralelle bundels
- binding dmv lipoproteinen aan buitenmembraan
E. coli:
- d-aminozuren ipv l-aminozuren
- d-alanine (4) bindt met DAP (3) van een andere bouwsteen -> directe crosslinking; eptide en glycocide
bindingen
LPS: -> negatieve lading oppervlak
- lipid A: in de buitenmembraan verankert, 6 acyl staarten -> toxisch voor de host (endotoxin)
- polysacharide: inner en outer core
- o-antigene zijketens: veel verschillende soorten -> immuunresponsen; snelle verandering mogelijk
Functies:
- permeabliteitsbarriere door lading
- stabilisatie buitenmembaan
- bescherming tegen hostresponsen
Eiwitten in buitenmembraan: porines
- kanalen voor export en opname van opgeloste stoffen dmv diffusie
- niet specifiek: glucose (< 600D) en specifiek (PhoE; specifiek voor fosfaat)
- trimeren; 3 kanalen (B-sheets, aan buitenkant hydrofoob)
, Mycoplasmas: group van pathogene bacteriën die zich in een isotoom milieu bevinden -> cel wand is niet
nodig, slappe plasmamembraan is wel aanwezig; sterolen geven stevigheid
Lagen buiten de cel wand
Capsule: polysacharide mantel om bacteriën, inhiberen fagocytose
Slijm laag: diffuus, pollysacharide, zorgt voor bewegelijkheid
S-layer: mantel van eiwit, sterke laag voor vorm en stabiliteit (adhesie)
Structuren die uit de bacterie steken: flagellum en fimbriae
Fimbriae (pilli): aanhechting aan oppervlakten en andere cellen, conjugatie en transformatie, transfer DNA
Flagella: zwem bewegelijkheid (dikker), bij gram negatieve en positieve bacteriën (-> peritrichous, polar, lophotrichous)
3 basiselementen boven-beneden:
- filament: flagelline eiwit + groei aan tip
- haak: -
- anker, basale body: beweging via rotatiemotor -> kost energie
Endosporen: voor overleving
- slechte omstandigheden; vorming endosporen deling -> resistent tegen invloeden
buitenaf, in goede omstandigheden kunnen ze zich weer vormen tot vegetatieve cel
- slapende organismen
- makkelijke verspreiding via wind, water en guts
- komen alleen voor in sommige gram-positieve bacteriën (bacillus en clostridium
pathogenen)
Mycelium: netwerk van hyphae; long filaments
Coat: beschermt de core
Core:
- DNA en ribosomen
- Ca complexed door dipicolinisch zuur -> dehydratie -> bescherming van DNA en
ribosomen; geen beweging bij verhitting, geen denaturatie
- lage pH
- zuur oplosbare spooreiwitten: binding en bescherming DNA, koolstofbron tijdens
ontkieming als voeding
Endospore formatie:
- > 200 genen
- verschillende stadia, duurt 8 uur:
DNA replicatie en ophoping aan celpool -> invaginatie plasmamembraan -> vorming voorsporen met DNA er in
-> engulfment voorspoor -> vorming van complexe coat => volwaardige spoor en lysis van gastheerbactier ->
vrijkomen spoort in milieu
Bacteriën kunnen verschillende vormen en groottes hebben, vaak kleiner dan eukaryoten
Plasma-membraan: selectieve permeabiliteit, transport, energie conservatie
Peptidoglycan: vorm en stevigheid aan bacteriën, bescherming tegen osmotische druk -> crosslinked mesh
Buitenmembraan van gram negatieve bacteriën: LPS, lipide en eiwitten (porines)
Flagella zorgen voor zwem bewegelijkheid
Sporen zorgen voor overleving bij slechte omstandigheden
*Conjugatie = overdracht
OM: buitenmembraan
PG: peptidoglycan
Escherichia coli: rod-shaped 1.1-1.5 um wide + 2-6 um lang
Hoofdstuk 3 Bacteriele cel structuur
Plasma-membraan = barriere
Bacteriele cel wall: laag om plasma-membraan heen
Prokaryoot:
- geen celkern (DNA niet omsloten), cytoskelet en organellen
- primitieve structuren zijn wel mogelijk
- bacteriën vs archae
Vorm
Coccus/cocci: rond, in strengen of clusters (S. agalactiae; chains, s. aureus; clusters)
Rod: staafvormig/bacilli (bacillus megaterium)
Variaties en aparte vormen door differentiatiem en specificatie (spirillum, spirochetes, filamentous)
Vibrios: comma shaped, spirilla: rigid, spiral shaped
Evolutie voor aanpassing aan omgeving
Bacteriën zijn heel klein, verhouding oppervlak en volume is relatief groot -> snellere groei en evolutie mogelijk
Een staaf is gunstiger dan een coc -> veel membraan is gunstig
Oplossing van grote eukaryote cellen; oplossing ontwikkeling specifieke organellen
Functies membraan:
-opname van nutrient, uitscheiding van afvalstoffen
-communicatie met de buiten wereld, signaal overdracht
-ademhaling, het genereren van energie en fotosynthese
Limieten aan cel grootte:
- Parasitaire bacteriën zijn klein (0,2-0,4 um); maken gebruik van de gastheer
- Cellulaire organismen <0,15 um in diameter komen bijna niet voor, essentiële structuren hebben ruimte nodig
Prokaryoten zin klein: tussen 0,2 um en 700 um in diameter
Uitzonderingen zijn mogelijk; voorkomen van predatie door eencelligen -> via intern membraanoppervlak toch
gunstige inrichting (+ plooiing) => Epulopiscum fishelsoni + Thiomargairta namibiensis
Celorganisatie: Plasma membraan -> cel wand -> lagen buiten de cel wand
Cell envelope: omsluitingen van de cel
- plasma membraan
- cel wand
- capsule
,Plasma membraan:
- dunne structuur direct om cytoplasma; scheidt het cytoplasma van de omgeving
- flexibel; fosfolipide dubbellaag met eiwitten
- vloeibaar; eiwitten kunnen zich goed lateraal bewegen (fluid mosaic model)
- selectief permeabel: via transporters (carriers) en channels
Functies:
- permeabiliteit barriere: polaire en geladen moleculen via diffusie of actief transport
- membranen op bepaalde plekken houden
- energie conservering proton motive force
Fosfolipide dubbellaag:
- variatie in groepen aan glycerol backbone
- hydrofobe (apolair) fatty acids naar binnen en hydrofiele delen naar buiten
- fosfolipiden in waterig milieu -> vorming bilaag; energetisch meest gunstig
- versterking structuur door hopanoids (ipv cholesterol in eukaryote membranen)
Membraan eiwitten:
- functies: transport, cell deling, communicatie
- integrale membraan eiwitten; hydrofobe interacties en perifere membraan eiwitten;
zitten aan integrale membraan eiwitten vast (amphipathic; hydrofoob en fiele kant)
Diffusie ; met de concentratiegradient mee, geen externe energie nodig
Passief: niet specifiek (O2, CO2, H2O)
Gefaciliteerde diffusie:
- kanalen: porien, niet heel specifiek
- carriers: specifiek
-> snelheid transport vlakt later af doordat alle carrier bezet is met substraat dat
getransporteerd moet worden -> snelheid neemt af
Carrier eiwit bindt substraat dat getransporteerd moet worden -> conformatie
verandering carrier -> substraat losgelaten aan andere kant
Actief transport: via specifieke carriers, externe energie nodig voor stroom tegen de gradient in
- primaire: uniporters (transport van 1 specifiek molecuul) via ABC
transporters; mbv hydrolyse ATP -> geen modificatie substraat
,- secundaire: energie mbv ion gradient, geen modificatie substraat, via cotransporters: symporter (2 moleculen
zelfde richting) en antiporter (2 moleculen tegengestelde richting) -> 1 levert energie voor gradient verschil
- group translocatie: bij opname van suikers, energie door PEP via fosforylering energieoverdracht, IIC bindt ->
conformatie verandering en fosforylatie substraat dus modificatie
*enzym II: specifiek
Cel wand: bevindt zich om plasmamembraan
Functies:
- bepaalt de vorm van de bacterie
- bescherming tegen osmotische stress en toxixiteit
- draagt bij aan pathogeniciteit
2 typen bacteriën op grond van de cel wand -> invloed op gedrag bij gram-kleuring
- negatief: 2 lagen membranen; outer membraan (LPS) en peptidoglycan
Buitenmembraan: binnenkant (fosfolipide) en buitenkant (LPS), peptidoglycanlaag dun en verbonden met
buitenmembraan door lipoprotein, extensive periplasm met veel eiwitten
- posifief: geen buitenmembraan, een laag peptidoglycan (rigide/peptidoglycanlaag veel dikker), dun periplasm
Peptidoglycan buiten de plasmamembraan (en direct onder de buitenmembraan bij – bacteriën)
- geeft stevigheid; belangrijk bij osmotische stress
- bestaat uit suikerketens verbinding met gecrosslinkte peptide bruggen -> stevige structuur
- helicale bundles maken contact via uitstekende peptiden met paralelle bundels
- binding dmv lipoproteinen aan buitenmembraan
E. coli:
- d-aminozuren ipv l-aminozuren
- d-alanine (4) bindt met DAP (3) van een andere bouwsteen -> directe crosslinking; eptide en glycocide
bindingen
LPS: -> negatieve lading oppervlak
- lipid A: in de buitenmembraan verankert, 6 acyl staarten -> toxisch voor de host (endotoxin)
- polysacharide: inner en outer core
- o-antigene zijketens: veel verschillende soorten -> immuunresponsen; snelle verandering mogelijk
Functies:
- permeabliteitsbarriere door lading
- stabilisatie buitenmembaan
- bescherming tegen hostresponsen
Eiwitten in buitenmembraan: porines
- kanalen voor export en opname van opgeloste stoffen dmv diffusie
- niet specifiek: glucose (< 600D) en specifiek (PhoE; specifiek voor fosfaat)
- trimeren; 3 kanalen (B-sheets, aan buitenkant hydrofoob)
, Mycoplasmas: group van pathogene bacteriën die zich in een isotoom milieu bevinden -> cel wand is niet
nodig, slappe plasmamembraan is wel aanwezig; sterolen geven stevigheid
Lagen buiten de cel wand
Capsule: polysacharide mantel om bacteriën, inhiberen fagocytose
Slijm laag: diffuus, pollysacharide, zorgt voor bewegelijkheid
S-layer: mantel van eiwit, sterke laag voor vorm en stabiliteit (adhesie)
Structuren die uit de bacterie steken: flagellum en fimbriae
Fimbriae (pilli): aanhechting aan oppervlakten en andere cellen, conjugatie en transformatie, transfer DNA
Flagella: zwem bewegelijkheid (dikker), bij gram negatieve en positieve bacteriën (-> peritrichous, polar, lophotrichous)
3 basiselementen boven-beneden:
- filament: flagelline eiwit + groei aan tip
- haak: -
- anker, basale body: beweging via rotatiemotor -> kost energie
Endosporen: voor overleving
- slechte omstandigheden; vorming endosporen deling -> resistent tegen invloeden
buitenaf, in goede omstandigheden kunnen ze zich weer vormen tot vegetatieve cel
- slapende organismen
- makkelijke verspreiding via wind, water en guts
- komen alleen voor in sommige gram-positieve bacteriën (bacillus en clostridium
pathogenen)
Mycelium: netwerk van hyphae; long filaments
Coat: beschermt de core
Core:
- DNA en ribosomen
- Ca complexed door dipicolinisch zuur -> dehydratie -> bescherming van DNA en
ribosomen; geen beweging bij verhitting, geen denaturatie
- lage pH
- zuur oplosbare spooreiwitten: binding en bescherming DNA, koolstofbron tijdens
ontkieming als voeding
Endospore formatie:
- > 200 genen
- verschillende stadia, duurt 8 uur:
DNA replicatie en ophoping aan celpool -> invaginatie plasmamembraan -> vorming voorsporen met DNA er in
-> engulfment voorspoor -> vorming van complexe coat => volwaardige spoor en lysis van gastheerbactier ->
vrijkomen spoort in milieu
Bacteriën kunnen verschillende vormen en groottes hebben, vaak kleiner dan eukaryoten
Plasma-membraan: selectieve permeabiliteit, transport, energie conservatie
Peptidoglycan: vorm en stevigheid aan bacteriën, bescherming tegen osmotische druk -> crosslinked mesh
Buitenmembraan van gram negatieve bacteriën: LPS, lipide en eiwitten (porines)
Flagella zorgen voor zwem bewegelijkheid
Sporen zorgen voor overleving bij slechte omstandigheden
*Conjugatie = overdracht
OM: buitenmembraan
PG: peptidoglycan
Escherichia coli: rod-shaped 1.1-1.5 um wide + 2-6 um lang
