MB / P2 Svojstva mikroorganizama - PBF
Transcript of MB / P2 Svojstva mikroorganizama - PBF
1
MIKROBIOLOGIJA
MB / P2
Svojstva mikroorganizama
Osnovno svojstvo: mala veličina stanicaJedna od najmanjih bakterija: Dialister pneumosintens (0,15x0,30 µm);Jedna od najvećih: Spirillum volutans (1,5x15µm), doseže duljinu i do 60 µmBakterije: oblik štapića (prosječno 0,5x5 µm)/1µm=10-3 mm/
Oblik kuglice (prosječan promjer): 0,5-1,0 µmModre alge, kvasci, protozoe: <<<< od 10 µmStrukture unutar mikrobne stanice: u nm/1nm=10-3µm/
Približna
veličina
različitih
tipova
stanica/
objekata
(usporedba)-kokošje jaje- cm
-buha – mm
-bakterija -µm
-virus - nm
2
“Sićušnost” bakterijskih stanica-usporedba:
100 kuglastih bakterija, promjera 0,5µm poredanih u niz = debljini stranice bilježnice (50µm);
U kocku stranice 1cm (V=1cm3) stane približno 1012
kuglastih bakterija promjera 1 µm(V prosječne bakterijske stanice = 1µm3)
Što je stanica manja, to je njezin odnos površina-volumen veća pa je brža apsorpcija hrane, brži tijek kemijskih reakcija).To je razlog velikom prirastu u mikroorganizama.Kod metabolizma: primarna površina, sekundarna masa.
Ideja (razmišljanja):
sve veća brojnost ljudske populacije - veća potreba za proizvodnjom hrane - proteina.
(Govedo od 500 kg/24 sata - 0,5 kg proteina;
500 kg kvasca/24 sata 50000 kg proteina)
• Osnovna jedinica svih živih organizama je stanica (izuzev virusa)
• Svi živi organizmi u osnovi imaju istu strukturu: DNA, RNA, proteini, lipidi, fosfolipidi
• Dva osnovna tipa organizacije stanice: (jednostavni) prokarioti i (složeni) eukariotiOsnovne (bitne) razlike: u staničnoj strukturi (stanična stjenka, citoplazmena membrana, organele).
3
Prokarioti - bakterije, cijanobakterije. Bez jezgrine membrane i jasno izraženih organela obavijenih membranom-mitohondriji, kloroplasti, Golgijevo tijelo, lizosomi;
Osnovna obilježja prokariotske stanice:• Genetički materijal (DNA) nije obavijen membranom• Nedostaju membrane koje omeñuju organele• DNA nije povezana s histonima (specifični
kromosomski proteini)• Stanična stjenka sadržava polisaharidni kompleks
peptidoglikana• Razmnožavanje (najčešće) binarnim cijepanjem (DNA
se udvostručuje, a stanica se dijeli u dvije)
Eukarioti - protisti-alge, gljive, protozoe, biljke i životinje.
Imaju pravu jezgru (karion; nukleus), endoplazmatski retikulum, Golgijev kompleks. Organele obavijene membranama. Citoplazma je gibljiva. Jezgra sadrži više od jednog kromosoma koji sadrži DNA i proteine. DNA čvrsto povzana sa histonima (kromosomski proteini)
4
Prokariotska (bakterijska) stanica• Jednostanični organizam - obavlja sve reakcije
metabolizma (za koje su u viših organizama nužni milijuni specijaliziranih stanica
• velika rasprostranjenost, brzi rast• Razlikovanje na osnovi:
morfoloških osobina, kemijskog ustrojstva, zahtjeva za nutrientima i biokemijskog djelovanja
Veličina:Većina bakterija (dimenzije): promjer 0,2-2,0 ; duljina 2-8 µm
( U pravilu: razmnožavanje-jednostavnim dijeljenjenjem)
Osnovi oblici: kugličast (coccus), štapićast (bacillus), spiralni (spirillum), oblik kocke (arcula)-1980., oblik zvijezde (astra, stella)-1990., oblik ornamenta (rosette)-Caulobacter
Haloquadratum
Roseobacter
5
Struktura bakterijske stanice
• Posjeduju staničnu stijenku-osigurava oblik; zaštitna funkcija -lanci N-acetilglukozamina (NAG) i N-
acetilmuraminske kiseline (NAM), koji su povezani 1,4 -glikozidnom vezom i tvore peptidoglikan ili murein (makromolekula; biokemijski spoj)
• dodatne strukture: čahuru, citoplazmatske uklopine i dodatke na površini (bičevi, pile)
Bakterijska stanična stijenka-osobine• zaštita od osmotskog razaranja stanice (liziranja)
• čvrstoća i oblik• zaštita od mehaničkih i toplinskih utjecaja
• zaštita od kemijskih agenasa• reakcije bojenja po Gramu• toksički simptomi u bolesti (gram-negativne bakterije; endotoksin; LPS)
• osigurava potreban nosač za pokretanje flagela (bičeva)
• Strukture na vanjskoj površini stanične stijenke
- bičevi
- čahure (kapsule)
6
Pokretljivost bakterijske stanice• Jednostavnim bičevima (flagele) • Raspored i broj bičeva ovisi o vrsti
(monotrih, lofotrih, amfitrih, peritrih)• Prosječna dužina bičeva: 20 µm,
debljina: 10-30 nm• Brzina pokretanja: 40-80 vlastitih
dužina/sec (u svim smjerovima); velike brzine, mali prijeñeni put
• Način pokretanja: naprijed-u smjeru kazaljke na satu; kočenje-u obrnutom smjeru
RASPORED BIČEVA:• Monotrih
• Lofotrih
• Amfitrih
• Peritrih
Detalj strukture flagele u gram-pozitivne (a) i gram-negativne (b) bakterije
Bič ima tri osnovna dijela:1. FILAMENT (dugačak posljednji dio- koji sadrži protein flagelin poredan u nekoliko lanaca tvoreći spiralu), 2. KUKA3. BAZALNO TIJELO (pomoću kojeg se bič pričvršćuje na st. stijenku
7
• Čahura-sluzava, gumasta naslaga iznad stan. stjenke; nisu životno važni za bakteriju, ali joj daju otpornost, štite od dehidratacije, proždiranja (fagocitoze) i razgradnje što doprinosi sposobnosti bakterije da u prikladnim uvjetima uzrokuje bolest.
• Takve bakterije rastu na čvrstim podlogama u obliku S-kolonija (Smooth-glatke) koji prelaze spontano u R-oblik (Rough-hrapave).
• Antifagocitne čahure posjeduju (tvore) bakterije: Clostridium perfringens (plinska gangrena); Bacillus anthracis (antraks); Klebsiella pneumoniae(pneumonija); Haemophilus influenzae (meningitis)
• Glikokaliks (EPS)-
• želatinozni polimer sazdan od polisaharida, polipeptida ili oba;
• viskozan i ljepljiv; stvara se u unutrašnjosti stanice i izlučuje na površinu, gdje ako je čvrsto priljubljen tvori glikokaliks čahuru ili kapsulu odreñene debljine
-mikročahure <0,2 nm; makročahure >0,2 nmOmogućuje pričvršćivanje i preživljavanje bakterije na raznim površinama.
(EPS - Extracellular Polymeric Substance)
• Leuconostoc mesenteroides – nevolje u tvornicama šećera; nepoželjna jer pretvara otopinu saharoze u želatinoznu masu, polisaharid dekstran
• Proizvodnja dekstrana - zamjena za krvnu plazmu
8
• Streptococcus mutans –obitava u usnoj šupljini; zubni karijes. Stvara čahuru u prisutnosti saharoze (Sa). Cijepa Sa na Glu i Fru. Glu se polimerizira (1,6 veza) do dekstrana koji se taloži na zubima. Zubna caklina puca, razara ju mliječna kiselina iz Fru, napdaju brojne bakterije i stvara se karijes; otpočinje djelovanje bakterija iz usne šupljine. Otklanjanje Sa u prehrani –smanjuje se mogućnost tvorbe čahure i prianjanja bakterije na zube (zubni plakovi) – usporava razvoj karijesa.
Strukture ispod stanične stijenke
citoplazmatska membrana
tanki sloj ispod st. stijenke uglavnom grañen od lipoproteina
9
Citoplazmena membrana - funkcije:
• prijenos molekula u stanicu i izvan stanice• sekrecija ekstracelularnih enzima (biološki
katalizatori - cjepanje velikih molekula)• disanje i fotosinteza• razmnožavanje• sinteza stanične stijenke
Prijenos tvari kroz staničnu membranu
• Organizam (mikroorganizam) regulira prijenos hranjivih tvari u stanicu i otpadnih produkata iz stanice preko selektivne stanične (citoplazmene) membrane.
• Koncentracijski gradijent (razlika): koncentracija tvari na jednoj strani membrane je veća od one na drugoj strani; stvaranje ravnoteže
• U prokariotskim i eukariotskim stanicama tvari prolaze kroz staničnu (citoplazmenu) membranu:
• pasivnim transportom - bez utroška ATP-a, s mjesta veće koncentracije otapala na mjesto manje koncentracije (difuzija, osmoza, olakšana difuzija)
• aktivnim transportom -uz utrošak energije (ATP), s mjesta manje koncentracije na mjesto veće koncentracije
10
Osmoza-gibanje molekula vode kroz polupropusnu membranu s mjesta manje konc. prema mjestu veće konc.
Osmotski tlak-sila koja se pojavljuje kao rezultat razlike u konc. na različitim stranama polupropusne membrane
11
TAKSONOMIJA
Definicija:Biološka znanost koja se bavi
klasifikacijom, nazivljem i identifikacijom organizama (mikroorganizama)
(gr. taxis – položaj, svrstavanje; nomos – zakon, propis, znanost)
- Carl Linnaeus (1707-1778)“Otac taksonomije”
• Sistematika – sastavni dio taksonomije; niz teorijskih i praktičkih proučavanja koja su uključena u klasifikaciju organizama; a istražuje raznovrsnost organizama (mikroorganizama) i njihovu meñusobnu povezanost.
• Korjeni suvremene sistematike – od Carla Linnea
• Danas: molekularna sistematika – analizom DNK
12
�Klasifikacija:s gledišta bioloških znanosti je ureñeni poredak
(nomenklatura) organizamaRazvrstavanje organizama (mikroorganizama) u
taksonomske skupine na osnovi sličnih fizioloških osobina ili biokemijskih i genetičkih značajka unutar skupine
njihova povezanost (carstvo, razdjel, razred, red, porodica, rod, vrsta, podvrsta)
Vrsta: osnovna klasifikacijska jedinica-skupina sojeva koji imaju zajedničke osobine, a po bitnim morfološkim, fiziološkim, antigenim i genetskim osobinama te patogenosti razlikuju se od drugih mikroorganizama.
• Nekoliko (2) pristupa odreñivanja stupnja sličnosti:
-prirodni (filogenetički) sustav (na osnovi podrijetla organizama) -umjetni sustav (osniva se na jednostavnijim, prepoznatljivim osobinama poznatih organizama)
Meñunarodna komisija za nomenklaturu prihvatila:
Za determinaciju bakterija: Bergey* s Manual of Determinative Bacteriology; Bergey* s Manual of Systematic Bacteriology
1923. izašlo prvo izdanje Bergeyeva priručnika za identifikaciju bakterija, danas priručnik sadrži nekoliko podvolumena,a svaki od njih prikazuje specifične
skupine bakterija
13
• Identifikacija:
Postupak kojim se odreñuje pripadnost odreñenog (izdvojenog) mikrobnog soja nekoj poznatoj taksonomskoj jedinici.
• Kriteriji za identifikaciju mikroorganizama:Morfološke osobine:
oblik; veličina-dimenzije;
graña; pokretljivost; spore;
Bojenje(složeno-diferencijalno);
Enzimska aktivnost(biokemijski testovi);
Uzgojne osobine; Antigene osobine; Patogenost; Fagotipizacija; Rezistencija na antimikrobne agenseGenetske osobine
• Danas (pri identifikaciji mikroorganizama):
presudna je DNA i različitost mikroorganizama po DNA bazama(Alanin, Gvanin, Citozin, Uracil, Timin)U bakterija, različite vrste se razlikuju s obzirom na (% AK) sastav G i C.
14
Imenovanje organizama
Suvremeni sustav klasifikacije primijenjujeLinneov binominalni sustav nomenklature:- svi organizmi označeni imenima (dvije latinske riječi; nazivlje)
- prva riječ: rod, druga: vrsta(npr. Escherichia coli )
U Linneovom sustavu, klasifikacija započinje podjelom svih oblika života u Carstva.
• Podjela Carstva:
- phyla (skupine; taksonomski stupnjevi)- razred- red- porodica (obitelj)- rod (genus)- vrsta (species)- podvrsta (subspecies) (najmanje taksonomske
jedinice)
Shematskiprikazpodjeleunutarcarstva
15
Klasifikacija organizama
• Sustav od pet carstva (Robert H. Whittaker, 1969.):biljke (carstvo Plantae), životinje (carstvo Animalia), gljive (carstvo Fungi), protisti-protozoe / praživotinje (carstvo Protista) i prokarioti-prave bakterije/eubakterije (carstvo Procaryiotae)
• Sustav se osniva na trima razinama stanične organizacije (ovisno o oblicima prehrane: fotosintezi, apsorpciji i ingestiji)prokarioti (Procaryiotae); jednostanični eukarioti (Protista); višestanični eukarioti (Fungi, Animalia, Plantae)
Sustavpetcarstava(Whittaker)
16
Karakteristike sustava pet carstavaZnačajke B Ž Prot G Prok______________________________________
Stan organizac.
- Prokarioti +
- Eukarioti + + + +
- Višestanični + + +
- Jednostanični + + +
Stan. stijenka
- Posjeduje + +(alge) + +
- Ne posjeduje +
Značajke B Ž Prot G Prok______________________________________
Diferencir.tkiva
- Imaju + +/-
- Nemaju + + +
Tip/način prehr.
- Fotosinteza + + +
- Ingestija + +
- Apsorpcija + + + +
- Kombinacija +
Značajke B Ž Prot G Prok___________________________________________
Razmnožavanje- Spolno + + + +- nespolno + + + + +Pokretljivost- Aktivno pokret. + +/- +/-- Aktivno nepokr. + +Mikroskopski oblici alge,
protozoe plijesni, kvasci
bakterije,cijanobakt.
________________________________________________
B- biljke; Ž-životinje; Prot-Protisti; G-gljive; Prok-Prokarioti
17
• Sustav triju carstava (Carl R.Woese, 1978.):temeljen na dokazu da se sustav RNA i genetička struktura u specifičnih bakterija, nazvanih metanogeni razlikuju od ostalih mikroorganizama, biljaka i životinja (sugerira postojanje treće evolucijske crte).
Sustav triju
carstava(C. R. Woese)
Neke osobine arheobakterija (ARHEB), eubakterija (EUB) i eukariota (EUKAR)
ARHEB EUB EUKAR_______________________________________________Primjer: Methanosarcina sp. E. coli ameba sa
pseudopodijimaTip stanice: prokariotska prokariot. eukariotskaSt.stjenka: različita sastava, sadrži različita sastava,
bez peptidoglikana peptidogl. sadrži ugljikohidrateLipidi u razgranati lanci ravni ravni lanci Cmembrani: C atoma povezani s lanci C atoma povezanih
glicerolom eterskim atoma s glicerolomvezama povezanih esterskim
est. vez. vezamaOsjetljivostna antibiotike: otporne osjetljive otpornePočetni signalza sintezuproteina: metionin formilmetionin metionin
18
• Sustav 6 carstva:Eubacteria; Archaeobacteria; Protista; Plantae; Fungi; Animalia
Sustav 8 carstava (1987. Cavalier-Smith):Imperij Bacteria (Eubacteria; Archaeobacteria)Imperij Eucaryota -Archaeozoa (najprimitivniji živući eukarioti-zajednički predak gljiva, biljaka i životinja); Protozoa; Plantae; Chromista (niže gljive), Fungi, Animalia
Moderna klasifikacija