Egzamin, pytania i odpowiedzi PDF

Preview

Summary

Mikrobiologia- wykłady, egzamin. ...

Description

1. Czym zajmuje się mikrobiologia? Mikrobiologia zajmuje się poznawaniem, obserwacją, hodowlą i badaniem drobnoustrojów tj. bakterie i wirusy, ich budową, rozwojem, czynnościami życiowymi i rolą w przyrodzie. Bada środowisko ich występowania, którym może być gleba, produkty spożywcze, tkanki ludzi, zwierząt i roślin, krew, oraz wrażliwość żywych szczepów bakterii z hodowli na stężenia środków chemicznych, fizycznych i leków. Obejmuje również eksperymenty laboratoryjne i terenowe, doskonalenie lub opracowywanie koncepcji, teorii, metod oraz sposobu wykorzystania wiedzy mikrobiologicznej w medycynie, weterynarii, środowisku (woda, powietrze, żywność), przemyśle, rolnictwie. Wyróżnia się następujące dziedziny mikrobiologii: mikrobiologia ogólna – zajmuje się charakterystyką ogólnych, najbardziej podstawowych pojęć z dziedziny mikrobiologii: fizjologia, anatomia, rozmnażanie, środowisko życia drobnoustrojów, wpływ drobnoustrojów na ich środowisko życia i inne organizmy mikrobiologia szczegółowa: zajmuje się systematyką drobnoustrojów i charakterystyką poszczególnych taksonów klasyfikacji: królestwo, dział, rząd, rodzina, rodzaj, gatunek, szczep. Zajmuje się również aktualizowaniem powyższych danych o osiągnięcia najnowszych badań systematycznych; szczegółowe badanie mikroorganizmów poszczególnych gatunków. mikrobiologia przemysłowa – dział mikrobiologii dotyczący możliwości wykorzystania drobnoustrojów do procesów przemysłowych (przemysł: chemiczny, farmaceutyczny, kosmetyczny, piekarniczy, browarniczy, winiarski oraz oczyszczanie ścieków). Dziedzina ta zajmuje się wykrywaniem, badaniem i dostosowaniem do przemysłowego wykorzystania metabolicznych procesów, właściwości drobnoustrojów. Mikrobiologia przemysłowa związana jest z biotechnologią mikrobiologia środowiskowa – dotyczy wpływu drobnoustrojów na ożywione i nieożywione elementy środowiska oraz wpływu tych elementów na mikroorganizmy. Zajmuje się badaniem środowisk występowania drobnoustrojów, również tych najbardziej wymagających (słone i gorące jeziora USA, głębiny oceaniczne, pustynie itp.) i opisywaniem właściwości, które umożliwiają im bytowanie w tych często niesprzyjających warunkach. Praktycznie mikrobiologia środowiskowa dostarcza wiadomości jak wykorzystywać drobnoustroje do oczyszczania ścieków, odradzania terenów "jałowych"/ubogich biologicznie; mikrobiologia lekarska – dziedzina związana z medycyną. Zajmuje się badaniem mikroorganizmów pod względem ich wpływu na organizmy żywe – przede wszystkim człowieka, a także zwierzęta i rośliny. Opisuje czynniki etiologiczne chorób, ich przebieg, sposoby leczenia, profilaktyki. mikrobiologia weterynaryjna – zajmuje się badaniem oddziaływania drobnoustrojów chorobotwórczych na zwierzęta mikrobiologia sanitarna – sposoby rozprzestrzeniania się drobnoustrojów patogennych dla roślin mikrobiologia gleby – drobnoustroje w środowisku glebowym

2.Nazewnictwo i klasyfikacja mikroorganizmów. ● Karol Linneusz ustanowił system nomenklatury naukowej ● Każdy organizm posiada podwójną nazwę: rodzaj i epitet określający gatunek PODZIAŁ ŚWIATA OŻYWIONEGO Domena: ● Eukarya (eukarionty Królestwo: ● Animalia – przedstawiciel: zwierzęta ● Plantae – p: rośliny ● Fungi – p: grzyby ● Protista –p: grzyby śluzowe, algi, pierwotniaki Domena: ● Archea (archeony) Królestwo: ● Crenarchoaeota – p: organizmy metanogenne, halo- i termofilne, siarkozależne ● Euryarchaeota – ww. ● Korarchaeota –p: rozpoznane na podstawie kopalnych kwasów nukleinowych Domena: ● Bacteria Królestwo:

1

● Eubacteria Rodzaje mikroorganizmów: Prokaryota: -bakteria -archeony -sinice Eukaryota: -grzyby -glony -pierwotniaki Podział bakterii: ( w razie potrzeby ) – ze względu na kształt : ziarniaki, dwoinki, czwórniak, paciorkowce, gronkowce, pakietowce pałeczki laseczki maczugowce przecinkowce śrubowce krętki promieniowce prątki – ze względu na sposób odżywiania: autotrofy i heterotrofy – ze względu na obecność tlenu: bezwzględne beztlenowce, względne beztlenowce, bezwzględne tlenowce, mikroaerofile i kapnofile – ze względu na wymagania termiczne:psychfile, psychotrofy, pstchrotoleranty, mezofile i termofile ze względu na odczyn pH: acidofile, neutrofile, alkalifile

3. Komórki eukariotyczne i prokariotyczne – podstawowe różnice. Komórki eukariotyczne: -chromosomy są otoczone dwuwartstwoą błoną jądrową -struktura chromosomu jest złożona: DNA jest zwykle związany z białkami tzw histonami -Podział komórki wymaga mitozy lub mejozy -ściana komórkowa jeśli występuje zawiera składniki strukturalne takie jak celuloza lub chityna lecz nigdy nie zawiera peptydoglikanu -mitochondria są powszechnie obecne, chloroplasty występują w komórkach fotosyntetycznych -komórki zawierają dwa typy rybosomów : większe w cytoplazmie i mniejszcze w mitochondriach i chloroplastach -wici, gdy występują mają złożoną strukturę

Komórki prokariotyczne -brak błony jądrowej, chromosomy bezpośrednio kontaktują się z cytoplazmą -struktura chromosomu jest stosunkowo prosta -mitoza i mejoza nie występuje -ściana komórkowa jeśli występuje zwykle zawiera peptydoglikan (podobnie do peptydoklikanu

2

związki są u kilku przedstawicieli Archea) – nigdy nie występują w niej celulozowe lub chitynowe składniki strukturalne -mitochondria i plastydy nigdy nie występują -komórki zawierają rybosomy tylko jednego typu -Rzęski gdy występują mają stosunkowo prostą strukturę.

4.Domeny Bacteria i Archaea – najważniejsze właściwości. ra atyka kielet komórkowa genetyczny o lle energetyczne my

Eukaryota Grzyby Glony pierwotniaki Mikrotubule, mikrofilamenty Obecna (rośliny) jeśli występuje zawira składniki strukturalne tj. celuloza, chityna Jądro komórkowe Obecne mitochondria 2 typy: rybosomy większe w cytoplazmie i mniejsze w mitochondriach i chloroplastach ● Chromosomy otoczone 2 warstwową błoną jądrową ● Struktura chromosomu złożona- DNA zwykle związane białkami histonowymi ● Podział komórki wymaga mitozy lub mejozy ● Wici gdy występują mają złożoną budowę

Prokaryota Bakteria Archeony Sinice Brak Obecna Nukleoid brak mezosomy Rybosomy 1 typu ● Chromosomy bezpośrednio kontaktują się z cytoplazmą ● Struktura chromosomu stosunkowo prosta ●

Nie występuje mitoza i mejoza

● Rzęski gdy występuja mają stosunkow prostą strukturę Archaea (archeony) organizmy metanogenne, halo- i termofilne, siarko zależne ( Crenarchaeota, Euryarcheota ) oraz rozpoznane na podstawie kopalnych kwasów nukleinowych ● Prokarioty ● Brak peptydoglikanów ● Żyją w środowiskach ekstremalnych: o halofile żyją w silnie zasolonych (do 60%) zbiornikach wodnych takich jak Morze Martwe. o acydofile - środowisko kwaśne o pH = 1 (pH = 7 - śmierć bakterii), o alkalifile - środowisko silnie zasadowe, o termofile - temperatury wysokie do 75°C, o psychrofile - temperatury niskie (optimum - 4°C), o hipertermofile - żyją w gorących źródłach gdzie temperatura przekracza 100°C). ● Organizmy metanogenne, ekstremalne halofile, ekstremalne termofile Domena: Królestwo:

Archea (acheony) Crenarchaeota, Euryarchaeota- organizmy matanogenne, halotermofilne, siarko zależne Korarchaeota- rozpoznane na podstawie kopalnych kwasów nukleinowych

Właściwość Forma aparatu jadrowego Plazmidy Typy lipidów w błonie Rybosomy Operony Ściana komórkowa Białka histonowe Wrażliwość na ryfampicynę Wrazliwość na streptomycynę Wrażliwość rybosomów na

Bacteria nukleoid powszechne Z wiązaniami estrowymi 70S obecne Zawiera mureinę Tylko histonopodobne wrażliwe Wrażliwe Niewrażliwe

Domena: Królestwo:

Bacteria Eubacteria

Archea nukleoid powszechne Z wiązaniami estrowymi 70S Obecne Brak typowej mureiny Obecne Niewrażliwe Niewrażliwe wrażliwe

3

toksynę błoniczną Polimeraz RNA-DNA

Jedna (4 podjednostki)

Kilka (8- 12 podjednostek)

Bacteria Większa grupa Zawiera wszystkie prokarioty ważne w medycynie Niewielka liczba gatunków żyjących ekstremalnych warunkach Niektóre gatunki przeprowadzają fotosyntezę Brak gatunków wytwarzających metan Archea Mniejsza grupa Nieznane gatunki ważne w medycynie Stosunkowa duża liczba gatunków żyjących w ekstremalnych warunkach Brak gatunków fotosyntezujących W Grupie tej znajdują się wszystkie gatunki wytwarzające metan 5.Budowa komórki bakteryjnej Nukleoid (odpowiednik jądra) Cytoplazma Ziarnistości zapasowe Rybosomy Ciałko podstawowe/hak/włókno – rzęska, nadają zdolność do aktywnego ruchu, zbudowane z białek Błona cytoplazmatyczna i ściana komórkowa – osłony komórkowe Otoczki Brak mitochondriów i siateczki endoplazmatycznej

• • • • • • • •

1.

Nukleoid

Zawiera materiał genetyczny –dsDNA (genofor, chromosom bakteryjny), nie jest otoczony od cytoplazmy podwójną błoną jądrową. Ma strukturę pojedynczej, kowalencyjnie zamkniętej, kolistej, super zwiniętej cząsteczki. Plazmidy – dodatkowe struktury genetyczne. Koliste, skręcone cząsteczki DNA, wykazują zdolność do autonomicznej replikacji oraz są mniejsze niż nukleoid. Komórki bakterii i archeonów są haploidalne! Białka występują w nukleoidzie Nukleoid = 60% DNA + 30% RNA + 10% białka 1. 2. 3.

SMC – białka utrzymujące strukturę chromosomu (np. MukB E.coli) Kondensyna – powstaje w efekcie współdziałania 3 białek: mukB+ mukE i mukF = ATP-zależna kondensacja pojedycnczej cząstki DNA Białka histonopodobne – utrzymywanie organizacji przestrzennej ‘bakteryjnej chromatyny’ oraz udział w replikacji DNA i procesach regulacyjnych (czynniki transkrypcyjne) Białka uczestniczące w procesach segregacji chromosomu do komórek potomnych (np. SeqA) – etapy segregacji: terminacja replikacji, rozdział zreplikowanych kopii chromosomu, przesunięcie ich w kierunku biegunów komórki

4.

2.

Cytoplazma

Zawiera dużą ilość rozpuszczalnych nisko i wysokocząsteczkowych substancji, RNA, rybosomy. Jest wykorzystywana do przechowywania materiałów zapasowych (np.: glikogen, lipidy) 3.

Ziarnistości zapasowe (materiał zapasowy komórki, magazyn źródła węgla i energii)

Skład: Granule polimerów kwasu poli-B-hydroksymasłowego (PHB) – lipid, glikogenu, granulozy oraz wolutyny (polimer fosforanowy do syntezy ATP) Przykłady: o o o o o

Glikogen (polisacharyd)- Bacillus polymyxa Ziarna polifosforanu (wolutyna) – Spirillum volutans Ziarnistości wolutynowe – Corynebacterium diphtheriae Globule siarki – fototroficzne bakterie siarkowe Kryształy białkowe – Bacillus thuringiensis

4

o o

Kryształy węglanu wapnia – wodne bakterie Achromatium spp. Cyjanoficyna (źródło polipeptydów) – sinice

4. Rybosomy Zanurzone w cytoplazmie nukleoproteinowe kompleksy rRNA (70% masy rybosomu) + białka (30%) Stała sedymentacji rybosomów bakteryjnych – 70S (jednostka Svedberga – określa tempo sedymentacji w ultrawirówce) [2,5x10^6 Da] Zbudowane z 2 podjednostek: ✓ duża: 50S (23S rRNA + 5S rRNA + 34 różnych białek) ✓ mała: 30S (16S rRNA + 21 różnych białek) ● Ilość w komórce – ok. 20000 (ilość zależna od częstości podziałów) ● Mogą tworzyć agregaty nazywane polirybosomami ● Centra syntezy białek ● ● ● ●

Miejsca funkcjonalne rybosomu bakteryjnego: EPA ✓ Miejsce A – miejsce zajmowane przez aminoacylo-tRNA niosący określony aminokwas włączany do polipeptydu ✓ Miejsce P – miejsce zajmowane przez peptydylo-tRNA przyjęcie aminokwasu włączonego w polipeptydu ✓ Miejsce E – miejsce wiązania nieacylowanego tRNA, zajmowane przez tę cząsteczkę (po oddaniu aminokwasu) od momentu opuszczenia miejsca P do wyjścia z rybosomu

5. ✓ ✓ ✓ ✓ ✓

Magnetosomy Wytwarzane przez bakterie Gram (-) Składają się z otoczonych błoną cząstek magnetytu Fe3O4 Ułożone wzdłuż dłuższej osi komórki Aktywne pobieranie żelaza do wnętrza magnetosomu Przyczyniają się do ruchu chemotaktycznego – migracja wzdłuż linii pola elektromagnetycznego Ziemi

6. Błona cytoplazmatyczna ● Stanowi bezpośrednią dwuwarstwową osłonę cytoplazmy (7-8 nm) ● Skład: 70% białek (najważniejsze białka to: permeazy, enzymy uczestniczące w biosyntezie, białka systemu sekrecyjnego, białka sensoryczne lub sygnałowe, enzymy łańcucha oddechowego) + 30% fosfolipidów: ✓ nasycone kwasy tłuszczowe w lipidach – mezofile i termofile ✓ nienasycone kwasy tłuszczowe w lipidach – tylko psychrofile Funkcje fizjologiczne błony cytoplazmatycznej: • • • • • • 7.

Pobieranie substancji odżywczych Oddychanie i magazynowanie energii Udział w biosyntezie peptydoglikanu i podziale komórki Swoiste receptory umieszczone na błonie cytoplazmatycznej Białka sygnałowe Białka systemu sekrecyjnego (I-IV) Ściana komórkowa

Zadania: • • • •

Ochrona protoplastu przed czynnikami zewnętrznymi Przeciwdziałanie i utrzymywanie gradientu ciśnienia osmotycznego między wnętrzem komórki a zewnętrznym środowiskiem Nadanie komórce kształtu Ułatwienie komunikacji ze środowiskiem

Skład: • •

Mureina (peptydoglikan), usieciowany polimer otaczający całą komórkę, najważniejszy składnik ściany Budowa Gram (+) i (-) różni się ale to jest w innym pytaniu ☺

8. OTOCZKI wielocukry otoczkowe - CPS (capsular polysaccharides) lub wielocukry zewnątrzkomórkowe - EPS(exopolysaccharides). Wiele znanych bakterii wytwarza otoczkę:

5

-patogeny -bakterie wodn -bakterie glebowe Wytwarzanie otoczki jest determinowane genetycznie, a także uwarunkowane czynnikami środowiska. Otoczka ● wyraźna, gruba warstwa śluzu (śluz nie jest zwarcie związany z komórka, ma strukturę rzadką i większe tendencje to rozpuszczania w wodzie) ● grubość otoczki niekiedy 2-3 krotnie przekracza średnicę komórki bakteryjnej ● przylega do zewnętrznej części ściany komórkowej Bakterie otoczkowe rosnąc na odpowiednich podłożach (np. z dodatkiem cukrów czy surowicy) tworzą kolonie gładkie lub mukoidalne, a szczepy bezotoczkowe tworzą kolonie szorstkie (typ R). Skład chemiczny śluzu otoczkowego jest różnorodny, ale swoisty dla gatunku, a często także dla szczepów należących do tego samego gatunku! Otoczki najczęściej zbudowane są z polimerów cukrów (glukoza, galaktoza, ramnoza, fruktoza), aminocukrów, kwasów uronowych czy organicznych. FUNKCJE OTOCZKI ● chroni komórkę przed niekorzystnymi czynnikami zewnętrznymi i szkodliwymi dla komórki substancjami, np. o wysychaniem o metalami ciężkimi o antybiotykami o bakteriofagami ● chroni komórkę przed fagocytozą ● uczestniczy w adhezji do błon śluzowych organizmu gospodarza Niektóre bakterie zawierają na swojej powierzchni polisacharydy nie będące otoczką . Polisacharydy te mogą tworzyć: mikrootoczkę, glikokaliks, śluz, egzopolisacharyd. Substancje te mogą uczestniczyć w adhezji i trwałej kolonizacji, są wyznacznikami zjadliwości (glikokaliks u Listeria monocytogenes, antygen Vi u Salmonella Typhi). Polisacharydowy śluz u Pseudomonas aeruginosa wykazuje właściwości immunogenne. Otoczki są antygenem indukującym wytwarzanie swoistych przeciwciał. 9.

RZĘSKI

● Struktura dzięki której bakteria porusza się ● Rzęski nie zginają się lecz obracają ● Zbudowane są z jednostek białkowych (flageliny) ułożonych spiralnie wokół osiowego cylindra ● Małe rozmiary (10-20nm średnicy) Rzęski składają się z włókna, ciała podstawowego i haka łączącego obie części. Za pomocą haka rzęska zakotwiczona jest w ścianie komórkowej i błonie cytoplazmatycznej U bakterii Gram-ujemnych ciało podstawowe zbudowane jest z dwóch pierścieni (L i P) oraz pierścienia SM. Pierścienie L i P leżą w błonie zewnętrznej ściany komórkowej, natomiast SM na zewnętrznej części błony cytoplazmatycznej. Tylko pierścienie wewnętrzne odgrywają rolę przy ruchu bakterii (pierścień C) rotor ("kompleks przełącznikowy"). Długość rzęsek jest z reguły kilkakrotnie większa niż długość bakterii - wynosi nawet ponad 20um. Wytwarzanie rzęsek jest cechą gatunkową. Mogą być tracone w wyniku mutacji lub w niesprzyjających warunkach, np. Listeria monocytogenes, Yersinia pseudotuberculosis wytwarzają rzęski w 22-30*C, ale nie w 37*C. 10. Pile (fimbrie) adhezyjne – tylko u Gram (-), w postaci cienkich mikrowłókienek, zbudowanych z białek. Zakotwiczone w błonie zewnętrznej ściany komórkowej i rozchodzą się promieniście na powierzchni komórki. Dzięki nim bakterie są zdolne do swoistego przylegania do receptorów komórki gospodarza.

6.Budowa ściany kom bakterii. Budowa ściany komórkowej bakterii: - część sztywna (szkielet ściany) - część plastyczna Część sztywna ściany komórkowej - PEPTYDOGLIKAN - heteropolimer dynamicznie zmieniający się w czasie, rośnie razem z komórką (jest to obrót kataboliczny) - złożony z długich, nie rozgałęzionych łańcuchów polisacharydowych, w których na przemian występują połączone liniowo cząsteczki: ● N-acetyloglukozaminy (GlcNAc)

6

● kwasu N-acetylomuraminowego (MurNAc) ● te dwa wyżej połączone są wiązaniami B-1,4-glikozydowymi - kwas N-acetylomuraminowy łączy się wiązaniem peptydowym poprzez -COOH z cząsteczką peptydową zawierającą określone aminokwasy: L-alaninę(L-ala), kwas D-glutaminowy(D-Glu), kwas mezodiaminopimelinowy(m-Dpm) oraz D-alaninę(D-Ala). - Tetrapeptyd charakteryzuje się możliwością tworzenia poprzecznych mostków peptydowych, które łączą się (sieciują) tetrapeptydy sąsiednich łańcuchów peptydoglikanu. - Polimer peptydoglikanu tworzy cząsteczkę zwaną woreczkiem mureinowym (mureina, sakalus). - N-acetyloglukozamina, kwas N-acetylomuraminowy, kwas mezo-diaminopimelinowy oraz D-alanina nie występują u roślin i zwierząt! ŚCIANA KOMÓRKOWA BAKTERI GRAM DODATNICH - grubość ściany komórkowej wynosi 20-80 nm - budowa: peptydoglikan (mureina) + kwasy tejchojowe - wielowarstwowa, składa się z około 40 warstw, połączonych poprzecznymi wiązaniami Część sztywna: - MUREINA tworzy siatkę trójwymiarową - stanowi 40-90% suchej masy ściany komórkowej - u wszystkich Gram-dodatnich bakterii występują polimery N-acetyloglukozoaminy i kwasy N-acetylomuraminowego; różnice mogą dotyczyć długości mostków peptydowych i składu aminokwasowego. Peptydoglikan bakterii gram+ może być hydrolizowany przez lizozym (obecny w płynach ustrojowych: łzach, ślinie, śluzie jamy nosowej i produkowany przez niektóre bakterie, występuje w białku jaja kurzego). Hydroliza glikozydowych wiązań między kwasem N-acetylomuraminowym a N-acetyloglukozaminą peptydoglikanu --> liza ściany komórkowej - protoplast - komórka gram+ po usunięciu ściany - sferoplast - komórka gram- po usunięciu ściany (zawiera część składników ściany komórkowej) Część plastyczna: - kwasy tejchojowe i lipotejchojowe zawierające 8-50 cząsteczek reszt rybitolu lub glicerolu połączone wiązaniami fosfodiestrowymi (polimery): 1. rybitolowy kwas tejchojowy (kwas tejchojowy ściany) - zbudowany z fosforanu polirybitolu, związany kowalencyjnie z peptydoglikanem 2. glicerylowy kwas tejchojowy (błonowy kwas lipotejchojowy) - zbudowany z fosforanu glicerolu, związany z glikolipidami błony - kwasy tejchuronowe - zbudowane z reszt kwasów cukrowych (np. kwasu D-glukuronowego), nie zawierają wiązań fosfodiestrowych, syntezowane konstruktywnie (M. luteus) lub dy w pożywce występuje niedobór fosforanów - polisacharydy (mannoza, ramnoza, glukoza, arabinoza itp.) - białka (np. białko M u S. pyogenes; białko A u S. aureus) KWASY TEJCHOJOWE - stanowią do 50% suchej masy ściany komórkowej 1. Rybitolowy kwas tejchojowy 1. związany z grupą 6-hydroksylową kwasy N-acetylomuraminowego 2. rola biologiczna: indukcja reakcji immunologicznych 2. Glicerolowy kwas tejchojowy 1. połączony z glikopeptydami błony cytoplazmatycznej 2. rola biologiczna: niebiałkowa toksyna, udział w adhezji Rola kwasów tejchojowych: - modulowanie aktywności autolizy (hydrolaz mureiny) -utrzymywanie homeostazy kationowej (wychwytywanie kationów metali) -udział w kotwiczeniu białek do ściany komórkowej -służenie jako źródło fosforu w warunkach głodu fosforowego POLISACHARYDY I BIAŁKA POWIERZCHNIOWE - są silnymi antygenami - zmienność ich struktury odpowiada za zmienność serotypową bakterii gram+ -znajdują się głównie na zewnętrznej powierzchni ściany komórkowej - mogą pełnić funkcję: adhezyn (przyleganie komórki do podłoża lub komórek gospodarza), enzymów i inwazyn (zdolność wnikania bakterii do komórki gospodarza), mogą chronić bakterie przez zlizowaniem przez dopeł...