Biologia dla liceum/Prokarionty - bezjądrowce

Prokarionty- organizmy bezjądrowe

1. Pierwsze organizmy

• pojawiły się na Ziemi około 3,5 miliarda lat temu w postaci pojedynczych komórek o prostej budowie
• prokariotyczne – gr. pro – przed i karyon – jądro
• przypominały współczesne archeany i przypuszcza się, że to z nich powstały wszystkie grupy organizmów bezjądrowych a także eukarioty
• organizmy bezjądrowe

2. Choroby bakteryjne

a) bakterie chorobotwórcze

• wykorzystują wiele sposobów atakowania i wywoływania chorób w organizmie człowieka
• wytwarzają otoczki komórkowe chroniące je przed fagocytozą
• produkują enzymy, np. koagulazy powodujące krzepnięcie krwi i hemolizyny wywołujące rozpad krwinek czerwonych u gospodarza
• wytwarzają swoiste jady – toksyny, które zatruwają organizm człowieka

b) charakterystyka niektórych chorób bakteryjnych

    CHOROBA, SPOSÓB ZAKAŻENIA, OBJAWY, PROFILAKTYKA

• Błonica (dyfteryt)
  

SZ: Maczugowiec błonicy (droga kropelkowa)
O: Osłabienie, bóle gardła, gorączka, zaczerwienienie gardła i migdałków, obrzęk podżuchwowy węzłów chłonnych,
P: Unikanie kontaktów z chorymi, obowiązkowe szczepienia ochronne

• Dur plamisty (tyfus plamisty)

SP: Riketsje – pałeczki(przez wesz odzieżową lub głowową)
O: Wysoka gorączka, dreszcze, utrata przytomności, drobna plamista wysypka na ciele, halucynacje
P: Zwalczanie wszawicy, izolacja chorych, szczepienia ochronne

• Gruźlica
  

SP: Prątki gruźlicy (prątki Kocha, mycobacterium tuberculosis)
O: Choroba groźna, przewlekła. Atakuje różne narządy, najczęściej płuca. Choroba społeczna w Polsce

• Kiła (syfilis)
  

SP: Krętek blady Treponema pallidium(droga płciowa, z matki na dziecko przed lub podczas porodu)
O: Owrzodzenia na narządach płciowych, czerwona wysypka na ciele, bóle głowy, kości, stawów. Po wielu latach utajenia zapalenia stawów, uszkodzenie serca i układu nerwowego. Wcześnie wykryta całkowicie uleczalna, nieleczona kończy się śmiercią.
P: Higiena osobista, unikanie przypadkowych kontaktów seksualnych

• Płonica (szkarlatyna)
  

SP: Paciorkowiec ropny (droga powietrzna)
O: Zapalenie gardła, gorączka (39-40C), wymioty, bóle brzucha i głowy, biegunka, szkarłatna wysypka
P: Izolacja chorych, dezynfekcja mieszkania po wyzdrowieniu chorego

• Rzeżączka
  

SP: Dwoinki rzeżączki, Gonokok (Neisseria gonorrhoeae)(droga płciowa, wspólne używanie np. pościeli, ręczników)
'O:'Mężczyźni: ropny wyciek z cewki moczowej, pieczenie i ból przy oddawaniu moczu, w stanie przewlekłym zapalenie gruczołu krokowego
Kobiety: upławy, zaburzenie cyklu miesięcznego, bezpłodność, zapalenie stawów
P: Higiena osobista, unikanie przypadkowych kontaktów seksualnych

• Salmonellozy
  

SP: Salmonella
O: W większości przypadków są to zatrucia pokarmowe, które w zależności od gatunku salmonelli mają cięższy lub lżejszy przebieg. Najcięższą salmonellozą jest dur brzuszny wywoływany przez S.thypi.

• Tężec
  

SP: Laseczka tężca(zanieczyszczona ziemia w kontakcie ze zranioną skórą)
O: Mrowienie w okolicach rany, niepokój, bóle głowy, szczękościsk, utrudnione połykanie, bolesne skurcze i bóle mięśni
P: Szczepienia ochronne, przy zranieniu podanie surowicy przeciwtężcowej

• Zapalenie płuc
  

SP:Różne bakterie (np. diplococcus pneumoniae)
O: Bóle gardła, głowy, kaszel, gorączka, osłabienie

• Zgorzel (gangrena)
  

SP: Laseczka zgorzeli gazowej(zanieczyszczona ziemia w kontakcie ze zranioną skórą)
O: Martwica tkanek
P: przy zranieniu podanie surowicy przeciwtężcowej

3. Znaczenie

• w odległych epokach geologicznych prokarioty brały udział w tworzeniu złóż ropy naftowej, siarki, pokadów rud żelaza czy naturalnych złóż saletry amonowej
• biorą udział w krążeniu materii w ekosystemach a także w obiegu pierwiastków w całej biosferze (np. azotu, węgla, wodoru, tlenu)
• szczepy bakterii współcześnie wykorzystywane są na skalę przemysłow do produkcji alkoholi, kwasów organicznych (np. octowego), antybiotyków, hormonów, enzymów, witamin i aminokwasów
• powodują kiszenie się kapusty, ogórków i oliwek
• powodują zsiadanie się mleka
• sinice ze względu na zdolność przyswajania wolnego azotu wykorzystuje się jako naturalny nawóz
• biogaz powstający podczas beztlenowej fermentacji obornika jest stosowany do ogrzewania pomieszczeń i napędzania pojazdów
• proces tlenowego i beztlenowego utleniania ścieków przez mikroorganizmy jest podstawą funkcjonowania biologicznych oczyszczalni ścieków
• bakterie transgeniczne (zmienione genetycznie) – potrafią produkować ludzką insulinę, hormon wzrostu, czynniki krzepliwości krwi itp.
  

4. Komórka Procaryota

Budowa

• 1. Błona komórkowa zewnętrzna- wytwarzana dodatkowo na zewnątrz ściany komórkowej przez bakterie o cienkiej ścianie
• 2. Błona komórkowa
  • białkowo-lipidowa
  • otacza cytoplazmę
  • ulega w niektórych miejscach pofałdowaniu, tworząc wypuklenia na obszarze cytoplazmy o różnych kształtach

MEZOSOMY – niewielkie, koncentryczne, biorą udział w oddychaniu komórkowym i są miejscem przyczepu genoforu TYLAKOIDY/CHROMATOFORY – duże, blaszkowate twory wypełnione barwnikami

• 3. Ściana komórkowa
  • na zewnątrz błony
  • zbudowana z misternej sieci włókien utworzonych z mureiny (polimeru białkowo-cukrowego), grubość ścian bywa różna
  • A. Otoczki śluzowe
• dość często spotykane
• w zależności od gatunku mają różną grubość
• spełniają funkcje ochronne
• chronią przed wyschnięciem lub wchłonięciem przez inne organizmy
• w wypadku bakterii chorobotwórczych chronią przed rozłożeniem przez białe krwinki gospodarza
  • B. Pile
    • 1. Rzęski
• składają się ze spiralnie skręconych włókien flageliny (białko zbliżone do miozyny występujące we włóknach mięśniowych)
• osadzone są w zewnętrznych powłokach komórki za pomocą haczyka i kilku białkowych pierścieni, tworzących swoisty silnik wprawiający rzęskę w ruch obrotowy
  • • 2. Fimbrie
• występują zazwyczaj u bakterii o cienkiej ścianie komórkowej
• mają postać delikatnych, białkowych rurek sterczących z cytoplazmy, tak, że niektóre komórki przypominają przez to sterczące jeże
• ułatwiają bakteriom przytwierdzanie się do podłoża
• pile płciowe służą do łączenia komórek bakteryjnych w trakcie procesu płciowego (koniugacji)
• 4. Cytoplazma
  • A. Plazmidy
  • mniejsze od genoforu, koliste nici DNA
  • zawierają cząść informacji genetycznej bakterii, warunkującą np. odporność na antybiotyki
  • B. Rybosomy
  • struktury biorące udział w syntezie białek
  • mniejsze niż u eukariota
  • C. Ziarna materiału zapasowego
  • materiałem zapasowym jest zazwyczaj glikogen, wolutyna lub skrobia sinicowa (u sinic)
  • D. Nukleoid
  • obszar cytoplazmy nie odgraniczony żadną błoną
  • nie tworzy jądra komórkowego
    • 1. Genofor
    • pozwijana, kolista nić DNA zawarta w nukleoidzie
    • zapisana jest tu informacja genetyczna komórki
      • A. Endospory
      • struktury przetrwalnikowe tworzone przez laseczki i niektóre maczugowce
      • są swego rodzaju kapsułami ratunkowymi
      • powstają wewnątrz komórki przez obudowanie genoforu (wraz z pewną ilością cytoplazmy, błoną komórkową i rybosomami) wielowarstwową ścianką złożoną z białek i cukrowców wysycanych tłuszczami
      • odporne na wysoką i niską temperaturę, wiele czynników chemicznych, wysychanie, promienie UV, niekorzystne pH itd.
      • w stanie anabiozy (życia utajonego) mogą przebywać wiele lat, a w momencie poprawy warunków odtworzyć całą komórkę spelniającą wszystkie funkcje życiowe

Cechy

• komórki kilkakrotnie mniejsze od komórek innych organizmów

(zazwyczaj od 0,5 do 10µm)

• niektóre ruchliwe bakterie (krętki) dochodzą do 500µm długości, czyli prawie 0,5mm
• mogą przybierają różne kształty

5. Odżywianie bakterii

• 1. Heterotrofy
• pierwotnie komórki prokariotyczne formowały się w środowisku o dużej zawartości związków organicznych i dlatego były heterotroficzne
• korzystały ze związków organicznych wchłaniając je bezpośrednio przez błonę i ścianę komórkową
• zbyt duże związki były rozkładane (trawione) przez enzymy wydzielane na zewnątrz
• taki sposób odżywiania do dziś zachowała większość bakterii lądowych i wodnych
• związki, z których korzystają pochodzą z rozkładu martwych organizmów roślinnych, zwierzęcych i innych
  • A. Protrofy
  • wystarczy im do życia kilka (czasami jeden) związków organicznych
  • B. Auksotrofy
  • muszą mieć dostęp do jakiegoś bardziej złożonego związku (nap. witaminy czy aminokwasu)
• 2. Autotrofy
• powstały, gdy w środowiskach zaczęło brakować wolnych związków organicznych
• same wytwarzają (syntezują) złożone związki organiczne z prostych związków nieorganicznych
  • A. Procesy chemosyntezy
  • pierwotnie energia potrzebna do tych syntez pochodziła z egzoenergetycznych reakcji chemicznych, czyli procesów chemosyntezy
  • dzisiaj ten typ odżywiania występuje u bakterii nitryfikacyjnych:

Nitrosomonas – utlenia amoniak NH3 do soli kwasu azotowego(III) Nitrobacter – utlenia sole kwasu azotowego(III) do soli kwasu azotowego(V)

• • występuje także w komórkach bakterii siarkowych, żelazowych i innych
  • B. Procesy fotosyntezy
  • niektóre bakterie wykorzystywały do syntezy związków organicznych energię świetlną w procesie fotosyntezy
  • podstawowym związkiem umożliwiającym zmianę energii świetlnej na chemiczną był zapewne bakteriochlorofil – związek występujący u niektórych współczesnych bakterii fotoautotroficznych (np. u bakterii purpurowych
  • około 2,8 miliarda lat temu u sinic (cyjanobakterii) pojawił się chlorofil a
  • proces fotosyntezy przy wykorzystaniu tego chlorofilu jest wydajniejszy
  • źródłem wodoru niezbędnego do syntezy cukrów stała się woda, a produkt uboczny (tlen cząsteczkowy) uwalniał się do otoczenia
  • ten tlen produkowany przez sinice doprowadził około 2 miliardów lat temu do przebudowy składu chemicznego całej ziemskiej atmosfery

CO2 + H2O ----(CHLOROFIL/ EN. ŚWIETLNA-----> glukoza + O2

6. Oddychanie bakterii

• 1. Beztlenowe Fermentacja

Anaeroby

• pierwotniejszy sposób uzyskania energii (w czasach powstania pierwszych prokariotów w atmosferze i wodzie nie było wolnego tlenu cząsteczkowego)
• oddychanie zachodzi w cytoplazmie i polega na rozkładzie (utlenianiu) cukrów
• wydziela się wówczas energia
• końcowe produkty:

Lactobacillus – kwas mlekowy (bakterie powodują zsiadanie się mleka) Sarcina – etanol

• może to być także kwas octowy i inne związki
• proces mało wydajny

glukoza ----> etanol + CO2 + ENERGIA

• 2. Tlenowe

Aeroby

• z chwilą pojawienia się w atmosferze wolnego tlenu cząsteczkowego niektóre bakterie zaczęły go używać do całkowitego utleniania cukrowców do dwutlenku węgla i wody
• uzyskuje się tu kilkakrotnie więcej energii niż podczas fermentacji
• końcowe (tlenowe) etapy oddychania zachodzą na błonie komórkowej
• biorą w nim być może udział mezosomy

glukoza + O2 -----> CO2 + H2O + ENERGIA

7. Królestwo bezjądrowe/ procaryota

Podkrólestwo: ARCHEANY/ARCHEBAKTERIE ARCHAEA

• specyficzna budowa chemiczna błony komórkowej
• nie mają mureny w ścianie komórkowej
• mają odmienne właściwości kwasu RNA
• wykazują podobieństwo do eukariota w strukturze materiału genetycznego DNA i budowie rybosomów
• zamieszkują środowiska wyjątkowo nieprzyjazne dla innych organizmów (solanki, gorące i kwaśne źródła, ścieki)
• żyjąc w warunkach ekstremalnych zdają się być bezpośrednimi potomkami pierwszych organizmów (wyjściowych zarówno dla prokariota i eukariota)

Podkrólestwo: EUBAKTERIE/BAKTERIE WŁAŚCIWE EUBACTERIA

• 1. Krętki Spirochaetae
  • śrubowato skręcone
  • mają bardzo cienką ścianę komórkową (G-)
  • dzięki temu mogą poruszać się ruchem wijącym i skracać długość komórki
  • cudzożywne – saprofityczne (odżywiające się martwą materią organiczną) lub pasożytnicze
• 2. Promieniowce Actinomycetes
  • komórki mają grube ściany (G+), tworzące rozgałęzione kolonie przypominające strzępki grzybów
  • żyją zazwyczaj w glebie
  • zdarzają się wśród nich groźne pasożyty
• 3. Proteobakterie Proteobacteria
  • najpospolitsze formy prokariotów (G-) i (G+)
  • w większości heterotroficzne
  • spotykane także chemotrofy i autotrofy wykorzystujące bakteriochlorofil
  • mają zazwyczaj sztywną, mureinową ścianę komórkową
  • niektóre zaopatrzone są w wici
  • są to wszystkie ziarniaki, pałeczki, laseczki, przecinkowce, śrubowce
• 4. Sinice/Cyjanobakterie Cyanobacteria
  • jednokomórkowe lub kolonijne organizmy wodne (spotykane też na powierzchni gleby lub śniegu)
  • samożywne – przeprowadzają fotosyntezę za pomocą chlorofilu zlokalizowanego w blaszkowych tylakoidach
  • mają specyficzne barwniki fotosyntetyczne z grupy fikobilin – czerwoną fikoerytrynę i niebieską fikocyjaninę, które łącznie z chlorofilem nadają komórkom charakterystyczną siną barwę
  • potrafią wiązać wolny azot cząsteczkowy przy użyciu wyspecjalizowanych komórek – heterocyst
  • materiałem zapasowym komórek jest skrobia sinicowa (zbliżona budową do zwierzęcego glikogenu)

8. Formy bakterii

• Kuliste
  • ziarniaki (Coccus)poszczególne komórki nie łączą się ze sobą
  • dwoinki (Diplococcus) powstają w wyniku połączenia dwóch komórek powstałych po ostatnim podziale
  • paciorkowce (Streptococcus) długie sznurki połączonych ziarniaków
  • gronkowce (Staphylococcus) tworzą nieregularne skupiska
  • pakietowce (Starcia) układają się w mniej lub bardziej złożone sześciany
• Wydłużone Cylindryczne
  • laseczki (Bacillus) mogą tworzyć różnego typu układy (proste lub rozgałęzione nici, pakiety przypominające cygara w pudełkach, nieregularne skupiska)
  • pałeczki (Bacterium) nie mają wcale przetrwalników, mogą tworzyć różnego typu układy (proste lub rozgałęzione nici, pakiety przypominające cygara w pudełkach, nieregularne skupiska)
  • maczugowce (Corynebacterium) mają nieregularne przetrwalniki, przypominają czasem sękatą maczugę
• Skręcone Spiralne
  • przecinkowce (Vibrio) –przypominają przecinek
  • śrubowce (Spirillum) tworzą kilka pełnych skrętów
  • krętki (Spirocheta) skręcone wielokrotnie, przypominają korkociągi
• Rozgałęzione
  • prątki (Mycobacterium) mają kształt pałeczek z niewielkimi, krótkimi odgałęzieniami
  • promieniowce (Actinomyces) silnie rozgałęzione, połączone ze sobą na kształt sieci

9. Metoda Hansa Grama z 1884 roku

• Gram-dodatnie (G+)
  • barwią się na niebiesko
  • mają grubą ścianę mureinową
    
• Gram-ujemne (G-)
  • barwią się na czerwono
  • mają cienką ścianę
  • występuje u nich podwójna błona komórkowa

10. Rozmnażanie bakterii

• wszystkie bakterie mają jedną cząsteczkę DNA (pojedynczy zestaw genów)
• są haploidalne
  
• 1. Amitoza Podział bezpośredni
• genofor nie tworzy nawet jednego klasycznego chromosomu, podział bakterii polega na podwojeniu (replikacji) cząsteczki DNA, rozdzielenia obu nitek i przedzielenia cytoplazmy mniej więcej w połowie
• kolejne podziały w sprzyjających warunkach zachodzą nawet co 15 minut
  
• 2. Fragmentacja kolonii
• nitkowate kolonie pewnych bakterii (promieniowce, niektóre sinice) mogą też rozmnażać się poprzez fragmentację, czyli rozerwanie kolonii na mniejsze fragmenty

11. Koniugacja

• wymiana materiału genetycznego pomiędzy osobnikami
• w trakcie procesu bakterie łączą się ze sobą za pomocą fimbrii i wymieniają części materiału genetycznego w postaci plazmidów bądź fragmentów genoforu
• proces prowadzi do zwiększenia różnorodności genetycznej bakterii

12. Wiązanie azotu cząsteczkowego

• wszystkie organizmy potrzebują azotu ale tylko niektóre prokarioty potrafią przyswajać jego postać cząsteczkową bezpośrednio z atmosfery, gdzie tego pierwiastka jest najwięcej (78%)
• jest to złożona biochemicznie umiejętność i wymaga dużych nakładów energii
• posiadało ją kilka bakterii glebowych
• dzięki zdolności do asymilacji wolnego azotu bakterie mogą żyć w środowiskach bardzo ubogich w związki azotowe
• obumierając same stają się źródłem przyswajalnego azotu dla organizmów eukariotycznych
• w ten sposób prokarioty uczestniczą w obiegu azotu w przyrodzie
  • Azotobakter – tlenowce
  • Rhizobium – symbionty roślin
  • Clostridium pasteurianum – beztlenowce
  • Gleocapsa i Nostoc – sinice wodne

13. Występowanie

• Środowisko zewnętrzne
  • Saprofity
  • bakterie wodne i glebowe
  • w ekosystemach tworzą wraz z innymi organizmami poziom troficzny destruentów (promieniowce)
  • są pożywieniem dla protistów
• Inne organizmy
  • 1. Symbioty
  • współżycie jest obustronnie korzystne
  • bakterie umożliwiające trawienie celulozy (Bacterioides)
  • żyjące w żwaczu przeżuwaczy
  • żyjące w jelicie termitów (krętek Pillotina)
  • żyjące w specjalnie ukształtowanych brodawkach roślin motylkowatych, takich jak groch, fasola, łubin, wyka (Rhizobium)
  • 2. Pasożyty
  • szkodzą swemu gospodarzowi
  • niszczą tkanki i wytwarzają substancje toksyczne (jady), które zatruwają organizm i wywołują stany chorobowe
  • 3. Komensale
  • bakterie korzystają z dostarczanego przez organizm pokarmu i schronienia
  • same nic nie wnoszą do tego współżycia, nie przeszkadzają i nie szkodzą
  • np. pałeczki okrężnicy (Escherichia coli) żyjące w końcowej części przewodu pokarmowego człowieka

---