Structura Celulei Bacteriene

Structura Celulei Bacteriene - Generalități

• Structurile esențiale, prezente în toate celulele bacteriene, includ membrana plasmatică, citoplasma, nucleoidul și ribozomii.
• Structurile facultative, prezente doar în anumite grupuri bacteriene, includ sporul, capsula, cilii/flagelii și aparatul fotosintetic.

Structuri Intraparietale

• Spațiul periplasmatic este o structură intraparietală.
• Membrana plasmatică este o structură intraparietală.
• Mezosomul este o structură intraparietală.
• Citoplasma este o structură intraparietală.
• Ribozomii sunt structuri intraparietale.
• Vacuolele sunt structuri intraparietale.
• Aparatul fotosintetic este o structură intraparietală.
• Incluziunile sunt structuri intraparietale.
• Magnetosomii sunt structuri intraparietale.
• Rhapidosomii sunt structuri intraparietale.
• Sporul este o structură intraparietală.

Structuri Extraparietale

• Glicocalixul este o structură extraparietală.
• Cilii și flagelii sunt structuri extraparietale.
• Fimbriile și pilii sunt structuri extraparietale.
• Spinii sunt structuri extraparietale.

Peretele Bacterian

• Peretele celular este un strat rigid care înconjoară protoplastul bacterian, protejând celula de substanțe toxice.
• Pe peretele celular acționează majoritatea antibioticelor.
• Structura peretelui celular poate fi demonstrată indirect prin degradarea sa sub acțiunea lizozimului.
• Majoritatea bacteriilor, cu excepția micoplasmelor și a unor arhebacterii, au un perete peretele celular puternic.
• Peretele celular are rolul de a conferi forma celulei, protejând-o de liză osmotică.
• Peretele celular este alcătuit din proteine, lipide și hidrați de carbon.
• Structura peretelui celular este formată din structura de bază și stratul structurilor speciale.

Colorația Gram

• În 1884, Christian Gram a dezvoltat colorația Gram.
• Bacteriile sunt împărțite în două grupuri după colorație: Gram-pozitive (se colorează în violet) și Gram-negative (se colorează în roz/roșu).
• Colorarea evidențiază protoplastul, iar peretele bacterian, deși nu se colorează, influențează colorabilitatea protoplastului.
• Diferența structurală dintre bacteriile Gram-pozitive și Gram-negative a devenit clară odată cu microscopia electronică (ME).
• Bacteriile Gram-pozitive rețin coloranții violeți de anilină.
• Bacteriile Gram-negative pierd coloranții violeți sub acțiunea alcoolului și necesită recolorare cu fucsină bazică (în roșu).
• Colorarea Gram este un prim pas în identificarea bacteriilor în laboratoarele medicale.

Peptidoglicanul

• Bacteriile au peretele celular constituit din mureină (peptidoglican).
• Peptidoglicanul este structura de bază a eubacteriilor.
• Peptidoglicanul lipsește în peretele arheobacteriilor, care conțin pseudomureină.
• Mollicutes este o clasă de eubacterii complet lipsite de perete celular.
• Peptidoglicanul este un heteropolimer macromolecular reticular.
• Este constituit dintr-o parte glicanică și una peptidică.
• Partea glicanică este polizaharidică, din catene liniare paralele cu dizaharide aminate: N-acetil-glucozamină și acid N-acetil-muramic.
• Partea peptidică este reprezentată de unități tetrapeptidice (4 aminoacizi, izomeri L și D), fixate de acidul muramic.
• Unitățile peptidice sunt legate între ele direct (structură bidimensională, la bacteriile Gram-negative) sau indirect prin punți interpeptidice (structură tridimensională, la bacteriile Gram-pozitive).
• Sinteza peptidoglicanului este controlată de enzime de pe fața externă a membranei citoplasmatice: transglucozilaze și transpeptidaze.
• Transglucozilazele leagă cele două aminozaharuri.
• Transpeptidazele catalizează formarea subunităților și a punților peptidice.
• Agenti muralitici ca lizozimul sau penicilinele determină defecte structurale ce duc la evaginarea protoplastului sau la explozia celulei.
• Lizozimul rupe legăturile dintre M și G.
• Penicilina rupe legăturile peptidice.

Funcțiile Peptidoglicanului (PC)

• Peptidoglicanul cuprinde protoplastul bacterian, formând un citoschelet extern rigid și rezistent.
• Protejează protoplastul prin echilibrarea presiunii osmotice (5-20 atm).
• Conferă formă celulelor bacteriene.
• Participă la creșterea celulei și la diviziune.
• Conține receptori specifici implicați în recunoașterea fagilor, a altor celule în conjugare și antigene.
• Peptidoglicanul conține enzime autolitice.
• Interesul medical al studierii peptidoglicanului decurge din sensibilitatea sa la lizozim, interferența sintezei sale de către unele antibiotice (peniciline), antigenitate și proprietățile de adjuvant imunologic.

Peretele Bacterian Gram-Pozitiv

• PC G+ are un singur strat compact de peptidoglican (mureină), situat la exteriorul membranei plasmatice, cu grosimea de 20-80 nm.
• Peptidoglicanul este organizat într-o rețea tridimensională groasă, omogenă și cu ochiuri strânse.
• Peptidoglicanul reprezintă 40-80% din peretele celular.
• Structurile speciale asociate peptidoglicanului includ acizii teichoici/teichuronici și lipoglicanii.
• Acizii teichoici stabilizează și întăresc peretele bacterian.
• Acizii teichoici leagă ionii de Mg și creează micromediul ionic necesar enzimelor membranei.
• Sunt antigene majore de suprafață, utile pentru subtiparea serologică a bacteriilor Gram-pozitive.
• Acizii teichuronici conțin acid uric și polizaharide neutre, fiind antigene ce permit subtiparea bacteriilor Gram-pozitive.
• Lipoglicanii substitue acizii teichoici.

Peretele Bacterian Gram-Negativ

• Între peretele G- și membrana celulară internă se delimitează un spațiu periplasmatic.
• Peptidoglicanul, dispus profund într-o rețea bidimensională laxă, are asociate membrana externă, lipoproteine și lipopolizaharide.
• Membrana externă, asimetrică, este formată dintr-un strat intern fosfolipidic (35%) și un strat extern lipopolizaharidic (50%).
• În membrana externă plutesc porine (proteine de transport) și enzime (15%).
• Porinele trec de pe o față pe alta a membranei externe, fiind oligomeri ce alcătuiesc pori pentru moleculele mici hidrofile.
• Proteinele specifice asigură transportul transmembranar cu consum de energie pentru anumiți nutrienți (vitamina B3, Fe).
• Lipoproteinele se leagă covalent de peptidoglican și solidarizează structurile.
• Lipopolizaharidul este un heteropolimer linear dispus la feța externă.
• Structura lipopolizaharidului include: lipidul A (segment proximal din unități dizaharidice fosforilate de glucozamină legate prin punți pirofosfat de β-hidroxiacizi grași), miezul polizaharidic (parte profundă ce conține glucoză-heptoză și 2-ceto-3-deoxioctonat, leagă lipidu A) și unități zaharidice repetate (maschează miezul polizaharidic și constituie un important antigen al bacteriilor Gram-negative).

Spațiul Periplasmic

• Se constituie între membrana citoplasmică și membrana externă.
• Conține peptidoglicanul, enzime și fibrele axiale ale spirochetelor.
• Sunt reținute enzimele de degradare sintetizate de celula bacteriană, implicate în digestia extracelulară sau inactivarea antibioticelor.
• Permite degradarea moleculelor nutritive mari (>700 Da).

Peretele Bacterian Acido-Rezistent

• Micobacteriile au asociate peptidoglicanului glicolipide complexe ce conferă particularități de colorabilitate.
• Exemplu: Mycobacterium tuberculosis.
• Coloranții nu penetrează peretele, împiedicând colorarea prin Gram.
• Bacteriile rezistă la decolorarea cu acizi și alcool.
• Pot fi colorate la cald cu fuxină bazică concentrată (în roșu).
• Acestea se numesc bacterii acido-alcoolo-rezistente.
• Restul bacteriilor sunt decolorate (neacido-rezistente) și se recolorează cu albastru de metilen.
• Structurile speciale includ arabinogalactanul, acizii micolici, complexul lipoarabinoglican și fosfolipidele micobacteriene, micozidele.
• Arabinogalactanul este un polizaharid care acoperă peptidoglicanul și are proprietăți endotoxice.
• Acizii micolici sunt B-hidroxiacizi grași cu catenă lungă ramificată
• Complexul lipoarabinoglican și fosfolipidele micobacteriene influențează reacția tisulară a gazdei.
• Micozidele sunt peptidoglicolipide și glicolipide fenolice care formează un înveliș protector în jurul micobacteriilor.

Componentele Externe Ale Peretelui Celular - Straturile S

• Straturile S reprezintă învelișul distal întâlnit la arhebacterii, eubacterii (medii extreme) și bacterii (organisme).
• Struturile se intalnesc atat la G+ dar si la G-.
• Au fost studiate la Campylobacter, Helicobacter și Aeromonas, reprezentând până la 20% din proteinele celulare.
• Sunt structuri proteice sau glicoproteice paracristaline, din multimeri cu forme pătrate, hexagonale sau oblice.
• Straturile S protejează bacteriile de fagocite, molecule nocive și infecția cu bacteriofagi.

Glicocalixul procariot

• Este un înveliș polizaharidic distal peretelui, prezent la unele tulpini bacteriene (nu e caracter taxonomic).
• Are structură fibrilară, formează o matrice protectoare față de agenți chimici, protozoare sau fagocite.
• Previne deshidratarea și ajută la atașarea bacteriilor de suprafețe.
• Poate fi structurat dens (capsulă) sau lax (slime). Glicocalix structurat dens este capsula. Aceata nu poate fi separată prin centrifugare, nu este penetrată de particule colorate și este vizualizată în colorații negative cu tuș de India.
• Glicocalix structurat lax este slime (separat prin centrifugare, penetrat de particule colorate și participă la formarea biofilmelor).
• Biofilmele bacteriene sunt ansambluri structurate de celule bacteriene înglobate într-o matrice de polimeri bacterieni care aderă la diverse suprafețe (catetere, țesuturi) și sunt comunități.
• Compoziția chimică: apă și substanțe organice (polizaharidice, mucopolizaharidice, peptidice).
• Glicocalixul are ca functie de barieră selectivă, asigurând aderența bacteriei și are specificitate antigenică

Motilitatea Bacteriilor: Flagelii

• Mobilitatea bacteriilor se realizează prin flageli sau fibre axiale.
• Flagelii sunt organite filamentoase cu lungimea de 6-20 µm și diametrul de 20 nm, cu structură proteică.
• Modelele de dispunere ale flagelilor sunt utile în identificarea speciilor.
• Dup nr de flageli: monotriche (un flagel polar), amfitriche (un flagel la fiecare pol), lofotriche (o grupare de flageli la unul/ambele capete), pertriche (flageli răspândiți uniform).
• Ultrastructura flagelilor include: filamentul (cilindru rigid din flagelina), cârligul (segment curbat, leagă filamentul de corpului bazal ) și corpul bazal (încorporat.
• Mobilitatea flagelară se mișcă prin miscari de indoire si rotire.
• Mecanisme alternative de deplasare includ translația (folosită de cianobacterii și mixobacterii).
• Anumite bacterii se pot deplasa de-a lungul suprafețelor solide cu viteze de până la 3 m/s.

Pilii Bacterieni

• Pilii sunt organite filamentoase rigide, mai scurte decât flagelii, vizibile doar la microscopul electronic.
• Există pili comuni și sexuali, codificați plasmidic, caractere de tulpină fără valoare taxonomică. Pilii comuni, sau fimbriile, sunt dispuși peritrih și funcționează ca adezine.
• Fimbriile sunt tuburi subțiri compuse din subunități proteice dispuse elicoidal, având 3-10 nm în diametru, o celulă putând fi acoperită cu până la 1.000 de fimbrii.
• Pilii sexuali sunt structuri tubulare de pe suprafața bacteriilor G-, implicați în conjugarea bacteriană, codificate plasmadic.

Chimiotactismul

• Chimiotactismul este mișcarea unui organism ca răspuns la un stimul chimic.
• Direcționarea mișcărilor în funcție de substanțele chimice din mediu.
• Rolul este de găsit hrană sau de a fugi de substanțe nocive.
• Microorganismele se deplasează în funcție de gradientul de concentrație.
• .Chimiotactismul este pozitiv sau negativ.
• Chemoefectorii includ chemoatractanți (riboză, glucoză, nutrienți) și chemorepelenți (pH negativ, substanțe nocive).
• Mecanismele includ recepția atractantului, transducerea semnalului, fosforilarea/defosforilarea proteinelor CheY și CheZ și acțiunea asupra flagelului.
• Etapele principale ale mecanismului includ inot si răsturnări.

Fototactismul

• Fototactismul (fototaxia) este un răspuns la un stimul luminos cu orientare cel mai eficient, mișcarea fiind pozitivă sau negativă.
• Multe procariote măsoară intensitatea luminii și se deplasează căтре zona de intensitate mai mare.
• Bateriile halofile, precum Halobacterium salinarum, folosesc rodopsine senzoriale (proteine transmembranare).
• Unele cianobacterii (Anabaena, Synechocystis) se pot orienta lent de-a lungul unui vector luminos.

Termotactismul

• Temperatura semnal important, bacterii simt diferențele de temperatură și urmăresc gradienții termici către temperatura lor favorabilă, colonizând anumite regiuni, formând biofilme sau infectând celulele sau țesuturile gazdă.
• Temperatura afectează toate activitățile biochimice și modul în care răspund bacteriile la schimbările termice.

Geotactismul

este caracterizat prin miscarea gravitationala a unui organism. Multe microorganisme au receptori care le ofera orientarea si geotactismul poate rezulta din mecanisme fizice. Asimetria în forma microorganismelor poate fi suficientă.

Endosporii Bacterieni

• Forme de rezistență caracteristice bacteriilor
• Sunt dezvoltati in mai multe genuri
• Au structuri extraordinar de rezistente la factori de mediu ajută la supraviețuirea in medii cu resurse limitate
• unii endospori au viabili peste 100,000 de ani. importanță practică mare în microbiologie medicală.

Structura Endosporilor

• Protoplast deshidratat - continut puternic termorezistent
• Sistem de învelișuri: tunica externă, tunica internă proteică, cortex peptidoglican autolitic,peretele interior .Formare in 7 stadii.

Proprietătile Sporilor

• sunt inactivi metabolic au nr redus de enzyme
• contitut mare de aminoacizi cu sulf
• cont scarut de apa elibera
• cont mare de dipicolinat de calciu
• rezt au PH extreme desicare agent chimici and fizici

Metabolicm Bacterian

• Metabolismul reprezintă totalitatea reacțiilor biochimice implicate în activitățile biologice ale microorganismelor.
• Reacțiile metabolice se desfășoară cu respectarea principiului eficienței maxime. Caile metabolice se dived in Catabolism (eliberarea energiei) Anabolism (utilizarea energiei) Caile metabolice funizeaza precursori pentru alte căi metabolice, aceste căi fiind numite căi amfibolice.

Căile catabolice includ

• Faza 1-descompunerea enzimatica a macromoleculelor
• Faza 2--moleculele devin degradate incomplet, eliberand energie and metabolism Faza 3-difera in functie de tipu organismului (aeroba sau anaeroba)

Catabolism și Anabolism

• Catabolism:procese care eliberează energie din compuși organici şi apoi sintetizeezază energie
• Anabolism include procese care utilizează energia stocată în ATP .

Structura celulei bacteriene-metabolism bacterian

Enzimele și Nutriția Bacteriană

• Nutriția – modalitățile prin care bacteriile asimilează din mediu substanțele necesare pentru metabolism..
• Modul de nutriție la bacterii este absorbtiv
• La bacterii digestia este extracelulară. Nutrienții servesc în calitate de material de construcție și sursă de energie pentru sinteza compușilor și menținerea vieții bacteriei
• Nutrienţii servesc în calitate de construcție și sursă de energie. Microelementele au nevoire sa fie biogene au aprox 1 elemente in canitati maru
• Necesarul de carbon, hidrogen și oxigen adesea satisfăcute împreună. C este necesar“scheletul”moleculelor organi. Sulful necesar -Majoritatea microorganismelor foloseste sulfații sursă de sulf Bacteriilecare - Bsolicita vitamine
• Microorganismele necesită un amestec echilibrat de nutrienți trans membrana, -confform Bactiv, pasiva