Mikrobiologie VO2 Zusammenfassung PDF

Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Aufbau einer Bakterienzelle Der typische Aufbau einer Bakterienzelle Zellmembran: ist eine innere Zytoplasma Membran (Aufbau schauen wir uns später genauer an) Darüber befindet sich der Aufbau der...

Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Aufbau einer Bakterienzelle Der typische Aufbau einer Bakterienzelle Zellmembran: ist eine innere Zytoplasma Membran (Aufbau schauen wir uns später genauer an) Darüber befindet sich der Aufbau der dann eigentlich den Zellwand-aufbau vervollständigt → das kann eine Peptidoglykan-schicht (kommen in der Zellwand der Bakterien vor bestehend aus Zuckern und Aminosäuren zusammengesetzten Makromolekülen), für einige die eine andere Form von Bakterien sind kann es eine 2. Cytoplasmamembran geben. Häufig haben Bakterien eine Schleimkapsel aufgelagert, die Schutz vor Umwelteinflüssen liefert z.B: vor Austrocknung, Uv-Strahlung. Bei Pathogenen Bakterien kann die Schleimkapsel dazu beitragen, dass das Bakterium vom Immunsystem schlechter oder vlt garnd erkranken Das Chromosom von Bakterien ist ein doppelsträngiges ringförmig geschlossenes D NA Molekül, das nur in einer einzigen Kopie vorkommt Dieses Chromosom ist haploid und dicht verknüllt im Zytoplasma freiliegend. Ribosomen sind im Zytoplasma freiliegen → Unterschied eukaryotische zelle Häufig haben Bakterienzellen ringförmige D Na Moleküle, die sich Plasmide nennen (Faktoren, die für das Überleben von Bakterien wichtig sind Pili: Häufig haben Bakterien zartere Zellfortsätze die sich Pili nennen, Ateson an Oberflächen und für Kommunikation diene Viele Bakterien haben eine Geißel die sehr schnell routieren kann und somit der Bakterienzelle eine hohe Geschwindigkeit und Bewegung verleihen. Seite 1 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Der typische Aufbau von eukaryotischen Zellen Die Erbinformation ist in einem Zellkern lokalisiert. Hat einen echten Zellkern umgeben von einer Doppelmembran. Austauschzwischen Zytoplasma und Membran In diesem Zellkern ist D NA enthalten, die in Chromosomen angeordnet ist Die pflanzlichen und tierischen Zellen die Chromosomen sind diploid aufgebaut Die Chromosomen die doppelt vorliegen sind einzelsträngige D NA Moleküle und auch das ist ein Unterschied zu Bakterienzellen also hier ist D NA nicht ringförmig aufgebaut sondern linear Mitochondrien: Die Energiegewinnung der Zelle findet statt. ATP wird produziert, die als wichtiger Energielieferant bezeichnet wird Ribosomen: kommen im Teil frei im Zytoplasma vor ( wie Bakterien), es gibt deshalb reine Ribosomen und auch ein teil von ribosomen die an das ER gebunden sind und somit das raue ER bilden ER: Proteine werden synthetisiert, teilweise auch modifiziert und werden dann von den dipdiosomen z.B. vom Golgi Apparat weiter transportiert und sortiert und dann an ihren Ursprungsort oder Bestimmungsort Transportiert, damit sie ihre Funktion ausüben können Tierische Zellen haben noch ein Zytoskelett, es besteht aus Aktinfilamenten, Intermediärfilamenten und Mikro Tubuli. In Bakterien kennt man ein solches Zytoskelett nicht, obwohl sich die Hinweise drauf vemrehren, dass es sich auch hier um eine Art Zytoskelett handelt, die an der Formgebung von Bedeutung ist, aber es ist strukturell nicht vergleichbar mit den tierischen Zellen Ebenfalls ist die Zytoplasma-membran in tierischen Zellen also einmal vorhanden (der rötliche Kreis um die Zelle). Eine stärkere Zellwand, wie.z.b Bakterien oder die Seite 2 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Pflanzen es haben, gibt es nicht. Die Zellwand in den grünen Zellen, die ist anders aufgebaut als die von Bakterien, Pflanzliche zellen haben Vakuolen, und Chloroplasten (Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt. Die Zytoplasma- Membran Spezifischer Transport von Stoffen über die Membran kontrollieren zu können ist semipermeabel ( da sie manche Stoffe unkontrolliert transportieren bzw. passieren lassen) Aufbau Gradienten: Die Zytoplasma-membran ist ganz wichtig, um Stoffe voneinander trennen zu können, dass eben nicht die Stoffe unkontrolliert passen. Deshalb müssen Gradienten aufgebaut werden. Ganz besonders z.b. ein Protongradient, so hat man auf der einen Seite eine höhere Konzentration an Proton und auf der anderen Seite eine niedrige Konzentration an Proton. Somit kann ein Gradient über diese Membran aufgebaut werden Energiestoffwechsel: Protongradienten in der ATP-Synthese spielen eine wichtige Rolle. Das ist wichtig für den Energiestoffwechsel der Zelle. In den Bakterien findet der Energiestoffwechsel an der inneren Cytoplasmamembran statt Die Zytoplasma Membran ist eine Phospholipid-Doppelschicht mit eingelagerten und angelagerten Proteinen o Es sind.z.B. Proteine eingelagert die Tunnel ausbilden können o Oder auch die Poren ausbilden können und somit auch sehr selektiv verschiedene Stoffe über die Membran transportieren können o Häufig sind Proteine eingelagert die für andere Stoffwechselvorgänge wichtig sind z.B. Energiestoffwechselt Seite 3 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Die Zytoplasma kann Geißeln und Proteine verankern Aufbau Zytoplasma-Membran Phospholipid- Doppelschicht Phospholipid bestetht aus Glycerin und Fettsäuren Wenn man Phospholipide in eine wässrige Lösung hineintut, dann werden sie sich immer so ausrichten, dass die Fettsäurenreste (hydrophob) sich dem Wasser abgewandt zeigen. Das Glycerin und Phosphat (hydrophil) werden sich dem Wasser zuwenden Also in einer wässrigen Lösung würde es sich zu einer Rumkugel zusammenlagern (Fettsäuren Reste nach innen) Genauer Aufbau: Seite 4 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Typisch ist der Aufau von Pospholipiden in Bakterien hier dargestellt, die häufig als Fettsäurereste Palmitinsäure und Ölsäure (Hydrophob) haben Glycerin, Alkohol, Phosphat (Hydrophil) Archaeen können häufig extremophil leben → liegt in dem unterschiedlichen Aufbau von Phospholipid. Der Grund warum es eine stabile Verbindung gibt: Phospholipid Archaeen Phospholipid Eukaryoten und Bakterien Haben Phytanyl seitenketten → verleihen Phospholipid eine höhere Stabilität Phospholipid Membran: Seite 5 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Fettsäuren werden mit den Glycerol resten verestert Das liegt daran, dass eine Säure mit einem Alkohol reagieren kann und dann hat man diese typische Esterverbindungen Die Fettsäurereste mit dem Glycerol sind verethert sind o dass die Fettsäuren, über ihren Alkoholrest mit den Alkoholresten des Glycerols miteinander verethert werden, o verethert: Alkohole die sich miteinander verbinden Seite 6 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Die Zytoplasma-Membran (wie es in echt ausschaut) Fluid-Mosaik- Membran; o das heißt, dass die Phospholipide mit den Membranen und Proteinen ständig in Bewegung ist. o Also können auch diese Tunnelproteine (integral Proteine), die in die Membran eingelagert sind und sogenannte Transmembranproteine sind ihre Position in der Membran verändern o Aufgabe: → es ist ständig in Bewegung somit hat eine Membran die Aufgabe auf wechselnde äußere Membrane reagieren zu können. In dem sie Positionen miteinander ändern können und so Signale auf andere Proteine übertragen können. Seite 7 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Transport über die Membran Der Transport über so eine Membran muss kontrolliert werden. Da gibt es unterschiedliche Mechanismen, die sich als primärer Transport und sekundärer Transport definieren lassen Sekundärer Transport Diffusion Wenn ich eine hohe Konzentration eines Stoffes auf der einen Seite und eine geringere Konzentration eines Stoffes auf der anderen Seite habe, dann hat dieser Stoff das Bestreben diese Konzentrations-Gefälle über die Membran auszugleichen. Das findet in einem mäßigen Ausmaß statt. -→ das nennt man Diffusion Diffusion („verstreuen“, „ausbreiten“) ist der ohne äußere Einwirkung eintretende Ausgleich von Konzentrationsunterschieden in Stoffgemischen als natürlich ablaufender physikalischer Prozess aufgrund der Eigenbewegung der beteiligten Teilchen. Er führt mit der Zeit zur vollständigen Durchmischung zweier oder mehrerer Stoffe durch die gleichmäßige Verteilung der beweglichen Teilchen Uniport ist die erleichterte Diffusion. Hier ist ein Carrier in der Membran vorhanden, der diese Diffusion erleichtert. Denn dort befindet sich ein unterstützender Transport der Komponente über die Membran statt, aber auch dem Konzentrationsgradienten folgend. Typisches Beispiel : Kalium-Uniport Symport 2 Substanzen werden parallel dem Konzentrationsgradienten folgend transportiert. Beispiel: Laktose-Protonen Symporter Seite 8 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Antiport Transport in gegenläufige Richtung Das Ganze ist durch ein Protein unterstützt z.B. ein Natrium-Protonen-Antiporter Primärer Transport Hier nutzt man die Energie, die durch eine chemische Reaktion bereitgestellt wird (die Komponente A wird in die Komponente B umgewandelt) → dadurch entsteht Energie, die dann dieses Protein (Transporter) mit Energie versorgt, Das wird z.B. auch gemacht, um Stoffe gegen den Konzentrationsgradienten transportieren zu können Die Zellwand Druckfestigkeit gegen den osmotisch bedingten Überdruck Die Zellwand vermittelt der Bakterienzelle eine Druckfestigkeit gegenüber äußeren Bedingung. Wir wissen sind Bakterien wechselnden äußeren Bedingungen ausgeliefert, so können sie sich gegen Trockenheit immer noch vermehren oder auch wegen sehr viel Flüssigkeit, so dass immer eine gewisse Formbeständigkeit auch immer vorhanden ist. Form der Zelle Es gibt runde, stäbchenförmige. Bakterien. Das ist durch die Zellwand vorgegeben, dass die Bakterienzelle ihre spezielle Form erhält Stofftransport und Ernährung Die Zellwand ist für den Stofftransport und für die Ernährung der Bakterienzelle wichtig Besteht aus Murein in Eubacaterien (N-Acetyl- Glucosamin) o Murein ist ein Peptidoglykan(aus Zuckermolekülen und Aminosäuren), das in den Zellwänden von Bakterien vorkommt und dieser Stabilität verleiht. Es macht einen wichtigen Teil des Gerüsts aus, die die Zellwand und damit das Bakterium am Platzen hindert. o Die grampositiven Bakterien haben auf ihrer Cytoplasmamembran noch einen sehr umfangreichen Mureinsacculus aufgelagert, der aus N-Acetyl-Glucosamin besteht und zum Teil für den Aufbau der Zelle eine wichtige Rolle spielt Seite 9 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Protein, Polysachariden oder Pseudomurein (Archaea) Murein ist anders aufgebaut. Das ist auch ein Grund, warum Archaeen extremophil leben können. Weil das Pseudomurein auch hier eine erhöhte Festigkeit aufweist und somit können Archaeen höhere Temperaturen, saure Ph-Werte und hohe Salzkonzentrationen tolerieren können Grampositive- Bakterien Dieses Murein, das der Zytoplasma aufgelagert ist, das ist eben ganz spezifisch für gram-positive Bakterien. Grampositive Bakterien; Als grampositiv bezeichnet man Bakterien, die sich in der Gram-Färbung blau anfärben. Grampositive Bakterien besitzen im Gegensatz zu gramnegativen Bakterien eine dicke Peptidoglykanschicht aus Murein ("Mureinhülle") und haben keine zusätzliche äußere Lipidmembran. Darüber hinaus enthält die Zellwand zwischen 20 und 40 % Lipoteichonsäuren. Gram,-positiv & Gram-negativ In einem elektromagentsichem Bild kann man Unterschiede sehen Gram-positiv: Gram-negativ: Man sieht die innere Man sieht die innere Zytoplasma Zytoplasma Membran Membran , dann eine ganz zarte der Bakterienzelle und die Schicht, in einem Raum, der sich dicke Schicht, die zwischen der inneren und äußeren aufgelagert ist Membran bildet. Periplasmatischer Peptidoglykan (rot). Bis zu raum: ist der Bereich zwischen der 40-60 Schichten inneren und äußeren Membran. Da drin ist eine sehr dünne Peptidoglykan, die aus 3 Schichten besteht. Seite 10 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Aufbau von der Zellhülle von Gram-positiven Bakterien Integralprotein: Hier ist die Cytoplasmamembran mit den eingelagerten Integralen Proteinen, die für die Funktion oder für den Transport von verschiedenen Komponenten wichtig sein können. Mureinsacculus Auf dieser Cytoplasmamembran haben wir diesen Mureinsacculus, der aus 40-60 schichten des Peptidoglykans besteht Peptidoglykan Besteht aus N-Acetyl-Glucosamin N-Acetyl-Muraminsäuren , die abwechselnd aneinander gekettet sind Die einzelnen Schichten des Peptidoglykans sind über einzelne kurze Ketten aneinander verbunden, somit entsteht ein stabiles Netz an Peptidoglykanschichten, die dann gemeinsam Mureinsacculus bilden Äußere Anhänge: Zellwand- Teichonsäure :spielen eine Rolle bei der Infektion mit gram-positiven Bakterien. Teichonsäuren können in der Auflösung von Fieber mitbeteiligt sein Seite 11 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Aufbau von Peptidoglycan (Murein) Besteht aus Polysaccharid- Strängen, die abwechselnd aus dem Glucose-Derivat N-Acetyl Glucosamin und dessen Milchsäureether N-Acetyl-Muraminsäure gebildet werden und über ihre kurze Peptidketten miteinander vernetzt sind Peptidverbindungen: Die Peptidverbindung aus den einzelnen Peptidoglykansträngen sind über kleine Peptidsträngen miteinander verbunden, die aus den Aminosäuren Glutaminsäure, Alanin, Lysin und zum Schluss wieder über 2 Alanin- Ketten hängen. Die sind wieder über ein Glycerin-Strang miteinander verbunden mit dem gegenüberliegenden Peptidoglykanstrang Unterschied bei der Aufbau von Murein bei grampositiven und gramnegativen Bakterien Gram-positive Proteine Gram-negative Proteine Lysin vorhanden Lysin nicht vorhanden, stattdessen DAP Glycerinbrückenstrang vorhanden (Meso-Diaminopimelinsäure) Glyerinbrückennstrang nicht vorhanden D-Alanin Transpeptidase (Wichtig) Das Enzym, dass die Verbindung zwischen diesen Peptidoglykansträngen verbindet, das ist D-alanin Transpeptidase. Dieses Enzym ist ein wichtiger Angriffspunkt für Penicilin- Antibiotika. Dazu gehören: Peniciln, Ampicilin. Diese Antibiotika blockieren die D-Alanin Transpeptidase. Somit können die Peptidoglykane nicht miteinander verbunden werden und der Wachstum von Bakterien wird verhindert Seite 12 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Aufbau von Zellhülle von Gram-negativen Bakterien Die Cytoplasmamembran ist unten und wir haben eine 2 Membran draufgealgert. Der Raum der da zwischen ist, nennt sich periplasmatischer Raum Periplasmatischer Raum Hier gibt es eine sehr dünne Mureinschicht (2-4 Schicht Peptidoglykan) Es gibt verschiedene Ankerproteine, die 2 Membranen miteinander verbinden Lipopolysachharid (LPS) Typisch für den Aufbau der Zellwände von Gramnegativen Bakterien Diese Komponente ist spezifisch für gram-negative Bakterien und das ist der Grund warum es zu ganz massiven Fieberschüben bei Infektion mit gramnegativen Bakterien kommt. Aufbau von LPS: ist der Phospholipid Schicht sehr ähnlich, aber unterscheidet sich im wesentlichen strukturellen Merkmal Wir haben 3 Fettsäuren Reste an der Lipopolisaccharid Seite 13 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Man hat ein Lipid A, dass dann das Kernstäbchen von dem LPs damit verbinden und dann hat man O-Seitenketten. Das sind die Komponente die vom Immunsystem ganz erkannt werden können und dann eben Fieberschübe auslösen können. Das ist eben der Grund warum LPS sehr stark vom Immunsystem erkrankt werden können und sehr sehr stark an Krankheiten beteiligt sein können Seite 14 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Die Gram-Färbung Die Färbemethode wurde vom Arzt Christian Gram 1184 entwickelt Hat eine wichtige Bedeutung in der Bakteriensystematik Handelt es sich bei diesem Bakterium um ein gram-positives oder um ein gram-negatives Bakterium? Durchführung 1: Ausstreichen eines Tropfens Bakterienkultur Ein Tropfen einer Bakterienkultur wird auf ein Objektträger ausgestrichen 2: Hitzefixierung Über eine Bunsenbrennerflamme wird die Hitze fixiert. Man zieht es locker durch die Bunsenbrennerflamme hindurch, ohne die Bakteriensuspension zu kochen oder so stark zu erhitzen, dass die Struktur kaputt geht. Man möchte den Tropfen nur antrocknen lassen. 3: Färben mit Gentianaviolett Man färbt mit dem Farbstoff Gentiana Violett und das macht man ein paar Sekunden lang 4. Behandeln mit Lugol’scher Lösung (J/KJ) Dann gibt man die Lugol’sche Lösung, das ist eine Jod Lösung (Kalijod). In Kombination mit dem Gentiana Violett bildet sich ein stark dunkelvioletter Farblack aus, der die Bakterien dunkelviolett färbt 5: Differenzierung mit Alkohol (96 %) Das ganze Präparat wird im 96%tigem Alkohol gewaschen, nicht zu lange und nicht zu kurz. Die ganzen Schritte sind vorgegeben, wie lange man das waschen soll, damit die Färbungen auch miteinander vergleichbar sind. Gram-positive Bakterien Gram-negative Bakterien Wenn es sich um ein gram-positives Der Alkohol kann die bei gram-negativen Bakterium handelt, dann wird dieser Bakterien den Farblack gut auswaschen, Farbblatt in diesem Mureinsacculus von den weil es nur eine sehr dünne gram-positiven Bakterien zurückgehalten Peptidoglykanschicht gibt und deshalb und die Bakterien können mit dem Alkohol erschienen solche Bakterien hellrosa. nicht ausgewaschen werden Seite 15 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 6: Gegenfärbung mit Karbolfuchsin Es erscheint hellrosa, weil man nochmal eine Karbolfuchsin daher färbt. Resultat: es gibt gram-positive Staphylokokken die dunkellila erschienen Gram-negative Escherichia coli, die zartrosa erscheinen Ergebnis Zusammenfassung: Gram-positive Bakterien: haben ein besonders dickes Mureinnetz in der Zellwand, was die Farblackabgabe beim Entfärben verhindert. Gram-positive Bakterien erscheinen violett- schwarz: Gram-negative: hellrot. Der Farblack kann leichter ausgewaschen werden, weil der Mureinsacculus ganz dünn ist deshalb hellrot. Schematische Darstellung Gram-Färbung 1:Zuerst werden beide gleich angefärbt 1.1: Nach der Zugabe des ersten Farbstoffs schauen sie leicht blau aussehen 2: Mit der Lugolschen Lösung schauen beide dunkelviolett 3: Differenziert wird durch das Auswaschen mit dem Alkohol und mit der Gegenfärbung, die dann gram- negative Bakterien zartrosa erschienen lassen und die gram- positiven Bakterien dunkellila Seite 16 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Systematik von gram-positiven und negativen Bakterien Ein wesentlicher Unterschied zwischen die grampositiven und negativen Bakterien Beispiele für Gram-positiven Bakterien Beispiele für Gram-negativen Bakterien Seite 17 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Kapseln und Schleime Einige Bakterien besitzen eine Schleimkapsel, die aus Schleim besteht Schleimhülle: besteht aus mehr als 90% aus Wasser und Polysacchariden, die diesem ganzen Konstrukt eine schleimige Konsistenz verleihen Z.B: Neisseria (hervorlocken Lungenentzündungen), Leuconostoc Mikroskopische Aufnahmen von Schleimhüllen Vorteil einer Schleimhülle für Bakterien Da sie eben vor äußeren Einflüssen geschützt werden (Austrocknung, chemische Angriffe, im Fall einer Entzündung). Bakterien können sich gegen das Immunsystem wehren DNA Träger des genetischen Materials, das an die Nachkommen (Tochterzellen) vererbt wird In Prokaryoten: ein einziges doppelsträngiges Molekül, das ringförmig geschlossen ist. Es gibt im Gegensatz zu den Eukaryoten keine Doppelmembran, die die D NA umhüllt also keine Kernhülle, sondern liegt frei im Zytoplasma und bildet Nukleoid (es sieht aus wie ein Zellkern, ist aber kein Zellkern, weil es eine Doppelmembran enthält) Seite 18 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Das Prokaryoten-Genom: Nukleoid Ist ein Querschnitt von den Bakterien mit der D NA Längsschnitt von Bakterien mit der D NA. Man sieht wie viel Platz diese D NA ausmacht Das Chromosom von Escherichia coli E.coli: D NA von E.coli Bakterien ist 4,7 Megabasen (4720 kilobasenpaare) groß. Umfang von 1,6 mm. 10% des Zellvolums Die D NA ist 1000 mal länger als das 1,2 Mikrometer langer Bakterium, damit diese D NA einmal repliziert wird, vergehen unter optimalen Bedingung ca. 20 min Deshalb ist die Generationszeit auf 20 min reduziert. Weil bei der Zellteilung 2 D NA Moleküle entstehen müssen, die dann wieder auf die Tochterzellen verteilt werden können Mensch: 46 Chromosomen: ein diploider Chromosomensatz. Jedes Chromosomen ist ein doppelsträngiges D NA Molekül, das aber Lineal ist und nicht ringförmig geschlossen ist. Es ist 1000-mal länger als das Genom von E.coli. In einer menschlichen Zelle 1,6m, muss halt gut verpackt werden, damits in eine menschliche bzw. tierische Zelle reinpasst Seite 19 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Prokaryotische Ribosomen: 1)Ribosomen sind der Ort der Tr anslation (Proteinbiosynthese): Boten mRNA (messenger RNA) wird in eine ´Polypeptid-Kette umgesetzt o Wenn man D NA in einem Organismus hat, wird sie über den Prozess der Transkription in einen messenger RNA umgesetzt. Dieser messenger RNA wandert in die Ribosomen und wird dann dort anhand seiner Sequenz in eine wachsende Polypeptidkette translatiert. 2)frei im Zytoplasma 3)Wichtig für phylogenetisc he Untersuchungen (In Bakterien haben wir es mit 16S/18S rRna d.h. ribosomale RNA) Wenn man diese 16S RNA durch sequenziert von einem unbekannten Organismus dann kann man sie meistens in eine Gattung eingruppieren. Je nachdem, wie stark es konserviert ist, kann auch die Art des Bakteriums bestimmt werden Enthalten ribosomale RNA-Stücke, die unterschiedlich groß sein können (z.b. 16s RNA) Das bakterielle Ribosom ist aus 2 Untereinheiten (UE) zusammengesetzt Die Ribosomen bestehen aus 2 UE S: Svedberg → beschreibt die Geschwindigkeit, mit der die Ribosomen durch ein Gradienten bei einer bestimmten Temperatur bei einer bestimmten Zentrifugationsgeschwindigkeit hindurchwandern können Bakterien haben kleinere Ribosomen und können schneller durch große Gradienten wandern Wichtig! Man darf 50S und 30 S nicht addieren, das würde nicht 70 ergeben , sondern es liegt daran, dass die 70S Ribosomen als ein Kompaktes zusammengesetztes Ribosomen schneller durch einen großen Gradienten hindurch zentrifugiert werden können, als die aufgereinigten Untereinheiten Seite 20 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Prokaryotische Ribosomen Aufbau Aufbau Die große 50S UE besteht aus 5S rRna, 23S rRna (werden für die Sequenzierung herangezogen) und >30 Proteinen Die kleine 30S UE besteht aus 16 rRNa und >20 Proteinen Geißeln und Pili Dienen zur Fortbewegung Kommunikation D NA oder Proteine können über Pili (Fimbrien) sind unbeweglich, dienen dem Transfer von D NA,, Proteinen oder der Anheftung an Oberflächen Geißeln( Flagellen) dienen der Fortbewegung, sind unterschiedlich zu den eukaryotischen Geißeln aufgebaut Pili Sind typische prokaryotische Zellfortsätze Sind röhrenförmige Gebilde und bestehen aus Pilin-Proteinen Fimbrien (Typ 1 Pili „Fransen“) Adhäsion, Anheftung 3-25 nm bis 2-5 µm Länge meist in großer Anzahl vorhanden Pili („Haare“): Austausch von DNA → ist der Prozess der Konjugation Adhäsion, Anheftung 3-25 nm  bis 10 µm Länge nur wenige Pili vorhanden Seite 21 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Geißeln (Flagellen) Dienen der Fortbewegung 20 nm 5-20 µm Länge Bestehen aus: Filament (Hauptprotein, der das Filament ausbaut ist das Flagellin) Haken Basalkörper ist dafür zuständig die Geißel in der Membran der Bakterien zu verankern Nicht zu vergleichen mit eukaryotischen Geißeln (9 x 2 + 2 Aufbau) Aufbau der Geißeln Man sieht eine Geißel, wie sie in der Membran verankert ist. Die kann dann rotieren und kann eine enorme Geschwindigkeit auch erreichen. Verankerung Geißelhaken: Das Flagellinprotein ist hier, die das Filament hier aufbaut also die eigentliche Geißel M-Ring: Mot-komplex: hier wird ein Protongradient aufgebaut, über die Zytoplasma. Dann treibt er den Mot- komplex an sich zu drehen. So können Bakterien sehr effizient bis zu 3000 Umdrehungen pro Minute schaffen Seite 22 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Begeißelung Geißeln können unterschiedlich angeordnet sein Chemotaxis Orientierung von Bakterien in chemischen Gradienten Stoffkonzentrationsgefälle Man sieht auf der rechten Seite einen Gradienten, das erkennt man an der grünen Farbe im Hintergrund und das Bakterium hat das Bestreben in Richtung dieses Stoffgradienten sich zu bewegen, weil dort Nährstoffe sind. Diese Stoffkonzentrationsgefälle kann ein Bakterium über Sensoren oder Rezeptoren auf der Oberfläche wahrnehmen, die dann dieses Signal an die Geißel weiterleiten. Gleichmäßige Stoffkonzentration Die Geißel bewegt sich kurz dann ändert das Bakterium seine Richtung die Geißel bewegt sich wieder kurz und so kommt es zu einer trammelden Bewegung eines Bakteriums. Wenn man sich in einem Stoffgradienten befindet und sich in die Richtung eines Seite 23 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Stoffgradienten bewegt, dann wird die Bewegung das Schlagen der Geißeln verlängert. Damit das Bakterium die Chance hat sich direkt in diese Richtung zu bewegen. So können eben Bakterien auf Nährstoffe reagieren Speicherstoffe Sporen von Bakterien Bakterien können Sporen bilden z.B. Das passiert häufig in einer Reaktion mit einem Nährstoffmangel. Die bakterielle Sporen Sie sind Kapseln, die von Bakterien produziert werden. In diesen Kapseln sind das Zytoplasma und der genetische Inhalt einer Zelle konzentriert, die in einer Reihe von Schutzschichten eingewickelt sind. Endsporen In Reaktion auf Nährstoffmangel Hitzeresistente Dauerformen (können kochendes Wasser einige Stunden überdauern) Enthalten eine Kopie des Genoms, sind von einer Membran umgeben, weitgehend wasserfrei physiologisch inaktiv Keimfähigkeit bleibt manchmal Jahrhunderte erhalten und die Spore durch die Zugabe von Wasser wieder aktiviert werden einen neuen Organismus zu produzieren, weil sie die Kopie des Genoms haben Seite 24 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Typische Formen von Sporen 1. Zentrale Spore Bakterien tragen die Spure zentral in ihrem Körper 2. Terminale Spore mit Einschlusskörper (Protein) Es gibt ein Einschluss Körperchen, dass aus Protein besteht 3. Terminale Spore treibt Bakterie keulenförmig auf Verändern die Forme des Bakteriums 4. Zentrale Spore treibt Bakterie spindelförmig auf 5. Terminale Spore, rund 6. Laterale Spore treibt Bakterie spindelförmig auf Können durchaus zentral vorkommen, aber seitlich voraus beulen. Linkes bild: rundförmige z.B. WICHTIG: ALLE ENTHALTEN EINE KOPIE DES GENOMS Erklärung Wenn man einen gesunden Organismus hat, der genügend Nährstoffe hat, dann kann sich so ein Bakterium vermehren. Sobald ein Nährstoffmangel auftritt , dann ist das Bestreben groß so eine Spore bilden zu können, die dann freigesetzt wird. So lange können Bakterien lange Zeiten des Hungers und des Durstens aushalten und können dann sehr schnell aktiviert werden, in dem man Wasser zugibt Seite 25 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Sporenbildende Bakterien Endosporenbildende Bakterien Anaerob (Stoffwechselvorgang ohne Sauerstoff) Clostridium perfringens: Darm- und Bodenbakterium. Durchfallerreger Clostridium botulinum: Erreger des Botulismus, Nervenlähmungen Clostridium tetani: Erreger des Wundstarrkrampfes, Bodenbakterium Aerob (mit Sauerstoff) Bacillus anthracis: Erreger des Milzbrandes Bacillus thuringiensis: Produzent eines Toxins gegen Insekten (Bt – Toxin) Typische eukaryotische Kompartimente, Strukturen und Zytoskelett Zytoskelett : wichtig für zahlreiche Vorgänge: Formgebung, Migration (Tumorzellen metastasieren, Immunzellen bewegen sich), etc. Mikrotubuli Aktinfilamente Intermediärfilamente Organellen Zellkern Geißeln: o Unterscheidet sich von der prokaryotischen Geißel (9 * 2+ 2 Aufbau) Endoplasmatisches Retikulum Golgi-Apparat Mitochondrium Chloroplast o In pflanzlichen Zellen Mitochondrien und Plastide Eigenschaften: Umgeben von Doppelmembran Eigene zirkuläre Erbsubstanz ( D NA), freilegende eigene Ribosomen Einstülpungen zur Oberflächenvergrößerung Plastide sind Ort der Photosynthese bzw. Mitochondrien Ort der Atmung (Energiekraftwerke) Keine de-novo Bildung, sondern entstehen durch Teilung. Das bedeutet sie können nicht durch kleineren Molekülen aufgeteilt werden, sondern z.b. die Mitochondrien werden immer von der Mutter vererbt Seite 26 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Endosymbiontentheorie: Besagt: Plastide und Mitochondrien gehen auf procytische intrazelluläre Symbiosen zurück: Plastide sind aus Cyanobakterien, Mitochondrien aus atmenden Purpurbakterien entstanden Plastide: Man geht also davon aus, dass die Plastiden aus Cyanobakterien entstanden sind, weil diese Photosynthese betreiben können. Diese Cyanobakterien wurden mal von einer Urzelle Ureucyt aufgenommen und somit haben pflanzliche Zellen Plastide erworben und somit auch die Fähigkeit Photosynthese zu betreiben Mitochondrien: Die sollen aus atmenden Purpurbakterien entstanden sein. Auch hier wurden die Purpurbakterien von den Urzellen aufgenommen und in das zelluläre Gefüge integriert und somit die Möglichkeit bekommen eine effektive Zellatmung durchführen zu können (chemische Energie in großem Maßstab gewinnen zu können) Ein relativ großer, amöboid beweglicher, wandelloser Ureucyt hat sich Prokaryoten einverleibt und in sein zelluläres Funktionsgefüge integriert Zahlreiche Anpassungen Mehrzahl der Proteine der Mitochondrien und Plastide werden in Kern kodiert und im Zytoplasma synthetisiert. Das Erbmaterial ist reduziert worden und hat nur noch leichte Ähnlichkeiten zu den Cyanobakterien bzw. Purpurbakterien Reduktion des Erbmaterials Argumente: die dafür sprechen Es gibt Gemeinsamkeiten von Chloroplasten und Mitochondrien und Bakterien Zirkuläre D NA in Nukleoiden ohne Histone d.h. die Mitochondrien sind nicht nur morphologisch den Bakterien ähnlich, sondern dadurch, dass sie eine zirkuläre D NA enthalten. Das ist eben das was für die Herkunft von Bakterien spricht. Replikation von Mitochondrien + Plastiden ist unabhängig vom Wirts-Zellzyklus d.h. sie könnten sich unabhängig von der Zellteilung vermehren bzw. verdoppeln. Typ dafür weil Mitochondrien und Plastide teilen sich durch eine Zweiteilung in einer Zelle die rRNa von Mitochondrien und Alpha- Purpurbakterien, sowie die rRNa von Plastiden und Cyanobakterien ist sequenzverwandt → starker Hinweis Seite 27 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Analog zu den Bakterien existiert in Plastiden nur eine RNA-Polymerase, im Zellkern jedoch 3 Die Ribosomen von Plastiden und Mitochondrien entsprechen in Größe und Empfindlichkeit gegenüber Hemmstoffen den bakteriellen 70S- Ribosomen Eukaryot vs Prokaryot Eukaryot Prokaryot Zellkern (Nukleus) Nukleoid Organellen: die von einer Doppelmembran umgeben sind z.B. Golgi-Apparat, Mitochondrien, ER Ribosomen frei und an ER gebunden (raues Ribosomen frei im Zytoplasma ER) 80S Ribosomen 70S Ribosomen D Na in lineare Chromosomen D NA als ein ringförmiges Molekül Seite 28 von 29 Aufbau einer Bakterienzelle VO2 2022-11-08 Seite 29 von 29