Osnovna zgradba prokariontske celice

Transcript

1 Osnovna zgradba prokariontske celice Citoplazemska membrana Celična stena Citoplazma Ribosomi Vključki - Inkluzije Nukleotidi

2 Citoplazma Na citoplazmo so vezane funkcije saj v njej potekajo naloge celične rasti, presnove in razmnoževanja. Glavne komponente citoplazme so: citosol ribosomi, ki dajejo zrnato strukturo nukleotid razični vključki inkluzije in skladiščne granule (škrobne, maščobne, žveplove ali fosfatne) znotrajcelične membrane (pri nekaterih vrstah npr. nitrifikatorjih, metanotrofi, fototrofi, fiksatorji dušika)

3 Citosol Tekoča vsebina celice. V citosolu so: raztopljeni minerali, monomeri, nukleinske kisline (NK), oligosaharidi, vodotopni proteini: prosti proteini encimski kompleksi (npr. piruvat dehidrogenaza sestavljena iz 3 encimov in 50 proteinov; )

4 Ribosomi Znotrajcelične strukture na katerih poteka strnitev beljakovin Sestavljeni so iz RNK in beljakovin Veliki 20nm Predstavljajo 25% celičnega volumna in porabljajo 90% celične energije. Na njih poteka proizvodnja beljakovin, več kot 1000 encimov potrebnih za različne presnovne poti Njihovo velikost izražamo v Svedbergovih enotah, ki prestavlja hitrost usedanja po centrifugiranju. Bakterijski ribosomi imajo velikost 70S, sestavljeni so iz 30S in podenote 50S. Evkariontski ribosomi sedimentirajo pri 80S in ga sestavljata poenoti 40S in 60S. Mitojondrijski in kloroplastni ribosomi so podobni prokariontskemu.

5 Vključki - Inkluzije So agregati različnih snovi, ki predstavljajo celično rezervo energije ali celičnih sestavin. Pojavijo se v pogojih obilja hranil Opazni pod mikroskopom (fazni kontrast, barvanja, EM) Večino inkluzij loči od citoplazme lipidni sloj (ni membrana) Vrste inkluzij Poli-beta-hidroksialkanoati (PHA) Glikogen Kroglice žvepla Fosfatne inkluzije Plinski mešički Magnetosomi Endospore

6 Poli-beta-hidroksialkanoati (PHA) Pogosti vključki Skladišče energije in ogljika Dolgi polimeri hidrofobnih enot na katere so pripete ogljikove verige Najpogostejša oblika je polimer poli-beta-hidroksibutirat, ki ima metilno skupino kot stransko verigo

7 Glikogen Podoben rezervni material je glikogen V glikogenu so glukozni ostanki povezani z α-1,4 in α- 1,6 glikozidno vezjo. Zrnca glikogena so majhna. Rezerva energije in vira ogljika.

8 Kroglice žvepla Fotosintetske bakterije, ki ne proizvajajo kisika, uporabljajo kot vir elektronov sulfide, Nekatere kopičijo elementarno žveplo v obliki zrnc. Če v okolici zmanjka reducirane oblike žvepla, celica porabi zrnca in oksidira žveplo do sulfata. Chromatium buderi (celice velike 4x7µm)

9 Fosfatne inkluzije Mnogi organizmi skladiščijo zrnca anorganskega fosfata v obliki zrnc polifosfata, kar je pomembno, ker je fosfor pogosto limitativen dejavnik v naravnih okoljih.

10 Magnetosomi Magnetosomi so kristalni delčki železovega oksidamagnetita Fe 3 O 4 (sladke vode) ali greogita Fe 3 S 4 (morja). Magnetosomi dajejo celicam magnetni dipol, kar omogoča celicim, da se z njihovo pomočjo orientirajo in migrirajo v magnetnem polju magnetotaksija. Magnetosomi so obdani s fosfolipidno membrano in glikoproteini. Običajno so bolj pravokotni.

11 Plinski mešički S pomočjo plinskih mešičkov m.o. kontrolirajo svoj položaj v vodnem stolpcu in si tako zagotovijo ustrezno količino svetlobe in hranil. S spreminjanjem količine plina v veziklih uravnavajo plovnost. To je pasivno gibanje. Najdemo jih pri cianobakterijah, nekaterih škrlatnih in zelenih fototrofnih bakterijah. Imajo jih tudi nekatere ne fototrofne bakterije in arheje.

12 Plinski mešički so beljakovinski vezikli, 2nm debeli Sestavljeni so iz dveh vrst beljakovin: hidrofobne beljakovine GvpA in β -GvpC Nekaj 10 do 100 veziklov na celico V veziklih je atmosfera enaka kot v okolici Napolnjeni vezikli so 5-20% lažji od ostalega celičnega materiala, kar omogoča plovnost.

13 Endospore Nekatere gram pozitivne bakterije v neugodnih okoliščinah izdelujejo odporne preživetvene oblike imenovane (endo)spore. To so najbolj zavarovane oblike preživetja: preživijo npr. dolga obdobja v vreli vodi C, odporne so na UV sevanje, na izsušitev, agresivne kemikalije, preživijo več kot 100 let (primer oživitve spor iz prebavnega trakta insektov ujetih v jantarju milijone let); Spore proizvajajo tudi patogene bakterije, tvori jih veliko bakterij, ki jih najdemo v zemlji. Velikost, oblika in lokacija spor v celici so značilne genetske lastnosti.

14 Oblikovanje spore je dolgotrajen in zahteven proces Celica ga vključi v primeru ogroženosti (stradanje, neugodni pogoji okolja, toksično okolje) Regulacija sporulacije je sprotna in v prvih fazah še reverzibilna (da ne porablja energije brez potrebe) Pod mikroskopom se vidijo kot svetla polja, barvajo se le s specifičnimi barvili in postopki.

15 Struktura spore Sredica dehidrirana citoplazma, ki vsebuje DNK, ribosome, encime, vse kar potrebuje za ponovno rast in s tem povrnitev v vegetativno obliko Lupina eksosporji (beljakovinska plast mehanska odpornost) plašč spore (beljakovine in peptoglikani) in korteks (peptoglikan)

16 Sporulacija Asimetrična celična delitev. Proces v večih fazah

17 Nastanek (endo)spor v prvi fazi se oblikuje v materini celici razdelek za sporo nato nastajajo različni ovoji spore

18 dehidracija in spora se sprosti v okolico

19 Pomembna kemična spojina v vseh sporah je dipikolinična kislina (DPA), Molekule tvorijo kompleks s Ca - spore imajo veliko Ca (10% suhe teže spore). V procesu sporulacije se tvori specifičen protein SASP ( small acid-soluble spore protein), veže se tesno na DNK v jedru in tako varuje DNK pred poškodbami Istočasno je bogata rezerva ogljika in energije za ponovno rast vegetativne celice v procesu germinacije.

20 Germinacija Klitje spor (aktivacija, germinacija, privzem vode, sinteza RNK, beljakovin in DNK)

21 Nukleoid - bakterijski genom Bakterijski kromosom je dolga, enojna, zvita krožna molekula DNK, ki nima ovojnice. V celici nastopa v citoplazmi v močno agregiranem stanju in ga imen. nukleoid. Nukleoid je v levo zvit dvojni heliks deoksiribonukleinske kisline Predstavlja večino dednega materiala; DNK je genetsko podatkovna baza - genom, ki določa nabor beljakovin, kar omogoča delovanje celice Številne raziskave zaporedja kislin v DNK in pripadajočih nizev beljakovin (prvi leta 1995 Haemophilus influenzae baznih parov; Mycoplasma genitalium baznih parov)

22 E.coli svetlobni mikroskop 4.6 x 10 6 baznih parov 1400µm dolga nit - bakterija dolga 2-3 µm KAKO? EM izoliran nukleoid

23 Superzvitje DNK je močno zvita okoli same sebe hiperzvitje, superzvitje (supercoiled) Dvojnovijačna DNK je v kromosomu sestavljena iz številnih superzvitih enot (50 pri E.coli), ki so med sabo stabilizirane in povezane s specifičnimi beljakovinami

24 Plazmidi V citoplazmi so tudi manjši obročki DNK, ki jih imen. plazmidi. Plazmidi kodirajo manj pomembne celične funkcije zato njihova prisotnost ni nujno potrebna. To so drobni ekstakromosomski genetski elementi, dolžine 2-30 kb. Običajno vključujejo genetske informacije za posebne lastnosti npr. produkcijo toksinov, rezistenco na antibiotike, težke kovine, katabolizem nenavadnih snovi npr. aromatskih spojin, pesticidov Sposobni so samopodvojevanja in se lahko prenašajo s celice na celico.

25 Nukleus in drugi organeli evkariontov Nukleus znotrajcelično jedro, obdano z membrano, veliko nekaj µm dobro vidno pod mikroskopom V njem so kromosomi Število kromosomov je odvisno od vrste Jedrna membrana je iz dvojnih enot z mnogimi odprtinicami, med sestavinami je objedrni (perinukleusni) prostor

26 Mitohondrij Napol avtonomni organ z lastno DNK in ribosomi Najdemo jih v večini evkariontskih celic (v eni živalski celici je lahko 1000 mitohondrijev, kvasovke samo enega ali dva). Nastopajo v različnih oblikah (ovalni, okrogli ali nitasti) in merijo 1-10 µm. Mitohondriji so mesta dihanja in drugih presnovnih dogajanj. V mitohondriju poteka glavni del strnitve ATP (privzema kisika v celici), ATP nato prehaja v citiplazmo, kjer se porablja. V matriksu so tudi številni encimi, ki sodelujejo pri ciklu citronske kisline in pri oksidativni fosforilaciji (dihalna veriga).

27 Zgradba mitohondrija Dve membranski vrečki druga v drugi, znotraj pa je gmota matriks Membrana je podobna elementarni membrani s fosfolipidnim dvoslojem in vključenimi beljakovinami, membrana je zelo permebilna za ione in majhne organske molekule Notranja membrana je nagubana v kriste, nastala je z invaginacijo zunanje membrane V notranji membrani so sestavine za elektronski transport v gmoti matriksu pa beljakovine, lipidi, in majhne količine nukleinskih kislin.

28 Kloroplast Vsi fotosintetski evkariontski organizmi V številnih algah so kloroplasti veliki; velikost, oblika in število se spreminja med vrstami V njih poteka fotosinteza

29 Zgradba kloroplasta Notranja membrana omejuje stromo v kateri je sistem ploščatih, membranskih vrečic tilakoid, ki so urejene v sklade (grane) V membrani tilakoida so klorofili in nosilci elektronov - vsi potrebni elementi za fotosintezo, v stromi pa so encimi Calvinovega cikla (encim ribuloze bifosfat karboksilaza imen. RubisCO). V fotosintezi nastalo glukozo in ATP prepušča zelo permeabilna zunanja membrana v citoplazmo.

30 Prokarionti - evkarionti

31 Primerjava prokariontske in evkariontske celice Struktura/funkcija Evkarionti Prokarionti skupine alge, gljive, praživali, rastline, živali bakterije, arheje velikost >2 <2 število kromosomov >1 1 Jedrna membrana prisotna odsotna DNA ima histone nima histonov celična stena Ima celulozo, hitin prisotna pri algah,gljivah, nimajo jo živali in praživali Prisotna, sestavljena iz peptidoglikana (Bakterije), drugih polisaharidov, beljakovin, glikoproteinov (Arheje) Citoplazemska membrana ima sterole nima sterolov, hopanoide ribosomi 80S strukture, razen mitohondrija in kloroplasta 70S strukture rezervne snovi npr.škrob, laminarin škrob-modrozelene alge bički nerotirajoči, mikrotubuli rotirajoči, flagelin endospore odsotne prisotne Plinski vezikli odsotni prisotni

32 Primerjava prokariontske in evkariontske celice Struktura/funkcija Evkarionti Prokarionti Notranje membrane Kompleksne, endoplazmatski retikulum, Golžijev aparat Zelo enostavne omejene samo na določene skupine Membranski organeli nekateri nimajo Respiratorni sistem v mitohondrijih del citoplazmatske membrane Fotosintetski pigmenti v kloroplastih na internih membranah kloroplasta ni Golgijev aparati prisotni odsotni lizosomi prisotni odsotni mitohondriji prisotni odsotni kloroplasti pri fotosintetskih vrstah odsotni metabolizen aeroben Aeroben/anaeroben fagocitoza prisotna odsotna plazmidi odsotni prisotni Fimbrije, pili odsotni prisotni glikokaliks odsoten prisoten