ΖΩΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ Τάξη: Οι οργανισμοί διαδραματίζουν συγκεκριμένο ενεργειακό ρόλο μέσα στο σύστημά τους Αναπαραγωγή: Οι οργανισμοί αναπαράγουν τους εαυτούς τους Αύξηση και εξέλιξη:οι οργανισμοί φέρουν κληρονομήσιμα χαρακτηριστικά που είναι ενδεικτικά του είδους Κατανάλωση ενέργειας: Μετατρέπουν ενέργεια σε έργο Ομοιόσταση: Ρυθμιστικοί μηχανισμοί διατηρούν το εσ. περιβάλλον σταθερό παρόλο που το εξωτερικό μπορεί να αλλάζει Εξελικτική προσαρμογή: Ηζωήείναιτοαποτέλεσματης αλληλεπίδρασης του οργανισμού και του περιβάλλοντός του
ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ-ΤΙ ΜΕΛΕΤΑ Τα Ζωντανά κύτταρα και πώς λειτουργούν. Μικροοργανισμούς. Τη Βιοποικιλότητα και την εξέλιξη. Μας διευκολύνει να κατανοήσουμε τις λειτουργίες ανώτερων οργανισμών.
ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Πολλοί μικροοργανισμοί είναι παθογόνοι, αλλά αρκετοί είναι ωφέλιμοι Σε κάθε τετραγωνικό εκατοστό του σώματός μας υπάρχουν περίπου 10000 βακτήρια Η γρίππη, η πνευμονία, το κρυολόγημα προκαλούνται από μικροοργανισμούς Μικροοργανισμοί υπάρχουν παντού, ακόμη και σε αφιλόξενα περιβάλλοντα πχ 3000 μέτρα κάτω στο βυθό της θάλασσας.
ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑΣ Αριστοτέλης (4ος πχ αι.): Αυτόματη γένεση οργανισμών. G. Fracastoro (16oς μχ αι.) Οι ασθένειες οφείλονται σε αόρατα έμβια αντικείμενα. 1665 Ο R. Hooke βλέπει κύτταρα κάτω από το μικροσκόπιό του. Εισάγει την έννοια cell 1677 Παρατήρηση «μικρών ζώων» απόνερόλίμνης(antony Leeuwenhoek) 1796 Πρώτος εμβολιασμός για την ευλογιά (E. Jenner) 1830 Οι Schleiden και Schawann διατυπώνουν την άποψη ότι όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα (Κυτταρική Θεωρία της Βιολογίας) 1840 Semmelweis: Πυρετός αναπν. συστήματος των παιδιών
ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑΣ 1858, 1864 Απόρριψη της αυτόματης βιογένεσης και υιοθέτηση της βιογένεσης (Virchow - Pasteur) 1881 Καλλιέργεια βακτηρίων σε στερεό μέσο (R. Koch) 1884 Χρώση κατά Gram (C. Gram) 1887 Ανακαλύπτεται το τρυβλίο (petri dish) (RJ Petri) 1892 Ανακαλύπτονται οι ιοί (D.I. Ivanovski) 1928 Ανακαλύπτεται η πενικιλλίνη (A. Fleming) 1953 DNA 1977 DNA sequence (Gilbert Sanger) 1983 PCR αντίδραση (K. mullis) Δείτε επίσης: http://www.stlcc.cc.mo.us/fp/users/kkiser/history.page.html
Το μικροσκόπιο του Antony Leeuwenhoek
Συμβολή των μικροοργανισμών στη Γη Στον άνθρωπο: φυσική μικροχλωρίδα, ασθένειες (άμυνα) Στη γεωργία: συμμετοχή στον κύκλο των θρ. συστατικών, ασθένειες στα φυτά. Στα τρόφιμα: μόλυνση των τροφίμων, δημιουργία γαλακτοκομικών, μπύρας κλπ Στο νερό: βιολογικός καθαρισμός Βιοεξυγείανση: αποικοδόμηση των ρυπαντών Βιοκαύσιμα ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ
Κύριες κατηγορίες μικροοργανισμών ΒΑΚΤΗΡΙΑ: μονοκύτταρα, υπάρχουν στη ΓΗ για περισσότερο από 3,5 δις χρόνια ΜΥΚΗΤΕΣ: στη φύση είναι αποικοδομητές, αποσυνθέτουν τα θρεπτικά συστατικά ώστε να τα επαναχρησιμοποιήσουν τα ζώα και τα φυτά. Πάνω από 100.000 είδη, περιλαμβάνουν τα μανιτάρια, τις ζύμες, τις μούχλες κλπ ΠΡΩΤΟΖΩΑ: ΙΟΙ: οι μικρότεροι και απλούστεροι μικροοργανισμοί, απαιτούν την ύπαρξη ξενιστή γιανααναπαραχθούν
ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ (επανάληψη) ΔΕΣΜΟΙ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Το κύτταρο αποτελείται από τα μακρομόρια Κάθε μακρομόριο αποτελείται από μονομερή Τέσσερις είναι οι κύριες κατηγορίες των μακρομορίων: πρωτείνες, νουκλεικά οξέα, λιπίδια και πολυσακχαρίτες
ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ (επανάληψη) 1. ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ Διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην κυτταρική οργάνωση και λειτουργία Πεπτιδικός δεσμός Καταλυτικές και δομικές πρωτείνες Μέσα από τη δομή κατανοούμε τη λειτουργία
ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ (επανάληψη) 2. ΝΟΥΚΛΕΙΚΑ ΟΞΕΑ DNA και RNA Το DNA μεταφέρει τη γενετική πληροφορία, ενώ το RNA είναι το ενδιάμεσο υπεύθυνο για την πιστότηταακρίβεια της μεταφοράς Συστατικά τους
Μικροβιακό κύτταρο: ΔΟΜΗ Το μικροβιακό κύτταρο εμφανίζει δύο κύριες δομές, την προκαρυωτική και την ευκαρυωτική. Εμφανίζουν παρόμοια χημική σύσταση, ίδιες αντιδράσεις και μεταβολισμό. Διαφέρουν στο τοίχωμα και στην ύπαρξη κυτταρικών οργανιδίων Στους προκαρυωτικούς δεν υπάρχει πυρήνας και το DNA δεν σχετίζεται με ιστόνες. Στους προκαρυωτικούς το τοίχωμα έχει τον πολυσακχαρίτη πεπτιδογλυκάνη και διχοτομούνται
ΙΣΤΟΝΕΣ - ΝΟΥΚΛΕΟΣΩΜΑΤΑ
A. ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ ΜΕΓΕΘΟΣ: Μικροσκοπικό (0,1 3 μm) ΣΧΗΜΑ: Τρεις θεμελιώδεις μορφές: Κόκκος (σφαιρικό) Βάκιλλος (κυλινδρικό) Σπειρίλλιο (ελικοειδές)
A. ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ
A. ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ Μαστίγια, ινίδια, κροσσοί: Χρησιμοποιούνται για κίνηση (μαστίγια), προσκόλληση, σύζευξη (παράγοντας F σε κύτταρα δότες). Γλυκοκάλυκας (κάψα, βλέννα): Χρησιμοποιείται για προσκόλληση, προστασία, αποθήκευση.
A. ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ: Ίσως το σημαντικότερο δομικό στοιχείο του κυττάρου. Απαραίτητο για αύξηση και διαίρεση. Είναι το 10-40% του ξηρού βάρους Αποτελεί ταξινομικό στοιχείο
A. ΠΡΟΚΑΡΥΩΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ (συνέχεια): Περιέχει ένα πολυμερές, την πεπτιδογλυκάνη ή μουρείνη που συναντάται μόνο στους προκαρυωτικούς οργανισμούς. Είναι αδιάλυτο, εύκαμπτο και ισχυρό. Αποτελεί φράγμα για διάφορες ουσίες (χρωστικές, ένζυμα, αντιβιοτικά) Επιτρέπει την είσοδο των θρεπτικών συστατικών
Χρώση κατά Gram Βασίζεται στο διαφορετικό αποχρωματισμό που προκαλεί η αιθανόλη μετά από χρώση με κρυσταλλικό ιώδες και ιώδιο. Τα θετικά κατά Gram έχουν περισσότερη πεπτιδογλυκάνη στο τοίχωμα (-50% του βάρους) η οποία εγκλωβίζει το σύμπλοκο ιώδους-ιωδίου.
Χρώση κατά Gram Τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια έχουν εξωτερική μεμβράνη που καλύπτει την πεπτιδογλυκάνη Η πεπτιδογλυκάνη αποτελεί το 5-10% του βάρους του κυττάρου
ΚΥΤΟΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ Αποτελείται από λιπίδια (20-50%), πρωτείνες (50%) και εξόζες (3-30%) Εξατομικεύει το κάθε κύτταρο και επιτρέπει την ανταλλαγή της ύλης (θρέψη, μεταβολισμός, βιοσύνθεση) Η κίνηση μεταξύ των δύο πλευρών της επιτελείται είτε παθητικά (διαφορά συγκέντρωσης) είτε ενεργητικά (δαπάνη ενέργειας).
ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Απλή διάχυση (φαινόμενο ώσμωσης) Λειτουργική (διευκολυνόμενη) διάχυση, (όπου πραγματοποιείται ένωση με κάποιο μεταφορέα) Ενεργός μεταφορά, με δαπάνη ενέργειας, αντίθετα στη συγκέντρωση της προς μεταφορά ουσίας.
Άλλα οργανίδια Μεσοσωμάτια (μεμβρανώδη σωματίδια) για διπλασιασμό DNA και κυτταρική διαίρεση Έγκλειστα (αποθηκευτικά μέσα): λιπιδίων, πολυσακχαριτών, λιπιδίων, φωσφόρου, θείου Ενδοσπόρια. (Δυνητικό βακτηριακό κύτταρο) Δημιουργούνται εντός του κυττάρου, είναι μοναδικό χαρακτηριστικό των βακτηρίων και παραμένουν μεταβολικά ανενεργά σε δύσκολες συνθήκες. Σε ευνοϊκές συνθήκες ακολουθούν τον κύκλο ζωής του βακτηρίου.
ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΟΣ ΠΥΡΗΝΑΣ Είναι η περιοχή του DNA από την οποία απουσιάζει η πυρηνική μεμβράνη και ο μιτωτικός μηχανισμός. Είναι γεμάτη από νημάτια DNA, τα οποία δυνητικά αποτελούν ένα ενιαίο χρωμόσωμα με μήκος 1mm αν δεν είναι διπλωμένο. Δομή Αντιγραφή Μεταγραφή - Μετάφραση
ΠΛΑΣΜΙΔΙΑ Εξωχρωμοσωμικά γενετικά στοιχεία (κυκλικά και σπανιότερα ευθύγραμμα) που φέρουν μικρό αριθμό γονιδίων. Υπάρχουν και αντιγράφονται ανεξάρτητα απότοβακτηριακόdna αλλά συγχρόνως με αυτό. Δεν είναι απαραίτητα στο κύτταρο υπό κανονικές συνθήκες ανάπτυξης.
ΠΛΑΣΜΙΔΙΑ Έχουν πολλές κοινές ιδιότητες με τους ιούς, αλλά διαφέρουν στο ότι δεν έχουν εγκυστωμένη εξωκυττάρια φάση και δεν προκαλούν κυτταρική βλάβη. Έχουν μεγάλη κλινική σημασία, γιατί μεταφέρουν γονίδια για αντίσταση σε φάρμακα και μολυσματικούς παράγοντες και μεσολαβούν στη μεταφορά γονιδίων.
ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΠΛΑΣΜΙΔΙΩΝ Είναι παρόμοια με την αντιγραφή του χρωμοσωμικού DNA. Η αντιγραφή ρυθμίζεται από τα ίδια τα πλασμίδια και καθένα εμφανίζει τυπικό λόγο αντιγράφων πλασμιδίων/αντίγραφα χρωμοσώματος. Ταξινομούνται σε δύο ομάδες ασυμβατότητας έτσι ώστε 2 μέλη της ίδιας ομάδας δεν μπορεί να είναι στο ίδιο κύτταρο
ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΠΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΑ ΠΛΑΣΜΙΔΙΑ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΤΑ ΦΑΡΜΑΚΑ: Πολλά από τα γονίδια που διέπουν την αντίσταση σε φάρμακα βρίσκονται στα πλασμίδια (μπορεί να υπάρχουν και σε χρωμοσώματα). Ωστόσο διαφέρει ο μηχανισμός με τον οποίο το επιτυγχάνουν. Η αντίσταση που προέρχεται από τα πλασμίδια δημιουργείται με ενζυμική αδρανοποίηση (ακετυλίωση ή φωσφορυλίωση) ενώ όταν μεσολαβεί το χρωμόσωμα η αντίσταση απεικονίζει μικρότερη συγγένεια του στόχου για το φάρμακο. Τα πλασμίδια που προσδίδουν την αντίσταση στα φάρμακα καλούνται παράγοντες R.
ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΠΟΥ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΑ ΠΛΑΣΜΙΔΙΑ ΛΟΙΜΟΓΟΝΟΣ ΔΡΑΣΗ: Μερικά πλασμίδια μεταφέρουν γονίδια των οποίων τα προϊόντα είναι απαραίτητα για τη λοιμογόνο δράση του παθογόνου μικροοργανισμού. Μερικά γονίδια πλασμιδίων κωδικοποιούν για τοξίνες. ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ: Μερικά πλασμίδια μεταφέρουν σειρές από γονίδια που καθορίζουν μεταβολικές οδούς. ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΧΡΩΜΟΣΩΜΑΤΩΝ: Μερικά πλασμίδια είναι ικανά να ενώνονται με τα χρωμοσώματα των κυττάρων του ξενιστή