Prokaryotické organismy. Co jsou prokaryotické organismy? Které skupiny známých organismů mezi prokaryota zařadíte?

Prokaryotické organismy

Co jsou prokaryotické organismy? • Které skupiny známých organismů mezi prokaryota zařadíte? •

Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Co jsou prokaryotické organismy? řec. Pro = před; karyon = Jednodušší

typ buňky – prokaryotická, s primitivním jádrem (jádro bez jaderné membrány) Velikost - několik μm až desítek μm před cca 3 – 3,5 mld let (první buněčné organismy) Pouze jednobuněčná úroveň Jednodušší dělení buňky Jiný způsob řízení metabolismu Vznik


Prokaryotická buňka


Obaly prokaryotické buňky Plazmatická membrána pouze

na povrchu buňky;může tvořit vchlípeniny – váčky (tylakoidy, mezozómy)

Polopropustná, Zajišťuje

tekutá

chemickou ochranu

Buněčná stěna Tvořena

jinými látkami než u eukaryot – nejčastěji peptydoglykany a kys. teichová

Kapsula – Slizové pouzdro Tvořena Není

většinou bílkovinami či polysacharidy

u všech

Ochrana

před vyschnutím, přilnavost buněk k povrchu, ochrana před viry i buňkami imunitního systému


Protoplast prokaryotické buňky Cytoplazma Koloidní

roztok

Obsahuje

řadu enzymů pro metabolické reakce, organely a inkluze

Inkluze Glykogen; Jiné

kapénky síry; plynové vakuoly

zásobní a odpadní látky

Organely Ribozómy

–2 podjednotky (z RNA a bílkovin)

Výroba bílkovin v buňce Bičík

– zakotvený v membráně

Pohon - průchodem proudu iontů H+

přes membránu (protonový gradient).


– vláknité či trubičkovité útvary, přilnavost buněk, receptory, někdy zvyšují virulenci bakterií Fimbrie

Souvisí také s konjugací (viz dále) Mezozómy

– vchlípeniny membrány, nejsou u všech buněk

Souvislost pravděpodobně s oxidativním metabolismem (vazba enzymů)

Thylakoidy

– membránové váčky

s fotosyntetickými pigmenty (u sinic či fotosyntetizujících bakterií) Barviva – nejčastěji chlorofyly a fykobiliny (fykocyanin, fykoerytrin)


Genetický materiál prokaryot Nepravé jádro = NUKLEOID Kruhovitá Všechny Každý Na

molekula DNA, volně v cytosolu, bez obalu

životně nezbytné vlastnosti

gen v jedné kopii (haploidní

nedělí se mitózou)

dvou místech poutaná k membráně

Cca

3500 genů

Plazmidy Postradatelná Cca

genetická informace (např. rezistence vůči antibiotikům)

1000x menší než nukleoid (tj. 3 – 4 geny)

Každý

plazmid v jedné či několika kopiích

Mohou

se předávat z buňky do buňky (i mezidruhově)

konjugativní plazmidy

Každý konjugativní plazmid kóduje stavbu „své“ fimbrie, prostřednictvím fimbrií se konjugativní plazmidy předávají mezi buňkami. Význam

pro genové inženýrství


Rozmnožování a dědičnost prokaryot Rozmnožování  Nepohlavní = přímé dělení – replikace (kopírování) nukleoidu rozdělení protoplastu Klasické pohlavní rozmnožování není K určitému kombinování genetického materiálu, které je typické pro sexuální rozmnožování dochází – viz níže.

Dědičnost V důsledku nepohlavního dělení vznikají klony Vzhledem ke krátké generační době (některé např. pouze 20 minut) a haploidní sadě genů dochází k významným změnám díky mutacím a následným selekcím Prokaryota jsou za určitých podmínek schopná přijmout cizí molekuly DNA nebo jejich části: Konjugace – přestup konjugativních plazmidů (spojení buněk fimbrií replikace plazmidu jedna molekula do nové buňky)


Sporulace Schopnost

Při

některých prokaryot (zejména bakterií)

nepříznivých podmínkách tvoří odolné spóry

Spory

vznikají uvnitř buňky

endospóry

Spóry Přežijí

extrémní podmínky (teplota, kyselost, radiace)

Nemetabolizují V

příznivých podmínkách vyklíčí znovu

ve vegetativní buňku Časový

rekord drží v současné době druh Bacillus permians (v podobě spór přežil 250 milionů let uchovaný v krystalu soli a pak byl v laboratoři „probuzen“ k životu) Pozn. některé druhy bakterií (např. rod Azotobacter) vytvářejí zapouzdřené útvary, které mají metabolismus pouze snížený. Pro tento útvar se užívá pojem bakteriální cysta.


Nároky na životní podmínky Kosmopolitní organismy - nejrozšířenější skupina ve všech prostředích odhadem cca 107 až 109 druhů

Podle nároků na podmínky nejčastější dělení: Nároky

na teplotu termofilní

Nároky

psychrofilní

neutrofilní

acidofilní

na pH alkalofilní

Nároky

mezofilní

kyslík aerobní

anaerobní

fakultativně aerobní/anaerobní

Dále např. organismy barofilní, halofilní aj. Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Výživa - metabolismus FOTOAUTOTROFIE CHEMOAUTOTROFIE

FOTOHETEROTROFIE CHEMOHETEROTROFIE

FOTO- CHEMO-

AUTO-

HETERO-

Zdroj energie Výživa = TROFIE Pokud je donorem elektronů pro oxidoredukční reakce v organismu organická látka hovoříme o ORGANOTROFII; pokud je to látka anorganická hovoříme o LITOTROFII Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Vztahy Symbióza Endosymbiotická Lišejníky Fixátoři

teorie

symbióza která je podstatou eukaryotické buňky

(sinice + houby)

dusíku (hlízkové bakterie)

Mikroflóra

vyšších živočichů – štěpení důležitých složek potravy

Komenzálismus Značná

část mikroflóry různých soustav jsou komenzálové

Parazitismus (patogenní druhy) – většinou bakterie Původci

chorob různých organismů

Původci

řady chorob člověka (víc viz pracovní list patogenní bakterie + otázky)

Vztahy

Časté změny vzájemných vztahů: parazitismus komenzálismus

symbióza

Amenzálismus (allelopatie) vztahy s jinými prokaryoty nebo s mikroorganismy eukaryotickými Produkce Souboj

látek na potlačení konkurentů (antibiotika, toxiny)

o uvolněné niky (např. při oslabení mikroflóry v těle průnik patogenů) Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Význam Obecný význam Významná

složka ekosystémů (koloběh látek)

Fotosyntetizující Četné

– zdroj O2

symbiotické vztahy s jinými organismy (viz vztahy)

Význam pro člověka (pozitivní i negativní) Biotechnologie Genové

– potravinářství, chemický průmysl

inženýrství

Biologický

boj

Technologicky Patogenní

škodlivé

– původci nemocí

Užití

v technologiích čištění odpadních vod, odstraňování ropných látek, toxického odpadu Antibiotika


Kultivace Kultivace = pěstování a množení mikroorganismů pro účely výzkumu, diagnostiky, průmyslového využití apod. Kultivační médium živná půda (směs látek která obsahuje složky nezbytné pro růst a množení mikroorganismů). Základem půd bývají různé organické látky – např. masový bujón, krev apod.) Živné půdy podle skupenství Tekutá Tuhá

(roztok)

(rosol) – zpevněná nejčastěji agarem (polysacharid ze stélek ruduch)

Živné půdy podle užití Obecná

– půda, na které roste „vše“

Selektivní

– půda na které roste jen „něco“

Diagnostické

– půda na které podle vzhledu kolonie

poznáme, co tam vyrostlo Selektivně

diagnostické

Vlastnosti selektivních a diagnostických půd jsou dány různými látkami, které jsou v půdách jako přísady (růstové regulátory, barviva aj.) Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Metody práce při kultivaci Aseptická práce 

Podmínka pro vypěstování čistých kultur či pro různé

druhy kontrol 

Ochrana kultur i personálu (významné zejména u patogenů)



Pro práci se užívají laminární boxy



Pro likvidaci kultur či sterilizaci médií pak sterilizátory

nebo autoklávy Očkování 

Přenos kultur na živná média

Inkubace 

Množení kultur mikroorganismů

při požadované teplotě Užívají se inkubátory s termostaty,

Různé skupiny mikroorganismů se množí při různých teplotách Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Diagnostika K diagnostice = určování mikroorganismů se užívá zejména dvojí úroveň: Makroskopická diagnostika Užití

diagnostických půd

Hodnotí

se makroskopický vzhled kolonie

Pozn. kolonie je pouhým okem viditelný útvar, který vznikl na živném médiu nárůstem původně z jedné buňky. Koloni.e zahrnuje řádově miliony buněk Nejčastěji

užívaná kritéria: barva kolonie, tvar kolonie, povrch kolonie, barva půdy v okolí kolonie, vylučovaná tekutina, zápach apod. Mikroskopická diagnostika Určování

mikroorganismů pod mikroskopem

Určovacím

znakem je tvar, velikost a seskupení buněk (viz dále tvary bakteriálních buněk). U

bakterií je třeba buňky zviditelnit barvením

Nejčastěji

užívaným barvením je tzv. diagnostické barvení podle Grama

Violeť Lugolův roztok Alkohol/aceton Karbolfuchsin

Gram pozitivní = G+ Gram negativní = G- /G-

Violeť Lugolův roztok Alkohol/aceton Safranin


G- koky G+ tyčinky G+ a G- koky

G+ koky G- tyčinky Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Systém - přehled I. Archea (Archebakterie) Zahrnuje starobylé a do znační míry odlišné skupiny bakterií

II. Bakterie (Eubakterie) 

 

Bakterie Sinice Prochlorofyty

Pozn. podle novějších poznatků se prochlorofyty už opět nevyčleňují jako zvláštní skupina ale řadí se k sinicím. Proč to tak je? Kdo je zvědavý přečte si to zde, Je to podepřeno solidně vypadajícími zdroji.


Archea 

Velmi starobylá skupina

Odlišnosti

ve stavbě buněčné stěny, membrány i nukleových kyselin

Není

známá klasická fotosyntéza (fototrofní archea tvoří pomocí světla ATP ale nefixují C do organických molekul a vedlejším produktem není kyslík) Původně

byly označovány jako obyvatelé pouze extrémních prostředí, dnes jsou známé i druhy které žijí ve slaných i sladkých vodách, mokřadech, půdě, tvoří vztahy s rostlinami, dokonce jsou i součástí živočišné mikroflóry. Význam

pro koloběh prvků (hlavně C, N, S)

Významné skupiny: Metanové

bakterie – anaerobní; přeměna vodíku, alkoholů a mastných kyselin produkce metanu v bahně, střevech živočichů; užití – čistění odpadních vod Extrémní

halofilové – extrémně slané prostředí cca 15% koncentrace NaCl v prostředí (Mrtvé moře, Slané jezero); fototrofní (tvorba ATP pomocí barviva bakteriorhodopsin; nefixují CO2, netvoří O2) Extrémní Energii

termoacidofilové – sirné bakterie horkých pramenů (cca 80ºC; pH 2,5)

získávají např. reakci H2S + O2

H2SO4


Bakterie Nejvýznamnější

a nejvíce známá skupina prokaryot

Bakterie

jsou nejrozšířenější skupinou organismů na světě

Celkově

se odhaduje, že na Zemi žije asi 5×1030 (jedinců) bakterií.

Celkový

počet druhů odhadován na 107 k 109 druhů

Kosmopolitní

skupina - možno nalézt v půdě, vodě, atmosféře, uvnitř i na povrchu

těl organismů V

jednom gramu půdy

V

jednom ml sladké vody

cca 40 miliónů bakterií, přibližně milion bakterií

Obyvatelé

extrémních prostředí kde jiný život není (horká voda, extrémní pH; nejvyšší vrstvy atmosféry a podobně). Některé

druhy bakterií jsou dle výzkumů schopny přežít i v kosmu (tj. ve vakuu a o teplotě −270 ºC) – viz stránka o sporulaci Vznik

před ca 4 miliardami let

Běžné

užívání binomického názvosloví

Různé

způsoby třídění (taxonomické klasifikace)


Tvary bakterií

umíme všechny označené


Třídění bakterií Vědecký systém Jako jiné systémy se neustále mění a upravuje. Dříve se používaly ke klasifikaci např. tvar buňky, typ metabolismu, Gramovo barvení. Příklady skupin ze starších systémů: Fakultativně anaerobní Gramnegativní Bakterie

koky

pučící a s přívěsky

Zakřivené

Dnes

tyčinky

bakterie apod.

klasifikace zejména na základě molekulárně biologických znaků

Pro náš přehled bakterií použijeme hledisko praktického významu: Bakterie ve vodě Bakterie

v půdě

Bakterie

průmyslově významné

Bakterie

symbiotické

Bakterie

patogenní Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Bakterie ve vodě Autochtonní vodní bakterie bakterie ve vodě původní  Např. rody Chromobacterium, Micrococcus, Spirillum Běžná součást vody (úplně bez bakterií je pouze voda destilovaná) Funkce těchto bakterií – samočištění vody Při mikrobiologickém rozboru vody – normami stanoven počet bakterií, který smí ve vodě být.. Běžně se stanovuje počet psychrofilních bakterií a počet mezofilních bakterií Přípustné množství psychrofilních bakterií Jedná se o širokou skupinu bakterií, kterés se při dostatku živin pomnožují ve vodě při nižší teplotě. Mezní hodnota jejich výskytu v pitné vodě činí 200 bakterií v 1 ml vody při hromadném zásobování z veřejného vodovodu a 500 bakterií v 1 ml vody při individuálním zásobování z domovní studny. Překročení mezní hodnoty neznamená přímé zdravotní riziko, avšak indikuje závady v zásobování vodou, jako je znečištění vody organickými látkami, stagnace vody v potrubí, neúčinnost dezinfekce apod.

Allochtonní vodní bakterie bakterie „odjinud“

A.

Bakterie půdní



Viz dále půdní bakterie – všechny skupiny



Zdroj – splachy z polí

B.

Bakterie ze zažívacího traktu lidí a zvířat



Koliformní bakterie



Vypouštění kanalizace do povrchových vod



Indikátor fekálního znečistění



Potencionální zdroj patogenů přenášených alimentární cestou



Pitná voda nesmí obsahovat vůbec žádné koliformní bakterie

Př.

Pozn.

v moři též specializované bakterie. Většinou halofilní G- druhy


Bakterie v půdě Význam půdních bakterií je zejména v návratu prvků do koloběhu živin. Nejvýznamnější skupiny půdních bakterií a jejich vztahy.

Sirné Thiobacillus, a jiné rody za aerobních podmínek oxidují H2S na elementární síru, případně až na sírany SO42Některé druhy se podílí zároveň na koloběhu dusíku nebo železa

Nitrifikační

Nitrosococcus, Nitrobacter aj, přeměňují amoniak a amonné ionty ve dvou krocích. Přeměny

NO3-

probíhají aerobně i anaerobně První skupina vytváří dusitany NO2-, jiné bakterie pak z dusitanů tvoří dusičnany NO3-

Denitrifikační Bacillus, Pseudomonas a jiné rody za anaerobních podmínek přeměňují NO3- postupně až na N2 Ochuzují půdu o dusík

SO42-

N2 Vazači dusíku volní

Azotobacter aerobní bakterie; váží vzdušný N2 vestavují jej do svých bílkovin Po odumření jsou rozloženi saprofyty a N se dostává do koloběhu

Saprofytické Rozkládají odumřelá těla, metabolizují živiny za vzniku např. NH3; H2S;

Po odumření jsou rozloženi saprofyty a N se dostává do koloběhu

Vazači dusíku symbiotičtí

Rhizobium – poutají vzdušný N2, přeměna na amoniak NH2 skupina aminokyselin. Energeticky náročná reakce – ATP dodává rostlina -NH2 Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Průmyslově významné bakterie Bakterie technologicky prospěšné Mikroorganismy

užívané v biotechnologiích (zejména mlékárenství) Bakterie

mléčného kvašení Lactobacillus acidophyllus Lactobacillus casei Streptococcus cremoris

Streptococcus lactis Bakterie

octového kvašení

Acetobacter Bakterie propipnového

kvašení

Propionibacterium Další

užití bakterií – čistírny odpadních vod, výroba bioplynu, rozklad plastů aj.

Bakterie technologicky škodlivé Bakterie způsobující kažení potravin Technologicky prospěšné mikroorganismy bývají i příčinou kažení potravin (mléčné bakterie, octové bakterie apod.) Stejně jako u kontroly vod se při kontrole potravin stanovují počty bakterií. Normy udávají přípustné počty v daných druzích potravin. Kontroly provádějí příslušné orgány (SZÚ – dříve Hygienické stanice a ČZPI) Při kontrolách se i u potravin stanovují koliformní bakterie (opět indikátor fekálního znečistění) – stejně jako u vody nesmí být přítomné Bakterie patogenní Potravinami se přenáší i patogeny (viz patogenní bakterie přenášené alimentární cestou) Při mikrobiologických kontrolách potravin nesmí být patogenní bakterie přítomné Kontaminace potravin patogeny může mít za následek otravu z potravin. Následkem může být úmrtí Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Bakteriální mikroflóra Mikroflóra = soubor mikroorganismů žijících v těle vyššího organismu. Žádoucí

– symbiotická mikroflóra je organismu prospěšná

Nežádoucí

– patogenní mikroflóra je příčinou onemocnění

Oslabení žádoucí mikroflóry vede k osídlení potencionálními patogeny nebo patogeny

Mikroflóra člověka Novorozenec

– sterilní kůže i sliznice, postupná kolonizace mikroby

(zejména od matky)

Kůže a vlasy: stafylokoky, mikrokoky, sarciny, bacily; živí se látkami z potu, způsobují charakteristický zápach Dýchací cesty: streptokoky a neisserie Dutina ústní: jiná mikroflóra v bezzubých ústech (anaerobní) a v ústech se zuby (aerobní), převažují streptokoky, podíl na zubním kazu Močopohlavní soustava:(po močový měchýř sterilní, pohlavní žlázy také sterilní) – močová trubice a pohlavní cesty mají mikroflóru (stafylokoky, streptokoky aj.) Pozn. vaginální mikroflóra do puberty je výrazně odlišná od mikroflóry dospělé ženy Trávicí soustava: nejvíce osídlena; hlavní osídlení je v tlustém střevě. Escherichia coli – anaerobní, podíl na tvorbě vitamínů, další rody Lactobacillus, Bifidobacterium aj. Pozn. Oslabení mikroflóry je časté v souvislosti s nadužíváním antibiotik. Vedlejšími účinky jsou proto často např. střevní potíže, kožní infekce aj.


Patogenní bakterie

Syfilis Treponema pallidum

Lymeská borelióza Borelia burgdorferi

viz pracovní list na: http://praktikabiologie.wz.cz

Angína Streptococcus pyogenes

Salmonelóza Salmonella

Mor Yersinia pestis


A protože jde prodat úplně všechno 

Lymeská borelióza Borelia burgdorferi

Syfilis Salmonelóza

Treponema pallidum

Salmonella

Angína Streptococcus pyogenes

www.giantmicrobes.cz

Mor Yersinia pestis Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Sinice 

Skupina fotosyntetizujících prokaryot (thylakoidy s barvivy)

Pozn. podle světelných podmínek mohou měnit složení pigmentů a tím i barvu; v anaerobním prostředí s dostatkem H2S můžou přejít na anaerobní fotosyntézu Výskyt

ve vodě, v půdě, v extrémních podmínkách, symbiotické vztahy

Tvorba

řady sekundárních metabolitů, mj. tzv. cyanotoxinů

Nejstarší Tělo

nálezy cca 3,5 mld let – stromatolity

tvořeno jednobuněčnou nebo vláknitou stélkou

Specializované

typy buněk ve vláknech:

heterocysty

slouží k fixaci vzdušného dusíku (význam pro symbiózu s rostlinami)

hormogonie

pohyblivé buňky obalené slizem, vznikají při stresu nebo přechodu do nového prostředí, po čase (asi 4 dnech) se mění zpět ve vegetativní buňky

akinety

zvláštní tlustostěnné spóry, přežití nepříznivých podmínek

Někteří významní zástupci (obrázky na další straně) Aphanizomenon

– významná součást vodního květu (důsledek eutrofizace vod)

– kulovité kolonie časté v kalužích a vlhkých půdách, skálách, symbióza s rostlinami (fixátor dusíku) či houbami; častý fotobiont u lišejníků Nostoc

Spirulina

– pěstována k výrobě vitaminových tablet (vit B12, karoteny aj.)

Leptolyngbia

– žije v pH 13,5 (dosud nejvyšší hodnota pH při níž byl zjištěn život) Pavla Trčková GPdC Tábor 2009

Sinice Vodní květ

Jednořadka Nostoc

Aphanizomenon

Spirulina Leptolyngbia


Prochlorofyty Donedávna

označovány za samostatnou skupinu prokaryot se zvláštním významem pro vznik vyšších rostlin (příbuznost fotosyntetických barviv chlorofyly a + b) Novější

molekulárně biologické výzkumy prokázaly rozdíl ve složení chlorofylů – nejde tedy o předchůdce vyšších rostlin Dnes

řazeny k sinicím

Některé známé rody: Prochloron

(viz obrázek) – symbióza

s mořskými sumkami Prochlorococcus

– mořský planktonní

Organismus, poprvé objeven v r. 1986 v Sargassovém moři


Zdroje informací •

Aktuální údaje a obrázky

•http://cs.wikipedia.org/wiki/Bakterie •http://cs.wikipedia.org/wiki/Prokaryota •http://cs.wikipedia.org/wiki/Prochlorofyta •http://www.biotox.cz/naturstoff/biologie/bi-bakterie.html •http://genetika.wz.cz/prokaryota.htm •http://fvl.vfu.cz/sekce_ustavy/mikrobiologie/mikrobiologie •http://www.osel.cz •www.giantmicrobes.cz

•http://www.allamericanpatriots.com/files/images/mycobacterium-tuberculosis.jpg •http://www.cyanodb.cz/db/Prochloron/Proch_Lewin75a.jpg •http://faculty.ksu.edu.sa/27771/DocLib3/Nostoc.jpg •http://www.lersus.de/res/modules/enu/biology/1/res/files/borrelia_0_.jpg •http://library.thinkquest.org/05aug/00639/en/images/yersinia_pestis.jpeg •http://omino.com/pixelblog/content/2007/salmonella/salmonella.jpg •http://www.sinice.cz/res/image/collection/Aphanizomenon.jpg •http://student.ccbcmd.edu/courses/bio141/labmanua/lab18/images/2392_Tpallidum_spiral.jpg •http://cs.wikipedia.org/wiki/International_Journal_of_Systematic_and_Evolutionary_Microbiology •http://www.vodovody.lit.cz/odberatel/kvalita.htm •Klaban,

•Obsah

V.: Svět mikrobů, Gaudeamus 1999

zajímavých článků o prokaryotech zde: http://www.osel.cz/index.php?obsah=36


Prokaryotické organismy. Co jsou prokaryotické organismy? Které skupiny známých organismů mezi prokaryota zařadíte?

Recommend Documents