Hc 2 Microbial cells and Growth
Hoofdstuk 3
Bacterie is prokaryoot.
Er is een grote variatie in vorm van bacteriën, celmorfologieën:
- Coccus (pl. Cocci): bolvormig of eivormig
- Rod / bacilli: staafvormige, cilindrische vorm
- Pleomophic: variabel van vorm en missen een enkele, karakteristieke vorm.
Ook cellen met ongewone vormen:
- spirillum, spirochetes, appendaged bacteria, and filamentous bacteria (differentiation) → zie
afb diavoorstelling
Veel variatie op basic morfologische typen
Hyphae (lange filamenten) vormen een netwerk dat een mycelium wordt genoemd
Cyanobacteriën, een groep fotosynthetische bacteriën, zijn ook filamentous (draadvormig). Omdat
het filamenteus is, is er een zekere mate van differentiatie tussen cellen in het filament mogelijk.
Vorm in bacterie is geëvalueerd naar bepaalde niche, maar overeenkomt is dat ze alle klein zijn.
Verhouding tussen oppervlak en volume is redelijk groot.
Voordelig is een groot oppervlak t.o.v. volume te hebben omdat dat je in staat stelt sneller te
groeien. En dus sneller te evalueren.
Vorm maakt ook uit. Staaf is bijv. voordeliger dan een coccus. Membraan is belangrijk onderdeel van
de cel want daar vinden alle belangrijke processen plaats. Als je relatief veel membraan hebt dan is
dat gunstig. Eukaryoten hebben dit opgelost door specifieke organellen te ontwikkelen voor de
processen.
Eukaryoten zijn groter dan bacteriën en virussen zijn kleiner.
Cellulaire organismens <0.15µ in diameter zijn onwaarschijnlijk: essentiële functies (DNA, ribosomen)
hebben ruimte nodig.
Pathogene bacteriën, met een parasitaire levensstijl, zijn vaak klein (0.2-0.4 µm in diameter). Zij
maken gebruik van componenten van de gastheer en hoeven die dus niet zelf aan te maken.
Dus prokaryoten zijn vaak klein. Size range zit tussen: 0.2 µm tot >700 µm in diameter. Meeste
cultured rod-shaped bacteriën zijn tussen de 0.5 en 4.0 µm breed en <15 µm lang. Epulopiscium
fishelsoni en Thiomargarita namibiensis zijn voorbeelden van erg grote prokaryoten.
Size range voor eukaryoten zit tussen: 10 tot >200 µm in diameter.
Epulopiscium fishelsoni
- 0.5 mm = 500 µm
- is zo geëvalueerd om predatie door eencelligen (bijv. pantoffeldiertje, die veel kleiner is) te
voorkomen
- Heeft intern allerlei membranen (groot membraanoppervlak) om zo toch alle processen te
kunnen laten verlopen.
, - Heeft meerdere kopieën van het genoom
Cel organisatie
Figuur 1 staafvormige bacterie
Van binnen naar buiten:
- Nucleoïd met DNA
- Cytosol met ribosomen en soms inclusions (ophopingen van bepaald materiaal)
- Plasmamembraan
- Celwand (cell wall)
- Fimbriae (uitsteeksels), flagellen en capsule (zit in sommige bacteriën)
Plasma membraan: selectief permeabele barrière, mechanische grens van cellen, transport van
voedingsstoffen en afval, locatie van veel metabolische processen (ademhaling, fotosynthese),
detectie van omgevingsfactoren voor chemotaxis.
Periplasmatische ruimte: in typische Gram-negatieve bacteriën, bevat hydrolytische enzymen en
bindende eiwitten voor de verwerking en opname van voedingsstoffen; in typische Gram-positieve
bacteriën kan deze kleiner of afwezig zijn.
Cell wall: bescherming voor osmotische stress, helpt de cel vorm te behouden.
Capsules en slijmlagen: weerstand tegen fagocytose, hechting aan oppervlakken.
Fimbriae (pilli): hechting aan oppervlakten, bacteriële conjugatie en transformatie, twichting
(spiertrekkingen)
Flagella: zwemmende en zwermende beweging
Endospore: overleving onder zware omstandigheden
Cel envelop bestaat uit: plasmamembraan, Cell wall en soms capsule
Plasma membraan = flexibele, dunne laag direct om cytosol heen = vitale barrière die cytoplasma
van omgeving scheidt. Bestaat uit fosfolipide dubbellaag en daarin drijven integrale
membraaneiwitten die door hydrofobe interacties vastzitten. En ook perifere membraaneiwitten die
aan de integrale membraaneiwitten vastzitten. Ook andere lipiden (glycolipide, oligosacharide,
hopanoide)
Fluid mosaic model: vloeibare laag, maar een soort mozaïek → niet alle eiwitten liggen los van
elkaar, sommige eiwitten of lipiden liggen samen (rafts) om hun functie uit te oefenen.
Het is een hoog selectief permeabele barrière
Je hebt kanalen en transporters nodig om bepaalde metabolieten of afvalstoffen over membraan te
vervoeren.
Fosfolipide dubbellaag zelf is dus impermeabel, er kan zelfs geen proton doorheen.
Plasmamembraan is een locatie van vitale processen (bijv. ademhaling en fotosynthese)
,Fosfolipiden hebben 2 vetzuren (acylketens) die zit aan glycerol backbone vast. En aan glycerol zit
een fosfaatgroep waaraan weer een andere groep zit. Er zijn verschillende fosfolipiden → afhankelijk
van groep die aan fosfaat zit en type vetzuren (lengte, verzadigd of onverzadigd).
Fosfolipiden zijn amfipatische moleculen (hebben hydrofoob en hydrofiel deel), als je ze in water
oplost vormen ze een bilaag = energetisch meest voordelige situatie. Hydrofobe staarten
interacteren via hydrofobe interacties en hydrofiele koppen zijn gericht naar water.
De polaire uiteinden interacteren met water en zijn hydrofiel; de niet-polaire hydrofobe uiteinden
zijn onoplosbaar in water en hebben de neiging met elkaar te associëren.
Fosfolipide bilaag is vloeibaar: geeft niet veel structuur, eiwitten kunnen
zich erin goed bewegen. Deze structuur soms versterkt door hopanoids (speciale steroïde-achtige
lipiden), kunnen goed tussen de fosfolipiden gaan zitten. Hopanoid lijkt erg op cholesterol wat in
eukaryoten zit.
Er zitten ook membraaneiwitten in het plasmamembraan.
- Integrale eiwitten: steken door membraan heen m.b.v. hydrofobe domeinen (bijv. alfa helix).
Kunnen ook verankerd zijn in membraan m.b.v. lipoproteïnen.
- Perifere eiwitten: zitten aan integrale membraaneiwitten vast maar hoeven niet persé zelf
hydrofoob te zijn.
In lipidelaag zitten hydrofobe delen en extern zitten hydrofielere delen met specifieke functies.
Membraaneiwitten functies: transport van nutriënten, eiwitten etc.; celdeling, communicatie.
Meeste membraaneiwitten vormen complexen met andere eiwitten.
Eiwitten kunnen lateraal bewegen in vloeibare lipide bilayer, dus eiwit aan buitenkant membraan zal
zich daar altijd bevinden en nooit aan de cytosol kant.
Functies plasmamembraan:
- Permeabiliteit barrière: afscheiding tussen cytoplasma en wereld eromheen. Polaire en
geladen moleculen moeten getransporteerd worden, zoals protonen (H+).
, o Daarvoor zijn transport eiwitten nodig (kanalen (poriën) maar in bijzonder ook
carriers) die transporteren opgeloste stoffen (opname van nutriënten) door diffusie
en actief transport.
- Eiwit verankering: houdt transport eiwitten op de plaats die daar zijn functie moet
uitoefenen.
- Energie conservatie: generatie van een proton bewegende kracht (proton motive force) →
voedt motiliteit (is het vermogen van een eencellig of eenvoudig meercellig organisme om op
eigen kracht energie om te zetten in arbeid), transport en ATP synthese.
Diffusie:
- Passieve onspecifieke diffusie
- Gefaciliteerde diffusie → kanalen (poriën, weinig specifiek) en carriers (meer specifiek)
➔ Zowel passieve als gefaciliteerd diffusie gaat met de gradiënt mee, geen externe energie
nodig.
Bij passief transport is snelheid van transport alleen afhankelijk van de concentratie gradiënt. Bij
carrier gefaciliteerde diffusie is snelheid van transport in begin hoog maar dat zwakt later af omdat
om gegeven moment alle carriers bezet zijn.
Actief transport: via een specifieke carrier: externe energie nodig, transport gaat tegen gradiënt in.
3 vormen van actief transport die onderscheiden worden:
- Primair actief:
o Gebeurt door primaire actieve transporters
o Uniporter → transporteren 1 specifiek molecuul
o Transporter is vaak ABC transporter → gebruikt ATP als energiebron (hydrolyseren
ATP) voor conformationele veranderingen waarmee transport plaats vindt. ATP
bindende domeinen bevinden zich aan cytosol kant.
o Het substraat wordt niet gemodificeerd.
Molecuul dat moet worden vervoerd bindt vaak al aan bindingseiwit. Dit complex bindt aan
transporter. Dan hydrolysering van ATP, daardoor conformatie verandering, waardoor het
molecuul door kanaal kan en afgegeven wordt aan cytosol.