Microbiële fysiologie
Boek: Robert W. Bauman Microbiology with Diseases by Taxonomy
Inhoud
Chapter 3 Cell Structure and Function....................................................................................................2
Vormen en grootten van bacteriecellen.............................................................................................3
Bacteriële celwand.............................................................................................................................3
De twee basistypen celwanden: Gram-positief en Gram-negatief.................................................3
Membraantransport.......................................................................................................................5
Externe structuren van de bacterie....................................................................................................7
Chapter 5 Microbial Metabolism............................................................................................................8
Vrije energie en werk: ATP.................................................................................................................8
Enzymen.............................................................................................................................................9
Enzym-activiteit............................................................................................................................10
Oxidase en reductie reacties............................................................................................................11
Rekenen met redox reacties en vrije energie...............................................................................12
Energie conservatie (huishouding) in fermentatie en respiratie.......................................................14
Substraat-niveau fosforylatie........................................................................................................14
Oxidatieve fosforylatie..................................................................................................................14
Glucose katabolisme.........................................................................................................................15
Glycolyse (Embden-Meyerhof pathway)......................................................................................15
Formatie van Acetyl-CoA..............................................................................................................15
The Krebs cycle (citroenzuurcyclus)..............................................................................................16
Respiratie en membraan geassocieerd elektronen transport: elektronen transportketen..............17
Complexen in de ETK....................................................................................................................18
Chemiosmosis...............................................................................................................................19
Katabolische diversiteit.................................................................................................................19
Chapter 13: Characterizering and Classifying Viruses, Viroids and Prions............................................19
Karakters van virussen......................................................................................................................20
Capside morfologie.......................................................................................................................20
De Virale envelop.........................................................................................................................20
Mechanismen voor invasie van dierlijke virussen.........................................................................21
De synthese van de virussen.........................................................................................................22
Classificatie van virussen..............................................................................................................22
Gevolgen voor een cel bij een virus infectie.....................................................................................23
, Viroiden en Prionen..........................................................................................................................24
+ RNA Arbo virussen (zoönose).....................................................................................................25
-ssRNA virussen (influenza)...........................................................................................................27
DNA virussen....................................................................................................................................27
Pappilomaviridae en polyomaviridae...........................................................................................28
Adeninovirussen...........................................................................................................................28
Enveloped, positieve ssRNA virussen met reverse transcriptase......................................................28
Hepatitis B....................................................................................................................................28
Retrovirussen................................................................................................................................28
Chapter 23 Parasitic Protozoa, Helminths, and Arthropod Vectors......................................................29
Protozoa...........................................................................................................................................29
Parasitaire infecties......................................................................................................................29
Ciliaten..........................................................................................................................................30
Amoeben......................................................................................................................................31
Flagellaten....................................................................................................................................31
Trypomastigoten..........................................................................................................................31
Leishmania....................................................................................................................................32
Apicomplexans.............................................................................................................................32
Toxoplasma...................................................................................................................................33
Helmints (wormen)...........................................................................................................................33
Cestoden (lintwormen).................................................................................................................33
Trematoden (platwormen)...........................................................................................................33
Nematoden (rondwormen)..........................................................................................................34
Chapter 3 Cell Structure and Function
Iets wordt gezien als een organisme als deze voldoet aan de processen van het leven.
Karakteristieken Bacteriën, Archaea, Virussen
Eukaryoten
Groei: celgroei in grootte Komt in allen voor Groei komt niet voor
Reproductie: vermeerdering in aantal Komt in allen voor De host-cel repliceert het virus
Reactie: kunnen reageren op stimuli uit Komt in allen voor Reactie met de host-cel komt
de omgeving bij sommige virussen voor
Metabolisme: chemische reacties door Komt in allen voor Virussen gebruiken het
de organismes metabolisme van de host-cel
Celstructuur: membraan geboden Komt in allen voor Virussen bevatten geen
structuur bevat alle bovenstaande cytoplasmatisch membraan of
functies celstructuur.
,Cellen van (micro)organismes worden verdeeld over twee groepen: prokaryoot en eukaryoot.
Prokaryoten Eukaryoten
- bestaan uit bacteriën en archaea - hebben een kern
- hebben geen kern - hebben intern membraan gebonden
- hebben geen intern membraan gebonden organellen
structuren - zijn groter (10 tot 100 µm)
- zijn in het algemeen 1 µm of kleiner - hebben een meer complexe structuur
- hebben een simpele structuur - familie bestaat uit of algae, protozoa, fungi,
dieren
Mitochondria zijn oude bacteriën die de menselijke cellen hebben geïnfecteerd. Nu zijn mitochondria
een belangrijk onderdeel van de cel en zorgt deze voor energieomzetting.
Vormen en grootten van bacteriecellen
De kleinste bacterie is iets groter dan een virus, de grootste is zichtbaar met het blote oog. Het
voordeel van een kleine cel is het verschil tussen oppervlakte en volume. Hoe kleiner de bacterie,
hoe groter de verhouding is tussen het oppervlakte en het volume.
Bacteriële celwand
De bacteriële celwand zorgt voor structuur, karakteristieke vorm en beschermt tegen osmotische
druk. De celwand is een target voor veel antibiotica maar speelt ook een rol in de antibiotica
resistentie.
De celwand van bacteriën is opgebouwd uit peptidoglycaan. Dit is een complex polysacharide
bestaande uit twee elkaar afwisselende suikers: N-acetylglucosamine (NAG) en N-acetylmureinacid
(NAM). Kettingen van NAG en NAM zijn verbonden door kruisbindingen bestaande uit 4 aminozuren
(tetrapeptiden)
De twee basistypen celwanden: Gram-positief en
Gram-negatief
De grampositieve celwand
Is een relatief dikke laag peptidoglycaan en bevat
een uniek polyalcohol lipoteichoine zuur.
Lipoteichoine zuur zorgt voor een meer rigide
celwand en speelt een rol bij de celgroei.
De celwand kleurt paars bij de gramkleuring, het
kristalviolet blijft onder de celwand liggen.
Structuur: derde amino aan het 4e, maar met
interpeptide glycine brug
De gramnegatieve celwand
Heeft een dunne laag peptidoglycaan. Er is ruimte tussen het celmembraan en de dunne
peptidoglycaan laag. Dit wordt de periplasmatische ruimte genoemd. Het dubbele membraan buiten
de peptidoglycan laag bevat fosfolipiden, eiwitten en lipopolysachariden (LPS). Het lipide A is een
onderdeel van de LPS en kan koorts, ontstekingsreacties, shock en bloedklontering veroorzaken.
,De celwand kleurt roze bij gramkleuring, het
kristalviolet wordt met het wassen weggespoeld.
Door het kleuren met fuchsine, kleurt de cel
roze.
Structuur: derde amino aan het 4e
Het immuunsysteem ziet LPS als buitenlichamelijke stof. Wanneer een bacteriële infectie wordt
behandeld met bijvoorbeeld Penicilline, komt het LPS vrij wanneer de celwand openbreekt. Dit zorgt
voor een ziek gevoel.
Bacteriën zonder celwand
Een paar bacterie soorten hebben geen celwand, dit zijn mycoplasma. Mycoplasma wordt vaak
verward met virussen omdat deze zo klein zijn en geen celwand hebben. Er zijn wel andere
prokaryote eigenschappen aanwezig als ribosomen.
Woordenlijst bacteriële celwand
Het celmembraan
Het celmembraan, ook wel de fosfolipide bi-laag genoemd, bestaat uit lipiden en daarmee
verbonden eiwitten. Dit zijn integrale en perifere eiwitten.
De functies van het celmembraan:
Energie opslag
Semi-permeabel
Van nature ondoordringbaar voor de meeste stoffen
Eiwitten faciliteren vervoer stoffen over membraan
Zorgt voor handhaving concentratie en elektronische gradiënt
Membraansamenstelling
Fosfolipiden zijn moleculen bestaande uit een hydrofiele kop en een hydrofobe staart, hiermee
amfipatisch. De hydrofiele kop bestaat uit een fosfaatgroep, aminogroep en glycerol. De hydrofobe
staart uit een verzadigd en een onverzadigd vetzuur.
De hoeveelheid (on)verzadigde vetzuren aanwezig in het membraan kan verschillen. Wanneer er
meer onverzadigde vetzuren aanwezig zijn, is het membraan meer vloeiend bij kamertemperatuur.
Wanneer er meer verzadigde vetzuren
aanwezig zijn, is het membraan meer
rigide.
De fosfolipiden bewegen snel binnen
,hun laag (lateral movement), zo’n 109 keer per seconde. De flip flop komt minder vaak voor, zo’n 1
keer per maand.
Tussen de vetzuurketens van de fosfolipiden ligt cholesterol (steroïde) dit heeft een
tegenovergesteld temperatuur effect vergeleken de vetzuren. Wat zorgt voor een bufferend effect.
Cholesterol beperkt beweging van de fosfolipiden bij kamertemperatuur (rigide) en zorgt bij een
lagere temperatuur voor een meer vloeiend membraan. Vloeibaarheid van het membraan is nodig
voor een correctie functie: er moeten stoffen doorheen kunnen en eiwitten moeten kunnen
bewegen.
Membraaneiwitten (mozaïek)
Membranen bevatten naast fosfolipiden een mozaïek aan verschillende eiwitten. Deze eiwitten
kunnen ook gebruikt worden om de cellen te kunnen herkennen en/of identificeren. Eiwitten geven
het membraan z’n functie:
Integrale eiwitten in het membraan gestoken
Perifere eiwitten in de buurt van het membraan, vaak interactie met integrale eiwitten
Permeabiliteit
Hydrofobe moleculen (koolwaterstoffen, CO2, O2) kunnen het membraan passeren omdat deze in de
lipide bilaag kunnen oplossen. Hydrofiele moleculen (ionen, H 2O, suikers) kunnen langzaam het
membraan passeren. Dit omdat de lading tegenwerkt en de watermantel ook.
Membraantransport
Het membraan bevat transport eiwitten.
Passief transport
Er zijn drie soorten passief transport: Diffusie, gefaciliteerde diffusie en osmose.
Diffusie, moleculen willen zich verspreiden over de ruimte. Er is vraag naar equilibrium, niet
statisch maar een dynamisch evenwicht. De concentratie verplaatst constant van hoog
naar laag. Dit is een spontaan proces.
Zolang de cel zuurstof gebruikt voor de celademhaling is de zuurstofconcentratie in de cel lager
dan daarbuiten en diffundeert de zuurstof naar binnen (door het membraan heen). Hetzelfde
geldt voor CO2 die gevormd wordt, dat diffundeert makkelijk naar buiten.
Gefaciliteerde diffusie, passief transport via eiwitten, dit door carrier eiwitten en channel
eiwitten. Ook hierbij worden stoffen getransporteerd van een hoge concentratie na een lage
concentratie. Channel eiwitten zijn hydrofiele kanalen. Carrier eiwitten werken door een binding
dat de conformatie veranderd en wordt het te transporteren molecuul naar de andere kant van
het plasma membraan gebracht. Dit kost geen energie, omdat het met de concentratiegradiënt
mee gebeurd.
Osmose, transport van water met een lagere suikerconcentratie (moleculen zijn meer vrij om te
bewegen) naar een hogere suikerconcentratie (moleculen kunnen minder vrij bewegen) tot een
evenwicht. Toniciteit is het samenspel tussen de concentratie opgeloste deeltjes en de selectieve
membraan permeabiliteit. Osmose regulatie is de adaptie van cel voor water huishouding. Een
cel is isotoon wanneer er evenveel water de cel in gaat als uit gaat. Is hypertoon wanneer er
meer water de cel uit gaat als in de cel. En hypotoom wanneer er te veel water in de cel
aanwezig is.
, Dieren/ protozoa in hypo- of hypertone condities zijn vaak hierop aangepast. Door het bezitten
van een contractiële vacuole.
Aquaporines: faciliteren snelle diffusie van watermoleculen.
Actief transport
Het onderhouden van een bepaalde concentratie, dit kan ook tegen de gradiënt in gaan.
Natrium-kalium pomp, transport van 3Na+ naar buiten en 2K+ naar binnen. Hiervoor is Adenine
Trifosfaat (ATP) nodig. ATP geeft een P-groep aan het transport eiwit, er ontstaat een
conformatieverandering. Na de afsplitsing van de P-groep, is het eiwit weer in de ‘oude’
confirmatie.
Het netto resultaat van de Na/k pomp
3 Na+ gaan de cel uit en 2K+ gaan de cel in. Het cytoplasma wordt hierbij negatief geladen en de
extracellulaire ruimte positief geladen. Er staat een voltage over het plasmamembraan door het
verschil in lading, het membraanpotentiaal.
Membraanpotentiaal
Het verschil in lading binnen en buiten de cel. Positieve deeltjes (kationen) willen graag naar binnen,
anionen naar buiten. Het transport van ionen wordt gedreven door twee krachten: chemische kracht
(verschil in concentratie) en elektrische kracht (verschil in lading). Dit is samen de elektrochemische
gradiënt. Als beide krachten dezelfde richting hebben, zal een ion in die richting gaan lopen (diffusie).
Als beide krachten een tegengestelde richting hebben zal er met een ion niets gebeuren.
Prokaryoot Cytoplasmatisch membraan
In een prokaryoot cytoplasmatisch membraan zijn er actieve processen waaronder actief transport
en groepstranslocatie. Ook is een bacterie in staat om endosporen te produceren.
Groeptranslocatie
Verplaatsen van een stof door een groep moleculen, vaak enzymen.
Endosporen
Een unieke structuur geproduceerd door sommige bacteriën wanneer deze zich in ongunstige
condities bevinden als verdedigingsmechanisme. Vegetatieve cellen transformeren in endosporen
wanneer meerdere voedingsbronnen op raken. Endosporen zijn resistent tegen extreme condities
zoals hitte, straling en chemicaliën. Er zijn endosporen gevonden van meerdere miljoenen jaar oud.
Het produceren van endosporen komt veel voor in bacillus families.
De formatie van endosporen:
