1.1. Het verschil tussen prokaryote en eukaryote cellen
De Fylogenetische verwantschap tussen micro-organismen, kan bepaald worden door vergelijkende
RNA-analyse. Hieruit is gebleken dat er 3 verschillende cellulaire groepen kunnen gedefinieerd
worden: de BACTERIA en de ARCHAEA die beiden een prokaryote celstructuur hebben, en de
EUKARYA die een eukaryote celstructuur hebben. De Eukarya groepen vertegenwoordigen alle
eukaryote cellulaire vormen van het leven (planten, dieren, fungi en eukaryote protista). De 3
fylogenetische groepen worden verondersteld afkomstig te zijn van een gemeenschappelijke
universele voorvader, vroeger in de ontwikkeling van het leven op aarde (zie figuur 1).
prokaryote cellen vs. eukaryote cellen
niet gecompartimentaliseerd - gecompartimentaliseerd
geen nucleaire membranen - wel nucleaire membranen
geen mitochondriën - wel mitochondriën
geen endoplasmatisch reticulum - wel endoplasmatisch reticulum
geen golgi-apparaat of lysozomen - wel golgi-apparaat of lysozomen
geen mitotisch delende chromosomen (wel circulaire dsDNA) - wel mitotische celdelingen
ribosomen zijn 70S (30S + 50S) groot - ribosomen zijn 80S (40S + 60S) groot
membranen zonder sterolen - membranen wel sterolen
https://www.youtube.com/watch?v=bTRfBVQLC1o
1.2. Het verschil tussen gram-negatieve en gram-positieve bacterien
Het verschil tussen gramnegatieve en grampositieve bacteriën wordt veroorzaakt door een verschil
in de structuur van de celwand:
De celwand van bacteriën bevatten peptidoglycaan (ook mureïne of mucopeptide genoemd). Deze
mureïne bevat een speciale suiker die nergens anders in de natuur wordt aangetroffen.
Grampositieve bacteriën hebben een dikke peptidoglycaanlaag.
Gramnegatieve cellen hebben buiten het cytoplasmamembraan een heel dunne peptidoglycaanlaag.
Buiten de dunne laag peptidoglycaan zit nog een tweede membraan. Dat buitenmembraan bevat
lipopolysacchariden (kortweg LPS), die de cel een extra bescherming bieden. Dit lipopolysacharide-
bestaat uit 2 belangrijke delen:
- het kernlipopolysacharide zit verankerd in het buitenmembraan
- het O-lipopolysacharide is een soort staartje die naar buiten steekt
Gram kleuring
Even heel simpel gezegd: bij een gram-kleuring behouden Grampositieve bacteriën de paarse kleur
omdat ze een dikke peptidoglycaanlaag hebben die ondoordringbaar is voor alcohol, waardoor de
,alcohol de kleurstof niet kan wegspoelen. Gramnegatieve bacteriën verliezen de paarse kleur wel bij
het spoelen met alcohol.
1.3. Het verschil tussen mitose en binaire splitsing
Binary fission is an asexual method of reproduction commonly found in prokaryotic organisms. In the
process of binary fission, the organism duplicates its DNA and splits into two parts, each part
receiving one copy of the DNA. Some organisms, such as tapeworms, use fission to continuously
extend their bodies to grow larger and longer.
Binary fission uses a simple bipolar filament to segregate newly created DNA to opposite sides of the
prokaryotic cell. In prokaryotes, new cell membranes and cell walls grow at a contracting ring
midway between the poles and pinch in to create two cells.
Mitosis entails two main processes that occur over a couple of stages. The first process is the
alignment of the chromosomes, which is required for an orderly division. Mitosis involves a complex
spindle structure to separate the daughter nuclei structures. The second process is the separation of
the daughter cells from each other. In eukaryotic animals, a cleavage furrow forms and pinches the
cell membrane in half. In eukaryotic plants, a cell plate develops which becomes a new cell wall and
divides the cell.
1.4. Het verschil tussen aerobe en anaerobe ademhaling
Ademhaling is het dissimilatieproces in de cel waarbij organische stoffen volledig worden omgezet
(geoxideerd) met als doel de vorming van ATP, nodig voor transport, beweging en groei (assimilatie).
Een sleutelmolecuul is glucose. Hieronder de ademhaling van glucose waarbij het omgezet wordt
CO2 en H2O met als resultaat de vorming van veel (38) ATP.
De ademhaling is bij planten en dieren een aeroob proces maar veel bacteriën hebben een anaerobe
ademhaling. In beide gevallen zijn de eerste stappen gelijk, het verschil zit helemaal aan het eind van
het proces waarbij de zuurstof (laatste elektronenacceptor) in het aerobe proces bij de aerobe
ademhaling is vervangen door een andere stof met dezelfde functie in de anaerobe ademhaling.
Het begin is de glycolyse, daarna de citroenzuurcyclus en dan de elektronen transportketen.
Hieronder de glycolyse en de citroenzuurcyclus: Wat levert het op?
Glycolyse: 4 NADH en 2 ATP.
Citroenzuurcyclus: 3 NADH, 1 FADH, 1 ATP. Dit moet je verdubbelen: per glucose gaan 2 pyruvaat (na
ombouw tot acetyl-CoA) de citroenzuurcyclus in: 6 NADH, 2 FADH, 2 ATP .
In totaal ontstaat er dus 10 NADH en 2 FADH en 4 ATP.
Hoe komen we nu aan de beloofde 38 ATP?
Hiervoor gebruiken we de ademhalingsketen. In deze keten worden de 10 NADH en 2 FADH gebruikt
om nog meer ATP te genereren. Dit gebeurt stapsgewijs in grote eiwitmoleculen in de celmembraan
(bij bacteriën). Deze eiwitten vormen samen het elektronentransportsysteem.
,Het ATP wordt uiteindelijk gevormd door middel van een ander enzym in de membraan, het ATP
synthase, afgekort ATP-ase. In de ademhalingsketen kan er drie ATP gevormd worden uit NADH. Uit
FADH kan 2 ATP gewonnen worden.
Eindresultaat: 38 ATP
Bij de aerobe ademhaling is er zuurstof nodig om de ademhaling af te maken. Zuurstof vormt dan
het eindstation van de ademhalingsketen.
Sommige micro-organismen hebben een anaërobe ademhaling. Dat wil zeggen dat ze over een
ademhalingsketen beschikken maar de ademhaling zonder zuurstof uitvoeren: er wordt geen
zuurstof gebruikt als laatste stof, maar een andere stof zoals nitraat of sulfaat.
Nitraatademhaling
Deze anaërobe ademhaling waarbij nitraat zuurstof "vervangt") komt onder ander voor bij alle
enterobacteriën en veel Bacillussoorten. Het betreft hier micro-organismen die facultatief anaëroob
zijn. Is er zuurstof dan hebben ze een aërobe ademhaling, is de zuurstof er niet (meer) dan schakelen
ze over op de anaërobe ademhaling mits er nitraat aanwezig is. Obligaat anaërobe bacterien gaan
dood als ze met zuurstof in aanraking komen. Aerotolerante anaërobe bacterien kunnen een klein
beetje zuurstof verdragen, maar kunnen geen aerobe ademhaling uitvoeren.
Dit nitraat wordt omgezet tot nitriet en dit nitriet kan weer verder omgezet worden tot stikstofgas.
Dit proces wordt denitrificatie genoemd en vindt plaats bij de waterzuivering (gunstig) en in de
bodem (verlies aan nitraat=plantenvoeding). Deze bacteriën zijn van groot belang voor de
stikstofkringloop.
De sulfaatademhaling
De sulfaatademhaling vindt uitsluitend plaats bij anaërobe bacteriën. Voorbeelden hiervan zijn
Desulfovibrio en Desulfotomaculum. Vaak kunnen ze lage concentraties zuurstof wel verdragen
(aerotolerant) maar dan kunnen ze niet groeien.
Sulfaat, thiosulfaat of sulfiet worden omgezet tot H2S of een sulfide. Dit stinkt naar rotte eieren. Dit
proces vindt o.a. plaats in de darmen, vandaar dat scheten zo kunnen stinken. Als energiebron
gebruiken deze bacteriën de gistingsproducten van andere bacteriën, zoal melkzuur, azijnzuur en
ethanol.
1.5. Wat is gisting of fermentatie?
Gisting is het winnen van energie uit organische stoffen waarbij er geen ademhalingsketen wordt
gebruikt (zoals bij de aerobe en de anaerobe ademhaling wel het geval is). Dit levert veel minder
energie op. Gisting begint ook met de glycolyse (omzetting van suiker naar pyrodruivenzuur). Daarna
wordt het pyrodruivenzuur direct (en zonder zuurstof) omgezet in melkzuur, alcohol of andere zuren.
Gisting levert slechts 2 ATP op.
, 1.6. Wat zijn commensalen en wat zijn pathogenen?
Commensalisme is een vorm van symbiose (intieme samenleving) tussen 2 organismen waarbij het
ene organisme voordeel heeft en het andere niet beïnvloed wordt (dus geen voordeel maar ook
geen nadeel). Andere vormen van symbiose zijn parasitisme (1 partner heeft voordeel, de andere
nadeel) en mutualisme (beide partners hebben voordeel). Commensale bacteriën zijn bijvoorbeeld
bacteriën die op onze huid leven. Wij hebben er geen last van, maar halen er ook niet echt voordeel
uit. De bacterie vindt echter voldoende afvalstoffen en leeft bij een vrijwel constante temperatuur.
Zij halen er dus duidelijk wel voordeel uit. Ook sommige bacteriën die in onze dikke darm leven zijn
commensale bacteriën.
Het is niet altijd duidelijk is waarom sommige bacteriën ziekteverwekkend (pathogeen/parasitair) zijn
en anderen commensaal of zelfs mutualistisch. Een bacterie van een bepaalde soort kan onder
sommige omstandigheden (bvb een verzwakt immuunsysteem) veranderen van een commensaal
naar pathogeen organisme (een opportunistische pathogeen).
Het nut van de commensalen ligt enerzijds in het feit dat ze ons afweersysteem voortdurend
stimuleren en onze immuniteit opbouwen. Ons afweersysteem tolereert de aanwezigheid van
bepaalde commensalen, maar zorgt er ook voor dat de commensalen niet binnendringen in de
weefsels waar ze infecties kunnen veroorzaken.
Anderzijds ligt het nut van commensalen in het feit dat ze zorgen voor kolonisatie resistentie: de
beschikbare plaatsen op ons lichaam bezetten zodat ongewenste nieuwkomers (pathogenen)
waartegen we ons minder vlot kunnen verdedigen minder kans krijgen om zich te vestigen.
Pathogenen of ziektekiemen zijn micro-organismen die bij besmetting van een gastheer meestal
schade of hinder kunnen veroorzaken. Ze worden hoofdzakelijk overgebracht door rechtstreeks of
onrechtstreeks contact met zieken, met herstellenden of met genezen kiemdragers.
De graad van kwaadaardigheid of pathogeniciteit noemt men virulentie. De virulentiefactoren die
de schade veroorzaken kunnen giftige stoffen zijn die op afstand werken, of factoren die lokaal cellen
en weefsels vernietigen, of het vermogen om snel door te dringen in de weefsels en om tijdelijk te
ontsnappen aan de afweermechanismen van de gastheer.
