Odżywianie i oddychanie prokariontów.

W czasie formowania się pierwszych prokariontów pod dostatkiem było zw. organicznych a brak wolnego tlenu, dlatego przypuszcza się, że były one cudzożywnymi anaerobami (oddychały beztlenowo = fermentacja). Potem w miarę ubywania pożywienia niektóre organizmy zaczęły same syntetyzować zw. organiczne ze zw. nieorganicznych. W wyniku tego procesu uwalniał się wolny tlen O2, który prawdopodobnie zmienił skład atmosfery i następnie umożliwił oddychanie tlenowe kolejnym pokoleniom.

Odżywianie się

heterotroficzne (cudzożywne):
a) bezpośrednie wchłanianie zw. org. przez ścianę i błonę komórkową,
b) związki zbyt duże rozkładane przez enzymy wydzielane na zewnątrz komórki,
autotroficzne (samożywne):
c) chemosynteza - bakterie nitryfikacyjne, siarkowe, żelazowe i in.
d) fotosynteza

Równanie fotosyntezy:

6 cząsteczek dwutlenku węgla + 6 cząsteczek wody --> przy obecności chlorofilu i światła --> cząsteczka glukozy + 6 cząsteczek tlenu

Barwnik charakterystyczny dla bakterii to bakteriochlorofil, który przetrwał u niektórych organizmów do dziś, np. bakterie purpurowe. Sinice natomiast posiadły barwnik nowszej generacji - chlorofil a, który zapewniał większą wydajność procesu fotosyntezy.

Bakterie nitryfikacyjne i reszta chemoautotrofów pozyskują energię potrzebną do syntezy zw. org. z egzoenergetycznych reakcji chemicznych w przeciwieństwie do np. fotoautotrofów, które pozyskują tą energię ze Słońca. Nie należy automatycznie kojarzyć ich z wiązaniem wolnego azotu!
Nitrosomonas - utlenia amoniak NH3 do soli kwasu azotowego (III),
Nitrobacter - utlenia sole kw. azotowego (III) do soli kw. azotowego (V),


Oddychanie

Tlenowe = aerobowe
Beztlenowe = anaerobowe

Fermentacja = oddychanie beztlenowe, produktem jest alkohol, kwas mlekowy octowy lub inne. Jest mało wydajna, ponieważ pozyskuje się z niej kilkakrotnie mniej energii niż z utleniania zw. organicznych (oddychania tlenowego). Fermentacja zachodzi na całej powierzchni cytoplazmy.

Glukoza rozpada się na dwutlenek węgla i etanol.

Oddychanie tlenowe zachodzi przypuszczalnie w mezosomach a końcowe etapy bezpośrednio na błonie komórkowej. Jest to wydajny proces, dlatego większość bakterii obecnie to aeroby.

Wirusy - na krawędzi życia i śmierci.

Wirusy to niebezpieczne czynniki chorobotwórcze, które zwykle składają się tylko z białka i kwasu nukleinowego. Taka pojedyncza jednostka jest nazywana wirionem. Ich pochodzenie nie jest do tej pory jednoznacznie wyjaśnione, ale istnieje wiele teorii.

 Te fascynujące twory na pewno nie są zwyczajnym elementem natury. Bowiem to czy są żywymi organizmami czy też nie, zależy od tego jak definiujemy życie... Nie rosną, nie poruszają się o własnych siłach, zbudowane są z kilku związków, nie odżywiają się, nie rozmnażają, nie 'żyją' wg naszego tradycyjnego pojęcia. Po prostu trwają w przestrzeni...ale kiedy natrafią na odpowiedni grunt: bakterię/zwierzę/roślinę przystępują do ataku! Przenikają do komórek gospodarza i przejmują w nim dowodzenie - dzięki czemu są tam zdolne do namnażania (nie mylić z rozmnażaniem!).

 Pomimo tych nieco 'statycznych' cech wirusów, wykazują zmienność pokoleniową... I to jaką! Najlepszym przykładem na to jest wirus grypy, który potrafi się mutować co roku. Jest to niekończąca się zabawa w 'kotka i myszkę', ponieważ wraz z nowymi szczepionkami przeżywać będą wirusy przypadkowo odporne na nie, co skutkować będzie kolejnym pokoleniem nowej generacji danego wirusa i potrzebą kolejnej wersji szczepionki.

Czy wirusy żyją?

Argumenty ZA:

• podlegają prawom ewolucji - wykazują zmienność pokoleniową,
• są zdolne do powielania (namnażania, ale tylko w organizmie gospodarza),
•  posiadają własny materiał genetyczny,
• zbudowane są z białek i kwasów nukleinowych,

Argumenty PRZECIW:

• brak wzrostu,
• brak rozmnażania,
• brak budowy komórkowej,
• brak metabolizmu,
 

 

Wielkość i podział wirusów

Wielkość wirusów: kilkadziesiąt do kilkuset nanometrów (nm). Zwykle są niewidoczne pod mikroskopem optycznym i około 1000 razy mniejsze niż przeciętna bakteria.

Wirus grypy

Podział wirusów wg materiału genetycznego:

• wirusy RNA - posiadają kwas rybonukleinowy, jedno- lub dwuniciowy (rzadziej),
• wirusy DNA - posiadają kwas deoksyrybonukleinowy, jedno-(rzadziej) lub dwuniciowy,

Podział wirusów wg rodzaju gospodarza:

• bakteriofagi/fagi - wirusy atakujące tylko bakterie, najczęściej są to wirusy DNA. Uszkadzają samodzielnie ścianę komórkową bakterii, wstrzykują materiał genetyczny do jej środka a kapsyd zostaje na zewnątrz. Są dość wyspecjalizowane - tzn. jeden typ wirusa atakuje zawsze konkretny gatunek bakterii.
• roślinne - wirusy atakujące rośliny, są to tylko wirusy RNA. Nie potrafią przebić się przez ścianę komórkową rośliny, ale czekają aż zrobi to za nich ktoś inny - żerujące owady, zwierzęta lub mechaniczne otarcia innego pochodzenia. Infekcja objawia się przebarwieniem, usychaniem, naroślami lub nieprawidłowym wzrostem etc.
• zwierzęce - wirusy atakujące zwierzęta i ludzie, są to wirusy DNA lub RNA. Do komórki gospodarza wnikają w całości. Bywają bardzo wyspecjalizowane - tzn. jeden typ wirusa atakuje nie tylko konkretny gatunek zwierzęcia, ale również jego konkretny organ.

Podział wirusów wg kształtu wirionu:

• bryłowe - symetria kubiczna,
• spiralne - symetria helikalna,
• bryłowo-spiralne  - symetria złożona,

Sposoby przenoszenia wirusów:

• drogą powietrzną,
• drogą kropelkową,
• drogą fekalno-oralną,
• drogą płciową,
• poprzez tzw. wektory (organizmy żywiące się krwią lub sokami roślinnymi) lub bezpośredni kontakt krwi/soków roślinnych,

Budowa wirionu

Tak jak wspomniałam, wirus ma bardzo prostą budowę i poza organizmem gospodarza nie wykazuje żadnych cech organizmu.

Elementy:

• materiał genetyczny - kwas nukleinowy: deoksyrybonukleinowy DNA lub rybonukleinowy RNA, jedno- lub dwuniciowy, zamknięty w kapsydzie; przechowuje informacje genetyczne wirusa,
• kapsyd - białkowa otoczka, która otacza wnętrze; nadaje kształt wirionowi i go ochrania,
• wyjątkowo: dodatkowa lipidowa osłonka, białka, glikoproteiny i inne związki; zwykle służą dodatkowej ochronie,

kapsyd + kwas nukleinowy = nukleokapsyd


Infekcja - cykl lityczny i lizogeniczny

Etapy infekcji:

1. Adsorpcja - przyczepienie wirusa do powierzchni atakowanej komórki. To czy wirus potrafi przyczepić się do konkretnej komórki określa jego stopień wyspecjalizowania - czy wirus ten atakuje dany narząd, gatunek, królestwo etc.
2. Penetracja - wejście wirusa do wnętrza komórki. Odbywa się to na zasadzie endocytozy, przenikania przez błonę komórkową lub w przypadku istnienia bariery tj. ściana komórkowa (np. celulozowa w kom. roślinnych lub chitynowa u grzybów) wirus uszkadza ją. Bakteriofagi robią kanalik w ścianie komórkowej bakterii i wstrzykują materiał genetyczny do jej środka a pusty kapsyd pozostaje na zewnątrz.
3. Replikacja - podrzucony kwas nukleinowy stanowi instrukcję do produkcji elementów składowych wirusa, dlatego zaburza pracę komórki zaatakowanej. Komórka zaczyna nieświadomie produkować komponenty nowych wirionów - wirusowe kwasy nukleinowe i białka kapsydu.
4. Składanie - komponenty samorzutnie składają się w nowe wiriony, sytuacja jest dramatyczna. Zastęp nowych wirusów jest gotowy do działania i infekowania kolejnych komórek.
5. Uwolnienie
   a) cykl lityczny
b) cykl lizogeniczny

Ad. a) Cykl lityczny
Komórka w wyniku wyniszczenia lub poprzez enzymy kodowane przez materiał genetyczny wirusów ulega rozerwaniu = śmierci (lizie). Wirusy zostają uwolnione na zewnątrz.

 Ad. b) Cykl lizogeniczny
Komórka przetrwa, ale materiał gen. wirusa zostaje włączony do materiału komórki gospodarza i wirus pozostaje w uśpieniu, niekiedy do czasu nastania sprzyjających warunków np. osłabienie gospodarza, promieniowanie, temperatura. Popularnym przykładem jest wirus opryszczki. Niekiedy wirusy przyczyniają się do powstania nowotworu poprzez przekształcenie się i nabranie cech nowotworowych komórki gospodarza.

 Wirusy charakteryzują się dużą zmiennością form, która wynika z procesów replikacji i składania, bowiem obfitują one w drobne błędy i zmiany. Natomiast prędkość z jaką przebiega cały cykl szybko weryfikuje przydatność owych modyfikacji i prowadzi do eliminowania tych osłabiających a zarazem faworyzowaniu tych wzmacniających.

Procaryota. Budowa komórki prokariotycznej.

Przedstawiam Wam bakterie - najprostsze znane organizmy żywe (wirusy nie są powszechnie uznane za organizmy żywe). "Pojawiły się" na Ziemi ok. 3,5 mld lat temu a teorie ich pochodzenia nazywamy biogenezą. Wówczas warunki na Ziemi były zupełnie inne: odmienny układ kontynentów, brak fauny i związanych z nią oddziaływań, inny skład atmosfery (brak wolnego tlenu!). Nie posiadały jądra komórkowego, najprawdopodobniej odżywiały się cudzożywnie i oddychały beztlenowo.

Są przedstawicielami Procaryota - królestwa Bezjądrowych.

Pro (przed) + karyon (jądro) = procaryota

Systematyka Procaryota:
- archeony (archeany),
- eubakterie (bakterie właściwe): sinice, promieniowce, krętki, proteobakterie,



BUDOWA bakterii
Pewnie jeszcze teraz nie docenisz jak prostą budowę mają bakterie. Pomiędzy poszczególnymi gatunkami organizmów mogą występować różnice i odstępstwa od reguł. Poznajcie ich organella na przykładzie sinicy - bakterii samożywnej, oddychającej tlenowo.

SINICA - autotrof (samożywna):

 - Często mają śluzową otoczkę, która chroni ich      przed wysychaniem, wchłonięciem lub także przed  białymi krwinkami gospodarza (b.chorobotwórcze).

- Jeśli ściana komórkowa jest cienka, wytwarzane są
 2 warstwy błony komórkowej - wewnętrzna i    zewnętrzna. Białkowo-lipidowa.

- Ściana komórkowa jest sztywna, zbudowana z  mureiny. Jej grubość określa przynależność do grupy Gram-ujemnych lub Gram-dodatnich.

- Tylakoidy [chromatofory] to duże, wewnętrzne, pofałdowane błony, które zawierają barwniki. U sinic występuje chlorofil a, fikoerytryna i fikocyjanina co daje charakterystyczny siny kolor. Barwniki uczestniczą w fotosyntezie.

- Plazmidy to koliste, malutkie nici DNA zawierające np.informację o odporności na antybiotyk.

  (Ciekawostka: Bakterie po pewnym czasie potrafią się uodpornić na dany lek antybiotyk. Natomiast długotrwałe leczenie z kolei może zachwiać równowagę między grzybami a bakteriami w org. Dlatego po leczeniu antybiotykami można mieć problemy np. z grzybicą.)

- Genofor to koliście zwinięta nić materiału genetycznego DNA lub RNA. Genofor to nazwa, której używa się w kontekście funkcji chromosomu. Nukleoid jest to mniej więcej to samo, ale w kontekście funkcji jądra.

- Ziarna materiału zapasowego takie jak glikogen (charakterystyczny dla zwierząt), wolutyna,
  skrobia sinicowa (u sinic, podobna do glikogenu).

- Rybosomy zajmują się syntezą (składaniem) białek. W kom. prokariotycznych są mniejsze niż u eukariotów.


Proteobakteria - heterotrof (cudzożywna) :

- Mezosomy to małe pofałdowania błony  komórkowej. Prawdopodobnie tam zachodzi  oddychanie wewnątrzkomórkowe oraz są miejscem  przyczepu genoforu.
- Rzęska zbudowana z flageliny (podobnej do miozyny budującej mięśnie) pozwala na czynne poruszanie się.Jest pusta w środku i porusza się ruchem wirowym.

Czasem bakterie posiadają tzw. kapsuły bezpieczeństwa czyli endospory. Są to przetrwalniki odporne na działanie wielu środków chem., wahania temperatur, czas, wysychanie...itd. Potrafią przeczekać, aż warunki zmienią się na bardziej korzystne (np. osłabienie gospodarza) i się całkowicie odbudować. Życie utajone jest nazwane anabiozą.
Mogą one być rozmieszczone regularnie (laseczki), nieregularnie (maczugowce) lub nie być ich wcale (pałeczki).

Warto też zwrócić uwagę na podobne do rzęsek twory - fimbrie. Są innej budowy i mają inne funkcje niż rzęski. Fimbrie to delikatne rurki służące do przytwierdzania się do podłoża. Specjalny typ - pile płciowe uczestniczą natomiast w procesie płciowym bakterii - koniugacji.

Bakterie heterotroficzne dzielą się na pasożyty i saprofity.
Pasożyty - wiadomo, wykorzystują gospodarza i są to bakterie chorobotwórcze. Pobierają związki organiczne z żywego organizmu. Natomiast saprofity pobierają takie związki z materii martwej. Są to np. bakterie mlekowe, które powodują zsiadanie mleka.