Biologia bakterialnej bunky

Osnova prednášky z Genetiky mikroorganizmov (7)

Morfológia bunky baktérií. Genetický materiál v bunke baktérií

(chromozóm a plazmidy). Rozmnožovanie baktérií.

Vznik nových kombinácií a rekombinácií génov v bunkách baktérií.

GENOVA© 2005 Milan Bežo

Morfológia bunky baktérií


Bunka baktériíBunka bakterií je obalená

plazmatickou membránou a bunkovou stenou.Hlavná zložka bunkovej steny je peptidoglykan

(uhľovodíkový polymér priečne viazaný bielkovinami). Chromozóm (molekula dsDNA) a ostatné bunkové

organely nie sú chránené membránou.Ribozómy baktérií

sú rozptýlené v cytoplazmea ich sedimentačná konštanta je 70S.

Na povrchu bunky baktérií môžu byť brvy a bičíky.


Brvy

Plazmatickámembrána

Bunkovástena

ChromozómdsDNA

Ribozóm

PlazmidydsDNA

Bičík

Štruktúra bunky baktérií (Bacteria)Baktérie sú organizmy,

ktoré nemajú chromozóm chránený membránou.


1µm

Bunka baktérie Pseudomonas aeruginosa.Elektrónmikroskopický záber získaný po pokovení.Füller, H.: Buňka a život. Orbis : Praha. 1974. 337 s.


Baktéria Pseudomonas fluorescens.Postlethwait, J. H. - Hopson, J. L. - Veres, R. C..: Biology! Bringing science to life.

New York - McGraw-Hill. Inc., 1991, 614 s. ISBN 0-07-050631-0


1µm

Baktérie Proteus mirabilis.Elektrónmikroskopický záber získaný po pokovení.Füller, H.: Buňka a život. Orbis : Praha. 1974. 337 s.


Genetický materiál v bunke baktérií


Genetický materiál baktérií

Genetický materiál baktérií tvorí (-ria):(a) chromozóm (nukleoid),

(b) plazmidy.


Chromozóm baktérií

Chromozóm baktérií je molekula dsDNA.

Obsahuje hlavnú časť genetickej informácie bunky baktérie, asi 3 500 génov.


Chromozóm baktériíChromozóm(-my) baktérie tvorí (-ria):

Jedna kružnicová molekula dsDNA, (väčšina druhov baktérií).

Dve a viac kružnicových molekúl dsDNA. Napríklad Rhodobacter sphaeroides, Agrobacterium

tumefaciens, Brucella melitensis a iné druhy.Jedna lineárna molekula dsDNA. Napríklad Borrelia burgdorferi.

Jedna molekula dsDNAv rovnováhe lineárnej a kružnicovej formy.


Chromozóm

Pozdĺžny rez bunkou druhu Escherichia coli.Zväčšenie 75 000 x

Füller, H.: Buňka a život. Orbis : Praha. 1974. 337 s.


100 µm

Izolovaný kruhový chromozóm baktérie Escherichia coli.Hopson, J. L. - Wessels, N. K .: Essentials of Biology. New York - McGraw-Hill Publishing Company, 1990, 865 s. ISBN

0-07-557108-0


Lineárna molekula DNA baktérií

Konce lineárnej DNA v bunke baktérií (a) sú citlivé na štiepenie nukleázami v bunke,

(b) musia mať špeciálne mechanizmy DNA syntézy.Teloméry, konce

lineárnej molekuly dsDNA, sú (a) vlásenkové, (b) invertrónové.


Vlásenková teloméra lineárneho chromozómu baktérií

Palindromické vlásenkychránia dvojreťazcovú DNA

(chýbajú voľné konce) chromozómu baktérií pred enzymatickým štiepením.

Palindróm – usporiadanie prvkov s rovnakým významom čítania priamo a spätne.

OKOAAATTTTTTAAA


Invertrónová teloméra lineárneho chromozómu baktérií

Invertrónové telomérydvojreťazcovej DNA chromozómu baktérií sú pred enzymatickým štiepením chránené

naviazaním bielkovín na 5´–konce.

Bielkovina na 5´konci reťazca DNA

(TP bielkovina)


Replikácia DNA lineárnej molekulyv bunke baktérií

Invertrónové teloméry majú bielkoviny kovalentne viazané na 5´konce molekuly DNA

(5´-terminálne bielkoviny, v skratke TP).DNA polymeráza sa viaže na TP telomér

a katalyzuje kovalentné väzby medzi TP a deoxynukleozid trifosfátmi (dTNP).

DNTP naviazané na TP majú voľné 3´-OH skupiny, ktoré pôsobia ako prajmery (očká) pre

predlžovanie reťazca molekuly DNA.


Replikácia DNA lineárnej molekulyv bunke baktérií

Vlásenkové teloméry majú mnohonásobne opakujúce sa poradia nukleotidov

párujúce sa spolu do reťazca, kde sú replikované priebežne.


Plazmidy baktérií

Plazmid je molekula dsDNA, menšia v porovnaní s chromozómom, ktorá má doplnkovú nie nevyhnutnú genetickú informáciu pre baktériu.

Plazmid môže prechádzať z jednej

bunky baktérie do druhej.


DNA plazmidov baktérií

Molekula DNA plazmidov môže byť vo forme (a) kružnicovej,

(b) lineárnej. Niektoré druhy alebo kmene baktérií

(genus Streptomyces) majú kružnicové aj lineárne dsDNA plazmidy.

Plazmidy môžu byť voľne v bunke (neintegrovaný plazmid) alebo začlenené

do chromozómu baktérie (integrovaný plazmid).


PlazmidyChromozóm

Delenie bunky

Neintegrovaný plazmid v bunke baktérie.Plazmid sa množí spolu s replikáciou dsDNA chromozómu

pred delením bunky a samostatne, nezávisle na delení bunky.


Chromozóm s integrovaným

plazmidom(epizóm)

Deleniebunky

Chromozóm Plazmid

Integrovaný plazmid (epizóm) v bunke baktériePlazmid sa množí spolu s replikáciou dsDNAchromozómu baktérie pred delením bunky.


Plazmidy baktérií I

Plazmidy fertility, "F plazmidy". Gény tra (transfer genes)

plazmida fertility podporujú presun kópie plazmida pri konjugácii baktérie

z darcovskej bunky do bunky príjemcu. Plazmidy fertility nemajú žiadne iné funkcie,

okrem podporovania konjugatívnehoprenosu kópie plazmida.

Napríklad F plazmid baktérie Escherichia coli.


F- bunka. Bunka bez F plazmida.Bunka príjemcu.

F+ bunka. Bunka s F plazmidom.Bunka darcu.

Hfr bunka (high frequency of recombination).

F plazmid je spojený s linearizovaným chromozómom.

F plazmidy v bunke baktérií.Hfr bunky majú vysokú početnosť rekombinácií.


Chromozóm F plazmid+b

c

a

d

b

c

a

d b

c

a

d

b

c

a

db

c

a

d

Hfr kmeň II.Hfr kmeň I.

Mechanizmus vzniku Hfr kmeňov baktérií.GENOVA© 2005 Milan Bežo

Plazmidy baktérií II

Plazmidy odolnosti (rezistencie), "R plazmidy". Plazmidy s génmi,

ktoré zabezpečujú hostiteľskej bunke baktérie odolnosť voči jednému

alebo viacerým antibakteriálnymfaktorom, tak ako sú antibiotiká

(ampicilín, penicilín, a iné) a meď. Napríklad plazmid RP4 baktérie Pseudomonas

a iných druhov baktérií.


Gén odolnosti vočiampicilínu (AmpR)

Gén odolnosti vočitetracyklínu (TetR)

Plazmid pBR322

R plazmidy v bunke baktériíPlazmidy odolnosti (rezistencie)

baktérií voči antibiotikám.


Plazmidy baktérií III

Plazmidy pre kolicíny, "Col plazmidy". Plazmidy s génmi, ktoré kódujú

bielkoviny kolicínys toxickým účinkom na iné baktérie.

Napríklad plazmid ColE1baktérie Escherichia coli.


Plazmidy baktérií IV

Plazmidy degradatívne "Deg plazmidy". Plazmidy, ktoré umožňujú hostiteľkým baktériám

metabolicky využívať neobvyklé molekuly, ako sú toluén a kyselina salycilová. Napríklad plazmid TOL baktérie

Pseudomonas putida.


Plazmidy baktérií V

Plazmidy infekčné, "Ti plazmidy". Zabezpečujú infekčnosť hostiteľskej baktérie

na inom organizme. Napríklad Ti plazmidy

(nádory tvoriace – Tumor indikujúce)baktérie Agrobacterium tumefaciens,

podmieňujú tvorbu nádorov na dvojklíčnolistových rastlinách.


Agrobacterium tumefaciens

Rastlina s nádorom(tumor)

Chromozóm

Ti plazmids T–DNA

Plazmid infekčný – Ti plazmidTi plazmidy majú T –DNA (transformačnú DNA),

ktorá zodpovedá za vznik nádorov, syntézu opínov (látok potrebných pre baktérie)

a potlačenie diferenciácie buniek rastliny.


Rozmnožovanie baktérií


Spôsoby rozmnožovania baktérií

Baktérie sa rozmnožujúDelením.

Priame, priečne delenie bunky.Pučaním.

Vytvorenie novej bunky na povrchu bunky.Spórami.

Vytvorenie dehydratovaného útvaru spóry. Spóry umožňujú baktériám prekonať nepriaznivé

podmienky výživy.


Rozmnožovanie baktérií delenímDelenie buniek baktérií je priame.

Zdvojí sa chromozóm a bunka sa priečne rozdelí.Zdvojenie chromozómu syntézou DNA.

DNA je enzymaticky naštiepená a 5´koncom pripojená k plazmatickej membráne. Na rozvinutých reťazcoch

sa syntetizujú komplementárne reťazce. Konce sa spoja do kružnicovej dsDNA.

Rast povrchových štruktúr bunky oddelí chromozómy.Rozdelenie bunky.

Bunková priehradka rozdelí bunku na dve samostatné bunky.


Chromozóm (DNA)

Bunka s chromozómom

Rozostupovanie chromozómovpo ich zdvojení

Dve nové bunkyRast bunkovej membrány

Delenie bunky baktérieGENOVA© 2005 Milan Bežo

Chromozóm,molekula DNA

Zdvojenie chromozómu

syntézou DNA

Vytvorenie priehradky

z plazmatickej membrány

a bunkovej steny

Rozmnožovanie baktérií delením bunky.

Vznik dvoch nových buniek baktérie.Delenie trvá 20´.


Rozmnožovanie baktérií pučanímVytvorenie novej bunky na povrchu bunky.Nová bunka má vlastnú (novú) bunkovú stenu.

Nová bunka je vždy menšia ako pôvodná. Získava chromozóm po jeho zdvojení od pôvodnej bunky a postupne dorastá do pôvodnej veľkosti.

Dve samostatné bunky

Bunka baktérie s chromozómom

Pučanie bunky

Pučanie baktérií.

Rozmnožovanie baktérií spóramiSpóra baktérií je extrémne odolná forma tvorená

bunkou (rody Bacillus, Clostridium)v podmienkach nedostatočnej výživy.

Spóry prežívajú vo vriacej vode pri 100 0C, pôsobení UV žiarenia, nebezpečných chemikálií

a dlhotrvajúcom suchu.Spóry sú životaschopné

aj po niekoľkých sto rokoch.Veľkosť, tvar a poloha spóry v bunke

sú geneticky podmienené.


Endospóra baktérií. Spóra vytvorená vo vnútri bunky baktérie.

Endospóra

ObalDNA

Bunka baktérie s chromozómom


Cytoplazma Stena spóry Spóra

Spóra baktérie (endospóra).Postlethwait, J. H. - Hopson, J. L. - Veres, R. C..: Biology! Bringing science to life. New York - McGraw-Hill. Inc.,

1991, 614 s. ISBN 0-07-050631-0


Vznik nových kombinácií a rekombinácií génov

v bunkách baktérií


Vznik nových kombinácií génov v bunke baktérií

1. Priamym kontaktom buniek baktérií, konjugácia baktérií (sexuálny proces).

2. Bez priemeho kontaktu buniek baktérií.2.1 Transdukciou,

alebo prenosom časti chromozomálnej alebo plazmidovej DNA pomocou vírusov.

2.2 Transformáciou, voľným vniknutím samostatnej DNA chromozómu

alebo plazmida do bunky príjemcu.


Konjugácia baktérií

F plazmid kóduje tvorbu bŕv, ktoré zabezpečujú kontakt bunky darcu a príjemcu.

Pri kontakte buniek vzniká konjugačný mostík, ktorým je pretlačený nasyntetizovaný reťazec

ssDNA do bunky príjemcu.Po premene ssDNA na dsDNA

je kópia F plazmida v hostiteľskej bunke.Bunka s F plazmidom môže okamžite konjugovať

s bunkou bez F plazmida.


Bunkydarcu (F+) príjemcu (F-)

Konjugatívny plazmid

Pri konjugácii buniek baktérií je kópia F plazmida pretlačená z bunky darcu (F+)

do bunky príjemcu (F-) cez konjugačný mostík.

Konjugačný mostík

F+ F+


Konjugácia baktérií.http://tidepool.st.usm.edu/crswr/bactconjug.html (2004–03–23)


Rekombinácie génov v bunke baktériíF plazmid sa môže začleniť do chromozómu

hostiteľskej bunky, linearizovať chromozóm a prelačiť chromozóm cez konjugačný mostík

do bunky príjemcu. Prenos celého chromozómu Escherichia coli

trvá 90 minút. Väčšinou sa bunky mechanicky oddelia skôr ako sa uskutoční presun celého chromozómu.

Medzi homologickými úsekmi chromozómov baktérií sa rekombináciou vymieňajú gény.


F plazmidChromozóm Bunka darcu F+

Bunka príjemcu F-

Pretlačenie chromozómu integrovaným F plazmidom pri konjugácii baktérií.

Výmena genetického materiálu pri priamom kontakte buniek baktérií.


Thr Leu Lac

Thr Leu Lac

F-

Hfr +

+++---

++PôvodnéThr+ Leu+ Lac+

RekombinovanéThr- Leu+ Lac+

aleboThr+ Leu- Lac-

PôvodnéThr- Leu- Lac-

Možnosť rekombinácie génov (alely + a -) pri konjugácii baktérií.

Thr – gén pre syntézu aminokyseliny treonín. Leu – gén pre syntézu aminokyseliny leucín. Lac – gén pre enzým štiepenia laktózy.

+ alela génu ”norma” (funkčný gén). – alela mutantná(gén nie je funkčný, produkt génu nezabezpečuje syntézu).


Chromozóm

Vírus

Bunka baktéries cudzorodou

DNA

Transdukcia baktérií.Prenos časti chromozómálnej alebo

plazmidovej DNA medzi bunkami baktérií pomocou vírusov.


ChromozómVoľná DNA

Bunka baktéries cudzorodou

DNA

Transformácia baktérií.Voľné vniknutie časti chromozómálnej

alebo plazmidovej DNA do bunky baktérie.


Date post:	13-Nov-2023
Category:	Documents
Upload:	independent
View:	1 times
Download:	0 times

Biologia bakterialnej bunky

Documents