4 - Prokaryota

• vznik asi před 3 mld. let
  • několik teorií vzniku
    1. naivní abiogeneze
       • z neživého vzniká živé
    2. kreační teorie
       • živé organismy byly vytvořeny vyšší entitou
       • teorie, kterou zastává např. katolická církev
    3. teorie panspermie
       • život na zemi byl přinesen z jiného vesmírného tělesa
       • pomocí komet se může život šířit vesmírem
• prokaryontní organismy jsou vývojově původní skupinou organismů
  • eukaryotní organismy se z nich vyvinuly
• jejich tělo je tvořeno prokaryotní buňkou
  • nepatrná velikost (asi 1–2 µm)
• veškeré životní pochody se dějí za membránou, která odděluje buňku od vnějšího okolí
• velmi rychlý metabolismus

Stavba

• plasmatická membrána a buněčná stěna na povrchu
  • tvořena fosfolipidovou dvouvrstvou
  • buněčná stěna s cytoplasmou
    • cytoplasma = polotekutá hmota
    • obsahuje 2 struktury
      1. nukleoid
         • plní funkci jádra
         • obklopen cytoplasmou
      2. ribozomy
         • vytváří bílkoviny
  • na povrchu se nachází bičík
• cytoplasma
  • látka, která vyplňuje vnitřní prostor buňky
  • tvořena především vodou, obsahuje organické a anorganické látky
    • kationty [sodné, vápenaté] a anionty [chloridové, hydrogenuhliči­tanové]
  • hustá struktura
  • nachází se zde také bílkoviny
    • také jako enzymy → mají vysokou specifičnost, jsou schopny katalyzovat pouze určitou věc
      • enzym + substrát → enzymsubstrát → enzym + produkt; enzym může do reakce vstoupit znova, není poškozen
  • chemické reakce jsou seřazeny do následných dějů, vznikají pouze meziprodukty, které jsou soubstrátem pro další rce
    • enzymatické dráhy = sled chemických reakcí, kdy dochází k přeměně látky od substrátu přes meziprodukty po výsledný produkt
  • součástí jsou i zásobní látky
    • glykogen (cukr, zdroj energie)
    • volutin (zdroj energie a fosfátů)
    • komplementy síry
  • metabolismus
    1. anabolické děje = skladné
    2. katabolické děje = rozkladné
    • mechanismus
      1. aerobní
         • za přístupu kyslíku
         • fotosyntéza: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
      2. anaerobní
         • bez přístupu kyslíku
         • méně účinné
  • jádro = nukleoid
    • tvořeno kruhovou DNA
    • uspořádána do smyček
    • na stavbě se nepodílí histony
    • je haploidní (1 chromozom)
  • bakterie se mouhou stát imunní proti antibiotikům
    • přizpůsobují se
    • doplňková informace se označuje jako plazmid
  • plazmid
    • úsek DNA, který se může v případě potřeby včlenit do chromozomu
  • ribozomy
    • organely sloužící k syntéze bílkovin
    • podobná stavba jako eukaryotické organismy, liší se sedimentačními konstantami podjednotek
    • pro průběh metabolismu je velké množství ribozomů výhodné
• cytoplasmatická membrána
  • je semipermeabilní = polopropustná
  • tvořena fosfolipidovou dvouvrstvou
  • vytváří na svém vnitřním povrchu váčky
    • mohou obsahovat enzymy
      • mezozómy, odbourávací funkce (odbourávání odpadních látek)
    • mohou obsahovat barvivo
• buněčná stěna
  • odolnost vůči nepříznivým vlivům
  • tvořena peptidoglykanem, podle dalších látek, které ji tvoří se dělí do dvou kategorií
    1. gram pozitivní (G⁺)
       • barvitelné
       • obsahují teikoové kyseliny
       • asi 2× tlustší buněčná stěna
    2. gram negativní (G^-)
       • nebarvitelné
       • asi 10nm tlustá buněčná stěna
• bakteriální pouzdro
  • ochrana před nepříznivými podmínkami
    • tvořeno bílkovinami nebo polysacharidy
  • bakterie tvořící pouzdro jsou virulentnější
    • virulence = schopnost způsobovat onemocnění
• fimbrie
  • výběžky sloužící k zachycení na hostitelské buňce
  • bez pohybové funkce
• bičíky
  • může být až 10× delší, než celá bakterie
  • uchycena uvnitř buňky prostřednictvím plotének kruhového tvaru
    • kruhové destičky se pohybují vůči sobě
  • rychlost 20–500 nm/sekundu
• bakterie mohou vytvářet klidová stádia = endospory
  • umožňují přežít nepříznivé podmínky
  • [Clostridium Botulinum, Bacillus antraxis]

Výživa bakterií

• pro metabolismus vyžadují vodu, uhlík, dusík
• metabolismus je rychlejší než u eukaryotních organismů
• energii získávají z různých zdrojů, podle toho se dělí
  1. chemotrofní
     • štěpením organických nebo anorganických látek
     1. chemolitotrofní
        • anorganické látky
     2. chemoorganotrofní
        • organické látky
  2. fototrofní
     • energie ze slunečního záření
     • např. fotosyntéza
     1. fotolitotrofní
        • anorganické látky
     2. fotoorganotrofní
        • organické látky
  1. aerobní
     • vyžadují pro metabolismus kyslík
     • obligátní aerobní organismy
       • musí mít přístup kyslíku
  2. anaerobní
     • nepotřebují kyslík
     • obligátně anaerobní organismy
       • kyslík je pro ně smrtelný
     • fakultativně anaerobní
       • kyslík může být přítomen
     • např. kvašení

Rozmnožování

• velmi krátký generační čas (20 až 30 minut)
• spočívá v replikaci DNA, poté probíhá příčné dělení
• sporulace
  • tvorba spor
  • spory jsou tvořeny zahuštěnou cytoplasmou obalenou několika obaly
    • zahuštěná cytoplasma zajišťuje vyšší odolnost
  • ve stádiu spory jsou schopny přežít i poměrně vysoké teploty
    • pro zabití je potřeba teplota 80˚C po dobu nejméně 20 minut
      • sterilizace
    • zvýšením tlaku se může doba urychlit
• prostředníctvím spor se šíří např. Clostridium a Bacillus

Dělení bakterií

• podle tvaru
  1. kulovitý – koky
     • streptokoky
       • řetízky vytvářené koky
     • diplokoky
       • dvojice koků
     • tetrakoky
       • čtveřice koků
     • stafylokoky
       • shluky koků
     • různé další modifikace (např. spojením)
  2. tyčinkovitý – bakterie
     • diplobakterie
     • streptobakterie
     • palisádové bakterie
  3. zakřivené bakterie
     • vibria (rohlíčkovitý tvar)
     • spirily (tvar vlnovky)
     • spirochety (šroubovitý tvar)
     • mykobakterie
• podle barvitelnosti
  1. nebarvitelné podle Grama (G^-)
     • Treponema pallidum
       • způsobuje syfilitidu
       • po několika fázích přechází do stádia progresivní paralýzy
         • v tomto stádiu není léčitelná
       • přenosná i na plod, dítě ji může zdědit (morfologické změ­ny)
     • Borelia recurretis
     • Neisseria meningitidis
       • způsobuje hnisavý zánět mozkových blan
     • Neisseria gonorhoeae
       • způsobuje kapavku (pohlavně přenosná choroba)
     • Escherichia coli
       • ve střevech
       • fakultativně anaerobní bakterie
       • pokud se dostane mimo tlusté střevo, může způsobovat např. průjmová onemocnění
     • Salmonela typhi abdomenalis
       • způsobuje břišní tyfus
     • Yersinia pestis
       • způsobuje mor
       • výskyt především v Indii
     • Vibrio cholerae
       • způsobuje choleru
       • přenáší se vodou
  2. barvitelné podle Grama (G⁺)
     • jsou virulentnější (odolnější vůči nepříznivým podmínkám)
     • Bacillus anthracis
       • způsobuje sněť slezinnou
       • byla užívána jako biologická zbraň při teroristických útocích
     • Clostridium botulinum
     • Clostridium tetani
       • způsobuje tetanus
       • v minulosti častá příčina úmrtí
       • způsobuje tetanické křeče, tělo je prohlé jako luk
       • očkování podáním oslabené bakterie
     • sinice
       • rozměr asi 10 µm
       • jsou schopny fotosyntézy
       • mohou vytvářet kolonie a struktury
       • nukleoplasma
         • část cytoplasmy, ve které se nachází nukleová kyselina
         • přibližně ve středu buňky sinic
       • chromatoplasma
         • nachází se zde fotosynteticky aktivní barvivo (Cholorofyl A, betakaroten, fykocyan, fykoerythrin)
       • jsou uzavřeny ve slizovém pouzdře, ve kterém drží buňky pohromadě
         • při rozdělení mohou buňky žít samostatně
       • v řetězci sinic se mouhou vyskytovat buňky vypadající jinak, než ostatní buňky v řetězci
         • heterocysty a akinety
         1. heterocysty
            • nepřímý význam pro všechny živé organismy na Zemi
            • oválné buňky, vyskytují se u některých vláknitých sinic [Nostoc]
            • obsahují enzymy, které jsou schopny fixovat vzdušný dusík
            • heterotrofní funkce pro sinice
         2. akinety
            • tvoří spory
              • rozmnožovací funkce a umožnění přežití nepříznivých podmínek
       • výskyt
         • nejčastěji ve vodě, kde jsou většinou nepohyblivé
         • při aktivním pohybu využívají slizovou stopu (svůj slizový obal)
       • způsobují „vodní květ“
         • přemnožení řas a sinic ve vodě
         • nebezpečný, protože sinice produkují toxiny, které mohou dráždit pokožku a citlivé sliznice (např. spojivky)
           • mohou způsobovat alergické reakce
       • některé sinice se podílí na vzniku travertinu
         • hornina
         • např. Pamukkale v Turecku
       • dělení
         1. Chroococcales
            • mikrocistis
         2. Chamaesiphonales
            • chamaesiphon
         3. Nostocales
            • nostoc
         4. Stigonematales
            • stigonema