Samenvatting Microbiële Fysiologie
Hoofdstuk 3 – Cell structure and function
Processen van het leven:
• Groei: levende dingen groeien in grootte
• Vermenigvuldiging: Vergroten in aantal, produceren meer organismen
• Reactievermogen: reageren op omgeving, veranderen zichzelf
• Metabolisme: voedingsstoffen opnemen, gebruiken voor chemische reacties in cel
(voor energie en groei), reproductie. Opslag energie in ATP.
Verschil met virussen:
- Virussen groeien niet
- Host cells replicate virus
- Reactie to host cell seen in some virusses
- Virus use host cell’s metabolism
- Virus lack cytoplasmic membrane or cellular structure
Prokaryoot
- Bacteriën en archaea
- Read their DNA genetic code and make proteins
- Heeft geen membraan om DNA heen zitten
- Heeft geen celkern
- Ongeveer 1 micrometer of kleiner
- Simpele structuur (Vb. E.coli)
Eukaryoot
- Heeft membraan om het DNA (= nuclear envelop) vormt nucleus/kern!
- Hebben organellen (in intern membraan), zoals Golgi-apparaat.
- Large and more complex than prokaryoot
- 10-100 micrometer in diameter
o Vb: Cellen van algae, protozoa, fungi, animals and plants
Bacteriële celwand (prokaryoten):
- Zorgt voor structuur en vorm aan cel
o Beschermt tegen osmotische druk
- Is target voor veel antibiotica maar speelt ook een rol in antibiotica resistentie
- Cel wanden bestaan uit peptidoglycan (= complex polysacharide)
Peptidoglycan bestaat uit afwisselende suikers: (figuur 3.14, blz. 94)
▪ N-acetylglucosamine (NAG)
▪ N-acetylmuramic acid (NAM)
Miljoenen NAG en NAM moleculen zijn gebonden in ketens (= glycan portions of
peptidoglycaan). Ketens van NAG en NAM zijn aan elkaar verbonden met andere NAG en
NAM ketens door kruisbruggen van 4 aminozuren (tetrapeptides) tussen alléén de NAM
units. Peptidoglycan bevindt zich over het gehele oppervlakte van de cel. Onder deze
laag met peptidoglycan zit het cytoplastic membrane.
,Twee typen bacteriële celwanden:
▪ Gram-positieve
▪ Gram-negatieve
Figuur 3.20, blz. 100
Isotonic solution: geen netto verschil van water.
Hypertonic solution: cellen krimpen; water gaat uit de cel.
Hypotonic solution: cellen (dierlijke cellen) krijgen water binnen; cellen barsten
open, omdat ze geen celwand hebben.
Meeste cellen zijn hypertonic tegenover hun omgeving.
Celwand: de druk van water binnen in de cel/celwand stopt uiteindelijk de beweging
van water in de cel.
Gram-positieve celwand:
- Figuur 3.15, blz. 95
- Relatief dikke laag peptidoglycan
- Laag bevat unieke polyalcohol genaamd: (lipo)teichoine zuur.
o (lipo)teichoine zuur zorgt voor een meer rigide celwand en speelt een rol
bij de celgroei.
- De peptidoglycanlaag heeft ook interbridges bij de suikerverbindingen.
- Paargekleurd na gramkleuring Gram-Positief.
Gram-negatieve celwand:
- Figuur 3.15, blz. 95
- Dunne laag peptidoglycan, over het cytoplastic membrane.
- Over de dunne laag peptidoglycan is nog een membraan: het is een bi-layer.
▪ Cytoplasmic membrane = meest binnenste laag en bestaat uit fosfolipiden en
eiwitten.
▪ Daarna volgt de peptidoglycan laag = middelste laag.
▪ De meest buitenste laag is het “outer membrane” en bevat lipopolysacchariden
(LPS), eiwitten en poriën waar bijvoorbeeld glucose moleculen door
getransporteerd kunnen worden.
- Ruimte tussen de celmembranen en de laag peptidoglycan = periplasmatische ruimte.
- Het Lipide A (onderdeel van LPS) kan koorts, ontstekingsreacties, shock, en
bloedstolling veroorzaken.
- Roze gekleurd na gramkleuring Gram-Negatief.
Bacterie zonder celwand:
- Paar bacteriesoorten (zoals mycoplasma) hebben geen celwand
- Worden vaak verwisseld met virus, omdat ze klein zijn en geen celwand hebben.
- Hebben wel andere prokaryote eigenschappen, zoals ribosomen.
- Deze bacteriesoorten hebben dus alleen een cytoplasmic membrane.
Structuur cytoplasmic membrane (figuur 3.16, blz. 97)
- Cytoplasmic membrane: ook wel fosfolipide dubbel laag genoemd.
o Head = hydrofiel (bevat ook fosfaat)
o Staart = hydrofood
, - Bestaat uit lipiden en daarmee verbonden eiwitten
o Integrale eiwitten (zitten in de dubbele laag)
o Perifere eiwitten (zitten losjes aan het membraan vast)
Functie cytoplasmic membrane
- Energie opslag in vorm van ATP
- Scheidt stoffen van de “buiten” omgeving.
- Controleert de stroom van stoffen in en uit de cel (afvalstoffen worden
verwijderd)
- Semi-permeabel (selective permeabel): laat sommige stoffen binnenkomen in de
cel, terwijl andere stoffen tegengehouden worden.
- Van nature ondoordringbaar voor meeste stoffen.
- De eiwitten in het membraan faciliteren stoffen door het membraan:
o Functioneren als kanalen, poriën of dragers
- Zorgt voor handhaving van concentratie en elektrische gradiënt.
o Meer negatief in de cel (namelijk Cl-)
o Meer positief buiten de cel (namelijk Na+)
Passieve processen
Elektrochemical gradiënts provide energy to move substances accross the membrane.
Cel gebruikt geen ATP. Drie soorten: (figuur 3.18, blz. 99).
- Diffusie
- Gefaciliteerde diffusie
- Osmose
Diffusie
= de netto beweging van een chemische stof tegen zijn concentratiegradiënt. Dat is van
een hogere concentratie naar een lagere concentratie.
- Geen ATP bij nodig!
- Alleen kleine of vet oplosbare stoffen kunnen door het membraan bewegen.
o Voorbeelden van stoffen: O2, CO2, alcohol en vetzuren.
Gefaciliteerde diffusie
Sommige eiwitten in het cytoplasmic membrane dienen als kanalen of dragers om
bepaalde moleculen te transporteren in of uit de cel tegen hun concentratiegradiënt.
Elektrochemical gradiënts provide energy!
Voorbeelden van stoffen: Glucose, fructose, urea en aantal vitaminen.
Another channel: Permeases.
Deze is meer specifiek. Draagt alleen bepaalde stoffen door.
Osmose
= diffusie van water door een semi-permeabel membraan.
Water beweegt over het membraan tot het evenwicht is bereikt of totdat de druk van
water gelijk is aan de kracht van osmose.
Actieve processen
- Actief transport
- Groepstranslocatie
Actief transport (Figuur 3,21, blz. 101)
- Gebruikt transmembrane permease proteins, zoals kanalen of eiwitdragers.
- Vereist ATP te besteden om moleculen te transporteren.
, - Kanalen gaan open wanneer de cel bepaalde stoffen nodig heeft, kanalen gaan
weer dicht als de cel voldoende aan bepaalde stoffen heeft.
Soorten actief transport:
- Uniport: er wordt 1 stof per keer getransporteerd.
- Antiport: er worden 2 stoffen per keer in tegenovergestelde richting
getransporteerd.
- Coupled transport uniport en symport.
Symport: er worden 2 stoffen per keer in dezelfde richting
getransporteerd.
In alle gevallen: de beweging van stoffen gaan tegen hun concentratiegradiënt.
Transport eiwitten fungeren als ATPase: een enzym dat ATP afbreekt in ADP tijdens het
transport en geeft op deze manier energie vrij aan de omgeving (dat gebruikt werd).
Actief transport wordt ook wel ABC-transport genoemd.
Voorbeelden van stoffen: Na+, K+, Ca2+, H+, Cl-.
Groepstranslocatie (figuur 3.22, blz. 101)
De stof dat getransporteerd wordt, is chemisch gemodificeerd tijdens het transport.
- Het membraan is ondoordringbaar voor de gewijzigde stof.
- Groepstranslocatie is effectief met het binnen brengen van stoffen in de cel.
- Voorbeelden van stoffen: Glucose, mannose, fructose.
VB. Glucose in cel brengen via groepstranslocatie:
Glucose wordt gefosforyleerd (er wordt een fosfaat groep toegevoegd) Glucose is nu
G6fosfaat.
Externe structuren van bacterie
Glycocalyx:
- Gelatine achtige plakkerige substantie dat om het buitenmembraan zit.
- Bestaat uit of polysacchariden, of uit polypeptiden, of uit beiden.
Twee typen glycocalyxes: (Figuur 3.5, blz. 89)
▪ Capsule
o Bescherming van fagocytose
o Bestaat uit zich herhalende organische stoffen
o Zit stevig aan cel oppervlak
o Kan detectie door immuunsysteem voorkomen.
▪ Slijmlaag
o Losjes bevestigd aan oppervlak
o Water oplosbaar
o Plakkerige laag zorgt ervoor dat prokaryoten blijven plakken aan
oppervlakken (bio-film).
Flagellen
- Zijn verantwoordelijk voor beweging
- Niet alle bacteriën hebben flagellen
Structuur:
- Zijn lange structuren die zich uitstrekken boven het oppervlak
- Bestaan uit een filament, een haak, en een basaal lichaam.
Hoofdstuk 3 – Cell structure and function
Processen van het leven:
• Groei: levende dingen groeien in grootte
• Vermenigvuldiging: Vergroten in aantal, produceren meer organismen
• Reactievermogen: reageren op omgeving, veranderen zichzelf
• Metabolisme: voedingsstoffen opnemen, gebruiken voor chemische reacties in cel
(voor energie en groei), reproductie. Opslag energie in ATP.
Verschil met virussen:
- Virussen groeien niet
- Host cells replicate virus
- Reactie to host cell seen in some virusses
- Virus use host cell’s metabolism
- Virus lack cytoplasmic membrane or cellular structure
Prokaryoot
- Bacteriën en archaea
- Read their DNA genetic code and make proteins
- Heeft geen membraan om DNA heen zitten
- Heeft geen celkern
- Ongeveer 1 micrometer of kleiner
- Simpele structuur (Vb. E.coli)
Eukaryoot
- Heeft membraan om het DNA (= nuclear envelop) vormt nucleus/kern!
- Hebben organellen (in intern membraan), zoals Golgi-apparaat.
- Large and more complex than prokaryoot
- 10-100 micrometer in diameter
o Vb: Cellen van algae, protozoa, fungi, animals and plants
Bacteriële celwand (prokaryoten):
- Zorgt voor structuur en vorm aan cel
o Beschermt tegen osmotische druk
- Is target voor veel antibiotica maar speelt ook een rol in antibiotica resistentie
- Cel wanden bestaan uit peptidoglycan (= complex polysacharide)
Peptidoglycan bestaat uit afwisselende suikers: (figuur 3.14, blz. 94)
▪ N-acetylglucosamine (NAG)
▪ N-acetylmuramic acid (NAM)
Miljoenen NAG en NAM moleculen zijn gebonden in ketens (= glycan portions of
peptidoglycaan). Ketens van NAG en NAM zijn aan elkaar verbonden met andere NAG en
NAM ketens door kruisbruggen van 4 aminozuren (tetrapeptides) tussen alléén de NAM
units. Peptidoglycan bevindt zich over het gehele oppervlakte van de cel. Onder deze
laag met peptidoglycan zit het cytoplastic membrane.
,Twee typen bacteriële celwanden:
▪ Gram-positieve
▪ Gram-negatieve
Figuur 3.20, blz. 100
Isotonic solution: geen netto verschil van water.
Hypertonic solution: cellen krimpen; water gaat uit de cel.
Hypotonic solution: cellen (dierlijke cellen) krijgen water binnen; cellen barsten
open, omdat ze geen celwand hebben.
Meeste cellen zijn hypertonic tegenover hun omgeving.
Celwand: de druk van water binnen in de cel/celwand stopt uiteindelijk de beweging
van water in de cel.
Gram-positieve celwand:
- Figuur 3.15, blz. 95
- Relatief dikke laag peptidoglycan
- Laag bevat unieke polyalcohol genaamd: (lipo)teichoine zuur.
o (lipo)teichoine zuur zorgt voor een meer rigide celwand en speelt een rol
bij de celgroei.
- De peptidoglycanlaag heeft ook interbridges bij de suikerverbindingen.
- Paargekleurd na gramkleuring Gram-Positief.
Gram-negatieve celwand:
- Figuur 3.15, blz. 95
- Dunne laag peptidoglycan, over het cytoplastic membrane.
- Over de dunne laag peptidoglycan is nog een membraan: het is een bi-layer.
▪ Cytoplasmic membrane = meest binnenste laag en bestaat uit fosfolipiden en
eiwitten.
▪ Daarna volgt de peptidoglycan laag = middelste laag.
▪ De meest buitenste laag is het “outer membrane” en bevat lipopolysacchariden
(LPS), eiwitten en poriën waar bijvoorbeeld glucose moleculen door
getransporteerd kunnen worden.
- Ruimte tussen de celmembranen en de laag peptidoglycan = periplasmatische ruimte.
- Het Lipide A (onderdeel van LPS) kan koorts, ontstekingsreacties, shock, en
bloedstolling veroorzaken.
- Roze gekleurd na gramkleuring Gram-Negatief.
Bacterie zonder celwand:
- Paar bacteriesoorten (zoals mycoplasma) hebben geen celwand
- Worden vaak verwisseld met virus, omdat ze klein zijn en geen celwand hebben.
- Hebben wel andere prokaryote eigenschappen, zoals ribosomen.
- Deze bacteriesoorten hebben dus alleen een cytoplasmic membrane.
Structuur cytoplasmic membrane (figuur 3.16, blz. 97)
- Cytoplasmic membrane: ook wel fosfolipide dubbel laag genoemd.
o Head = hydrofiel (bevat ook fosfaat)
o Staart = hydrofood
, - Bestaat uit lipiden en daarmee verbonden eiwitten
o Integrale eiwitten (zitten in de dubbele laag)
o Perifere eiwitten (zitten losjes aan het membraan vast)
Functie cytoplasmic membrane
- Energie opslag in vorm van ATP
- Scheidt stoffen van de “buiten” omgeving.
- Controleert de stroom van stoffen in en uit de cel (afvalstoffen worden
verwijderd)
- Semi-permeabel (selective permeabel): laat sommige stoffen binnenkomen in de
cel, terwijl andere stoffen tegengehouden worden.
- Van nature ondoordringbaar voor meeste stoffen.
- De eiwitten in het membraan faciliteren stoffen door het membraan:
o Functioneren als kanalen, poriën of dragers
- Zorgt voor handhaving van concentratie en elektrische gradiënt.
o Meer negatief in de cel (namelijk Cl-)
o Meer positief buiten de cel (namelijk Na+)
Passieve processen
Elektrochemical gradiënts provide energy to move substances accross the membrane.
Cel gebruikt geen ATP. Drie soorten: (figuur 3.18, blz. 99).
- Diffusie
- Gefaciliteerde diffusie
- Osmose
Diffusie
= de netto beweging van een chemische stof tegen zijn concentratiegradiënt. Dat is van
een hogere concentratie naar een lagere concentratie.
- Geen ATP bij nodig!
- Alleen kleine of vet oplosbare stoffen kunnen door het membraan bewegen.
o Voorbeelden van stoffen: O2, CO2, alcohol en vetzuren.
Gefaciliteerde diffusie
Sommige eiwitten in het cytoplasmic membrane dienen als kanalen of dragers om
bepaalde moleculen te transporteren in of uit de cel tegen hun concentratiegradiënt.
Elektrochemical gradiënts provide energy!
Voorbeelden van stoffen: Glucose, fructose, urea en aantal vitaminen.
Another channel: Permeases.
Deze is meer specifiek. Draagt alleen bepaalde stoffen door.
Osmose
= diffusie van water door een semi-permeabel membraan.
Water beweegt over het membraan tot het evenwicht is bereikt of totdat de druk van
water gelijk is aan de kracht van osmose.
Actieve processen
- Actief transport
- Groepstranslocatie
Actief transport (Figuur 3,21, blz. 101)
- Gebruikt transmembrane permease proteins, zoals kanalen of eiwitdragers.
- Vereist ATP te besteden om moleculen te transporteren.
, - Kanalen gaan open wanneer de cel bepaalde stoffen nodig heeft, kanalen gaan
weer dicht als de cel voldoende aan bepaalde stoffen heeft.
Soorten actief transport:
- Uniport: er wordt 1 stof per keer getransporteerd.
- Antiport: er worden 2 stoffen per keer in tegenovergestelde richting
getransporteerd.
- Coupled transport uniport en symport.
Symport: er worden 2 stoffen per keer in dezelfde richting
getransporteerd.
In alle gevallen: de beweging van stoffen gaan tegen hun concentratiegradiënt.
Transport eiwitten fungeren als ATPase: een enzym dat ATP afbreekt in ADP tijdens het
transport en geeft op deze manier energie vrij aan de omgeving (dat gebruikt werd).
Actief transport wordt ook wel ABC-transport genoemd.
Voorbeelden van stoffen: Na+, K+, Ca2+, H+, Cl-.
Groepstranslocatie (figuur 3.22, blz. 101)
De stof dat getransporteerd wordt, is chemisch gemodificeerd tijdens het transport.
- Het membraan is ondoordringbaar voor de gewijzigde stof.
- Groepstranslocatie is effectief met het binnen brengen van stoffen in de cel.
- Voorbeelden van stoffen: Glucose, mannose, fructose.
VB. Glucose in cel brengen via groepstranslocatie:
Glucose wordt gefosforyleerd (er wordt een fosfaat groep toegevoegd) Glucose is nu
G6fosfaat.
Externe structuren van bacterie
Glycocalyx:
- Gelatine achtige plakkerige substantie dat om het buitenmembraan zit.
- Bestaat uit of polysacchariden, of uit polypeptiden, of uit beiden.
Twee typen glycocalyxes: (Figuur 3.5, blz. 89)
▪ Capsule
o Bescherming van fagocytose
o Bestaat uit zich herhalende organische stoffen
o Zit stevig aan cel oppervlak
o Kan detectie door immuunsysteem voorkomen.
▪ Slijmlaag
o Losjes bevestigd aan oppervlak
o Water oplosbaar
o Plakkerige laag zorgt ervoor dat prokaryoten blijven plakken aan
oppervlakken (bio-film).
Flagellen
- Zijn verantwoordelijk voor beweging
- Niet alle bacteriën hebben flagellen
Structuur:
- Zijn lange structuren die zich uitstrekken boven het oppervlak
- Bestaan uit een filament, een haak, en een basaal lichaam.
