ZSO 1 STRUCTUUR EN FUNCTIONEREN VAN BACTERIËN
Morfologie
Prokaryoten vs. eukaryoten
- Bacteriën zijn eencellige
prokaryoten.
- Fungi (schimmels en gisten),
parasieten (protozoa
microparasieten en wormen
macroparasieten), planten en
dieren zijn een- of
multicellulaire eukaryoten.
Overeenkomsten: aanwezigheid van cytoplasma membraan, cytosol, chromosomen en ribosomen
VERSCHILLEN Eukaryoot Prokaryoot
Kernstructuur Nucleus met dubbel Nucleoid (regio) zonder membraan en één circulair chromosoom
membraan en meerdere (niet gebonden aan histonen, wel supercoiled), evt. plasmiden
(lineaire) chromosomen (evt. (extrachromosomaal DNA).
plasmiden bij gist).
Organisatie cytoplasma Organellen (omgeven door Geen membraanomgeven organellen
eigen membraan)
Geen granula Reserve granula (glycogeen)
Afmeting Groot klein oppervlakte- Klein groot oppervlakte-volume ratio hoge metabole
volume ratio dus efficiëntie activiteit (snelle adaptatie nodig vanwege eencelligheid). Diffusie
stijgt met meer ipv grotere is limiterende factor bij biochemische reacties: kleinere afstand,
cellen. snellere reactie sneller delingsritme en kortere levensduur.
Opbouw ribosomen 80S 70S
Opbouw Sterolen Geen sterolen (minder rigide en stevig)
cytoplasmamembraan Endocytose en pinocytose Geen endocytose of pinocytose transporteiwitten
Neemt veel celfuncties over: bevat veel versch. proteïnen o.a.
ademhaling of transport functies
Opbouw celwand Zelden en eenvoudig (chitine Bijna altijd en complex beschermt tegen uitwendige schadelijke
of cellulose) invloeden (warmte, uitdroging, chemische stoffen, straling).
Externe structuren Geen pili of fibrillaire Pili of fibrillaire proteïnen vasthechting. Nodig om in bepaalde
proteïnen geschikte omgeving te kunnen overleven.
Endosporen Geen endosporen Wel endosporen
Celwand
Geeft vorm (cocci, bacilli of spirochetes), stevigheid (oiv inwendige osmotische
druk), bescherming en adhesie. De opbouw is verschillend bij verschillende
bacteriën. Basismolecuul is peptidoglycaan.
Peptidoglycaan
- Structuur (3D)
o Ketens van aminosuikers:
polysacharide ruggengraat van
disachariden met
pentapeptidezijketen (aan NAM)
N-acetylglucosamine (NAG) en
N-acetylmuraminezuur (NAM)
o Cross-linking dmv
peptidebruggen stevigheid
, - Synthese
o Aanmaak van basis disacharide in cytoplasma
o Transport doorheen celmembraan dmv undecaprenol (lipidencarrier)
o Transglycosylase: koppeling aan groeiende keten buitenzijde
o Cross-linking dmv transpeptidasen (PBP’s)
- Autolyse door autolysines
o Constante afbraak van peptidoglycaan
o Bepaald de vorm
o Bacteriedodend effect van celwand-synthese-inhiberende antibiotica
Bijv. door blokkering transpeptidasen door β-lactam-antibiotica zoals penicilline penicilline-
bindende proteïnen (PBP’s).
5 groepen obv verschillende opbouw
Gram positieve bacteriën
- Blauwe kleur
- Meerdere lagen peptidoglycaan (afb. B)
o Stevigheid bescherming tegen lysis (omgeving met lagere osmotische druk).
o Zeefwerking bescherming tegen schadelijke uitwendige stoffen.
- Teichoïnezuren (celwand) en lipoteichoïnezuren (celmembraan) stevigheid en adhesie.
- Soortspecifieke moleculen (identificatie en belangrijke rol bij ontstaan van ziekten).
Gram negatieve bacteriën
- Rode kleur
- Buitenste membraan
o Opbouw
LPS (lipopolysachariden)
Lipide A (disacharide difosfaat met vetzuren)
adhesie en stimulatie immuunsysteem (endotoxines)
Core
Repeating units (O-antigen): suikerketen die een
hydrofiele laag vormt buitenhouden van
hydrofobe stoffen.
Porines: selectieve diffusie van voedingsstoffen (geen
transport zoals cytoplasmatich membraan).
o Fysiologische rol
Endotoxine: komen vrij bij celbeschadiging of cellysis vrijzetting cytokines o.a.
vasodilatatie en stolling. Effecten Gram-negatieve infecties (koorts, shock).
Antigen variabiliteit (door wisselende suikergroepen)
o Veel bestendiger tegen schadelijke stoffen van het cytoplasma door LPS.
- Periplasmatische ruimte (afbraak van bacteriën, antibiotica, voedselverwerking)
- Enkele lagen peptidoglycaan (afb. A) dunner (minder stevig) en minder dwarsverbindingen (geen
beschermde zeef functie).
- Pili die zich vasthechten aan mucosa van gastro-intestinale tractus.
,Zuurvaste bacteriën
- Vnl mycobacteriën: celwand met veel wasachtige substanties goede bescherming tegen vele toxische
stoffen, maar veroorzaakt ook trage groei.
- Structuur: 4 lagen met lipiden, glycolipiden en peptidoglycolipiden
o Dikke laag petidoglycaan
o Polysachariden met arabinose en galatose
o Mycolzuren (wasachtig)
o Glycolipiden
- Ziehl-Neelsen kleuring
Spirocheten
- Celwandopbouw gelijkaardig aan Gramnegatieve bacteriën, maar
o Moeilijk kleurbaar met Gram-kleuring doordat ze zeer dun zijn donkerveld en fasecontrast
microscopie.
o Geen LPS in buitenste membraan
- Endoflagellen (axiale fibrillen) spiralisatie
Bacteriën zonder celwand
- Mycoplasmata zijn enkel omgeven door een celmembraan met sterolen
- Niet gevoelig voor antibiotica die ingrijpen op celwand.
Externe structuren
- Kapsel, slijmlaag, glycocalix
o Structuur: polysacharide of polypeptide
o Bij de meeste pathogene bacteriën en alle bacteriën die invasieve infecties veroorzaken.
o Functie: virulentie
Antifagocytair: omkapselde bacteriën beter bestand tegen fagocytose
Verhindert penetratie van antibiotica
Adherentie
o Onderscheid obv K-antigen (kapsulaire antigen)
- Flagellen (zweepstaartjes)
o Eén of meerdere flagellen
o Functie
Chemotaxis: verplaatsing in de richting van voedingsstoffen of weg van schadelijke stoffen.
o Onderscheid obv H-antigen
- Pili (fimbriae)
o Structuur: dunner en korter dan flagellen, niet beweeglijk, verspreid over oppervlak
o Functie
Adherentie: oa gramnegatieve bacteriën aan de mucosa van de gastro-intestinale tractus
Antifagocytair
Conjugatie via sex-pili (DNA transfer). Genetische info (fertiliteitsfactor) voor sex-pili meestal
op plasmiden.
Endosporen
- Synthese tijdens ongunstige groeiomstandigheden (resistente overlevingsvorm)
- Bij clostridia tetani en bacilla anthracis
- Weerstaan hitte, vrieskoude, droogte, straling en toxische chemicaliën aandachtspuntje bij pasteurisatie.
- Cryptobiotisch geen metabole activiteit, kunnen in gunstige groeiomstandigheden wel ontwaken uit de
slaapfase/gesporuleerde fase en omvormen ( germinatie en sporulatie ) tot de normale vegatieve fase.
Transport
- Passief (geen energie nodig)
o Eenvoudige diffusie (van kleine moleculen) met de concentratiegradiënt mee. Bijv. osmose
transport van water over een selectief permeabel membraan.
, o Gefaciliteerde diffusie (van grotere moleculen) gebonden aan een membranair transporteiwit
(transporter of permease). Vrijzetting aan de andere zijde na conformatie van de transporter.
- Actief (wel energie nodig: ATP hydrolyse of protongradiënt)
o Transportmoleculen/permeasen: molecuul onveranderd geconcentreerd.
o Groepstranslocatie: molecuul veranderd en kan niet terugdiffunderen. Bijv. fosforyleringsgebonden
transport.
Taxonomie
- Vorm: coccus, bacillus, spirochaet.
- Organisatie: stafylokokken in clusters, streptokokken in ketens.
- Gramkleuring
o Principe: fixatie, kleuring met kristalviolet (blauw), fixatie kleuring met jood,
ontkleuring alcohol en tegenkleuring met fuchsine (rood).
Grampositieve bacteriën ontkleuren niet (dikke peptidoglycaanlaag) en
blijven dus blauw.
Gramnegatieve bacteriën ontkleuren wel en worden dus rood.
o Geen Gramkleuring mogelijk bij zuurvaste bacteriën, spirocheten en bacteriën
zonder celwand.
Fysiologie
Autotrofe vs. Heterotrofe bacteriën
- Autotroof
o Fotosynthetisch of chemosynthetisch
o Enkel water, CO2 en mineralen nodig als grondstof voor synthese van organische stoffen.
- Heterotroof
o Hebben organische voedingsstoffen nodig.
o Saptrofyten tot obligaat intracellulair (Chlamydia).
o Alle pathogene bacteriën.
Bacteriekweek op rijke en arme voedingsbodems
Energieproductie
Het intermediair metabolisme: katabolisme (energieproductie) en anabolisme (energieverbruik).
- Aerobe respiratie
o Zuurstof is terminale waterstofacceptor
o Alle organische producten omgezet in CO2 en H2O.
- Anearobe respiratie
o Ander molecuul is terminale waterstofacceptor
- Facultatief anaeroob fermentatie/putrefractie/rotting
o Organische stof is waterstofdonor én –acceptor
o Minder energie efficiënt dan respiratie
o Productie van specifieke bijproducten (identificatie)
o Lactaat- en alcoholfermentatie
Gedrag tegenover zuurstof
- Obligaat aeroob: zuurstof essentieel
- Obligaat anaeroob: zuurstof toxisch (produceert toxische nevenproducten/radicalen)
- Facultatief: kunnen overleven met en zonder zuurstof
- Aero-tolerant: anaeroob metabolisme, kunnen leven in aerobe omgeving.
- Micro-aerofiel: aeroob metabolisme, leven in zuurstofarme omgeving.
Genetica
- Chromosoom: circulair en supercoiled, draagt het genoom
- Extrachromosomaal elementen
Morfologie
Prokaryoten vs. eukaryoten
- Bacteriën zijn eencellige
prokaryoten.
- Fungi (schimmels en gisten),
parasieten (protozoa
microparasieten en wormen
macroparasieten), planten en
dieren zijn een- of
multicellulaire eukaryoten.
Overeenkomsten: aanwezigheid van cytoplasma membraan, cytosol, chromosomen en ribosomen
VERSCHILLEN Eukaryoot Prokaryoot
Kernstructuur Nucleus met dubbel Nucleoid (regio) zonder membraan en één circulair chromosoom
membraan en meerdere (niet gebonden aan histonen, wel supercoiled), evt. plasmiden
(lineaire) chromosomen (evt. (extrachromosomaal DNA).
plasmiden bij gist).
Organisatie cytoplasma Organellen (omgeven door Geen membraanomgeven organellen
eigen membraan)
Geen granula Reserve granula (glycogeen)
Afmeting Groot klein oppervlakte- Klein groot oppervlakte-volume ratio hoge metabole
volume ratio dus efficiëntie activiteit (snelle adaptatie nodig vanwege eencelligheid). Diffusie
stijgt met meer ipv grotere is limiterende factor bij biochemische reacties: kleinere afstand,
cellen. snellere reactie sneller delingsritme en kortere levensduur.
Opbouw ribosomen 80S 70S
Opbouw Sterolen Geen sterolen (minder rigide en stevig)
cytoplasmamembraan Endocytose en pinocytose Geen endocytose of pinocytose transporteiwitten
Neemt veel celfuncties over: bevat veel versch. proteïnen o.a.
ademhaling of transport functies
Opbouw celwand Zelden en eenvoudig (chitine Bijna altijd en complex beschermt tegen uitwendige schadelijke
of cellulose) invloeden (warmte, uitdroging, chemische stoffen, straling).
Externe structuren Geen pili of fibrillaire Pili of fibrillaire proteïnen vasthechting. Nodig om in bepaalde
proteïnen geschikte omgeving te kunnen overleven.
Endosporen Geen endosporen Wel endosporen
Celwand
Geeft vorm (cocci, bacilli of spirochetes), stevigheid (oiv inwendige osmotische
druk), bescherming en adhesie. De opbouw is verschillend bij verschillende
bacteriën. Basismolecuul is peptidoglycaan.
Peptidoglycaan
- Structuur (3D)
o Ketens van aminosuikers:
polysacharide ruggengraat van
disachariden met
pentapeptidezijketen (aan NAM)
N-acetylglucosamine (NAG) en
N-acetylmuraminezuur (NAM)
o Cross-linking dmv
peptidebruggen stevigheid
, - Synthese
o Aanmaak van basis disacharide in cytoplasma
o Transport doorheen celmembraan dmv undecaprenol (lipidencarrier)
o Transglycosylase: koppeling aan groeiende keten buitenzijde
o Cross-linking dmv transpeptidasen (PBP’s)
- Autolyse door autolysines
o Constante afbraak van peptidoglycaan
o Bepaald de vorm
o Bacteriedodend effect van celwand-synthese-inhiberende antibiotica
Bijv. door blokkering transpeptidasen door β-lactam-antibiotica zoals penicilline penicilline-
bindende proteïnen (PBP’s).
5 groepen obv verschillende opbouw
Gram positieve bacteriën
- Blauwe kleur
- Meerdere lagen peptidoglycaan (afb. B)
o Stevigheid bescherming tegen lysis (omgeving met lagere osmotische druk).
o Zeefwerking bescherming tegen schadelijke uitwendige stoffen.
- Teichoïnezuren (celwand) en lipoteichoïnezuren (celmembraan) stevigheid en adhesie.
- Soortspecifieke moleculen (identificatie en belangrijke rol bij ontstaan van ziekten).
Gram negatieve bacteriën
- Rode kleur
- Buitenste membraan
o Opbouw
LPS (lipopolysachariden)
Lipide A (disacharide difosfaat met vetzuren)
adhesie en stimulatie immuunsysteem (endotoxines)
Core
Repeating units (O-antigen): suikerketen die een
hydrofiele laag vormt buitenhouden van
hydrofobe stoffen.
Porines: selectieve diffusie van voedingsstoffen (geen
transport zoals cytoplasmatich membraan).
o Fysiologische rol
Endotoxine: komen vrij bij celbeschadiging of cellysis vrijzetting cytokines o.a.
vasodilatatie en stolling. Effecten Gram-negatieve infecties (koorts, shock).
Antigen variabiliteit (door wisselende suikergroepen)
o Veel bestendiger tegen schadelijke stoffen van het cytoplasma door LPS.
- Periplasmatische ruimte (afbraak van bacteriën, antibiotica, voedselverwerking)
- Enkele lagen peptidoglycaan (afb. A) dunner (minder stevig) en minder dwarsverbindingen (geen
beschermde zeef functie).
- Pili die zich vasthechten aan mucosa van gastro-intestinale tractus.
,Zuurvaste bacteriën
- Vnl mycobacteriën: celwand met veel wasachtige substanties goede bescherming tegen vele toxische
stoffen, maar veroorzaakt ook trage groei.
- Structuur: 4 lagen met lipiden, glycolipiden en peptidoglycolipiden
o Dikke laag petidoglycaan
o Polysachariden met arabinose en galatose
o Mycolzuren (wasachtig)
o Glycolipiden
- Ziehl-Neelsen kleuring
Spirocheten
- Celwandopbouw gelijkaardig aan Gramnegatieve bacteriën, maar
o Moeilijk kleurbaar met Gram-kleuring doordat ze zeer dun zijn donkerveld en fasecontrast
microscopie.
o Geen LPS in buitenste membraan
- Endoflagellen (axiale fibrillen) spiralisatie
Bacteriën zonder celwand
- Mycoplasmata zijn enkel omgeven door een celmembraan met sterolen
- Niet gevoelig voor antibiotica die ingrijpen op celwand.
Externe structuren
- Kapsel, slijmlaag, glycocalix
o Structuur: polysacharide of polypeptide
o Bij de meeste pathogene bacteriën en alle bacteriën die invasieve infecties veroorzaken.
o Functie: virulentie
Antifagocytair: omkapselde bacteriën beter bestand tegen fagocytose
Verhindert penetratie van antibiotica
Adherentie
o Onderscheid obv K-antigen (kapsulaire antigen)
- Flagellen (zweepstaartjes)
o Eén of meerdere flagellen
o Functie
Chemotaxis: verplaatsing in de richting van voedingsstoffen of weg van schadelijke stoffen.
o Onderscheid obv H-antigen
- Pili (fimbriae)
o Structuur: dunner en korter dan flagellen, niet beweeglijk, verspreid over oppervlak
o Functie
Adherentie: oa gramnegatieve bacteriën aan de mucosa van de gastro-intestinale tractus
Antifagocytair
Conjugatie via sex-pili (DNA transfer). Genetische info (fertiliteitsfactor) voor sex-pili meestal
op plasmiden.
Endosporen
- Synthese tijdens ongunstige groeiomstandigheden (resistente overlevingsvorm)
- Bij clostridia tetani en bacilla anthracis
- Weerstaan hitte, vrieskoude, droogte, straling en toxische chemicaliën aandachtspuntje bij pasteurisatie.
- Cryptobiotisch geen metabole activiteit, kunnen in gunstige groeiomstandigheden wel ontwaken uit de
slaapfase/gesporuleerde fase en omvormen ( germinatie en sporulatie ) tot de normale vegatieve fase.
Transport
- Passief (geen energie nodig)
o Eenvoudige diffusie (van kleine moleculen) met de concentratiegradiënt mee. Bijv. osmose
transport van water over een selectief permeabel membraan.
, o Gefaciliteerde diffusie (van grotere moleculen) gebonden aan een membranair transporteiwit
(transporter of permease). Vrijzetting aan de andere zijde na conformatie van de transporter.
- Actief (wel energie nodig: ATP hydrolyse of protongradiënt)
o Transportmoleculen/permeasen: molecuul onveranderd geconcentreerd.
o Groepstranslocatie: molecuul veranderd en kan niet terugdiffunderen. Bijv. fosforyleringsgebonden
transport.
Taxonomie
- Vorm: coccus, bacillus, spirochaet.
- Organisatie: stafylokokken in clusters, streptokokken in ketens.
- Gramkleuring
o Principe: fixatie, kleuring met kristalviolet (blauw), fixatie kleuring met jood,
ontkleuring alcohol en tegenkleuring met fuchsine (rood).
Grampositieve bacteriën ontkleuren niet (dikke peptidoglycaanlaag) en
blijven dus blauw.
Gramnegatieve bacteriën ontkleuren wel en worden dus rood.
o Geen Gramkleuring mogelijk bij zuurvaste bacteriën, spirocheten en bacteriën
zonder celwand.
Fysiologie
Autotrofe vs. Heterotrofe bacteriën
- Autotroof
o Fotosynthetisch of chemosynthetisch
o Enkel water, CO2 en mineralen nodig als grondstof voor synthese van organische stoffen.
- Heterotroof
o Hebben organische voedingsstoffen nodig.
o Saptrofyten tot obligaat intracellulair (Chlamydia).
o Alle pathogene bacteriën.
Bacteriekweek op rijke en arme voedingsbodems
Energieproductie
Het intermediair metabolisme: katabolisme (energieproductie) en anabolisme (energieverbruik).
- Aerobe respiratie
o Zuurstof is terminale waterstofacceptor
o Alle organische producten omgezet in CO2 en H2O.
- Anearobe respiratie
o Ander molecuul is terminale waterstofacceptor
- Facultatief anaeroob fermentatie/putrefractie/rotting
o Organische stof is waterstofdonor én –acceptor
o Minder energie efficiënt dan respiratie
o Productie van specifieke bijproducten (identificatie)
o Lactaat- en alcoholfermentatie
Gedrag tegenover zuurstof
- Obligaat aeroob: zuurstof essentieel
- Obligaat anaeroob: zuurstof toxisch (produceert toxische nevenproducten/radicalen)
- Facultatief: kunnen overleven met en zonder zuurstof
- Aero-tolerant: anaeroob metabolisme, kunnen leven in aerobe omgeving.
- Micro-aerofiel: aeroob metabolisme, leven in zuurstofarme omgeving.
Genetica
- Chromosoom: circulair en supercoiled, draagt het genoom
- Extrachromosomaal elementen
