AL: Antilichaam, EW: Eiwit, IS: immuunsysteem, PMF: Proton Motive Force, TM: transmembraan, IC: incubatie, AB: antibiotica
Samenvatting Molecular microbiology
1 Celvorm & architectuur
1.1 Microbiële grootte en vorm
Microbiële grootte en vorm:
• De vorm van de cel kan afhankelijk zijn van de fysiologische toestand
• De vorm van de cel is functioneel belangrijk
• Cellen nemen vaak meercelligheid aan → microkolonies, biofilms
• Welke paden en structuren bepalen de celvorm?
• Welke structuren zorgen voor celsterkte?
• Hoe reageren bacteriën op de omgeving?
Figuur van E.coli
• Linker figuur: SEM en TEM E.coli:
o Vorm: bacille vorm
o Wat is zijn grootte? → bacteriën → µm schaal
o TEM: binnenkant van de cel → hoge densiteit in het midden (= granule)
• Rechter figuur: U-pathogene E.coli (UPEC)→ we zien elongated en normal cellshape
o UPEC invasion: zijn intracellulair in epitheliale cellen → E.coli dringt binnen in cellen die
geen fagocytose ondergaan
▪ Epitheliaile cellen: hebben een high turnover
▪ Groene bollen: biofilms van bacteriën → zitten in een veiliger omgeving
o UPEC efflux: celvorm is ellongated/filamenteus
▪ Bij efflux krijgen de biofilms een flagellerende structuur → celvorm kan veranderen
• Heeft een beschermende functie tegen IS: omdat macrofagen hun niet via
de zijkant kunnen fagocyteren → alleen via de tip
• Worden wel herkent door cellen van IS
• Conclusie: zelfde bacteriën kunnen in verschillende vormen voorkomen
Grootte van MO:
• Bolvormige bacteriën (E. coli):
- ~0,5-2,0 μm.
• Staafvormige of draadvormige bacteriën:
- ~1-100 μm lengte x ~0,25-1,0 μm breedte
• Eukaryote cellen: 10-100 μm
• Virussen: 20-500 nm
1
,AL: Antilichaam, EW: Eiwit, IS: immuunsysteem, PMF: Proton Motive Force, TM: transmembraan, IC: incubatie, AB: antibiotica
Soorten celvorm:
• Coccus/sferen:
o Monococcus: individuele cocci
o Duplococcus: 2 coccusen
o Streptococcu: coci in keten
• Baccill-vormige: elongated cellen
• Spiraal-vorming: aanwezig in muco (dense plaats) → spiraal
vorm: om door muco te bewegen
• Spirocheet (leptospira)
In bacteriën kunnen mutanten gemaakt worden om
• Virulentie te testen: alle mutanten die bv geen vorm hebben zijn avirulent
1.1.1 Celmembraan
Als we een cel zien als een zak water, afgebakend door het celmembraan
• Waarom niet allemaal een bol?, Wat bepaalt de vorm?, Is vorm belangrijk?
• Hoe wordt een cel groter en splitst hij zich tijdens de fisie?
• Hoe doe je dat veilig zonder de celintegriteit in gevaar te brengen?
• Hoe bescherm je dit tegen gevaren van buitenaf?
• Wat reguleert al deze verschijnselen?
• Hoe transport en communicatie over de barrière?
Celvorm in eukaryote cellen: ontstaat door interne cytoskelet dat de vorm reguleert
• Actine en tubuline: zijn cytoskeletale elementen in eukaryoten
o Er bestaan varianten in bacteriën → maar deze hebben niet zelfde doel
o Celvorm in bacteriën: gecoördineerd vanuit de buitenkant (celenveloppe)
1.1.2 Turgordruk
Turgordruk
• In bacteriën: 0,5 – 3 mPa (5 – 30 bar):
o Groter dan een voetbal (0,5 – 1 bar) of fietsband ((3 – 10 bar)
• Ontstaat door de cytoplasmatische membraan → omdat membraan permeabel is:
▪ Omdat er proteïnen door het membraan getransporteerd worden
▪ Omdat sommige moleculen er niet doorheen diffunderen
o Moleculen dat door membraan kunnen: water kan spontaan door membraan diffunderen
o Op het membraan zijn er EW aanwezig (aquaporine) die zorgt voor transport van EW
• Principe turgordurk: Oplossing met suiker/zout + semipermeabele membraan
o Lage en hoge concentratie → water zal door osmose bewegen van lage → hoge
concentratie van suiker/zout
o Soorten gevolgen: in bacteriën fluctueren deze omgeving → daardoor celenveloppe nodig
om veranderingen op te vangen
▪ Hypertonische omgeving:
• Buiten de cel is er een grotere concentratie aan zouten
• Water komt uit de cel → plasmolyse (cel zal krimpen door lyse)
▪ Isotonische omgeving:
2
,AL: Antilichaam, EW: Eiwit, IS: immuunsysteem, PMF: Proton Motive Force, TM: transmembraan, IC: incubatie, AB: antibiotica
•
Buiten en binnen is er dezelfde concentratie → osmose in en uit in
equilibrium
▪ Hypotonische omgeving
• Buiten de cel is er een lagere concentratie aan zouten
• Water komt in de cel → turgid (cel zal opgeblazen worden)
o Dus: voor turgordruk: sterke elastische structuur nodig of een goed gebufferde omgeving
• Celwand:
o Eukaryotische cellen hebben niet bepaald een celwand → binnen is de turgor druk
geregeld → dus: celwand overbodig
o Planten: hebben wel een dikke celwand
1.2 Microbiële celenveloppen
Functie celenvelop:
• Is een selectieve barrière die het binnendringen van voedingsstoffen mogelijk maakt
o Het binnendringen van giftige stoffen of lekkage van celinhoud wordt verminderd
• Bepaalt en ondersteunt de celgrootte en celvorm.
• Biedt een scaffold voor de bevestiging van cel aanhangsels/appendages (flagelle, pili)
• Voorkomt celbreuk als gevolg van osmotische provocatie.
• Bevat functies voor de assemblage en groei van de celwand.
Functie celmembraan of cytoplasmatische membraan (binnenste: G- en cytoplasma: G+)
• Permeabiliteit barrière
o Zouten en protonen kunnen niet makkelijk erdoor → proteïnen nodig
• Plaats voor omzetting van energie: zorgt voor proton motive force & elektronentransport
o Hydrolyseerbare energiebronnen zijn exclusief voor cytoplasma: voor ATP
o Ge hebt een membraan (bilaag van fosfolipiden)
▪ Buiten: hoge concentratie van protonen (binnen: laag)→ gradient met de
binnenkant → geeft een elektrochemische potentiaal
▪ Gevolg: als proton van buiten naar binnen gaat → vrijgave van vrije energie
• Kan geconverteerd worden in ATP-synthese
• Flagella: structuur waarbij protonen op een gecontroleerde door flagellaire
motor → beweging
• Transporter: zijn proton-driven (hoofdstuk 3)
MO met celwanden:
• Bacteriën:
o Bevatten 3 hoofdarchitecturen
▪ Gram-negatieve of diderm (2-lagig membraan)
3
, AL: Antilichaam, EW: Eiwit, IS: immuunsysteem, PMF: Proton Motive Force, TM: transmembraan, IC: incubatie, AB: antibiotica
• Zijn resistenter tegen AB
▪ Gram-positieve of monoderm (1 -lagig membraan)
▪ Mycobacterië: gram-positieve bacteriën, maar heeft 2 membraan
• Heeft een membraan: bestaat uit mycolic-acid + proteïnen
• Eukarya
• Archaea
1.2.1 Bacteriële celenveloppen
1.2.1.1 Historisch perspectief
Gram-kleuring (Gram-kleuring): Hans Christian Gram (1884)
• Kleuring om onderscheid te maken tussen G+ en G- bacteriën
o Grampositief: kristalviolet kleuring blijft in de cel: kleurt paars
▪ Iodine en kristalviolet worden meer geabsorbeerd door dikkere cellwall
(peptidoglycaan) → cellwall zwelt op → niet meer permeabel in ethanol
o Gramnegatief: kristalviolet kleuring wort niet behouden: kleurt rood van safranine-
tegenkleuring
Vergelijking Gram-positieve (monoderm) & gram-negatieve bacteriën (diderm):
o Structuur Gram-positieve bacteriën:
o Cellwall (dikke peptidoglycaan laag)
▪ Hoofdbestanddeel → bepaald celvorm
▪ Zorgt voor support tegen turgor druk
o Periplasmatische ruimte
o Celmembraan (cytoplasmatische membraan)
o Structuur Gram-negatieve bacteriën:
o Cellwall (dunne peptidoglycaan laag): bepaald celvorm
▪ Outer Membrane
▪ Periplasmatische ruimte
▪ Peptidoglycaan
▪ Periplasmatische ruimte
o Celmembraan (cytoplasmatische membraan)/Inner membrane: minder dik
1.2.1.2 Gram-positieve celenveloppen
Gram-positieve celenveloppen of monoderm bacteriën:
• Dikte: 20-80 nm
• Goede doorlaatbaarheid
• Peptidoglycaan-laag: bedraagt ~50% van de celenvelop
• Geen lipiden in celenveloppe
• Bestaat uit:
o Cellwall (PG-laag)
▪ Polymeren in de secundaire celwand: niet aanwezig in G-
• Teichoïnezuur en/of teichuroninezuur: covalent gekoppeld aan
peptidoglycaan
• Lipoteichoïnezuur: covalent gekoppeld aan peptidoglycaan + verankerd in
cytoplasmatisch membraan (heeft biotech-toepassingen)
▪ Wall-associated surface proteins
4
Samenvatting Molecular microbiology
1 Celvorm & architectuur
1.1 Microbiële grootte en vorm
Microbiële grootte en vorm:
• De vorm van de cel kan afhankelijk zijn van de fysiologische toestand
• De vorm van de cel is functioneel belangrijk
• Cellen nemen vaak meercelligheid aan → microkolonies, biofilms
• Welke paden en structuren bepalen de celvorm?
• Welke structuren zorgen voor celsterkte?
• Hoe reageren bacteriën op de omgeving?
Figuur van E.coli
• Linker figuur: SEM en TEM E.coli:
o Vorm: bacille vorm
o Wat is zijn grootte? → bacteriën → µm schaal
o TEM: binnenkant van de cel → hoge densiteit in het midden (= granule)
• Rechter figuur: U-pathogene E.coli (UPEC)→ we zien elongated en normal cellshape
o UPEC invasion: zijn intracellulair in epitheliale cellen → E.coli dringt binnen in cellen die
geen fagocytose ondergaan
▪ Epitheliaile cellen: hebben een high turnover
▪ Groene bollen: biofilms van bacteriën → zitten in een veiliger omgeving
o UPEC efflux: celvorm is ellongated/filamenteus
▪ Bij efflux krijgen de biofilms een flagellerende structuur → celvorm kan veranderen
• Heeft een beschermende functie tegen IS: omdat macrofagen hun niet via
de zijkant kunnen fagocyteren → alleen via de tip
• Worden wel herkent door cellen van IS
• Conclusie: zelfde bacteriën kunnen in verschillende vormen voorkomen
Grootte van MO:
• Bolvormige bacteriën (E. coli):
- ~0,5-2,0 μm.
• Staafvormige of draadvormige bacteriën:
- ~1-100 μm lengte x ~0,25-1,0 μm breedte
• Eukaryote cellen: 10-100 μm
• Virussen: 20-500 nm
1
,AL: Antilichaam, EW: Eiwit, IS: immuunsysteem, PMF: Proton Motive Force, TM: transmembraan, IC: incubatie, AB: antibiotica
Soorten celvorm:
• Coccus/sferen:
o Monococcus: individuele cocci
o Duplococcus: 2 coccusen
o Streptococcu: coci in keten
• Baccill-vormige: elongated cellen
• Spiraal-vorming: aanwezig in muco (dense plaats) → spiraal
vorm: om door muco te bewegen
• Spirocheet (leptospira)
In bacteriën kunnen mutanten gemaakt worden om
• Virulentie te testen: alle mutanten die bv geen vorm hebben zijn avirulent
1.1.1 Celmembraan
Als we een cel zien als een zak water, afgebakend door het celmembraan
• Waarom niet allemaal een bol?, Wat bepaalt de vorm?, Is vorm belangrijk?
• Hoe wordt een cel groter en splitst hij zich tijdens de fisie?
• Hoe doe je dat veilig zonder de celintegriteit in gevaar te brengen?
• Hoe bescherm je dit tegen gevaren van buitenaf?
• Wat reguleert al deze verschijnselen?
• Hoe transport en communicatie over de barrière?
Celvorm in eukaryote cellen: ontstaat door interne cytoskelet dat de vorm reguleert
• Actine en tubuline: zijn cytoskeletale elementen in eukaryoten
o Er bestaan varianten in bacteriën → maar deze hebben niet zelfde doel
o Celvorm in bacteriën: gecoördineerd vanuit de buitenkant (celenveloppe)
1.1.2 Turgordruk
Turgordruk
• In bacteriën: 0,5 – 3 mPa (5 – 30 bar):
o Groter dan een voetbal (0,5 – 1 bar) of fietsband ((3 – 10 bar)
• Ontstaat door de cytoplasmatische membraan → omdat membraan permeabel is:
▪ Omdat er proteïnen door het membraan getransporteerd worden
▪ Omdat sommige moleculen er niet doorheen diffunderen
o Moleculen dat door membraan kunnen: water kan spontaan door membraan diffunderen
o Op het membraan zijn er EW aanwezig (aquaporine) die zorgt voor transport van EW
• Principe turgordurk: Oplossing met suiker/zout + semipermeabele membraan
o Lage en hoge concentratie → water zal door osmose bewegen van lage → hoge
concentratie van suiker/zout
o Soorten gevolgen: in bacteriën fluctueren deze omgeving → daardoor celenveloppe nodig
om veranderingen op te vangen
▪ Hypertonische omgeving:
• Buiten de cel is er een grotere concentratie aan zouten
• Water komt uit de cel → plasmolyse (cel zal krimpen door lyse)
▪ Isotonische omgeving:
2
,AL: Antilichaam, EW: Eiwit, IS: immuunsysteem, PMF: Proton Motive Force, TM: transmembraan, IC: incubatie, AB: antibiotica
•
Buiten en binnen is er dezelfde concentratie → osmose in en uit in
equilibrium
▪ Hypotonische omgeving
• Buiten de cel is er een lagere concentratie aan zouten
• Water komt in de cel → turgid (cel zal opgeblazen worden)
o Dus: voor turgordruk: sterke elastische structuur nodig of een goed gebufferde omgeving
• Celwand:
o Eukaryotische cellen hebben niet bepaald een celwand → binnen is de turgor druk
geregeld → dus: celwand overbodig
o Planten: hebben wel een dikke celwand
1.2 Microbiële celenveloppen
Functie celenvelop:
• Is een selectieve barrière die het binnendringen van voedingsstoffen mogelijk maakt
o Het binnendringen van giftige stoffen of lekkage van celinhoud wordt verminderd
• Bepaalt en ondersteunt de celgrootte en celvorm.
• Biedt een scaffold voor de bevestiging van cel aanhangsels/appendages (flagelle, pili)
• Voorkomt celbreuk als gevolg van osmotische provocatie.
• Bevat functies voor de assemblage en groei van de celwand.
Functie celmembraan of cytoplasmatische membraan (binnenste: G- en cytoplasma: G+)
• Permeabiliteit barrière
o Zouten en protonen kunnen niet makkelijk erdoor → proteïnen nodig
• Plaats voor omzetting van energie: zorgt voor proton motive force & elektronentransport
o Hydrolyseerbare energiebronnen zijn exclusief voor cytoplasma: voor ATP
o Ge hebt een membraan (bilaag van fosfolipiden)
▪ Buiten: hoge concentratie van protonen (binnen: laag)→ gradient met de
binnenkant → geeft een elektrochemische potentiaal
▪ Gevolg: als proton van buiten naar binnen gaat → vrijgave van vrije energie
• Kan geconverteerd worden in ATP-synthese
• Flagella: structuur waarbij protonen op een gecontroleerde door flagellaire
motor → beweging
• Transporter: zijn proton-driven (hoofdstuk 3)
MO met celwanden:
• Bacteriën:
o Bevatten 3 hoofdarchitecturen
▪ Gram-negatieve of diderm (2-lagig membraan)
3
, AL: Antilichaam, EW: Eiwit, IS: immuunsysteem, PMF: Proton Motive Force, TM: transmembraan, IC: incubatie, AB: antibiotica
• Zijn resistenter tegen AB
▪ Gram-positieve of monoderm (1 -lagig membraan)
▪ Mycobacterië: gram-positieve bacteriën, maar heeft 2 membraan
• Heeft een membraan: bestaat uit mycolic-acid + proteïnen
• Eukarya
• Archaea
1.2.1 Bacteriële celenveloppen
1.2.1.1 Historisch perspectief
Gram-kleuring (Gram-kleuring): Hans Christian Gram (1884)
• Kleuring om onderscheid te maken tussen G+ en G- bacteriën
o Grampositief: kristalviolet kleuring blijft in de cel: kleurt paars
▪ Iodine en kristalviolet worden meer geabsorbeerd door dikkere cellwall
(peptidoglycaan) → cellwall zwelt op → niet meer permeabel in ethanol
o Gramnegatief: kristalviolet kleuring wort niet behouden: kleurt rood van safranine-
tegenkleuring
Vergelijking Gram-positieve (monoderm) & gram-negatieve bacteriën (diderm):
o Structuur Gram-positieve bacteriën:
o Cellwall (dikke peptidoglycaan laag)
▪ Hoofdbestanddeel → bepaald celvorm
▪ Zorgt voor support tegen turgor druk
o Periplasmatische ruimte
o Celmembraan (cytoplasmatische membraan)
o Structuur Gram-negatieve bacteriën:
o Cellwall (dunne peptidoglycaan laag): bepaald celvorm
▪ Outer Membrane
▪ Periplasmatische ruimte
▪ Peptidoglycaan
▪ Periplasmatische ruimte
o Celmembraan (cytoplasmatische membraan)/Inner membrane: minder dik
1.2.1.2 Gram-positieve celenveloppen
Gram-positieve celenveloppen of monoderm bacteriën:
• Dikte: 20-80 nm
• Goede doorlaatbaarheid
• Peptidoglycaan-laag: bedraagt ~50% van de celenvelop
• Geen lipiden in celenveloppe
• Bestaat uit:
o Cellwall (PG-laag)
▪ Polymeren in de secundaire celwand: niet aanwezig in G-
• Teichoïnezuur en/of teichuroninezuur: covalent gekoppeld aan
peptidoglycaan
• Lipoteichoïnezuur: covalent gekoppeld aan peptidoglycaan + verankerd in
cytoplasmatisch membraan (heeft biotech-toepassingen)
▪ Wall-associated surface proteins
4
