Hoofdstuk 1 Introduction and Major Themes of Microbiology
Alle cellen hebben een cytoplasmatisch membraan welke het binnenste gedeelte van de cel (= het
cytoplasma) scheidt van de omgeving. Het cytoplasma is opgebouwd uit een afwisseling van
verschillende macromoleculen zoals: Eiwitten, vetten, nucleïnezuren en polysachariden. Daarnaast
bestaat het cytoplasma ook uit kleine organische moleculen, inorganische ionen en ribosomen. De
celwand geeft de celstructuur en is relatief permeabel.
Als je kijkt naar de structuur en opbouw van cellen, kun je ze in twee grote groepen onderverdelen:
1. Prokaryoten= Hieronder vallen de bacteria en archaea. Hebben een kleine en simpele
structuur.
2. Eukaryoten= Hieronder vallen algae, protozoa, protisten, fungi, dierlijke- en plantencellen.
Stuk groter dan prokaryoten en bevatten organellen (waaronder: DNA-bevattende kern,
mitochondria en chloroplasten).
Een gen is een deel van het DNA wat codeert voor een eiwit/RNA. Het genoom van een prokaryoot en
een eukaryoot verschilt van elkaar. Bij een eukaryoot ligt het lineaire DNA opgeslagen in de nucleus.
Bij prokaryoten is het genoom een circulair chromosoom welke in de cel een nucleoid vormt (meestal
1 per prokaryoot).
-Activiteiten van microbiële cellen
Metabolisme: Het opnemen van nutriënten, transformeren in nieuwe cellen en afvalstoffen.
Groei: De toename in de hoeveelheid cellen door middel van celdeling.
Bewegen (S): Sommige cellen kunnen zichzelf aandrijven en zo bewegen m.b.v. flagellen.
Differentiatie (S): Het vormen van nieuwe celstructuren (zoals sporen)
Communicatie (S): Interactie tussen cellen met behulp van chemische signalen.
Genetische uitwisseling (S): Het uitwisselen van genen tussen verschillende cellen.
Evolutie: Het proces waarbij genetische variaties (mutanten) worden geselecteerd op basis
van wie de ‘’fittest’’ is.
Extremophiles = Micro-organismen die erg goed kunnen leven in omstandigheden die voor andere
organismen fataal zijn (te zure, zoute, koude, omgeving). Deze organismen leven bijvoorbeeld in met
ijs bedekte meren/zoute meren of in vulkanisch gesteente, etc.
Sommige bacteriën kunnen endosporen vormen. Deze endosporen zijn extreem hitte-resistent en zijn
gevormd door differentiatie van de moedercel. (Ontdekt door Ferdinand Cohn).
Louis Pasteur
Ontdekte de betekenis van optische isomeren. Een molecuul is optisch actief als een reine oplossing
of een kristal, licht doorlaat in maar een richting. Ook ontdekte hij dat (alcohol) fermentatie werd
gekatalyseerd door gisten.
Spontaneous generation = Het ontstaan van micro-organismen uit niet-levende materialen
(bijvoorbeeld op eten wat je te lang laat staan). Hij ontdekte dat er bij het bederven van niet-levende
materialen geen sprake is van spontaneous generation, maar dat dit komt door infectie van micro-
organismen in de lucht. Dit wordt versterkt door zijn experiment met de Pasteur fles (pagina 40)
Ook ontdekte hij een vaccin tegen rabiës.
Robert Koch
Deed onderzoek naar infectieziektes, zoals Anthrax. Ontdekte dat de bacterie ook kan groeien, niet in
een gastheer, maar in medium met nutriënten. Zijn hypothesen zorgden ervoor dat er voor veel
infectieziektes een behandeling en preventie werd gevonden.
Pure cultuur= Een cultuur waarin alleen een bepaald micro-organisme groeit.
Enrichment culture technique = Micro-organismen worden geïsoleerd uit samples met behulp van een
selectief medium en selectieve incubatieomstandigheden zodat alleen een bepaald groep organismen
kan overleven.
Chemolithotrophy = De oxidatie van anorganische stoffen zodat er energie vrijkomt.
, Hoofdstuk 2 Microbial Cell Structure and Function
Resolutie = De mogelijkheid om twee naast elkaar gelegen objecten van elkaar te kunnen
λ
onderscheiden. Dit wordt ook wel oplossend vermogen genoemd (d= ). Dit is afhankelijk van
2 x NA
de numerieke apertuur. Lenzen met een hogere vergroting hebben vaak ook een hogere numerieke
apertuur. Als dit niet zo zou zijn, wordt scherpstellen steeds lastiger. Bij olie-immersielenzen wordt
gebruik gemaakt van olie. Omdat olie een hogere brekingsindex heeft dan lucht wordt de numerieke
apertuur vergroot en kan er gebruik worden gemaakt van een hogere vergroting.
Contrast = Hoe goed iets zichtbaar is t.o.v. de achtergrond.
-Vergroot door:
Kleuringen. Meeste kleuringen zijn positief geladen en binden aan negatief geladen
celstructuren zoals: nucleïnezuren en sommige polysachariden.
o Gramkleuring. Onderscheidt grampositieve en gramnegatieve bacteriën van elkaar.
Andere microscoop (2d)
o Fasecontrast microscopie. Gaat uit van het principe dat cellen een andere
brekingsindex hebben dan hun omgeving. Hierdoor ontstaat een fasering (=Een
lichtgevende ring rondom de cellen).
o Donkerveld microscopie. Hierbij wordt er alleen licht van de zijkant aangevoerd. Het
licht dat zichtbaar wordt in het oog, is dus het licht wat wordt afgebroken door de
cellen. De cel wordt licht zichtbaar tegen een donkere achtergrond.
o Fluorescentiemicroscopie. Cellen worden zichtbaar doordat ze licht van een kleur
absorberen en vervolgens licht van een andere kleur uitzenden.
3D-microscopie
-Soorten
Differential interference contrast (DIC). Met behulp van een polarisator in de condensor wordt
er gepolariseerd licht geproduceerd. Dit licht komt door een prisma en wordt zo opgedeeld in
twee lichtbundels. De twee lichtbundels werken op elkaar in en zo kunnen verschillende,
kleine verschillen in celstructuren worden weergegeven.
Confocal scanning laser microscope (CSLM). Een microscoop die wordt aangestuurd via de
computer. Combineert een laser met een fluorescentiemicroscoop. De laser zorgt voor een
3D-plaatje.
Elektronenmicroscopie = Maakt gebruik van elektronen i.p.v. zichtbaar licht. Vindt plaats in vacuüm.
-Soorten
Transmission electron microscopy (TEM). Geeft cellen en celstructuren weer bij een hele
hoge vergroting en resolutie, zodat er zelfs op moleculair niveau naar de cel kan worden
gekeken. Dit komt door de korte golflengte van elektronen. Voor deze vorm van microscopie
zijn er dunne ‘’stukjes’’ cel nodig die worden gestabiliseerd en gekleurd om ze zichtbaar te
maken. De kleuring vindt plaats met zware atomen die de elektronen goed kunnen
verstrooien.
Scanning electron microscopy (SEM). Het monster wordt bekleed met een zwaar metaal. Dit
zware metaal verstrooit de elektronen en deze worden bij elkaar gevoegd en weergegeven in
een plaatje.
Morfologie = De vorm van een cel. Ondanks dat het belangrijk is, zegt het heel weinig over de andere
eigenschappen van een cel.
Kleine cellen
-Voordelen
Hoger oppervlakte-volume-ratio. Deze cellen kunnen sneller nutriënten uitwisselen.
Snellere groei
Meer invloed in evolutie. Deze cellen delen sneller en er moet dus vaker het genoom
repliceren. Hierbij is er dus meer kans op mutaties en mutaties zijn een gedeelde oorzaak van
evolutie.
, Kleine cellen
-Nadelen
Een cel kan ook niet te klein zijn, er is namelijk ook ruimte (volume) nodig om essentiële
celcomponenten te bewaren.
Cytoplasmatisch membraan = Omringd het cytoplasma en scheidt
het van de omgeving. Is selectief permeabel.
-Opbouw
Een fosfolipide billaag. Dit bestaat uit fosfolipiden (vetzuren
+ glycerol-fosfaat). De meeste membranen zijn vloeibaar.
Hopanoïden = Zijn vast en versterken het membraan van
sommige bacteriën. Hebben dezelfde functie als bijv.
cholesterol bij eukaryoten.
Eiwitten. Hebben een hydrofoob oppervlakte waar het eiwit
in contact staat met het membraan en een hydrofiel
oppervlakte waar het eiwit in contact staat met de omgeving.
-Soorten
o Integrale eiwitten. Steken volledig of gedeeltelijk in
het membraan
o Periferale eiwitten. Bevinden zich aan het oppervlakte van het membraan. Zijn vaak
gebonden aan integrale membraaneiwitten.
Bij archaea: Hebben i.p.v. een esterverbinding een etherverbinding (C-O-C) tussen glycerol
en de hydrofobe zijketens. Deze vetten hebben geen vetzuren, maar meerdere units van
isoprene.
Phytanyl = Bestaat uit 5 isoprene units.
Lipide monolagen zijn extreem hitteresistent. Sommige archaealvetten bevatten
ringen. Deze ringen beïnvloeden de chemische eigenschappen van een vet.
-Functie
Permeabel. Voorkomt een passieve lekkage van opgeloste stoffen in en uit de cel. Isoprene
-Werking
o Het hydrofobe gedeelte van het membraan is een barrière voor diffusie van oa
zouten, suikers, aminozuren, etc. Sommige kleine hydrofobe moleculen kunnen
passeren door diffusie, maar polaire (behalve water) en geladen moleculen kunnen
dit niet. Die moeten worden getransporteerd.
Aquaporines = Kanalen in het membraan voor het versnellen van het transport van
water.
Anker voor veel eiwitten. Eiwitten die bijdragen aan transport, chemotaxis en bio-energetica
vestigen zich in het membraan.
Het behouden van energie. Hierdoor kunnen protonen worden gescheiden van hydroxyl-
ionen. Deze energiebron (=proton motive force) is noodzakelijk voor veel functies in de cel
waar energie voor nodig is.
Transporteiwitten = Zorgen ervoor dat nutriënten kunnen worden uitgewisseld van een lage
concentratie naar een hoge concentratie. Dit kost de cel energie. Is nodig omdat een cel niet alleen
kan blijven leven met diffusie. Bij diffusie overschrijdt de intercellulaire concentratie nooit de
extracellulaire concentratie. In sommige omgevingen is deze concentratie erg laag, terwijl de cel een
hogere concentratie nodig heeft. Om dit te voorkomen zijn er transporteiwitten nodig.
-Eigenschappen
Verzadiging. Er is teveel substraat aanwezig in de omgeving om allemaal te worden
getransporteerd door de transporter.
Hoge specificiteit. Veel transporters werken alleen voor een bepaald soort molecuul.
De synthese wordt vaak gereguleerd door de cel.
Alle cellen hebben een cytoplasmatisch membraan welke het binnenste gedeelte van de cel (= het
cytoplasma) scheidt van de omgeving. Het cytoplasma is opgebouwd uit een afwisseling van
verschillende macromoleculen zoals: Eiwitten, vetten, nucleïnezuren en polysachariden. Daarnaast
bestaat het cytoplasma ook uit kleine organische moleculen, inorganische ionen en ribosomen. De
celwand geeft de celstructuur en is relatief permeabel.
Als je kijkt naar de structuur en opbouw van cellen, kun je ze in twee grote groepen onderverdelen:
1. Prokaryoten= Hieronder vallen de bacteria en archaea. Hebben een kleine en simpele
structuur.
2. Eukaryoten= Hieronder vallen algae, protozoa, protisten, fungi, dierlijke- en plantencellen.
Stuk groter dan prokaryoten en bevatten organellen (waaronder: DNA-bevattende kern,
mitochondria en chloroplasten).
Een gen is een deel van het DNA wat codeert voor een eiwit/RNA. Het genoom van een prokaryoot en
een eukaryoot verschilt van elkaar. Bij een eukaryoot ligt het lineaire DNA opgeslagen in de nucleus.
Bij prokaryoten is het genoom een circulair chromosoom welke in de cel een nucleoid vormt (meestal
1 per prokaryoot).
-Activiteiten van microbiële cellen
Metabolisme: Het opnemen van nutriënten, transformeren in nieuwe cellen en afvalstoffen.
Groei: De toename in de hoeveelheid cellen door middel van celdeling.
Bewegen (S): Sommige cellen kunnen zichzelf aandrijven en zo bewegen m.b.v. flagellen.
Differentiatie (S): Het vormen van nieuwe celstructuren (zoals sporen)
Communicatie (S): Interactie tussen cellen met behulp van chemische signalen.
Genetische uitwisseling (S): Het uitwisselen van genen tussen verschillende cellen.
Evolutie: Het proces waarbij genetische variaties (mutanten) worden geselecteerd op basis
van wie de ‘’fittest’’ is.
Extremophiles = Micro-organismen die erg goed kunnen leven in omstandigheden die voor andere
organismen fataal zijn (te zure, zoute, koude, omgeving). Deze organismen leven bijvoorbeeld in met
ijs bedekte meren/zoute meren of in vulkanisch gesteente, etc.
Sommige bacteriën kunnen endosporen vormen. Deze endosporen zijn extreem hitte-resistent en zijn
gevormd door differentiatie van de moedercel. (Ontdekt door Ferdinand Cohn).
Louis Pasteur
Ontdekte de betekenis van optische isomeren. Een molecuul is optisch actief als een reine oplossing
of een kristal, licht doorlaat in maar een richting. Ook ontdekte hij dat (alcohol) fermentatie werd
gekatalyseerd door gisten.
Spontaneous generation = Het ontstaan van micro-organismen uit niet-levende materialen
(bijvoorbeeld op eten wat je te lang laat staan). Hij ontdekte dat er bij het bederven van niet-levende
materialen geen sprake is van spontaneous generation, maar dat dit komt door infectie van micro-
organismen in de lucht. Dit wordt versterkt door zijn experiment met de Pasteur fles (pagina 40)
Ook ontdekte hij een vaccin tegen rabiës.
Robert Koch
Deed onderzoek naar infectieziektes, zoals Anthrax. Ontdekte dat de bacterie ook kan groeien, niet in
een gastheer, maar in medium met nutriënten. Zijn hypothesen zorgden ervoor dat er voor veel
infectieziektes een behandeling en preventie werd gevonden.
Pure cultuur= Een cultuur waarin alleen een bepaald micro-organisme groeit.
Enrichment culture technique = Micro-organismen worden geïsoleerd uit samples met behulp van een
selectief medium en selectieve incubatieomstandigheden zodat alleen een bepaald groep organismen
kan overleven.
Chemolithotrophy = De oxidatie van anorganische stoffen zodat er energie vrijkomt.
, Hoofdstuk 2 Microbial Cell Structure and Function
Resolutie = De mogelijkheid om twee naast elkaar gelegen objecten van elkaar te kunnen
λ
onderscheiden. Dit wordt ook wel oplossend vermogen genoemd (d= ). Dit is afhankelijk van
2 x NA
de numerieke apertuur. Lenzen met een hogere vergroting hebben vaak ook een hogere numerieke
apertuur. Als dit niet zo zou zijn, wordt scherpstellen steeds lastiger. Bij olie-immersielenzen wordt
gebruik gemaakt van olie. Omdat olie een hogere brekingsindex heeft dan lucht wordt de numerieke
apertuur vergroot en kan er gebruik worden gemaakt van een hogere vergroting.
Contrast = Hoe goed iets zichtbaar is t.o.v. de achtergrond.
-Vergroot door:
Kleuringen. Meeste kleuringen zijn positief geladen en binden aan negatief geladen
celstructuren zoals: nucleïnezuren en sommige polysachariden.
o Gramkleuring. Onderscheidt grampositieve en gramnegatieve bacteriën van elkaar.
Andere microscoop (2d)
o Fasecontrast microscopie. Gaat uit van het principe dat cellen een andere
brekingsindex hebben dan hun omgeving. Hierdoor ontstaat een fasering (=Een
lichtgevende ring rondom de cellen).
o Donkerveld microscopie. Hierbij wordt er alleen licht van de zijkant aangevoerd. Het
licht dat zichtbaar wordt in het oog, is dus het licht wat wordt afgebroken door de
cellen. De cel wordt licht zichtbaar tegen een donkere achtergrond.
o Fluorescentiemicroscopie. Cellen worden zichtbaar doordat ze licht van een kleur
absorberen en vervolgens licht van een andere kleur uitzenden.
3D-microscopie
-Soorten
Differential interference contrast (DIC). Met behulp van een polarisator in de condensor wordt
er gepolariseerd licht geproduceerd. Dit licht komt door een prisma en wordt zo opgedeeld in
twee lichtbundels. De twee lichtbundels werken op elkaar in en zo kunnen verschillende,
kleine verschillen in celstructuren worden weergegeven.
Confocal scanning laser microscope (CSLM). Een microscoop die wordt aangestuurd via de
computer. Combineert een laser met een fluorescentiemicroscoop. De laser zorgt voor een
3D-plaatje.
Elektronenmicroscopie = Maakt gebruik van elektronen i.p.v. zichtbaar licht. Vindt plaats in vacuüm.
-Soorten
Transmission electron microscopy (TEM). Geeft cellen en celstructuren weer bij een hele
hoge vergroting en resolutie, zodat er zelfs op moleculair niveau naar de cel kan worden
gekeken. Dit komt door de korte golflengte van elektronen. Voor deze vorm van microscopie
zijn er dunne ‘’stukjes’’ cel nodig die worden gestabiliseerd en gekleurd om ze zichtbaar te
maken. De kleuring vindt plaats met zware atomen die de elektronen goed kunnen
verstrooien.
Scanning electron microscopy (SEM). Het monster wordt bekleed met een zwaar metaal. Dit
zware metaal verstrooit de elektronen en deze worden bij elkaar gevoegd en weergegeven in
een plaatje.
Morfologie = De vorm van een cel. Ondanks dat het belangrijk is, zegt het heel weinig over de andere
eigenschappen van een cel.
Kleine cellen
-Voordelen
Hoger oppervlakte-volume-ratio. Deze cellen kunnen sneller nutriënten uitwisselen.
Snellere groei
Meer invloed in evolutie. Deze cellen delen sneller en er moet dus vaker het genoom
repliceren. Hierbij is er dus meer kans op mutaties en mutaties zijn een gedeelde oorzaak van
evolutie.
, Kleine cellen
-Nadelen
Een cel kan ook niet te klein zijn, er is namelijk ook ruimte (volume) nodig om essentiële
celcomponenten te bewaren.
Cytoplasmatisch membraan = Omringd het cytoplasma en scheidt
het van de omgeving. Is selectief permeabel.
-Opbouw
Een fosfolipide billaag. Dit bestaat uit fosfolipiden (vetzuren
+ glycerol-fosfaat). De meeste membranen zijn vloeibaar.
Hopanoïden = Zijn vast en versterken het membraan van
sommige bacteriën. Hebben dezelfde functie als bijv.
cholesterol bij eukaryoten.
Eiwitten. Hebben een hydrofoob oppervlakte waar het eiwit
in contact staat met het membraan en een hydrofiel
oppervlakte waar het eiwit in contact staat met de omgeving.
-Soorten
o Integrale eiwitten. Steken volledig of gedeeltelijk in
het membraan
o Periferale eiwitten. Bevinden zich aan het oppervlakte van het membraan. Zijn vaak
gebonden aan integrale membraaneiwitten.
Bij archaea: Hebben i.p.v. een esterverbinding een etherverbinding (C-O-C) tussen glycerol
en de hydrofobe zijketens. Deze vetten hebben geen vetzuren, maar meerdere units van
isoprene.
Phytanyl = Bestaat uit 5 isoprene units.
Lipide monolagen zijn extreem hitteresistent. Sommige archaealvetten bevatten
ringen. Deze ringen beïnvloeden de chemische eigenschappen van een vet.
-Functie
Permeabel. Voorkomt een passieve lekkage van opgeloste stoffen in en uit de cel. Isoprene
-Werking
o Het hydrofobe gedeelte van het membraan is een barrière voor diffusie van oa
zouten, suikers, aminozuren, etc. Sommige kleine hydrofobe moleculen kunnen
passeren door diffusie, maar polaire (behalve water) en geladen moleculen kunnen
dit niet. Die moeten worden getransporteerd.
Aquaporines = Kanalen in het membraan voor het versnellen van het transport van
water.
Anker voor veel eiwitten. Eiwitten die bijdragen aan transport, chemotaxis en bio-energetica
vestigen zich in het membraan.
Het behouden van energie. Hierdoor kunnen protonen worden gescheiden van hydroxyl-
ionen. Deze energiebron (=proton motive force) is noodzakelijk voor veel functies in de cel
waar energie voor nodig is.
Transporteiwitten = Zorgen ervoor dat nutriënten kunnen worden uitgewisseld van een lage
concentratie naar een hoge concentratie. Dit kost de cel energie. Is nodig omdat een cel niet alleen
kan blijven leven met diffusie. Bij diffusie overschrijdt de intercellulaire concentratie nooit de
extracellulaire concentratie. In sommige omgevingen is deze concentratie erg laag, terwijl de cel een
hogere concentratie nodig heeft. Om dit te voorkomen zijn er transporteiwitten nodig.
-Eigenschappen
Verzadiging. Er is teveel substraat aanwezig in de omgeving om allemaal te worden
getransporteerd door de transporter.
Hoge specificiteit. Veel transporters werken alleen voor een bepaald soort molecuul.
De synthese wordt vaak gereguleerd door de cel.
