Nebuněční, Viry, Prokaryota

Nebuněční

(=subcellulata, podbuněční)

-          praorganismy (=eobionta), viry

Praorganismy

- eobionta vznikla asi 4 mld. let zpět 

- primitivní živé soustavy 

- vznikly u chemické evoluce z koacervátů[1] (pravděpodobně)

- považují se za živé organismy 

Znaky: 

Obsahují nukleovou kyselinu (nese gen. dědičnou informaci)

Obsahují bílkoviny a enzymatické složky 

Mají jednoduchý metabolismus

Jsou schopny autoreprodukce a dalšího vývoje

Viry

- nebuněčné organismy 

- důležitým znakem je to, že jsou schopny reprodukce pouze v hostitelských buňkách 

- nitrobuněční = intracelulární parazité 

- nemají vlastní aparát na syntézu bílkovin (= ribozomy, a nemají tRNA)

- nemají metabolický aparát (= mitochondrie) 

Evoluce viru

(uvažuje se nad možnostmi):

I.      původně jednobuněčné organismy, ale měly se tak dobře, že se zjednodušily až na viry 

II.     Objevily se zároveň s buňkami 

III.    Osamostatnění částí genetického aparátu buňky (nějaký úlomek začal žít vlastním životem)

(Redukce parazitické bakterie)

Virion = částice viru schopná infikovat buňku a v ní se množit (jeden jedinec, když řeknu virus chřipky, tak se myslí cely druh)

Stavba viru 

- velmi jednoduché 

1. Kapsid (= kapsida)

- bílkovinný obal okolo nukleové kyseliny, je na povrchu, složen z makromolekul bílkovin = kapsomery (tvoří tu kapsidu), někdy mohou být vytvořeny výběžky nebo hroty, může mít geometricky pravidelný tvar a platí, že bílkoviny jsou specifické - dodává viru antigenitu (antigen je látka, která v organismu vyvolá imunitní reakci – jestliže se virus dostane do organismu, organismus to rozpozná a snaží se nepřítele zničit – proto vyvolá imunitní odpověď – může to být např. horečka… za to, že viry způsobí tu imunitní reakci, tak za to může ta bílkovina)

2. Nukleová kyselina

– může být obojího typu DNA (= DNA viry) nebo RNA (= RNA viry)

- jsou velmi malé, jejich nukleová kyselina obsahuje od 20-200 genů 

-> to mu stačí k životu, pokud je uvnitř buňky 

(Pokud mají něco navíc tak):

3. Enzymy uloženy v kapsidu nebo nad kapsidem

- mohou mít membránový obal (lipoproteinový - stejně jako u nás cytoplazmatická membrána) obal pochází bud´ z jaderné membrány hostitelské buňky nebo cytoplazmatickou membránu buňky 

-> mají je jen některé viry 

Životní cyklus viru 

2 fáze:

Mimobuněčná fáze - virus nejeví známky života → nemá mitochondrie, ribozomy a nic, tak se nerozmnožuje

Nitrobuněčná fáze - virus ožije, protože se začne množit v hostitelské buňce 

Průběh virové infekce

-          napřed si virus musí najít buňku, kterou napadne

1. Přilnutí = adsorpce na povrch buňky 

- viry se navážou na určitá místa na buňce = receptory (receptory jsou glykoproteiny nebo lipoproteiny)

- přilnutí se děje na specifických receptorech, které jsou na povrchu buňky (pokud buňka receptory má, tak se virus může navázat → buňka je ‚citlivá‘ na virus)

- pro každý virus je specifický receptor, funguje to na principu ‚zámek a klíč‘

- pokud se virus na buňku naváže, tak pronikne dovnitř

Vniknutípenetrace 

Různé viry pronikají různě

A.    Bakteriofágy - napadají pouze bakterie, viry do buňky nepronikají celé, ale dovnitř do buňky proniká pouze jejich nukleová kyselina (kapsida a vše ostatní zůstane vně)

- buňka dostane jako kdyby ‚injekci‘ DNA od viru  

B. Zooviry, Fytoviry – pronikají celé (kapsid i nukleová kyselina) - kapsid se rozpadne uvnitř buňky, takže potom uvnitř zůstane nukleová kyselina

Mohou pronikat dvojím způsobem:

I.              Nespecificky (mechanicky se tam protlačí)

II.             Specificky pomocí přenašeče (na povrchu buňky je ‚zrádce‘ přenašeč, který pomůže viru dostat se dovnitř buňky. Existují specifické přenašeče pro specifické viry) 

3. Virus buňku prakticky paralyzuje

-> je zastavena syntéza DNA, RNA, tvorba bílkovin…

4. Replikace viru (té virové DNA)

 - množení viru - rozlišení v DNA a RNA virech:

DNA viry replikace v buňce

I. virus nemá vlastní DNA-polymerázu, tak si ji ‚půjčí‘ od buňky a zajistí si, že buňka pracuje pro virus → buňka začne replikovat DNA viru 

→ dochází k mnohonásobné replikaci virové DNA za využití DNA-polymerázy od buňky (uvnitř buňky vznikne až tisíc nových molekul)

→ poté musí dojít k přepisu virové DNA do m-RNA → využije ribozomů buňky → v ribozomech si vyrobí kapsidu (obalí si svou DNA kapsidem) → vznik tisíců nových obalených virů

→ buňka to však nevydrží a dojde k ‚prasknutí‘ = LYZI buňky → prasknutím se uvolní viry do prostředí → tisíc virů napadne tisíc buněk a virová infekce se začne takto šířit -> proto virová onemocnění nemají moc dlouhou inkubační dobu a probíhají velmi rychle

 

RNA viry 

- dojde k mnohonásobné replikaci virové RNA[2] → rovnou dojde k překladu do bílkovin obalu

Buňky si ale NEUMÍ množit RNA[3] -> nastal problém, ale viry to vyřešily -> v buňkách není enzym pro replikaci virové RNA (není tam RNA-polymeráza), a proto:

1. Některé RNA viry mají enzym RNA-polymerázu přímo v kapsidu = 'jednoduché řešení'

2. U některých virů je v jejich virové RNA uložen gen pro enzym RNA-polymerázu (mají to zakódováno v genech) – gen je v ribozomu přeložen, a tím vznikne funkční RNA-polymeráza, která replikuje virovou RNA = ‚chytré řešení‘

Permisivita - 'ochota' buňky uskutečnit genetický program viru[4]

Buňky se mohou bránit - produkují látky: INTERFERONY = bílkoviny, které brání množení viru – interferony se tvoří v napadených buňkách, pomáhají jim monocyty (č. krvinky)

Lytický cyklus = = pokud buňka podlehne, tak se v ní virus namnoží, vznikne tam až 1000 virových částic → buňka to nevydrží a praskne = lyzuje – virová infekce se šíří, napadá další buňky v organismu a probíhá infekce

Aparentní infekce zjevná = projeví se ihned po inkubační době, virus se množí, probíhá jeho lytický životní cyklus (vidím, že se něco děje)

Latentní infekce skrytá = infekce, která se neprojeví vnějšími znaky na hostiteli, projeví se čas od času při aktivaci viru IMPULS – tzn. aktivována např. horečkou, UV zářením (nevidím, že se něco děje)

-          příznaky odezní, když je zastaveno množení viru, ale virus zůstává v organismu dál

Lyzogenní cyklus = virus pronikl dovnitř, ale nemnoží se - virová nukleová kyselina se nereplikuje – pouze se začlení do chromozomu hostitelské buňky. Začleněné nukleové kyselině se říká provirus (=profág)

-          Při dělení buněk se ‚napadený‘ chromozom přenáší na dceřiné buňky -> může se stát, že úsek nové virové kyseliny udělí buňce nové vlastnosti (začne vytvářet novou sloučeninu, nebo se může začít dělit jinak = abnormálně množit, vznik např. rakovinných buněk, tuto nepříjemnou schopnost mají také adenoviry = herpes viry)

-          toto je pro viry výhodné, nemusí si stavět celý virion, ale přenáší prakticky pouze úsek DNA, de facto profág

-          profág se může z bakteriálního chromozomu spontánně nebo vlivem indukčních činitelů (U záření, hormonální nerovnováha, atd.) vyčlenit a přejít do lytického cyklu

-          Rakovina děložního čípku - při pohlavním styku se přenáší tyto herpes viry a může se stát, že se ty buňky budou takto chovat  

-          Herpes viry způsobují i opary (herpes symplex)

DNA viry se začlení do chromozomu bez problému, ale u RNA virů nastává problém

U RNA virů nelze začlenit jednovláknovou virovou RNA do dvojvláknové chromozomální DNA buňky  → řeší se to tak, že některé viry obsahují enzym reverzní transkriptáza (naopak než transkripce) - enzym provádí zpětnou transkripci jednovláknové virové RNA do dvojvláknové DNA -> můžu začlenit dvouvláknovou virovou DNA do chromozomu

-> virům s reverzní transkriptázou se říká retroviry ( např. vir HIV)

Bakteriální viry = bakteriofágy (fágy)

-    napadají pouze bakterie

-    Mají nejsložitější stavbu:

1.     Hlavička - tvořena kapsidem, uvnitř DNA nebo RNA 

2.     Bičík - skládá se ze dvou vrstev - vnější vrstva je tvořena stažitelnými bílkovinami a vnitřní vrstva je tvořena bílkovinami, které nejsou stažitelné a vytvářejí tzv. Trubičku -> když dojde k napadení, stažitelné bílkoviny se smrští  -> trubička pronikne dovnitř buňky (injekce) -> z kapsidu proniká virová DNA dovnitř do bakterie

3.     Bičíkatá vlákna - bílkovina, slouží k přichycení bakteriofágu na receptor

-    DNA nebo RNA se může začlenit do chromozomu bakterie a pak se tomu říká zase profág

Napadené bakterie prakticky všechny, ale např. streptokoky (angína), stafylokoky (zápal plic), rod bacilus = tyčinkovité bakterie

Fytoviry

Většinou RNA viry, napadají rostlinné buňky

Mají jednoduchou stavbu - jsou nejjednodušší

Mají spirálovitou strukturu

Přenos nejčastěji hmyzem (když nabodnou pletiva a sají tekutinu, tak zároveň tam přenesou ty viry)

Většinou způsobují deformace listu, barevné změny

Nejznámějším virem je Virus tabákové mozaiky - trosku vypadá jako bakterie, je to jeden z prvních virů, který byl objeven

Tyto viry nejdou na člověka

Další typy virusu mozaiky:

Mozaika rajčat, okurky, květáku,…

Nemoc šarka - postihuje slivoně - švestky scvrklé, nakyslé a je po úrodě

Zooviry

-    živočišné viry

Podle nemocí:

DNA viry

virus oparu (herpes viry)

Opar

-    virus herpes symplex

-    Dochází k postižení sliznic a kůže - projevují se jako puchýřky - nejčastěji na rtu, někde na kůži

-    Bolí to, trne, tekutina plná viru v tom puchýřku - je to infekční (dá se s tím žít)

Adenoviry - mohou být původci kataru (zánětu horních cest dýchacích) - chrapoty, kašle

- ty, které se rády začleňují do chromozomů a mohou způsobit abnormální dělení buněk, takže mohou být nebezpečné!  

Neštovice - pravé/černé neštovice

-    víceméně vymícený díky Edwardu Jennerovi - objevitel vakcinace (vaka-kráva, všiml si, že lidé, kteří se starali o dobytek, se nakazili kravskými neštovicemi – přežili je a zároveň se jim vytvořila i obrana proti pravým neštovicím, z jejich strupů po těch kravských neštovicích vyrobil látku, se kterou očkoval zdravé lidi a když přišla epidemie, tak měli lidé vytvořené v těle protilátky)

-    úmrtnost až 40%

-    Přenos přímým kontaktem, kapénkami, hleny, slinami

-    Inkubační doba kolem 1 až 2 týdnů (po 14 dnech se může až projevit)

-    Puchýře nejsou jen na povrchu těla, ale i uvnitř v ústech na sliznici nosu, …

-    Doprovázeno vysokými horečkami, lidé nemohli pít pořádně, atd.

-    pokud to přežili, tak zůstaly jizvy na kůži

Plané neštovice - projevují se formou puchýřků, vysoce nakažlivé ale nejsou nebezpečné

-    lehký průběh, a pokud si to dítě neškrábe, tak se v pořádku zahojí

Pásový opar - virus shodný s virem planých neštovic, je nepříjemný,  napadá míšní  kořeny - jsou dlouhé a po celém nervu se vysejí v 'pásu' takové pupínky – je to nepřijemné a bolí to (nervy jsou drážděny), člověk má bolesti i po tom, co pupínky zmizí

-    záležitost spíše dospělých

Infekční mononukleóza

= EB-virus - Epstain - Barrové virus

-    proniká do těla dýchací soustavou (kapénková infekce) nebo přímým kontaktem (napitím), množí se v lymfocytech a v lymfatických uzlinách

-    ze začátku se projevuje jako angína -> může poškozovat játra -> člověk musí dodržet přísnou jaterní dietu - pokud nedodrží tak cirhóza jater hrozí (zánět)

-    Nesmí to být mastné, křupavé atd…  Velmi šetrná strava

Myxomatóza

-    onemocnění králíků (dá se proti tomu očkovat)

-    Není to přenosné na člověka

-    Celý chov se musí vydesinfikovat a králíky očkovat

-    Otoky hlavy, víček a umřou na to

Bradavice

-    virus vyvolává tvorbu kožních malých nádorků 'bradavic'

-    Způsobují ho papillomaviry

-    U dobytka se mohou zvrhnout až ve zhoubné nádory (nebezpečné)

Stejný typ viru může způsobovat rakovinu děložního čípku

Kravské neštovice

-    přenosné na člověka, ale nejsou nebezpečné, nakažení - při dojení (nejčastěji)

-    Člověk, který se nakazil, tak to přežil a získal imunitu - přežil ty pravé neštovice

Ovčí neštovice

-    lidé pracující s ovcemi

-    Projeví se jako puchýřky, vyrážky

-    Doprovázeno horečkou, není nebezpečné

RNA viry

Obrna (poliovirus) - svaly stažené v křeči protože jsou špatně ovládány motolickými hybnými nervy

-    Vstupuje ústní dutinou - jídlo, nádobí, vdechnutí… Inkubační doba různě dlouhá

-    Virus zasahuje CNS - jsou poškozena hybná centra a hybné nervy v mozku 

-    V ČR povinné očkování dětí krátce po porodu

Rhinovirus - kašel, rýma,…

-    kapénková infekce

-    Nosní sliznice napadena – virus se začne množit a buňky se zlikvidují, značná část sliznice se během rýmy úplně zničí, ale naštěstí se pak rychle obnoví

-    Podrážděny hlenové žlázky - produkce hlenu (sekret hlenu průhledný, světlý)

-    (žlutozelený hlen - infekce i bakteriální se přidala)

Slintavka a kulhavka

-    postihuje dobytek a prasata

-    Zvířata mají horečku, v ústech se jim tvoří puchýře plné virů a bolí je to tak slintají

-    Rychle se šíří a všechna zvířata nemocná na to umřou

-    Je přenosná na člověka

Zarděnky

-    kožní vyrážka červená, zvýšené teploty, zvětšené mízní uzliny

-    Mírný průběh nemoci

-    Jediné nebezpečí je že pokud se těhotná žena dostane v prvním trimestru do kontaktu s tímto virem tak to může vést k potratu - poškozuje plod

-    Proti nim se očkuje

Klíšťová encefalitida

-    přenašečem je infikované klíště

-    Encefalitida - může vyvolat zánět mozkových blan (postihuje mozek a míchu),

-    inkubační doba 1-2 týdny

-    Můžeme se nakazit i pitím mléka - když je kráva nakažená

-    Očkování

Virus chřipky - 3 typy:

Typ A - lidé i zvířata ('ptačí' chřipka)

Typ B - pouze lidé

Typ C - typický pro dětské kolektivy

Virus se velmi rychle replikuje - chyby v přepisu se mohou objevovat - mutace

Mohou ty typy mutovat kmeny H2N2, H5N1

Očkování na virus, který se ještě nezměnil, takže méně účinné

Chřipka - příznaky: vysoká horečka, schvácenost, bolesti kloubů, kůže, suchý kašel (žádná rýma) bolest na průdušnici

-    můžou se ke chřipce přidat i bakterie (+ rýma, vlhký kašel), nástup chřipky velmi rychlý (během několika hodin)

Příušnice

-    příušní slinná žláza se zanítí a celé tělo na to reaguje a zvětší se mízní uzliny, bolestivé, doprovázeno horečkou

-    Komplikace - zánět mozkových blan a poškození CNS , také žlázy s vnitřním vyměšováním (endokrinní žlázy) spíš u mužů - neplodnost -> takže očkování

Spalničky

-    výsev vyrážek na kůži - 'spála'

-    Příznaky jako nachlazení a později vyrážka

-    Krátký průběh a rychle odezní

Vzteklina

-    infikované zvíře, které má v těle a ve slinách virus vztekliny

-    Svalové křeče, bolesti hlavy, krku, poruchy lícního svalstva, zvýšené slinění, světloplachost

-    Nejnebezpečnější křeč dýchacích svalů bránice a podplícnicí - pokud nefungují tak se člověk udusí

-    Končí smrtí

-    Zvířata ztrácejí plachost, lišky, psi, srnci, netopýři

-    Nemusí nás pokousat hlavně nesahat

Retroviry (reverzní transkriptáza)

HIV virus

-    onemocnění AIDS

-    Poškozen imunitní systém - úplný rozpad, napadá T-lymfocyty (zodpovídají za buněčnou imunitu)

-    Nakažení pohlavním stykem, krví, z matky na plod

Původ - opice v Africe

Projev - různé : únava, zvětšené mízní uzliny, hubnutí, teploty, vyrážky, průjem, nádory (typické nádory u nich - burkitt lymfom a kaposiho sarkom…)

Plísňová onemocnění také

Nejčastěji umře na zápal plic

Zvyšuje se počet - nejvíce postiženi muži homosexuálové

Nedá se vyléčit, pouze zpomalit

SARS (respirační syndrom)

-    viry coronaviry způsobují

-    Obávané onemocnění jako o ptačí chřipce

-    zápal plic, prudký nástup nemoci, vysoká úmrtnost

Onkoviry

-    tvorba nádorů, konkrétně HTLV I-III

-    vyvolávají mutace DNA buněk atd. a vzniká nádor

------------------ konec virů --------------

PODVIROVÉ INFEKČNÍ JEDNOTKY

-    jednodušší stavba než viry

-    původci závažných infekčních chorob rostlin a živočichů

viroidy - tvoří jednořetězcová cyklická molekula RNA, není obklopena kapsidem, nekóduje žádný protein, replikují se v jádře buňky hostitelské - vyvolávají onemocnění rostlin (hospodářské plodiny, bledost okurkových lístků, zakrnělost chmele,…)

PSTV viroid - poškození bramborových hlíz (poprvé popsaný viroid)

virusoidy – tvoří jednořetězcová molekula RNA, nekóduje žádný protein, není schopen se sám replikovat – vyžaduje účast pomocného virusu (replikace v cytoplasmě), infikují rostliny

priony – ‚bílkoviny‘, výskyt ve 2 formách:

-     jedna není infekční – vyskytují se běžně na povrchu buněk v nervové tkáni

ale! neinfekční priony se mohou změnit na infekční z nějakého důvodu

-    infekční priony mění mozkovou tkáň člověka nebo zvířete v houbovitou hmotu (objevují se tam dutinky)

projevy: poruchy hybnosti, ztráta koordinace, pohybu, ochrnutí, smrt

Infikované priony – choroby mají dlouhou inkubační dobu (5, 10 let,…)

I.              BSE Bovinní Spongiformní Encefalopatie (nemoc šílených krav) – pokud priony napadnou dobytek,

II.             Creutzfeldt-Jakobova choroba (CJD) – lidská podoba BSE, vznik patologické bílkoviny v mozku některých lidí, degenerace mozečku, CNS)

projev: prionová bílkovina se u CJD dostane do buněk mozku a v nich se zachová jako virus. Přinutí buňky, aby místo svých vlastních bílkovin začaly vyrábět prionové bílkoviny. Kopie se šíří a proces se rozšiřuje. Postižené buňky jsou nakonec tak zaplněné prionovými bílkovinami, že prasknou a odumřou. Nemoc se začne projevovat rychle postupujícím rozpadem osobnosti a demencí.

III.            Scrapie (drbavka) – u ovcí a koz, ztráta koordinace pohybu, chovají se divně, poškozená kožní citlivost

IV.           Kuru – pojídání napadených mozků zemřelých (v rámci rituálu, Nová Guinea) ‚laughing disease‘ – doprovázena nekontrolovatelnými záchvaty smíchu

Epidemie – nemoc postihla určité % obyvatel

Pandemie – na větším území (země, kontinenty)

Prokaryotní organismy

§  jednobuněčné organismy, netvoří mnohobuněčné organismy, ale mohou vytvářet kolonie

Prokaryotní buňka

-      velikost do 2 micrometrů (sinice až do 10 micrometrů)

-      protoplast = celý živý obsah buňky

-      menší než eukaryotická (eukaryotická začíná od 10 do 100 mikrometrů)

-      6 hlavních biogenních prvků: C, O, H, N, P, S + 4 hlavní bimolekulární látky (bílkoviny, nukleové kyseliny, polysacharidy a lipidy)              tvoří asi 97% sušiny buňky

-      má kulovitý nebo oválný tvar (poměrně velký povrch v poměru k objemu – velká plocha pro kontakt s vnějším prostředím => velmi rychlá látková výměna

-      chybí většina membránových struktur (žádné ER, žádné chloroplasty – jen tylakoidy má,…)

v každé buňce najdeme 5 základních složek:

1.       Nukleoid (nepravé jádro)

-       jedna kružnicová dvoušroubovice DNA,

-      nukleoid volně uložen v cytoplasmě,

-      počet genů 3500-500 genů,

-      chybí jaderný obal (membrána),

-      jedna molekula představuje jeden chromozom – prokaryotní organismy jsou haploidní

2.       Ribozomy

-      několik set až tisíc,

-      menší než u eukaryot,

-       nachází se pouze v cytoplazmě (buňka nemá organely)

-      skládá se ze dvou bílkovinných podjednotek – malá a velká

-      funkce: tvorba bílkovin

3.       Cytoplazma

-      viskózní, koncentrovaný roztok mnoha malých i velkých molekul,

-      vyplňuje celý prostor buňky

4.       Cytoplazmatická membrána

-      většinou jediná membrána v prokaryotické buňce,

-      pod buněčnou stěnou,

-      skládá se ze dvou vrstev fosfolipidů, v nichž jsou vmezeřeny molekuly bílkovin

-      membrána je polopropustná / semipermeabilní

-      jsou v ní uloženy enzymy dýchacího řetězce (nahrazuje činnost mitochondrie) a enzymy pro průběh fotosyntézy

5.       Buněčná stěna

-      výjimečně může chybět, je na povrchu – tuhý obal

-      funkce: zajišťuje ochranu, udává tvar, izolace od vnějšího prostředí

-      je plně propustná / permeabilní

-      tvořena peptidoglykanem (murein, pseudomurein)

-      do peptidoglykanu se mohou ukládat bílkoviny, polysacharidy, lipidy

některé bakterie mohou mít ještě bičíky, plazmidy

zásobní látky ve formě inkluzí = glykogen, kyselina poly-β-hydroxymáselná, volutin (polyfosfát, slouží jako zdroj P), kapénky síry (u sirných bakterií, vznik ukládáním miliony let)

Rozmnožování

buněčným dělením: replikace kružnicové DNA (nukleoidu)→ (vznik dvou shodných kopií) → vytvoření příčné přepážky → rozdělení buňky (NE mitóza, NE meióza)

Fyziologie Prokaryot

 (výživa a metabolismus)

-      mají velmi rychlý metabolismus (chybí membrány, buňky rychle prostupují)

rozdělení bakterií podle trofiky (výživy):

podle zdrojů energie

fototrofní – zdroj energie je sluneční záření (fotony) *fotosyntetizující bakterie, sinice, prochlorofyty

chemotrofní – zdroj energie je chemická reakce = oxidace

Oxidace:

a)       anorganických látek (sirovodík = sulfan, čpavek, železnaté sloučeniny FE²⁺,…) *chemolitotrofní bakterie (sirné bakterie, nitrifikační,…)

b)       organických látek, *chemoorganotrofní bakterie (saprofyti – na odumřelé organické hmotě, parazité – na živé organické hmotě)

podle zdrojů uhlíku

§  autotrofní – získávají C z CO₂, využívají anorganický uhlík, *rostliny

§  heterotrofní – zdroj C jsou organické látky (cukry, tuky, bílkoviny)

podle vztahu k O₂

§  aerobní – O₂ je nezbytný (využívá se při oxidaci), *nitrifikační bakterie (půdní)

§  anaerobní – O₂ je toxický, *denitrifikační bakterie

§  fakultativně anaerobní organismy – využívají O₂ k dýchání, ale v jeho nepřítomnosti používají k dýchání dusičnany, sírany a uhličitany – využití k oxidaci, provádějí i kvašení (energeticky výhodnější je oxidace)

Fotoautotrofie

1.       Dochází k redukci CO₂ za pomoci molekul H₂O (redukce CO₂ na cukr – použijí H z H₂O), při fotosyntéze se uvolňuje kyslík (jako odpadní produkt), k fotosyntéze jsou potřeba dva fotosystémy, *sinice, prochlorofyty, zelené rostliny

2.       Dochází k redukci CO₂ za pomoci H₂S (H redukční činidlo CO₂ na cukr), nevzniká O₂ (není z čeho – H₂O není), probíhá přes jeden fotosystém (komplex enzymů a barviv), *fotosyntetizující bakterie

Třídění Prokaryot = Domény:

1.       Archea – prokaryotická buňka

2.       Bacteria – prokaryotická buňka, *bakterie, sinice, prochlorofyty

3.       Eukarya – eukaryotická buňka, všechny říše (prvoci, houby, rostliny, živočichové,…)

Archea

(stáří až 3,5 mld let, z řeckého archaia = starobylý)

odlišnosti od ostatních prokaryot:

§  buněčná stěna neobsahuje peptidoglykan (murein), ale je z bílkovin, polysacharidů nebo glukosaminů

§  liší se složením ribozomálního RNA

§  geny, které řídí tvorbu t-RNA obsahují introny (oblast pre-mRNA, která se nepřekládá do proteinu, ale vystřihuje se během tvorby mRNA (střih=splicing)

§  mají odlišné složení fosfolipidů membránových struktur (archea mají jednovrstvou membránu)

archea jsou schopny osídlovat extrémní stanoviště = extrémofilní organismy, (kyselá, slaná, s vyokou teplotou,…) např. vřídla nebo slaná jezera

1.       Metanové bakterie (methanogenní prokaryota)

-      redukují CO2 na methan (CH3), slouží k výrobě metaplynu

-      anaerobní organismy

-      v trávicí soustavě některých živočichů, bahno, odpadní voda

*methanobacterium, methanococcus

2.       Halofilné archea

-      extrémně slanomilné

-      aerobní

-      mohou být chemoorganotrofní nebo fototrofní (schopny využívat energii ze záření pomocí bakteriorodopsinu)

-      ve slaných jezerech, mořích, v nasoleném mase

-      snášejí až 20% koncentrace soli

*halobacterium, halococcus

3.       Haloalkalifilní archea

-      snášejí prostředí s vysokým obsahem solí (až 30%) a s vyšším pH (9)

4.       Termoacidofilní archea

-      snášejí vysoké teploty (60-100°C) a nízké pH

*sulfolobus – chemolitotrofní (zdroj energie využívá oxidaci sirovodíku – S)

*thermococcus (protoarchea)

Bacteria

§  kosmopolitní (rozšířené)

§  heterotrofní i autotrofní organismy

§  výskyt i v extrémních podmínkách

§  zásobní látky glykogen a kyselina poly-β-hydroxymáselná (zdroj energie a uhlíku)

Buňka bakterií:

1.       buněčnou stěnu tvoří peptidoglykan (murein)

2.       součástí jsou plazmidy (až 50 kopií, velikost 100kbp)

–      plazmidy jsou malé kružnicové molekuly DNA v cytoplazmě, mají schopnost pronikat z buňky do buňky

–      mohou existovat samostatně v cytoplasmě i včleněné do centrální DNA

–      obsahují jeden nebo několik genů

–      mohou řídit rezistenci vůči antibiotikům, nebo mohou jiné geny řídit patogenitu (vyvolává nemoc)

–      mohou se začleňovat / vyčleňovat do/z nukleoidu, pokud je začleněný = epizomální plazmid

–      využití v genovém inženýrství jako vektory – přenašeči cizorodých genů

3.       (slizové) pouzdro - nad buněčnou stěnou,

-      součástí některých bakterií,

-      je z bílkovin nebo polysacharidů (slizovitý charakter),

-      funkce: ochrana a zvýšení odolnosti bakteriální buňky

4.       glykokalix – u některých bakterií

-      nachází se nad buněčnou stěnou

-      obal tvořen z vláken polysacharidů

-      slouží k usnadnění ulpívání (přichycování) buněk na povrch (patogenní na sliznici – onemocnění)

5.       bičíky = flagellum

-      jsou dlouhé, mohou přesáhnout velikost celé buňky

-      slouží k pohybu

-      může být jeden i sto bičíků

-      tvořeny z bílkovin = flageliny (speciální struktura, hodí se na bičík)

-      bílkoviny vytvářejí vlákno, které je stočeno do šroubovice

6.       plynové vakuoly

-      na povrchu bílkovinná membrána (má jinou stavbu než cytoplazmatická!) – je tvořena pouze bílkovinami

-      je plně propustná pro plyn i pro vodu

-      u bakterií, které žijí ve vlhkém/vodním prostředí

-      funkce: nadnáší buňku

-      typická pro fototrofní bakterie (fotosyntetické bakterie potřebují světlo)

7.       fimbrie (=pilusy)

-      krátká, nepohyblivá vlákna, jsou bílkovinná a dutá

-      různý počet, často víc než bičíků, až 400

-      funkce: předpoklad, že usnadňuje přilnutí k povrchu

8.       endospory

-      klidové stadium bakterie, které se vytváří během nepříznivých podmínek

-      je uvnitř buňky

Vznik:

bakterie zjistí, že podmínky jsou špatné → dojde k replikaci DNA → dojde ke vzniku několika obalů (obalení) kolem jedné kopie DNA, protože se může stát, že jednu kopii nepříznivé podmínky zničí  → přežije pouze endospora

→ až ve vhodných podmínkách dojde ke klíčení spory – buňka se obnoví, doroste a začne se množit

9.       váčky s fotosyntetickými barvivy (pouze u těch, které provádějí fotosyntézu)

-      (chloroplasty nemají! velmi složité!)

-      na některých místech cytoplazmatická membrána vchlípená – vytváří váčky obsahující bakteriochlorofyl (barvivo)

-      tyto bakterie nevyrábí žádný kyslík

10.   mesozom

-      vchlípenina cytoplazmatické membrány

-      funkce je nejasná, pravděpodobně má roli při dělení buňky (přípoj DNA?, zvětšuje povrch?)

Typy bakteriálních buněk

Rozmnožování bakterií

 Nepohlavní = příčné dělení → identické kopie (klony)

Escherichia coli to umí i pohlavně (uč. str. 75)

– u ní se tomu říká konjugace = spájení (přesun části chromozomu do jiné bakteriální buňky), dochází při ní ke genetické rekombinaci:

pohlavní rozdíl mezi samčí a samičí buňkou určuje přítomnost specifického genetického faktoru F- faktor

(fertilní faktor), je-li v buňkách přítomen (F+), buňky jsou samčí, jestli ne (F-), buňky jsou samičí

F- faktor může existovat ve 2 formách:

a.       část chromozomu buňky (jen tehdy se mohou samčí buňky párovat)

nebo

b.       malý, volný, cirkulární chromozom, který se replikuje jednou při každém buněčném dělení (v tomto případě jsou buňky potenciálně samčí, protože nemohou přenášet své geny do F- buněk)

F+ se spojí s F- můstkem a část samčího chromozomu přejde do samičí buňky. Tato část samčího chromozomu nahradí odpovídající část v samičím chromozomu.

(málo častý případ)

Prostředí bakterií

-      kosmopolitní organismy (vzduch, voda, půda, organismy,…)

I.                    Půda

-      ovlivňují úrodnost půdy a žijí tam 4 druhy bakterií:

§  Saprofytické – mineralizace = rozkládají odumřelé zbytky rostlin, živočichů, jiných bakterií na neústrojné a ve vodě rozpustné látky, které přijímají kořeny rostlin jako živiny (tomuto rozkladu se říká mineralizace)

§  Nitrifikační – aerobní bakterie přeměňují amoniak na dusičnany (oxidací amoniaku na dusitany a dusičnany)

§  Denitrifikační – anaerobní bakterie redukují dusičnany na plynný dusík nebo na amoniak unikající z půdy (Význam provzdušňování půdy např. okopáváním)

§  Hlízkovité bakterie – žijící na kořenech bobovitých rostlin dovedou vázat přímo vzdušný dusík a měnit ho na organickou formu, tzv. vazači dusíku (rostliny nejsou schopny přeměnit dusík na dusičnany

II.                  Vzduch

-          dostávají se do něj z půdy

III.                Voda

-          podzemní voda menší počet bakterií

-          více bakterií ve sladké vodě

-          v moři u pobřeží nejvíc bakterií, také ve velkých hloubkách

IV.                Lidské tělo

-      parazitují nebo žijí v symbióze v tělech organismů

a.       Symbiotické

-      např. Escherichia coli – žije ve tlustém střevě, důležitá – zajišťuje kvašení … na kys. mléčnou a vytváří některé vitamíny sk. B., K

-      schopna vytvářet látky, které mají antibiotický účinek

-      součást střevní mikroflóry, produkuje řadu látek (koliciny), které brání rozšíření patogenních bakterií

-      pokud se dostane mimo střeva (např. do pochvy), může vyvolávat záněty

-      např. Lactobacillus a Bifidobacterium – vytvářejí kys. mléčnou, ta udržuje vhodné pH prostředí (mírně kyselé), zabraňuje množení cizích patogenních bakterií

-      u žen v pochvě – když se pH zvýší, pak se vytvoří kvasinky, záněty,

b.       Parazitické = Patogenní  

proniknutí se nazývá infekce:

a.        s potravou / trávicí soustavou

b.       vdechnutím

c.        kontaktem s nemocným

d.       kůží (pohlavní choroby)

e.       hmyzem

Voda jako prostředí bakterií:

-          nejméně bakterii v pramenitých, horských a podhorských vodách (obsahují nejméně organických látek)

-          mořská voda – největší počet bakterií při pobřeží (znečištění), méně v hloubkách

-          zdravotně závadná voda – znečištěná splašky z kanalizace a průmyslovými odpadními vodami, až 1 milion bakterií v cm³

-          zdroj přenosu úplavice, tyfu, cholery

Bakterie žijící v organismech:

Kůže – velké množství bakterií, nejvíce záhyby, vlasy, obličej, uši, oblast močových cest a konečníku, mezi prsty na nohou, je zde dostatek vlhkosti, kožní žlázy vyměšují výměšky, bakterie je rozkládají → zápach, př. stafylokoky, mikrokoky

Ústa – ideální místo pro bakterie (vlhko, teplo), zdrojem živin jsou sliny (obsahují proteiny), př. stafylokoky, streptokoky, mikrokoky, lactobacily (tvoří kyselinu mléčnou z cukru → odvápňuje zubní sklovinu → zubní kaz)

Dýchací cesty – nejvíce bakterií se zachytí v dutině nosní, nosohltanu a průduškách, v plicích se zpravidla už nevyskytují (většina z nich ulpí v hlenu), př. stafylokoky, mikrokoky, streptokoky

Střeva – hlavně Escherichia coli, kvasí cukry a tvoří kyselinu mléčnou, produkuje vitamíny a látky s antibiotickým účinkem, mikroflóra ovlivněna výživou člověka, při podávání antibiotik nebo radikální změně ve výživě dojde k narušení rovnováhy a dojde k rozvoji nežádoucích bakterií, což vede ke střevním potížím

a) symbionti živočichů a člověka

-          nejčastěji v dutině ústní, zažívacím traktu, vylučovací soustavě → mikroflóra

-          Escherichia coli + tlusté střevo člověka

-          Döderleinův lactobacil (Lactobacillus acidophillus) + pochva žen

-          Lactobacillus, Bifidobacterium + střeva člověka

-          symbiotické bakterie (Succinivibrio, Butyrivibrio) + střeva přežvýkavců, termitů, býložravců → rozkládají celulózu

b) parazité živočichů a člověka

-          bakteriální nákaza (bakterióza) – vstup a pomnožení bakterie v organismu člověka, zvířete nebo rostliny

-          zdrojem je obvykle zvíře nebo člověk

-          zoonóza – nemoc přenosná ze živočichů na člověka

-          patogenní bakterie – bakterie, které jsou schopny proniknout do organismu a vyvolat onemocnění

-          vstupní brána – místo, kde proniká bakterie do organismu

-          prvním místem styku bakterie s organismem je kůže nebo sliznice, bakterie může začít působit zde, nebo se může přes tkáně dostat do krevního oběhu a být zanesená na jiné místo, kde tvoří zánět

-          bakterie mohou pronikat do tkání a zde se množit → invazivita nebo mohou způsobit onemocnění tvorbou toxinů → toxicita (např. Clostridium tetani, Corynebacterium diphteriae)

-          nákaza:

o    přímý kontakt s nakaženým (líbání, kousnutí, pohlavní styk)

o    nepřímo při kontaktu s předměty, kontaminovanými potravinami, půdou, vodou nebo kapénkami

-          některé bakterie žijí v těle a onemocnění vyvolávají pouze za určitých podmínek – oslabení imunity (Escherichia coli, Streptococcus pneumoniae)

-          onemocnění nemusí vykazovat žádné příznaky

-          intoxikace – bakterie vytvářejí toxiny i mimo tělo hostitele, např. v potravě (botulotoxin)

-          inkubační doba – doba od proniknutí patogenního organismu až do vypuknutí nemoci

-          epidemie – hromadné rozšíření nakažlivé nemoci

-          pandemie – rozšíření nakažlivé nemoci ve velkém rozsahu (celý světadíl, světadíly)

-          endemie – výskyt nemoci v určité oblasti, ale ne v určitém čase

-          bacilonosič – člověk, který má v organismu patogenní bakterii, ale nemoc se u něho neprojevuje, pouze jí přenáší

·         Přenos vzdušnou cestou

o    Tuberkulóza - Mycobacterium tuberculosis, inkubační doba 6 – 8 týdnů, nejčastěji v plicích, ale i v jiných částech dýchacích cest, dokonce i v kostech, kůži, střevech, zdrojem nákazy kromě člověka také kráva

o    Záškrt - Corynebacterium diphteriae, nejčastěji napadá děti do 10 let, inkubační doba 2 – 5 dní, nejprve se projevuje jako angína, dále zánět, nekrózy orgánů, 50% úmrtnost

o    Dávivý kašel (Černý kašel) - Bordetella pertussis, kulovité bakterie, inkubační doba 6 – 10 dní, obvykle u dětí, přenos kontaminovanou potravou, kapénkami, příznakem je kašel („kohoutí kokrhání“), teplota

o    Angína - Streptococcus pyogenes, inkubační doba 1 – 3 dny, přenos přímý i nepřímý, příznakem je bolest v krku, hlavy, zad, beder

o    Spála - Streptoccocus pyogenes, obvyklá u dětí, ze začátku průběh jako u angíny, poté na kůži vyrážky, kůže se může odlupovat

o    Růže (erysipel) – Streptoccocus pyogenes, zarudnutí, zduření kůže, většinou na obličeji, inkubační doba 2 – 5 dní

·         Přenos alimentární cestou

o    Břišní tyf - Salmonella typhi, bakterie obrvené a tyčinkovitý tvar, způsobuje závažné střevní onemocnění, teplota, bolest hlavy, průjmy, krvácení do střev, může dojít k perforaci střeva, vyvolává kontaminovaná voda, potrava, inkubační doba 14 – 18 dní

o    Salmonelóza - Salmonella enteritica, výskyt v potravinách, záněty střev a žaludku, zvracení, teplota, bolesti, vyčerpání, průjmy, křeče, bolest kloubů, po 2 – 3 dnech ustává, poté nutná dieta, inkubační doba 12 – 24 hodin

o    Úplavice - Shigella dysenteriae, tyčinkovitý tvar, těžké, životu nebezpečné průjmy, inkubační doba 2 – 3 dny, mohou přenášet i mouchy

o    Cholera - Vibrio cholerae, těžký, vodnatý průjem, hrozí dehydratace, vysoká úmrtnost, inkubační doba 2 – 3 dny, přenášejí i mouchy

·         Vstupní branou je kůže

o    Tetanus - Clostridium tetani, bacil, bolestivé stahy svalstva, křeče a ochrnutí svalů, hrozí udušení, bakterie často v půdě, inkubační doba 7 – 14 dní, vyvolávají toxiny tetanolyzin, neurotoxin (tetanospasmin)

·         Přenos pohlavním stykem

o    Příjice (syfilis, lues) - Treponema pallidum, inkubační doba 3 dny, 3 stádia: 1) vytvoření tvrdého vředu v blízkosti vstupu nákazy; 2) za 10 dní výskyt mokvavých nebo suchých vyrážek, mohou trvat až 2 roky; 3) napadá cévní a nervový systém

o    Kapavka - Neisseria gonorrhoeae, diplokoky, zanícení sliznic pohlavních orgánů, poškození kloubů, šlach, sterilita

·         Přenos zvířaty

o    Sněť slezinná (uhlák, antrax) - Bacillus anthracis, přenos hlavně ovce, hovězí dobytek, 3 formy: 1) kožní forma – černý puchýř → nekrotické vředy; 2) plicní forma – většinou smrtelná, rychlejší průběh; 3) střevní forma – infekce žaludku a střev

c) bakteriální nákazy rostlin

·         Měkká hniloba – dostává se do rostliny přes průduchy, také přenos prostřednictvím hmyzu, půdních hlodavců, zranění rostliny, napadení semen, např. mrkev, celer, brambor, fazol (Erwinia)

·         Rakovina – ovocné stromy (Agrobacterium)

·         Skvrnitost – rajčata

·         Vadnutí – vojtěška, kukuřice

Význam a využití bakterií:

-          reducenti → mineralizace organických látek (tlení, hnití), součást koloběhu látek, zúrodnění půdy, symbióza s některými organismy (mikroflóra – rozklad tráveniny, vitamíny), průmysl (sýry, ocet, kysané zelí, mléčné výrobky, kyselina octová, citrónová, mléčná, máselná, aminokyseliny, vitamíny, antibiotika, atd.), čištění odpadních vod, odstranění následků ropných havárií, rozklad pesticidů, tvorba hormonů (inzulín, růstový hormon)

Zneškodňování:

-          sterilizace – dochází k odstranění všech bakterií

-          desinfekce – odstranění pouze patogenních bakterií

-          antiseptika – usmrcují patogenní bakterie

-          chemická cesta zneškodňování: 1% fenol (pouze ty, co nevytváří sporu), 70% alkohol, formalín (40% roztok formaldehydu), chlór, jód, mýdlo, rtuť (ve formě sloučeniny), atd.

-          fyzikální cesta: UV světlo, ultrazvuk, tlak, vysoká teplota (horečka) – sterilizace úplná – 120°C nebo suché teplo 170°C, vařící voda po dobu 20 minut

Bakteriální infekce

-      bakteriózy

-      na všechny bakteriální choroby – antibiotika

1.       Bakterie ze vzduchu (nákaza vzdušnou cestou)

TBC (Mycobacterium tuberculosis)

-      „Kochův bacil“ objevitel bakterie - Robert Koch

-      bakterie napadá plíce, kosti i střeva

-      plicní forma = plicní tuberkulóza: velmi častá, závažná, smrtelná, plicní tkáň se rozrušuje, kašel, vykašlávání krve

-      kostní forma = kostní tuberkulóza: velké bolesti, měknutí kostí, deformace páteře

-      střevní forma = střevní tuberkulóza: krvácivé průjmy, poškození střevní stěny,…

-      přenos kapénkami, často bývalo u chudých lidí

Záškrt (corynebacterium)

-      projevuje se jako angína: bolesti v krku, velké otoky, v hltanu a hrtanu se tvoří povlaky hnisu a hlenu

-      před sto lety zabíjela především malé děti = udusily se, lékaři léčba tracheostomie

-       až 50% úmrtnost

Angína (streptokoky, hemofilus,…)

-      projevuje se: zduřelé sliznice, zčervenalé, na patrových mandlích hnisavé povlaky,…

-      komplikace: zánět srdečního svalu

-      přenos přímým i nepřímým kontaktem – vdechnutí, v prachu,…

-      léčba antibiotiky

Černý (=dávivý) kašel (Bordetella)

-      zánět horních cest dýchacích

-      projev: velmi úporný, dráždivý kašel, dušnost, dávivý – někdy člověk i zvrací,…

-      v minulosti umíraly malé děti

-      přenos kapénkami, nakaženou potravou,…

-      léčba antibiotiky

Spála (Streptokoky)

-      kůže vypadá spálená, hodně červená vyrážka, potom se hodně loupe kůže, typicky povleklý jazyk, sytě jahodová barva sliznic v ústech

-      horečky, začátek může vypadat jako angína, zvracení,…

-      přenos kapénkami nebo přímým kontaktem (dost infekční)

Růže (Streptokoky)

-      vyrážka (většinou někde na končetinách), horečky

-      infekční

-      léčba antibiotiky

Bakteriální zápal (zánět) plic (Streptokoky)

-      může být virového, bakteriálního i houbového původu (lékař musí zjistit původ)

-      kašel, únava, slabost, horečky – první může jen pokašlávat a pak přijde zápal plic

-      neléčený – může docházet ke změnám na plicích, např. pohrudnice s poplícnicí přirostou k sobě atd.

-      dlouhá rekonvalescence (14 dní,…)

-      starší lidé umírají na zápal plic – mají jinou nemoc, ale jakmile dlouho leží, anebo jsou připojeni na přístroje, imunita je velmi oslabená a velká část z nich umře na zápal plic

-      léčba antibiotiky

Lepra (Mycobacterium Lepral)

-      bakterie ničí tkáň (kůže, poté i hlouběji), na povrchu vředy (lidé přicházejí o prsty, víčka,… protože tkáně odumírají)

-      poměrně špatně se přenáší

-      spousta lidí na lepru zemře, ale dá se přežít

-      ve středověku izolováni (leprosária)

-      dnes běžně v Indii

Prochlorofyta = sinice

-      prokaryotní, fotoautotrofní organismy

-      obsahují chlorofyl -  mají podíl na sycení Země kyslíkem

-      některé žijí v endosymbióze s rozsivkami, houbami, lišejníky, játrovkami apod.

Stavba sinic:

-      jednobuněčné nebo tvoří vlákna

-      zásobní látka je sinicový škrob

a.        slizová pochva (na povrchu) – uloženy v ní buňky sinic

b.       buněčná stěna (sinice bez buněčné stěny = cyanely)

c.        tylakoidy - vchlípením a odškrcením od cytoplazmatické membrány vznikl systém tylakoidů s chlorofylem A, volně uspořádaných kolem jaderné hmoty

-      sinice obsahují asimilační barviva, β-karoten, modrý fykocyan a červený fykoerytrin

-      množství barviv se u jednotlivých sinic liší (žlutozelené, zelené, modré, hnědočervené, červené,…)

d.       vakuoly – umožňují některým sinicím vznášet se na hladině

diferenciace buněk sinic:

§  heterocysty – tvarově změněné buňky (modifikované tylakoidy) schopné vázat vzdušný dusík

§  akinety   -   klidové stádium, silná buněčná stěna

-      schopny vytvářet heterocysty

Rozmnožování sinic

    a)       buněčné dělení (u jednobuněčných sinic – vývojově starší) – zůstávají po dělení pohromadě (vznik kolonií), spojené vrstvami slizových obalů

    b)       hormogonie – u vláknitých sinic (vyvinuta pochva, v níž jsou uloženy buňky za sebou)

-      od mateřského vlákna oddělena několika buněčná vlákna a dorůstají v nová

-      vytváření akinet = klidové spory → vznik spojením několika vegetativních buněk a vytvoří tlustou buněčnou stěnu,

-      klíčí tak, že se jejich obsah přemění v hormogonii → protrhnutí stěny

Sinice rostou ve vodě, na vlhké půdě, ve skalách, na kůře stromů,

v rybnících a jezerech se někdy v parném létě pomnoží a vodní hladinu zabarví a vytvoří tzv. „vodní květ“

Oddělení: Prochlorofyta

-      prokaryotické, autotrofní organismy

-      tvoří jednobuněčná nebo mnohobuněčná vlákna

-      znám pouze 1 druh – výskyt na povrchu těl mořských sumek

-      stavbou podobny sinicím, v tylakoidech však obsahuji chlorofyl A, chlorofyl B a karotenoidy

---

[1] koacervát - kapičkovitý útvar samovolně vznikající ve vodném roztoku makromolekulárních látek; podle některých teorií první 'obyvatelé' Země)

[2] (neprobíhá transkripce z DNA do m-RNA jako u DNA virů)

[3] (napadené buňky si nemnoží RNA, ale DNA, protože nemají RNA-polymerázu)

[4] (ne všechny buňky se nechají ovládnout virem - některé kladou odpor)