microbiologie generala -facultate inscriere

Upload: iancu-raluca-alina

Post on 15-Oct-2015

105 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Notiuni introductive

TRANSCRIPT

  • Curs : Microbiologie generala Conceptul modern de microorganism

    Microorganismele reprezint un grup foarte heterogen de organisme care au n comuncteva particulariti generale definitorii:1) dimensiuni foarte mici, microscopice, care fac ca aceste organisme s nu poat fi vizibile caindivizi izolai dect la microscop, astfel c de obicei sunt studiate ca populaii omogene sau culturipure; n natur, pot fi observate uneori ca pelicule sau biofilme dezvoltate pe diverse suprafee;dimensiunile sunt apreciate dup sistemul metric actual, n m, iar substructurile n nm sau ;2) organizare celular; teoria celular (Schleiden i Schwan, 1838), a reprezentat o importantgeneralizare pe care s-a fundamentat biologia modern, postulnd c toate organismele suntalctuite din celule; deci microorganismele au o organizare celular, de tip procariot sau eucariot;3) sunt sisteme biologice, deci prezinta particularitile viului; sistemele biologice cele mairudimentare sunt bacteriile, care nsumeaz trsturile minime ce caracterizeaz viaa, reunindatributele de: organizare celulara, autonomie (metabolism propriu), invarian (informatie geneticace codifica toate proprietatile acestor celule si transmisa descendentilor, ceea ce asigura mentinereaspeciilor);4) raport mare ntre suprafa i volumul celular, deoarece o celul reprezint chiar unorganism; aceast particularitate favorizeaz strategia de supravieuire a microorganismelor nnatur, pentru c acest raport influeneaz capacitatea de interaciune cu mediul, respectivviteza schimburilor de substane dintre organism i mediu, care st la baza intensitii mari ametabolismului, ca i a vitezei mari de multiplicare.

    Tot ce poate fi definit prin aceste patru particulariti este considerat la ora actualmicroorganism; rezult c aceast noiune este un concept integrator, fr valoare taxonomic.

    Principalele grupe de microorganisme, avnd ca reper organizarea celular, sunt:

    PROKARYOTES = MONERAEUBACTERIA difereniate n dou mari grupe: bacterii Gram pozitive i negativeCYANOBACTERIAARCHAEA (grupeaza microorganisme cu organizare celulara de tip procariot, anterior incadrate intre

    bacterii; n prezent sunt ncadrate n Domeniul ARCHAEA organisme care la nivel molecular sunt mai asemanatoare cu eucariotele decat cu bacteriile).

    - EUKARYAMICROFUNGI: unicelulari - Levuri (= Drojdii) i filamentoi = MucegaiuriMICROALGEPROTOZOARE

    Archaeele au fost descoperite de Woese n 1980 n apa hipersalin a lacurilor din peninsulaSinai. Aceste microorganisme cu organizare celular de tip procariot, sunt considerate ca fiindadevarate fosile vii, reprezentnd formele actuale ale unor organisme aprute n condiiileprimordiale ale vieii pe pmnt. Pe baza unor criterii de biologie molecular (de ex., prinsecvenierea moleculelor de ARNr 16S), n prezent sunt considerate mai asemntoare cueucariotele, dect cu procariotele, reprezentnd o direcie de evoluie aparte, dintr-un strmocomun, ceea ce explic rencadrarea lor taxonomic. Moleculele ARNr (16S pentru domeniileBacteria si Archaea si 18S pentru domeniul Eukarya) sunt inalt conservate, fiind considerateadevarate cronometre moleculare, astfel ca datele obtinute prin secventierea lor sunt utile pentrustabilirea distantelor filogenetice si respectiv a gradului de inrudire dintre specii.

    1

  • Microorganismele archaeene prezint o afinitate pentru nie ecologice speciale, fiindconsiderate microorganisme extremofile, cu particularitati structurale i activiti metaboliceneobinuite; sunt clasificate n trei grupe fiziologice:metanogene, termoacidofile, halofile

    Poziia microorganismelor n sistemele de clasificare a lumii vii. Sistemul de clasificare propusde Whittaker (1969), acceptat si in prezent, mparte lumea vie n 5 regnuri:

    1) Monera = Bacteria (Prokaryotes) 2) Pro(toc)tista 3) Fungi4) Plantae5) AnimaliaAcest sistem de clasificare demonstreaz caracterul de grup heterogen al microorganismelor,

    care se regsesc n primele 3 regnuri i caracterul integrator al noiunii de microorganism. Cel mai nou sistem de clasificare este cel pe domenii, bazat pe date de analiza filogenetica la

    nivel molecular, date ce au permis stabilirea cadrului conceptual necesar elaborarii sistemului declasificare filogenetica a lumii vii in 3 domenii (Carl Woese, 1997):

    Domeniul Bacteria Domeniul Archaea, Domeniul Eukarya.

    Cum microorganismele sunt esentiale pentru pentru derularea multor cicluri biogeochimicesi pentru continua functionare a biosferei, acest sistem de clasificare al lui K. Woese a clarificataspecte privind evolutia si diversitatea microorganismelor, cu un impact puternic asupra viziuniispecialistilor in ecologie generala si microbiana.

    Pentru taxonomia procariotelor s-au utilizat diferite sisteme si scheme de clasificare. Cutoate acestea, nu exista o clasificare a procariotelor unanim acceptata. Totusi in nici un sistem declasificare nu sunt luate n considerare virusurile, deoarece sunt entiti infecioase, avnd relaii culumea vie (pentru toate cele 5 regnuri exist virusuri specifice), dar cu o organizare acelular ifiind particule complet inerte n mediul extern (nu cresc, nu se divid). La nivel molecular sunt mainrudite cu celula-gazd pe care o paraziteaz, dect ntre ele; sunt ataate doar convenionalmicroorganismelor, cu care au n comun doar dimensiunile mici i existena unei informaiigenetice. In lumea medical consider c i capacitatea de a genera boli specifice, unele destul deasemntoare ca simptomatologie cu cele de etiologie microbian ar fi un caracter de asemnare.

    Domeniul PROKARYOTES

    Bacteriile au fost definite de Fr. Jacob ca fiind un ,,minimum vital,, sau organismele cele maisimple, dotate cu atributele viului: organizare, autonomie, invarian. Reprezint o categorie apartede organisme unicelulare cu o morfologie caracteristic, destul de limitat, dimensiuni mici icaractere de colorabilitate uor de stabilit prin observaii microscopice. Odat cu observarea unorparticulariti foarte diferite, a devenit necesar stabilirea unor caractere difereniale, care spermit stabilirea cu certitudine a apartenenei unui microorganism la grupul bacteriilor.

    Stanier (1971) a definit bacteriile sau procariotele prin antitez cu eucariotele, utilizndcaractere discriminatorii, care stabilesc diferene nete ntre celulele procariote i eucariote; ulterior,K. Woese a adus completari esentiale (tabel nr.1).

    2

  • Tabel nr. 1. Conceptul de bacterie, definit prin antiteza dintre caracteristicile celulelor procariote si eucariote

    (adaptat dupa Stanier, 1971; Woese, 1997).______________________________________________________________________________________

    Caracteristica PK EK 1. Peretele celular (P.C.) i markeri - prezent n mod constant mureina(PG) - absent - la celula animal

    biochimici ai acestuia - DAP - prezent: -D-aminoacizi - la cel. vegetal- celuloza

    - acizii teichoici - la cel. fungic- chitina (exc. Gr. Mycoplasmelor i G. Halobacterium); - la Archaee pseudomureina/m.neconventionala

    _____________________________________________________________________________________________

    2. Membrana plasmatic omniprezent i structurat la fel la toate organismele, potrivit modelului mozaicului fluid al membranei

    - comp.ch.: steroli abseni - constant prezeni (exc. Mycoplasma)-f. selectiv: permeabila pt. apa, unii ioni, - plasticitate mare la ac.grai i s. liposolubile, fragm.de ADN celula animal (capabil (molecule cu 0,8nm) de endocitoz), redus la

    cel.veg i fungic (cu P.C.) 3. Citoplasma - stare permanent de gel - tranziie permanent

    cureni citoplasmatici abseni gelsol + cureni citopl. - citoschelet absent - prezent 4. Ribozomii - de tip 70S (mol. de ARNr 16S - de tip 80S = semantida; struct. inalt conservata) - de tip 70 S (n organite) 5. Organite membranare - absente -prezente(mitocondrii,reticul

    endopl., cloroplaste, ap. Golgi)_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

    6. Sinergonul respirator i fotosintetic - localizate la nivelul membranei plasm., - autonome, localizate la interconectate structural i funcional nivelul organitelor specifice

    - marker: bacterioclorofila (mitocondrii i cloroplaste) 7. Sediul i organizarea - n citoplasm - inf. genetic esenial - n nucleu distinct (+ nucleol) materialului genetic - nucleoid - fr mb. nuclear delimitat de membrana nuclear

    1 molecul de ADN d.c.c.c.. -cromozominumr caract. = 1 cromozom bacterian (nucleosom) fiecarei specii = ADN + histone

    - inf. genetic accesorie - plasmide molecule de ADN d.c.c.c.. -la niv. mitocondriilor i

    = minicromozomi cloroplastelor- ADN d.c.c.c. (confer avantaje adaptative)

    - colinearitatea genelor - se succed -informatie discontinua: continuu, fara secv. non-informationale Exoni+ Introni - grd. de ploidie - haploid (1cromosom) - celule somatice diploide

    - celule sexuale haploide

    - funcionarea materialului genetic - replicarea materialului genetic - simplu, de tip semiconservativ - prin mitoz n nucleu

    - de tip semiconservativ n mitocondrii i cloroplaste

    - sediul traducerii informaiei genetice:- n citoplasm la niv. (riboz. 70S - n citoplasm la niv riboz.80S

    _ (transcrierea si traducerea - cuplate) - n organite la niv. riboz. 70S 8. Multiplicarea - prin diviziune direct (binar) - prin mitoz (diviziune

    (rar prin nmugurire; prin fragmentare indirect) - n cel.somaticei sporulare - la bacteriile filamentoase) - prin meioz (reducional)

    - n celulele reproductoare- echipartiia materialului genetic:

    _ - asigurat de mezosom - asigurata de aparatul mitotic

    3

  • Continuare9. Procese de sexualitate - excep., fenomene de parasexualitate - sexualitate propriu-zis,

    = transfer unidirecional, cu formare de datorit fuziunii gameilormerozogoi, parial i temporar diploizi (= zigot), prin participarea

    _ egal a partenerilor sexuali____ 10. Mecanisme de transfer de material genetic - transformare genetica, conjugare, -fuziune de gamei, urmat

    transducie genetic de fuziune nuclear, cu posibilitatea de recombinare

    genetic i variabilitate____ 11. Mobilitatea - flageli de tip PK (facultativ) - cili i flageli de tip EK(facult.) (cu structura 2x9+2 microtubuli) 12. Infectarea cu virusuri - prin perforarea P.C. i injectarea - la cel. anim. prin

    genomului prin mec.de microsering endocitarea virionului -la cel.veg., fungi-dup lezarea P.C. 13. Sensibilitatea la antibiotice Ex: peniciline, cefalosporine, bacitracina -cicloheximide =subst.inhibitorii subst. inhibitorii ale creterii celulare - inhib sinteza mureinei din P.C. ale proteosintezei la EK Antibiotice = subst. cu aciune selectiv inte al bacteriilor n curs de cretere; - inta rib.80S-efect citostatic; (structuri celulare/ reacii de biosintez); - inactive pe celulele eucariote;

    folosite n terapia infeciilor bacteriene; -vinblastina,colchicina inhib - streptomicina, tetracicline, cloramfenicol asamblarea microtubulilor

    - inta riboz. 70S - efect de blocare a i diviziunea - efect citostatic; proteosintezei i implicit a proceselor de cretere i multiplicare; - antibiotice polienice - aciune

    * nu au efect asupra celulelor EK (rib. 80S, antifungic (antimicotice), si nici asupra ribozomilor 70 S din organite active asupra sterolilor din

    _ (mb. mitoc.- imperm.la aceste antibiotice); plasmalema celulelor fungice.__14. Capacitatea de a forma organisme multicelulare

    - la PK o celul = un organism; - la EK - -incapabile de a forma organisme pluricelulare - capacitatea de a forma

    organisme multicelulare este- n habitatele naturale: definitorie, celula fiind - bacterii solitare (izolate); unitatea de baz a organismului - agregate coloniale, asociaii de celule multicelular ca ntreg

    identice sau diferite, fiecare celul pstrndu-i individualitatea; = biofilme microbiene - celulele beneficiaz de protecie, de un ,,sistem circulator,, primitiv, de o ,,homeostazie,, primitiv; - celulele disociate viabile, capabile de viata

    _ independenta si de colonizare de noi spaii;____________________________ 15. Capacitatea de difereniere celular

    - la PK - rudimentar, limitat, - la EK - se extinde pe o gam reprezentat de: larg, de la forme rudimentare, - endosporul bacterian form de rezisten la celule nalt specializate, la condiii nefavorabile de mediu, considerat culminnd cu cele strict specializate: n prezent o form primitiv de difereniere, - neuronul,}

    prezenta la bact. sporogene; -limfocitul } vertebratelor.-marker biochimic (endospor/PK) acid dipicolinic

    - heterochistul cianobacteriilor filamentoase celul difereniat specializata in fixarea N2 atm.;

    - biofilmele bacteriene -,,esuturi,, primitive; ntre celulele biofilmului se pot stabili relaiisinergice de tip nutriional, cu activiti metabolicemai diverse i mai eficiente comparativ cu celulelelibere sau planctonice. ___________________________________________________________________

    4

  • Anatomie bacterian - Structuri esentialePeretele celular. Este o structura bacterian definitorie, prin compoziie chimic, structura primar,

    secundar i teriar i n general, un marker biochimic pentru procariote. Este o structur bine definit,rigid, cu o grosime medie de 15 35 nm, care nconjoar celula bacterian, acoper membrana plasmatici poate fi strbtut de flageli, la bacteriile mobile.Evideniere la microscopul optic: - pe preparate proaspete, datorit refringenei;

    - pe frotiuri colorate cu metode selective pentru perete celular;- la microscopul electronic cu transmisie (MET), pe sectiuni ultrafine;

    - prin lezarea peretelui prin metode mecanice (agitare), US, chimice, oc osmotic, are loc eliminarea

    coninutului celular i evidenierea peretelui celular ca un sac golit de coninut.

    Desi sistemul actual de clasificare filogenetica a bacteriilor se bazeaza pe criterii oferite de biologiamoleculara (Bergeys Manual of Determinative Bacteriology ultima editie fiind publicata intre 2001-2012), oschema general de clasificare fenotipica a bacteriilor, inca foarte utila din punct de vedere practic, utilizeazdrept criteriu structura peretelui celular; mai exact, n funcie de prezena, structura, i gradul de dezvoltare alperetelui celular, bacteriile se mpart n 4 diviziuni:

    1. Diviz. FIRMICUTES (lat. firmus = tare, cutes = nveli) = bacteriile Gram pozitive;Cls. 1. Firmibacteria bacterii cu perete celular gros, rigid, prin coninutul mare n mureinCls. 2. Thallobacteria bacterii filamentoase = Actinobacteria (den. veche Actinomycetes)

    2. Diviz. GRACILICUTES (lat. gracilis = fragil) = bacteriile Gram negative;Cls. 1. Scotobacteria (gr. scotos= intuneric)= bacterii care se pot dezvolta in absenta luminii;Cls. 2. Photobacteria:

    Subcls. Oxyphotobacteria, respectiv Cyanobacteria;- Subcls. Anoxyphotobacteria bacteriile sulfuroase roii ( Chromatiaceae);

    - ,, ,, verzi (Chlorobacteriaceae); - ,, nesulfuroase roii (Rhodospirillaceae).

    3. Diviz. TENERICUTES (lat. teneri = moale) = bacteriile fr perete celular = micoplasme.Cls. Mollicutes (lat. molli = moale, pliabil), genul reprezentativ fiind Mycoplasma; sunt cele maimici bacterii cunoscute capabile de cretere pe medii acelulare; membrana plasmatic amicoplasmelor are un caracter unic printre bacterii, in sensul ca aceasta conine steroli careprotejeaz celula de ocul osmotic si ii confera un polimorfism accentuat.

    4. Diviz. MENDOSICUTES (lat. mendosus = fals, greit) = care grupeaza in prezent microorganismeleincadrate in Domeniul Archaea, respectiv microorganisme cu organizare celular de tip procariot,dar care la nivel molecular sunt sunt mai asemanatoare cu eucariotele dect cu procariotele,reprezentnd o directie de evolutie aparte. Astfel archaeele prezinta un perete celular fals, ncompoziia cruia intr pseudomureina sau o murein neconvenional (lipsit de acidul N-acetilmuramic = NAM), lipidele membranare sunt diferite, glicerolul fiind nlocuit cu acidul Nacetil-talosaminuronic; alte deosebiri: structura particular a moleculelor de ARNt, a ARNr 16S,sensibilitatea diferita la antibiotice. Archaeele sunt foarte raspndite in natura, nu doar in medii cuconditii extreme, ci si in sol, mediul marin si oceanic; au fost identificate si specii comensale,prezente in microbiota intestinala normala a omului si animalelor, participnd la procesul de digestie(specii metanogene); nu au potential patogen direct.

    Diferenele cele mai nete sunt nsa ntre bacteriile Gram pozitive i Gram negative , fiind nudoar de tinctorialitate, ci i din punct de vedere biochimic, comportamental, antigenic i de patogenitate.Aceasta coloratie diferentiala a fost inventata in 1884 de H.Ch. Gram, fiind o metoda ce permitea sipermite in continuare diferentierea celor doua grupe mari de bacterii pe baza afinitatii lor pentrucoloranti; dupa elucidarea structurii peretelui celular bacterian, au fost intelese mecanismul acesteicoloratii, ca si toate implicatiile privind biologia bacteriilor.

    5

  • Structura peretelui celular la bacteriile Gram pozitive. Bacteriile incluse in acest grup au un peretecelular gros, relativ omogen, din mai multe straturi suprapuse, cu un coninut de:

    - murein in proportie de 80 - 90% din masa uscata, substanta care din punct de vedere chimiceste un peptidoglican, numit i mucopeptid sau mucocomplex, substanta considerata ca fiind un markerbiochimic pentru procariote;

    - polizaharide; - proteine. Specia tip pentru aceast grup de bacterii este Staphylococcus aureus.

    Mureina este un heteropolimer, alcatuit din dou componente, respectiv o parte peptidic i unaglicanic. Partea peptidic este constituit din tetrapeptide si punti interpeptidice; tetrapeptidele auurmatoarea secventa de aminoacizi:

    L-Ala - D-Glu - LR3 - D- Ala, unde natura restului R3 variaza de la o specie la alta, putnd fi un aminoacid neutru- L- alanina sau L-homoserina, un aminoacid dicarboxilic acidul L-glutamic sau un aminoacid diaminat L-lizina sau underivat al acesteia, respectiv acidul diaminopimelic DAP, derivat din lizin, cu o grupare COOHadiional. Unitile tetrapeptidice aparinnd lanurilor glicanice adiacente sunt legate la rndul lor prinpuni interpeptidice formate din ~ 5 resturi de aminoaczi, astfel nct mureina are n ansamblu o structurtridimensional n reea, n jurul celulei bacteriene.

    Partea glicanic are structura unor lanuri liniare paralele, alctuite din resturi alternante de N acetil-hexozamine: N-acetiul glucozamina - NAG i acidul N-acetil muramic NAM, legate prinlegturi 1-4. Gruprile COOH ale acidului NAM furnizeaz puncte de legare pentru lanurileinterpeptidice, care fac legtura cu gruparea NH2 a restului LR3. Aceast structur de baz apeptidoglicanului poate suferi modificri discrete care nu altereaz ns arhitectura general a moleculei(sunt descrise 8 tipuri de peptidoglican).

    La bacteriile cilindrice moleculele de murein sunt formate din lanuri de glicani aezate n spiral fade axul longitudinal al celulei. Aceast structur este potrivit pentru creterea peretelui celular si diviziuneacelulelor, procese care se realizeaz printr-o continua remodelare a peretelui celular, respectiv prin sinteza demolecule de murein sub aciunea murein-sintetazei, moleculele nou sintetizate fiind introduse acolo undeacioneaz murein-hidrolazele, desfcnd legaturile. Activitatea acestor enzime este perfect coordonat ntimp i spaiu, creterea peretelui celular avnd loc n zona central unde sunt localizate enzimele. Prinmecanisme de aciune asemntoare acestor enzime acioneaz i lizozimul (muramidaza), o proteinenzimatic, prezent n umorile organismului (serul sanguin, secreii), cu rol n aprarea antibacteriannespecific sau aa-numita rezisten natural a organismului animal i uman.

    De asemenea, penicilinele sunt antibiotice care au ca int de aciune peretele celular bacterian, inhibndsinteza peptidoglicanului i implicit procesele de cretere i diviziune. Penicilina (si alte antibiotice -lactamice) actioneaza prin inhibarea proteinelor care leaga penicilina (= PBP), proteine care catalizeaza inmod normal formarea legaturilor incrucisate din peretele celular bacterian. Inelul -lactam (grupulfunctional) al penicilinei se leaga de enzima DD-transpeptidaza care participa la legarea moleculelor noi depeptidoglican in peretele celular in curs de crestere. Enzimele care hidrolizeaza legaturile incrucisate dinpeptidoglican continua sa functioneze, ceea ce conduce la slabirea peretelui celular, mergnd pna la citolizasau moartea celulei bacteriene datorita lizei osmotice. In plus, formarea de precursori ai peptidoglicanuluiatrage dupa sine activarea hidrolazelor si autolizinelor din peretele celular, care vor digera mai departepeptidoglicanul existent. Acest dezechilibru intre sinteza si degradarea mureinei este responsabil de actiuneabactericida rapida a acestei clase de antibiotice, chiar in absenta procesului de diviziune celulara. Mai mult,dimensiunea relativ mica a moleculelor de penicilina permite patrunderea lor in profunzimea pereteluicelular, afectndu-l in totalitate, spre deosebire de alte clase de antibiotice care inhiba sinteza pereteluicelular, cum ar fi glicopeptidele (vancomicina) ale caror molecule sunt de dimensiuni mai mari.

    Penicilina prezinta un efect sinergic cu aminoglicozide (streptomicina, gentamicina, kanamicina,neomicina etc.), deoarece inhibarea sintezei de peptidoglican permite aminoglicozidelor sa patrunda prinperetele celular mai usor, permitnd actiunea lor specifica, respectiv inhibarea proteosintezei din celule.

    6

  • Rigiditatea sacului de murein este determinat de legturile ncruciate foarte numeroase, de alternanaaminoacizilor dextro- i levogiri din tetrapeptide n care legturile sunt mai compacte dect ntre orice tip demonomeri, de legturile -1,4 din lanurile glicanice care fac aceste molecule s fie foarte compacte,asemntoare celor din constituia chitinei. n plus, acestor legturi li se adaug i punile de hidrogen.Rigiditatea sacului de murin este relativ totui, astfel c poate suferi flexiuni, cum ar fi de ex. la spirochete.De asemenea, legturile ncruciate confera o oarecare flexibilitate, ceea ce permite mrirea i micorareavolumui celular n condiiile modificrii presiunii osmotice. Bacteriile patogene au numeroase legturincruciate i sunt mai rezistente la aciunea lizozimului.

    n compoziia peretelui celular intr i polizaharide caracteristice pentru procariote, respectiv aciziteichoici (gr. teichos = zid), care se prezint sub forma unor molecule lungi, flexibile formate din 1,5poliribitol-fosfat i 1,3 poliglicerol-fosfat (legaturi fosfodiesterice) i diferii substitueni care le imprimspecificitate (zaharuri, colin, D-Ala). Aceste molecule sunt ancorate cu o extremitate de straturile interne depeptidoglican (acizi teichoici de perete prezeni la anumite specii) sau de membrana plasmatic (acizilipoteichoici prezeni la toate bacteriile), cealalt extremitate fiind liber, expus la exterior. Aciziiteichoici pot fi i excretai, ca molecule solubile.

    Acizii teichoici intervin n transportul unor ioni, n procesul de diviziune normal, ca receptori de fagi,iar la bacteriile patogene constituie un factor de virulen, fcnd parte din categoria adezinelor, respectiv astructurilor de suprafa cu rol n aderena bacteriilor la substratul celular sensibil prima etap a unuiproces infecios; au i un rol antifagocitar, opunndu-se fagocitozei, proces realizat de ctre celulelefagocitare ale gazdei, care fac parte din prima linie de aprare, nespecific a organismului.

    Datorit compoziiei lor specifice, permit caracterizarea i diferenierea bacteriilor Gram pozitive prinmetode imunologice, cu ajutorul unor antiseruri specifice fa de diferite tipuri de acizi teichoici i prinevidenierea reaciilor Ag-Ac.

    Proteinele se constituie n aa-numitul strat S, reprezentat de dou straturi proteice paracristaline. Aceststrat face parte dintre cele mai primitive structuri parietale, fiind prezent la toate eubacteriile i la majoritateaarchaeelor.

    Semnificaie biologic. Cu excepia bacteriilor care au dezvoltat strategii pentru a tri n condiii foartespecializate, adesea extreme, care fac posibil prezena monoculturilor, majoritatea lor trebuie ssupravieuiasc n comuniti multispecifice i deci n habitate nalt competitive. Se consider c stratul S arerol de protecie, de sit molecular, de capcan pentru molecule i ioni. De asemenea, se consider c stratulS este implicat n adeziunea celular i recunoatere i constituie regiunea-cadru care determin i menineforma celulelor la acele archaee la care stratul S este unicul component al peretelui celular.

    Bacteriile Gram pozitive au capacitatea de a sintetiza i elibera n mediu metabolii, respectiv exoenzimei exotoxine (gr. exo = n afar). Deci degradarea nutrienilor are loc sub aciunea exoenzimelor n mediulextracelular, moleculele cu g.m. mai mic fiind apoi preluate n celule. Sunt favorizate bacteriile Grampozitive din mediile naturale bogate n nutrieni i cu mare densitate populaional, pentru c moleculelerezultate prin biodegradare sunt folosite de populaia respectiv.

    Toxinele sunt otrvuri microbiene care afecteaz profund iniierea i evoluia unei infecii, deoarece osingur toxin poate face ca un microorganism s fie patogen i foarte virulent. Nu numai bacteriile paraziteproduc toxine, ci i bacteriile saprotrofe (Clostridium botulinum).

    Exotoxinele bacteriene sunt produse n cea mai mare parte de ctre bacteriile patogene Gram pozitive(dei i unele bacterii Gram negative au aceast capacitate) . Sunt toxine puternice, care odat eliberate nmediu, se dizolv n snge i circul n organism, ajungnd la situsul lor de aciune (manifestcito/histotropism) i determinnd apariia manifestrilor caracteristice unor boli specifice, cum ar fi:botulismul alimentar, tetanosul, difteria etc. Sinteza i eliberarea din celulele productoare are loc n faza demultiplicare activ a celulelor, iar concentraia lor n mediu este maxim cnd creterea bacterian a atinspunctul maxim.

    Toxinele purificate au o toxicitate mult mai mare, comparativ cu cea a filtratelor culturilor bacterieneapartinnd unor specii toxigene. Deoarece exotoxinele sunt proteine, moleculele lor sunt sensibile la caldur(termolabile) i la substane chimice care reacioneaz n mod normal cu proteinele. De exemplu, toxinelesupuse aciunii formaldehidei i pierd toxicitatea, transformndu-se n anatoxine sau toxoizi care i

    7

  • pstreaz ns capacitatea de a declana un rspuns imun dac sunt introduse intr-un organismimunocompetent. Exploatarea acestor proprieti conduce la obinerea anatoxinelor difteric i tetanicutilizate n imunizarea activ antidifteric i respectiv antitetanic. Fiind de natur proteic, multe exotoxinepot fi inactivate sau chiar distruse de enzimele proteolitice intestinale. Face excepie toxina botulinic, acrei toxicitate se intensific dup o proteoliz limitat, prin expunerea unor grupri de toxicitate anteriormascate. Multe dintre toxinele bacteriene au utilizari medicale (terapie, imunoprofilaxie), ca si in cercetare.

    Peretele celular la bacteriile Gram negative (Gracilicutes)

    Specie tip Escherichia coli (din Fam. Enterobacteriaceae). Peretele celular al acestor bacterii are ostructur specific: conine doar 8-10% murein, lipsesc acizii teichoici; de asemenea, apare o structursuplimentar numit membrana extern, o copie a membranei plasmatice.

    Peretele celular este alctuit din 2 componente majore:- complexul peptidoglican - lipoprotein (G = 1,2 5 nm); PG-LP;- membrana extern (G = 5 - 20 nm); conine: lipide 35%, proteine 15% i LPS 50%;

    o dublu strat fosfolipidic n care sunt inclavate LPS i diferite categorii de proteine, dintrecare semnificative sunt porinele, organizate sub form de trimeri legai necovalent dePG, n care se continu; aceti trimeri formeaz un canal central cu de 1nm, prin carepot trece molecule mici; au i rol de receptori de fagi.

    Spaiul dintre cele 2 membrane este numit spaiu periplasmic; la acest nivel se afl complexul PG -LP, format din lanuri scurte de PG, de care sunt ataate prin poriunea proteic LP, care menin membranaextern ataat de PG. La nivelul membranei externe se afl LPS i proteine. LPS sau endotoxinele suntalctuite din lipidul A care este toxic, inserat n membrana extern i lanuri de polizaharide care formeazaa-numitul Antigen O, care are variabilitate antigenic (maxim n cazul genului Salmonella).

    n spaiul periplasmic exist i proteine de legare cu rol de transport, molecule de oligozaharideimplicate n procesele de osmoreglare (determin presiunea optim, pentru a face fa presiunii interne carempinge membrana intern spre exterior) si enzime: RN-aze, DN-aze, penicilinaz, hidrolaze.

    Fragilitatea bacteriilor Gram negative este dat de cantitatea mic de murein, de prezena spaiuluiperiplasmic, ca i a membranei externe.

    Membrana extern este mai puin fluid i mai puin permeabil la molecule hidrofobe (antibiotice),mai rezistent i la atacul srurilor biliare, ceea ce explic existena bacteriilor Gram negative n numr maren intestin (att a celor ce fac parte din microbiota intestinal normal, ct i a unor bacterii alohtone).Semnificaia biologic a peretelui celular este o structur de rezisten mecanic, ce menine ntreagastructur a celulei, confer form celulei bacteriene, rigiditate, +/- elasticitate.

    - asigur protecie fa de ocul osmotic (se opun presiunii osmotice a mediului intracelular,asigurand integritatea celulelor bacteriene);

    - particip la procesele de cretere i de diviziune, mai exact la formarea septului transversal dediviziune; conine enzime active n procesul de sporogenez (la bacteriile Gram pozitivesporogene);

    - are rol n procesele de schimb ntre celula bacterian i mediu (transportul nutrientilor, ca si alprodusilor de metabolism);

    - la nivelul peretelui celular sunt localizai receptori pentru bacteriofagi, ca i suprafee derecunoatere i legare a altor bacterii, cu rol n formarea cuplurilor de conjugare;

    - anumite componente structurale ale peretelui celular bacterian fac parte din categoria generica aadezinelor, care mediaza legarea sau aderenta bacteriilor la diverse suprafee, inerte din mediulnatural sau celulare, la nivelul unor receptori specifici (de pe suprafata plantelor, ca si de petegumente si mucoasele organismelor animale).

    La bacteriile Gram negative, prezena unor structuri suplimentare confer noi funcii pereteluicelular; astfel:

    8

  • Membrana extern - funcioneaz ca o barier suplimentar de permeabilitate, ca o sit molecular ceoprete ptrunderea unor molecule ce depesc o anumit mas,

    - conine proteine de transport: porine i sisteme active de transport, specifice (permeaze);- are aciune antifagocitar, avnd efect chimiotactic negativ asupra fagocitelor sau opunndu-se

    contactului cu membrana acestora i contribuind astfel, indirect, la virulena bacteriilor patogene;- prezint proteine receptori cu funcii specifice de nglobare a anumitor substane - vitamina B 12,

    maltoz, maltodextrine, fier (proteine specifice de chelare si transport al fierului in celule,numite generic siderofori);

    - prin LPS, mai exact prin Antigenul O, bacteriile capt personalitate biochimic iimunologic, care permite identificarea serogrupurilor bacteriene (de ex., la Salmonella sp, aufost identificate peste 65 de serogrupuri);

    - Lipidul A are aciune toxic fiind numit si endotoxin, care este termostabil si determin, ncazul eliberrii masive n circulaie n infeciile sistemice sau generalizate asa-numitul ocendotoxic caracterizat prin: febr mare, colaps circulator, coagulare intravascular diseminat(C.I.D.), ceea ce determina o conduita terapeutica diferentiata in cazul infectiilor sistemice cubacterii Gram negative. Lipidul A avnd o structur nalt conservat, aceste fenomene patologicesunt aceleai indiferent de specia bacterian implicat. Spre deosebire de exotoxine,endotoxinele sunt termostabile, proprietate care are implicatii de ordin practic.

    Spatiul periplasmic este considerat un compartiment pericelular adaptativ, in care are loc degradareaenzimatica a nutrientilor cu g.m. mare la molecule mai mici, care aflndu-se in vecinatatea membranei, sunttransportate integral (prin mecanisme de transport pasiv sau activ) si utilizate in celula bacteriana inmetabolismul energetic sau de biosinteza al acesteia. Prezenta acestui spatiu confera bacteriilor Gramnegative o eficienta mai mare a procesului de nutritie, cresterea acestor bacterii fiind favorizata inmediile sarace in nutrienti sau oligotrofe, cum sunt mediile acvatice, in general.

    Bacteriile incadrate in Cls. Mollicutes, cu genul reprezentativ Mycoplasma sunt bacterii lipsite deperete celular (in mod natural). Sunt cele mai mici bacterii cunoscute capabile de cretere pe medii acelulare;membrana plasmatic a micoplasmelor are un caracter unic printre bacterii, in sensul ca aceasta coninesteroli care protejeaz celula de ocul osmotic si ii confera un polimorfism accentuat; datorit dimensiunilormici i lipsei peretelui celular celulele traverseaz majoritatea filtrelor bacteriologice. Exista specii demicoplasme saprotrofe, comensale si parazite la om si animale (implicit patogene) - de o maniera unica,respectiv micoplasmele sunt paraziti de suprafata ai celulelor gazdei, fiind tolerate la acest nivel datoritaasemanarii structurale a membranelor celulelor animale si micoplasmelor.

    Indepartarea peretelui celular bacterian. S-a demonstrat n condiii de laborator c dupndeprtarea peretelui celular cu ajutorul lizozimului se obin protoplati n cazul bacteriilor Gram pozitive isferoplati n cazul bacteriilor Gram negative, acestea prezentnd inca resturi de perete celular. Protoplatiibacterieni sunt sensibili la variaiile presiunii osmotice, pstrnd ns o serie de proprieti ale celulelorbacteriene, cum ar fi: capacitatea de sintez proteic i a acizilor nucleici i de reactii ale metabolismuluienergetic, iar viabilitatea lor se poate menine, fiind posibil chiar procesul de diviziune, iar in anumitecondiii poate avea loc procesul de regenerare a peretelui celular i trecerea la forma vegetativ normal;protoplastii pot realiza chiar replicarea unui bacteriofag daca celula bacterian a fost infectata in prealabil.Forme de protoplati exist i n mediul natural, mai ales n organismul animal, dar i la periferia coloniilorbtrne i n anumite medii acvatice.

    Aplicatii practice. Intre metodele circumscrise tehnologiei ADN-recombinant este inclusa sitehnica fuziunii de protoplasti, o tehnica prin care se obtin in vitro celule hibride (bacteriene, ca si celulehibride fungice sau vegetale); protoplasti apartinnd la doua specii diferite sunt expusi actiunii unorsubstane fuziogene, de tipul PEG si in prezenta ionilor de Ca++; in aceste condiii celulele se apropie,stabilesc interaciuni de tipul protein-protein, iar fosfolipidele membranare se asociaz prin fenomenul de

    9

  • coalescen. Fuziunea de protoplasti s-a realizat mai ales la bacteriile Gram pozitive, dar i la unele bacteriiGram negative.

    Fuziunea de protoplati este un fenomen de sexualitate artificial pentru c are loc cu fuziunea nntregime a genomurilor bacteriene i poate avea loc ntre specii foarte ndeprtate taxonomic, care nuprezint mecanisme de transfer genetic realizate in mod spontan, facnd astfel posibil recombinareagenetic cu depirea barierelor de specie i chiar de gen. ntre celulele aparinand unor specii nrudite,procentul de recombinani este mare.

    Scopul i avantajele acestei tehnici sunt: tehnica fuziunii de protoplati permite obinerea de celulece conin tranzitoriu informaia genetic de la doua celule n ntregime, iar n final, prin recombinare geneticse obin celule cu o informaie genetic provenit de la celulele de origine, ntr-o msur mai mic sau maimare; tehnica se practica cu scopul obinerii bacteriilor cu proprieti super-utile pentru biotehnologii deobinere a unor produi de interes sau pentru obinerea unor celule cu caliti ce avantajeaz anumite procesebiotehnologice.

    Structura i funciile componentelor intraparietaleMembrana plasmatic. Este o formaiune structural permanent, care delimiteaz ansamblul

    constituenilor celulari, cu diametrul de 7,5 8 nm, alctuit dintr-un dublu strat fosfolipidic (la arhee lipsescgruparile fosfat), n care sunt inclavate proteine situate pe faa extern, intern sau transmembranar. La unelespecii de arhee membrana este unistratificata. Din, din punct de vedere funcional, membrana plasmatic abacteriilor prezint o asimetrie, fiind frontiera ntre mediul extern i intern.

    De menionat n ceea ce privete compoziia chimic, este faptul c lipsesc sterolii (cu exceptiamicoplasmelor si a unor specii de arhee hipertermofile care contin molecule sterol- like, cu structurapentaciclica, numite opanoizi). Membrana plasmatic a bacteriilor prezint toate proprietile plasmalemeicelulelor eucariote, ceea ce a determinat adoptarea i pentru bacterii a modelului ,,mozaicului fluid almembranei,, (Singer & Nicholson, 1972). Datorit fluiditii moleculelor dublului strat fosfolipidic, acesteai schimb permanent poziia, pe acelai strat cu vitez mare prin micri de difuzie lateral i de pe un stratpe cellalt, prin micri flip-flop.

    Funciile proteinelor membranare:- proteinele enzimatice particip la biosinteza nveliurilor celulare, ce asigur creterea celulelor, ca

    i turnover-ul componentelor (hidrolaze);- proteinele de transport preiau substane nutritive din mediu i le introduc n celule;- proteinele ce formeaz sistemele transportoare de electroni, cu rol n respiraia celular (ex.,

    citocromi);- ATP-aza cu rol n metabolismul energetic.

    Funciile membranei plasmatice:- nveli celular;- barier osmotic, impermeabil pentru unele molecule i permeabil pentru altele: molecule

    liposolubile, filiforme, glucoz, ioni;- sediul sinergonului respirator i fotosintetic (la nivelul membranei si invaginarilor sale);- suportul chemotaxiei prin prezena chemoreceptorilor ce leag molecule atractante sau repelente,

    cu rol n semnalizare i deplasarea orientat a bacteriilor= chemotaxie;- sediul unor procese metabolice, cum ar fi sinteza exoenzimelor i exotoxinelor, sintetizate de

    ribosomii legai de faa intern; se consider c procesele de formare a structurii secundare iteriare a acestor proteine de tip special au loc la nivelul membranei sau pe faa sa extern.

    Citoplasma bacteriilor

    Citoplasma celulelor bacteriene este un sistem coloidal complex cu coninut variabil si compus dinproteine (mai ales enzime), glucide, lipide, sruri minerale i ap (n proporie de 70-80%), care determina sipresiunea osmotica a mediului intern. Citoplasma se afla ntr-o stare permanent de gel pentru a putea

    10

  • menine materialul nuclear lipsit de membran nuclear ntr-o stare compact si are o structur granulardatorit prezenei ribosomilor cu coninut crescut n ARNr, ceea ce explic bazofilia intens a citoplasmei.Alte caracteristici ale citoplasmei bacteriilor: este lipsita de cureni intracitoplasmatici (proprietate corelatacu starea permanenta de gel) i de un citoschelet, desi, mai nou, se consider c i la bacterii ar fi prezent oform rudimentar de citoschelet, format dintr-o protein contractil similar actinei. Citoplasma mai poatecontine si structuri neesentiale, cum ar fi vacuole si incluziuni (granulatii).

    Cnd celulele bacteriene sunt supuse unui stres osmotic sunt afectate reactiile metabolice si implicitprocesele de crestere si multiplicare. NUCLEOIDULInformatia genetica a celulelor bacteriene este localizata in nucleoid sau nucleosom - de tip PK, respectivfara membrana nucleara si localizat ntr-o zona a citoplasmei numita nucleoplasm; este o structuresentiala, ce nu poate fi observat prin microscopie optica, prin colorarea cu metode simple sau difereniale,datorit colorrii omogene a celulelor cu colorani bazici, bazofilia intens datorndu-se coninutului bogat inARN al citoplasmei. La microscopul optic nucleoidul poate fi evideniat prin digestie enzimatic; de ex., incelulele bacteriene supuse aciunii RN-azei sau hidrolizei acide, se observ o zon central opac, cecorespunde ADN-lui nedigerat i o zon periferic clar. La microscopul cu contrast de faz, celulele apar cuo zon central mai clar cu filamente subiri, paralele, ondulate, aceasta fiind macromolecula de ADN. nraport cu celula de tip eucariot, celula procariota prezinta un contrast invers, datorit numrului mare deribosomi i cantitii mari de ARN din citoplasma. La microscopul electronic de transmisie (MET) pesectiuni ultrafine se evidentiaza o regiune electronotransparenta ce corespunde nucleoidului fibrile de ADNimpachetate si o regiune electronodensa ce corespunde citoplasmei, bogata in particule ribosomale si lipsitade organite membranare.

    Cu ajutorul unor tehnici speciale, din corpusculul central s-a extras materialul nuclear i s-ademonstrat existena unui singur cromosom, la celule aflate n stare de repaus. In prezent, se cunosc iexcepii de la aceast regul, unele specii prezentnd 2 cromosomi (de ex., ag.patogen al holerei - Vibriocholerae (2 crs.), ca si specia fitopatogena - Agrobacterium tumefaciens (1 crs. circular i 1 linear).

    Cromosomul bacterian este format dintr-o molecul de ADN dublu catenara, circulara, covalentinchisa (d.c.c.c..). Circularitatea moleculei este obligatorie, pentru c astfel este protejat de aciuneaendonucleazelor, este reglat procesul de replicare i se creeaz constrngeri topologice care determin oanumit tensiune n molecula de ADN, favoriznd aciunea topoizomerazelor ce modific topologiamoleculei. n ultimul deceniu, au fost evideniai i cromosomi (Borrelia burgdorferi i Streptomyces sp.), cai plasmide lineare. Aceste elemente genetice lineare prezinta secvene repetate invers la capetele lor iproteine (secvente denumite invertroni) la capetele 5 care protejeaz moleculele de aciunea enzimelorspecifice.

    La E. coli, molecula de ADN are L = 1360 m, n timp ce lungimea celulei este de 3 m. Genomulocup un spaiu de 1m3, conine aprox. 4000 gene, g.m.= 2,5 x 109Da; diametrul moleculei de ADN este de2,5 nm. Datorit constrngerilor topologice, molecula circular sufer procese de pliere, supraspiralizare isuprapunere, pentru ca n final molecula s fie compact si totusi funcionala. n structura fizic a moleculeiintervin topoizomerazele i anume, giraza determin suprarsucirea moleculei, iar alte enzime sunt implicatein derularea moleculei compacte, mai precis a acelor secvene de ADN necesare a fi transcrise i traduse, nfuncie de condiiile in care se afla celula la un moment dat.

    Din punct de vedere chimic, cromosomul poate fi disociat n urmtoarele componente: ADN 60-80%; ARN ARNm (in curs de sinteza), ARNt; proteine ARN-polimeraza, topoizomeraze, proteine asociatenucleoidului (diferite de histone).

    S-a demonstrat c moleculele de ARN i proteine nu sunt asociate doar funcional cromosomului, ciau rol i n mpachetarea acestuia. Modelul de mpachetare (Stonington i Pettijohn, 1971) demonstreaz cprin nchiderea moleculei, aceasta i reduce diametrul la 350m, apoi sub aciunea topoizomerazelormolecula sufer o pliere (engl. folding) n ~ 50 domenii sau bucle, diametrul reducndu-se la 30-35m, prin

    11

  • suprarsucirea (supercoiling) domeniilor diametrul se reduce la 3 m, iar prin suprapunerea acestora la 1m.Spiralizarea moleculei se realizeaza cu ajutorul topoizomerazelor.

    Compactizarea moleculei se face astfel nct asigur totui transcrierea genelor vitale. S-ademonstrat c acest corpuscul este o structur dinamic, existnd i poriuni laxe (bucle n citoplasm), carereprezint secvene de ADN funcional, gene n curs de transcriere, pentru biosinteza proteinelor.

    La bacterii procesele de transcriere i traducere sunt cuplate, avnd loc n citoplasm.Din punctul de vedere al gradului de ploidie celula bacterian este haploid, caracter contestat de

    unii cercettori care au observat 2, 3, 4 mase nucleare (cromosomi), aparen datorat faptului c cele 2 masenucleare nu sunt independente, ci legate prin puni de ADN foarte fine. Structura genetic a bacteriilortrebuie raportat la condiia normal, fiziologic a celulei bacteriene, care are de regul 1 cromosom i estehaploid. Condiia normal este cea n care diviziunea celulei bacteriene este perfect reglat, existnd ocorelaie perfect ntre ritmul de replicare al cromosomului i procesul de diviziune celular. n condiiispeciale (medii bogate n nutrieni) apare un decalaj ntre ritmul de replicare al cromosomului i cel decretere i diviziune (vitez mare de replicare). Celula ncearc s compenseze aceast situaie prin iniiereaunor cicluri suplimentare de replicare a ADN, aprnd mai multe bifurcaii de replicare. n celul nu exist 2sau 4 cromosomi replicai, ci un cromosom cu n furci de replicare, expresia unui fenomen de amplificaregenic pentru determinanii din apropierea originii replicrii.

    Structura genetic a cromosomului bacterian. Din punct de vedere molecular, cromosomulbacterian este numit i genofor sau lineom, denumiri care se refer la fenomenul de colinearitate a genelor,informaia genetic fiind continu, astfel c i biosinteza proteinelor va fi diferit fa de cea din celuleleeucariote, datorit faptului c din molecula de ADN bacterian lipsesc secvenele non-informaionale sauintronii. Sunt consemnate excepii i de la aceast regul (de ex. in Dom. Archaea genele pentru ARNt dela halofile i hipertermofile, de asemenea unele cianobacterii). Exist situsuri de ataare la membranaplasmatic, regiuni corespunztoare originii replicrii cromosomului i punctului terminus al replicrii.

    Unitatea genetic de structur i funcie este reprezentat de operon. De ex., la E. coli cromosomuleste compus din ~ 4000 de gene, din care 90% sunt gene structurale, care codific structura primar aproteinelor (succesiunea aminoacizilor). Nu toate aceste gene sunt funcionale n acelai timp, fiind supuseproceselor de reglare prin inducie i represie enzimatic.

    n organizarea cromosomului bacterian exist regiuni corespunztoare genelor reglatoare, de tipulpromotorilor i operatorilor. Diferite gene structurale sunt dispuse n ordinea ce corespunde ordinii n careprodusele lor intr n aciune ntr-o cale metabolic. La eucariote, astfel de gene pot fi situate pe cromosomidiferii, fiind coordonat exprimarea lor de secvene genice care alctuiesc un reglon.

    Reglarea sintezei enzimelor la bacterii prin inducie i represie enzimatic a fost explicat pemodelul operon, elaborat de Jacob i Monod (distini cu premiul Nobel pentru Medicin n 1965). n generalgenele structurale care codific enzimele care intervin ntr-o cale metabolic sunt supuse controlului uneiregiuni de reglare mpreun cu care alctuiesc un operon:

    - genele de reglare codific substane de tipul represorilor i funcionarea lor determin stopareaactivitii genelor din regiunea operator a cromosomului;

    - regiunea operator funcioneaz ca receptor de semnale, sesiznd prezena n mediu arepresorilor i inductorilor (funcioneaz similar unui comutator tip on/off);

    - regiunea promotor adiacent regiunii operator, corespunde zonei n care are loc iniiereatranscrierii informaiei genetice realizat de ARN-polimeraza, care se leag de aceast regiune.

    Represia este un mecanism care diminueaz sinteza enzimelor, care se manifest cnd celulele suntexpuse unui produs final al unei ci metabolice, condiii n care are loc o scdere a ratei de sintez aenzimelor implicate n sinteza unui produs final. De ex., celulele de E. coli cultivate pe un mediu lipsit deaminoacizi, sintetizeaz enzime necesare cilor de sintez a aminoacizilor necesari sintezei proteinelorspecifice. Introducerea unui aminoacid n mediu, va scdea sinteza enzimelor necesare produceriiaminoacidului respectiv. Enzimele a cror sintez este redus n prezena produsului final se numesc enzimerepresibile, iar substana care determin represia este numit corepresor (= produs final).

    12

  • Inductia este mecanismul invers prin care se sintetizeaza enzimele necesare metabolizarii unuisubstrat prezent in mediu. Exemple de mecanisme inductibile: genele pentru sinteza enzimelor necesarepentru metabolizarea lactozei, organizate n operonul ,,lac,,. Dac bacteriile sunt cultivate pe un mediu culactoz, prin inducie vor produce o cantitate mare de -galactozidaz, o enzim inductibil, sintetizat nprezena lactozei, acest substrat nutritiv acionnd ca un inductor al genei structurale. Similar, se producesinteza penicilinazei (-lactamaza) la bacteriile rezistente la penicilin.

    Exist modaliti de reglare a exprimrii genelor, care regleaz i metabolismul celulei, printranscrierea i traducerea genelor ce codifica enzime metabolice; se realizeaz astfel direcionarea sintezeiproteice. Prin mecanisme de control (inducie i represie) este reglat sinteza i nu activitatea enzimelordintr-o cale metabolic. Represia prin produs final nu acioneaz asupra unor enzime preexistente, ciprodusul final inhib sinteza de noi molecule de enzime, deci controlul se realizeaz la nivel genetic,aceasta fiind deosebirea de inhibiia tip feed-back, cu care se aseamn parial.

    Inducia i represia reprezint mecanisme adaptative, cu rol n supravieuirea celulei care nuconsum energie pentru sinteza unor enzime care nu sunt necesare n momentul respectiv, astfel c reglareaexprimrii genelor este esenial pentru economia energetic a celulei, fiind o cale de conservare a energiei.

    Exist gene care nu sunt supuse represiei, acestea fiind rspunztoare de sinteza enzimelor necesareindiferent de cantitatea de nutrieni din mediu. Aceste gene i enzimele a cror sintez o codific se numescconstitutive enzimele respective fiind necesare celulelor n cantiti constante pentru desfurareaproceselor vitale (de ex., respiratie celulara).

    Funciile materialului nuclear :1) Conine informaia genetic esenial existenei bacteriilor n mediul natural (pentru arhitectura

    celulei, metabolism, sinteza enzimelor ce intervin n reaciile de biositez i n metabolismulenergetic);

    2) Codific structura mecanismelor de reglare prin structuri operaionale de tip operon;3) Conine informaia necesar pentru replicare i ereditate, cu asigurarea potenialului de cretere i

    diviziune celular;4) Asigur potenialul de variabilitate i evoluie prin ci complexe: capacitatea de mutagenez, de

    reparare a erorilor, prin mecanisme de transfer de material genetic si de integrare a plasmidelor (princonjugare), a genelor fagice (prin transductie), a fragmentelor de ADN cromozomal /plasmidial(transformare) si a elementelor genetice transpozabile (secvente de insertie si transpozoni).

    Plasmidele sunt structuri intracitoplasmatice, invizibile la microscopul optic, care pot fi evideniate laM.E.T. Conin informaie genetic extracromosomal, accesorie, de confort sau de lux, imbunatatindconditiile de viata ale bacteriilor si adaptarea la mediu; reprezinta 1-5 % din cromosom, fiind numite iminicromosomi. Sunt structuri moleculare fizic independente de cromosom, constituite din molecule deADN d.c.c.c.., cu dimensiuni mai mici, cu excepia plasmidelor lineare ale unor specii de actinobacterii.

    Semnificaia biologic general a plasmidelorPlasmidele (F, R, col, de patogenitate si virulenta, metabolice) confer proprieti noi celulelor

    bacteriene i posibilitatea adaptrii rapide la mediu. n acelai timp reprezint o surs de variabilitategenetic, cu implicaii n evoluia bacteriilor, deoarece plasmidele integrate n cromosom sunt transmise prindiviziune descendenilor, mpreun cu genele cromosomale. O semnificaie deosebit au plasmidele cucaracter de conjugon, care pot fi transferate interspecific i intergeneric. Datorit acestor plasmideconjugative exist un flux genetic, prin care se pierd i se ctig continuu noi proprieti, proces controlatcromosomal i cu implicaii n variabilitatea genetic i evoluia bacteriilor.

    Adaptarea genetic la un mediu variabil poate fi interpretat ca ca o strategie de supravieuiremediat de plasmide. Bacteriile mprumut gene sub presiunea selectiv a mediului. Se poate vorbi deci deo evoluie pe orizontal, responsabil de marea variabilitate genetic i plasticitate metabolic a bacteriilor.

    13

  • RibozomiiSunt structuri eseniale, invizibile la microscopul optic, vizibile doar la microscopul electronic cu

    transmisie (MET), fiind uniform dispersate n citoplasma care are un aspect granular i prezentndu-se caformaiuni sferic-ovalare cu = 20 25nm, aspect care s-a dovedit a nu corespunde formei reale.Ribozomii bacterieni au constanta de sedimentare 70 S.

    Din punct de vedere chimic, ribozomii sunt structuri ribonucleoproteice, alctuite din 2 subuniti:subunitatea mic de 30S i subunitatea mare de 50S, cea mic avnd forma unui receptor de telefon aezat pesubunitatea mare (structura chimic i morfologia au fost determinate prin tehnici de mare finee biochimice, imunologice, cristalografie in raze X). Cele dou subuniti pot fi asociate, stare n careribosomii sunt funcionali (n prezena ionilor de Mg2+) sau disociate, fiind dispersate n citoplasm (lascderea concentraiei de Mg2+). Subunitile ribosomale conin:

    Subunitatea mic: 1 molecul ARNr 16S*; 21 molecule de proteine S** (S1-S21; S, de la engl. Small = mic).

    Subunitatea mare: 2 molecule ARNr: 23S i 5S; 34 molecule de proteine L (L1-L34; L, de la engl. Large = mare).

    * Molecula de ARNr 16S, datorit originii sale vechi i structurii nalt conservate, este considerat o moleculsemantoforetic sau semantid (gr. semantikos = neles, semnificaie), deci purttoare de sens/ semnificaie.

    ** Cele 55 de molecule de proteine au rol structural i funcional unic; de ex., S1 - particip la legarearibozomilor de molecula de ARNm; S6 la legarea N-f-Met-ARNt; S2, S3, S14 la legarea aminoacil ARNt.

    n formarea arhitecturii subunitilor, moleculele ARNr au rol cheie rol de matri n primele fazeale asamblrii, de ele atandu-se n poziii fixe proteinele ribosomale ntre care exist interaciuni protein -protein, astfel nct cele 2 subuniti au o conformaie steric bine conturat i prezint zonecomplementare care faciliteaz asocierea lor, ca i situsuri pentru ataarea moleculelor de ARN mesager ide transport. Aranjarea fix a moleculelor constitutive, conform unor scheme de la care nu exist abateri,explic asamblarea rapid a ribozomilor, n funcie de necesitile de moment ale celulei. Astfel, o celulmetabolic activ poate sintetiza pn la 500 de ribosomi/minut, n timp ce numrul total de ribozomi variazntre 15.000 100.000/celul.

    Funcia ribozomilor: funcia lor esenial este cea de traducere a informaiei genetice transcris n ARNm,ribosomii fiind considerai adevrate fabrici de proteinei puncte de ntlnire a diferiilor constitueniimplicai n proteosintez. Ambele procese, transcrierea i traducerea informaiei genetice, la bacterii au locn citoplasm i sunt cuplate (datorit lipsei membranei nucleare). Biosinteza proteinelor este un procescomplex n cursul cruia informaia coninut n ADN, transmis la ribosomi prin intermediul ARNm, estetradus ntr-o secven polipeptidic prin asamblarea aminoacizilor ntr-o ordine specific, nscris nmesajul genetic (diataxie celular). Procesul de proteosintez decurge cu o mare fidelitate. Fiecare ribosomare dou situsuri de legare: situsul A (aminoacyl attachement) i situsul P (peptidil). Moleculele de ARNtaduc aminoacizii aezndu-i n poziiile corespunztoare (situsul A), ntre aminoacizi se formeaz legturilepeptidice rezultnd molecule polipeptidice n curs de sintez, translocate la situsul P. n ansamblu, ribosomiisunt structuri dinamice ce au rolul de a menine matria de ARNm, ct i aminoacil-ARNt ntr-o orientarecorespunztoare pentru a asigura citirea corect a informaiei genetice (pe baza complementaritii codon-anticodon) i formarea legturilor peptidice, sub influena enzimei peptidil-transferaza. Procesul are loc cuconsum de energie, rezultat din hidroliza GTP.

    In celulele cu metabolism intens, care la un moment dat necesit de ex. cantiti mari ale aceleiaienzime sau alte tipuri de proteine, se formeaz poliribosomi, care sunt asociaii de 5 50 ribosomi, la nivelulcrora are loc sinteza concomitent a mai multor lanuri polipeptidice. Exist ribosomi liberi n citoplasm lanivelul crora se sintetizeaz proteine intracelulare, ca i ribosomi asociai cu faa intern a membraneiplasmatice, la nivelul crora se sintetizate proteinele de export(de ex., exoenzime i exotoxine).

    Semnificatie practica. Secvenierea i compararea secvenelor moleculelor de ARNr 16 S provenitede la specii bacteriene diferite sunt la ora actual tehnici utilizate n studiile taxonomie bacterian i filogeniela nivel molecular.

    14

  • Endosporul bacterian. Endosporul (= spor de origine endogen) a fost considerat o form tipic i unic de spor la bacterii.Reprezint o structur de rezisten i adaptare a bacteriilor la condiii nefavorabile de mediu, asigurndastfel supravieuirea speciei si fr rol n multiplicare. n prezent, se cunosc i alte tipuri de spori bacterieni,dar cu particulariti i funcii diferite de cele ale endosporului (de ex., la actinobacterii se formeaza spori depropagare/diseminare, cu rol in multiplicarea bacteriilor).

    Endosporul este considerat o form primitiv de citodifereniere la procarite, o celul difereniat ninteriorul unei celule vegetative, o structur cu capaciti speciale de rezisten la factori de mediu nocivi,datorit unor particulariti structurale i chimice.

    Sporogeneza (capacitatea de a forma endospori) este un proces foarte diferit de ciclul de viavegetativ al celulei bacteriene, controlat genetic, prezent la anumite bacterii Gram pozitive, deoareceformarea sporului este asociat cu producerea unui nveli gros, bogat n murein (peptidoglican). Procesulde sporogenez este limitat la o serie de eubacterii numite sporogene din grupul bacililor, proces obligatoriuprezent la speciile genului Clostridium (bacterii anaerobe), frecvent la speciile aparinnd genurilorBacillus (bacterii aerobe), Sporolactobacillus, Desulfotomaculum (bacili incurbai, anaerobi, din grupulfiziologic al bacteriilor sulfatreductoare) i foarte rar ntlnit la coci (ex. Sporosarcina). Bacteriilesporogene sunt prezente mai ales n sol (practic, orice prob de sol conine spori) si sedimentele acvatice.

    Endosporul este foarte diferit de celula vegetativ, numita si sporange, n care se formeaz, fiindrezultatul unor modificari structurale, chimice, biochimice i biologice ce caracterizeaz sporogeneza sauformarea sporului; celula vegetativ este considerata celula activ metabolic, pe cnd sporul este o forminert, inactiva din punct de vedere metabolic (stare de criptobioza).

    Evidenierea microscopic a sporului se poate face ocazional pe preparate proaspete datoritrefringenei foarte mari, pe frotiuri colorate (prin metoda coloratiei simple sau prin metoda coloratieidiferentiale Gram) ca zone incolore (nveliurile sporale fiind impermeabile pentru colorani i alte substanechimice n condiii obinuite) sau pe frotiuri colorate prin metode selective care permit colorarea sporului. Sepot observa i spori liberi, dup liza resturilor celulelor vegetative. Sporii sunt structuri sferic-ovalare (cudimensiuni cuprinse ntre: 0,5 0,9 x 1- 1,5m). Dimensiunile, forma i poziia sporului sunt caracteristicide specie i au un rol important in identificare.

    Particularitile structurale i de compoziie chimic explic rezistena lor la temperaturi ridicate,substane chimice, radiaii.

    Din punct de vedere structural, endosporul conine urmtoarele structuri: 1. protoplastul sporal sau citoplasma sporului, diferentiata in nucleoplasma (zona in care se afla

    materialul genetic - ADN) i sporoplasma;2. cortexul sporal un nveli sporal gros, alctuit din peptidoglican modificat n timpul procesului de

    sporogenez (echivalentul peretelui celular), ce contribuie in mare masura la marea rezisten asporului;

    3. nveliuri sporale externe (intina i exina) multistratificate, n funcie de tipul de spor; sunt denatur proteic, cu un coninut bogat n aminoacizi cu sulf ce formeaz puni disulfidice i ostructur keratin-like, foarte rezistent la factorii chimici;

    4. exospor de natur lipoproteica; prezint filamente suspensoare care ancoreaz miezul sporului denveliul extern, provenit din celula vegetativ;

    5. apendice sporale - prezent la unele tipuri de spori, cu rol n diseminarea acestora i n preluareanutrienilor n perioada germinrii.

    Din punct de vedere biochimic, sporul se caracterizeaz prin:- absena unor enzime cu importan fundamental ntr-o celul activ metabolic (enzimele ciclului Krebs ilanului transportor de electroni);- prezenta unui numar redus de enzime ce pot fi (1) sintetizate de novo (formate n timpul sporularii) sau (2)provenite din celula vegetativ, caz n care deriv prin clivarea partilor laterale, cu pastrarea situsuluicatalitic;- continut mare de aminoacizi cu sulf;

    15

  • - cantitate mare de ioni de Ca2+ i Mg2+;-prezenta acidului dipicolinic, sub forma dipicolinatului de Ca2+, marker biochimic pentru PK;- absena sintezei de macromolecule, inclusiv de ARNm (absent sau prezent n cantitate mic);- starea apei coninutul n ap este similar cu cel al unei celule vegetative, predominnd insa apa legat dediferite structuri, in timp ce apa liber este prezenta n cantitate mic (3-4%);

    Prin urmare, endosporul este o celula metabolic inactiva si rezistenta la orice factori de stres.Sporogeneza este declanat in principal de absena mutrienilor din mediul de via, deci n condiii

    de nfometare sau starvatie (C, N, P). Celula vegetativ se transform n sporange n care au loc osuccesiune de modificri, in 7-8 etape. Fiecare stadiu de formare a sporului este codificat de alte gene (50 200 de gene sporogene), iar procesul odat amorsat este ireversibil.

    La revenirea condiiilor favorabile de mediu, sporii germineaz. Germinarea este procesul dereversie a endosporului la starea vegetativ si are loc n 3 stadii:

    - activarea implic deteriorarea nveliurilor sporale i se produce spontan- germinarea propriu-zis necesit ap i un agent de germinare (aminoacizi, diferiti ioni) -

    nveliurile sporale se gelific ntr-o anumit regiune sub influena unei enzime sporolitice caredetermin hidroliza cortexului, favorizat de un numr mic de legturi ncruciate n stratulextern de peptidoglican; se pierd ioni de Ca2+ i nceteaz starea de laten i de rezisten asporului, celula vegetativ iesind din nveliurile sporale;

    - creterea revenirea celulei bacteriene la condiia normal, care ntr-un mediu nutritiv bogat areloc rapid ncepe sinteza de ARNm, proteine, de ADN i celula i dubleaz volumul iniial;peretele celular se reface pe membrana celulei sporale.

    Semnificaia biologic a endosporului bacterian.Sporogeneza reprezint o strategie adaptativ a bacteriilor, pentru a supravieui n condiii nefavorabile demediu, neavnd rol n multiplicare; endosporul este considerat in prezent o forma primitiva decitodiferentiere la procariote. Starea de laten metabolica sau criptobioz determin rezistena sporilor latemperaturi de peste 100 pna la 180C, uscciune (desicatie) i radiaii UV, la substane antimicrobiene(antiseptice, antibiotice). Deci endosporul poate fi considerat o form de conservare a speciei, dovedita delongevitatea mare a acestor structuri; de ex., n soluri nelucrate, sporii isi mentin viabilitatea timp de zeci ichiar sute de ani, iar n roci sedimentare chiar mai mult; au rol si n diseminarea bacteriilor n natur, fiindomniprezenti in sol, praf si sedimente acvatice.Importana practic. Descoperirea i descrierea endosporilor au reprezentat momente eseniale indezvoltarea microbiologiei experimentale, ceea ce a permis dezvoltarea unor metode adecvate de sterilizarepentru medii de cultur, alimente, produse farmaceutice i alte produse perisabile (controlul microbiologicfiind obligatoriu n cazul acestor produse); la stabilirea parametrilor fizici mentionati in protocolul acestormetode s-a tinut cont in primul rnd de particularitatile endosporului bacterian.Importana medical este ilustrat de faptul c unele bacterii patogene sunt sporogene, cum ar fi: Clostridium botulinum, C. tetani, C. perfringens, aceste bacterii anaerobe prezentnd un circuit enteroteluric, n sensul c se multiplic n intestin, fiind apoi eliminate si ajungnd in apele uzate si sol, unde supravieuiesc sub form de spori. Aceste specii produc toxine puternice, ce determina boli specifice: botulism alimentar (intoxicatie, determinata de ingerarea de toxina preformata inalimente incorect sterilizate), tetanos si respectiv gangrena gazoasa.Importanta industrial mai exact, pentru industria alimentara, deoarece sporii pot fi cauza alterariialimentelor sterilizate sau pstrate incorect, la care se adaug i riscul de intoxicaii (botulism alimentar) iT.I.A. (C.perfringens); pentru industria farmaceutic - unele proprieti biologice ale bacteriilor suntasociate cu anumite faze ale sporogenezei, cum ar fi producerea de antibiotice: polimixina, bacitracina,gramicidina (Bacillus sp.), ca i producerea de proteinaze. In agricultur - bacteriile numite entomocide prezint importan prin capacitatea lor de a sinteza cristaleparasporale, de natur proteic, cu caliti de pretoxin; aceast form inactiv poate fi activat la pH-ulalcalin = 10 din tubul digestiv al insectelor, la care determin fenomenul de paralizie, de unde imposibilitateahrnirii i moartea consecutiv. Culturi sporulate de B. thuringiensis sunt folosite pentru combaterea

    16

  • biologica a insectelor (larve de lepidoptere defoliatoare, nari), cu scopul nlocuirii insecticidelor chimice,cu remanenta mare in organismul animal/uman, dar si in sol, cu efect poluant.

    Specia anaeroba sporogena Clostridium pasteurianum este in acelasi timp si fixatoare de azot, cu rolimportant in fertilitatea /imbogatirea in azot a solurilor profunde sau inundate.

    In afar de bacteriile sporogene bacterii Gram pozitive, prezente ca spori mai ales n sol (i la cares-a demonstrat un circuit enteroteluric), celelalte bacterii, nesporogene, beneficiaz i de alte mecanismede protecie fa de uscciune, radiaii (capsul i glicocalix, pigmeni accesorii, plasmide R etc.). ngeneral, la schimbarea brusc a condiiilor de mediu numrul bacteriilor se reduce drastic, darsupravieuiete o parte (n microhabitate, sedimente, biofilme), capabil apoi la revenirea conditiilorfavorabile de mediu, s refac populaia.

    La bacteriile Gram negative acvatice s-a descris un mecanism de protecie la condiiile denfometare, reprezentat de o modificare structural i metabolic celulele vegetative intr ntr-o stare destarvaie, transformndu-se n celule dormante numite ultramicrobacterii, celule sferice cu diametrul deaprox. 0,3 m, care pot supravieui ca celule n suspensie timp de luni i ani de zile.

    Structurile bacteriene /microbiene extraparietale (capsula, glicocalix, pili, fimbrii) sunt structuriaccesorii, cu rol adaptativ, de regula de natura polizaharidica, mai rar polipeptidica, motiv pentru care suntincadrate in conceptul integrator de E.P.S (extracellular polymeric substances). Aceste structuri intervin inrelatiile microorganismelor cu mediul biotic si abiotic, toate fiind incluse in categoria generica a adezinelor,numite astfel pentru ca mediaza aderenta bacteriilor/microorganismelor la diferite suprafete sau substraturidin mediu, vii sau neanimate si dezvoltarea de biofilme, comunitati bacteriene/ microbiene mono- saupolispecifice, cu o semnificatie deosebita din punct de vedere medical, ecologic si industrial / biotehnologic.

    Biofilm = o comunitate microbian sesil compus din celule care sunt n mod ireversibilataate la un substrat, la o interfa sau unele de altele, care sunt nglobate ntr-o matrice desubstane polimerice extracelulare produse de ctre aceste celule i care prezint un fenotipmodificat, n privina ratei de cretere i a transcrierii genelor.

    Biofilme microbiene = comunitati mono- /multispecifice (consortii) = expresia cea mai desucces si mai competitiva a genomului procariot (celule eficiente metabolic si bine protejate rezistenta la conditii de stres (inclusiv la substantele antimicrobiene); rezistenta celulelor inglobatein biofilme (in matricea acestora, constituita din exopolizaharide microbiene) este comportamentalasi numita mai nou toleranta, pentru a o diferentia de cea codificata genetic (gene de rezistenta,plasmidiale sau cromozomale). n cadrul biofilmelor interaciunile sunt att celul - substrat, ct icelul celul. Acestea din urm permit pe de o parte, o mai mare acumulare de celule, ceea ce esteimportant mai ales pentru bacteriile cu cretere lent, iar pe de alt parte, distribuia lor spaialpoate iniia interaciuni metabolice i schimburi de gene ntre diferitele celule bacteriene, ceea cedetermin o adaptare fiziologic rapid la mediu.

    Deoarece s-a observat ca celulele imobilizate au randamentul cel mai mare de producere areactiilor de biosinteza sau de catabolism, in prezent exista metode de stimulare a aderenteimicroorganismelor (bacterii, levuri) la suprafata unui bioreactor, pentru producerea unor substantede interes cu randament sporit prin metode biotehnologice.

    Flagelul bacterian. Flagelii bacterieni sunt organite de locomotie filamentoase (lat. flagellum =bici), unice sau multiple, care asigura mobilitatea si chemotaxia procariotelor. Sunt echivalentul cililor siflagelilor de tip eucariot, dar, spre deosebire de acestia (care au o structura sintetizata in formula (2x9+2tubuli), flagelii bacterieni sunt tubulari, cu lungime variabila (20-70m) si constituiti dintr-o proteinaspecifica numita flagelina. Morfogeneza flagelului este un proces complex, controlat de gene numeroase(>40): fla, fli, flg).

    Prezenta/absenta, numarul si aranjarea flagelilor sunt caracteristici de specie, utile taxonomieibacteriene; astfel exista bacterii neflagelate sau atriche, bacterii flagelate cu flageli polari (unici mono- si

    17

  • bipolari sau in manunchiuri, respectiv bacterii monotriche, amfitriche, lofotriche) si flageli pericelulari(celule peritriche).

    Datorit diametrului mic (in medie 20 nm), la microscopul optic se evidentiaza doar prin tehnici specialede colorare, bazate pe ngrosarea filamentului flagelar prin depunere de coloranti, dar la MET flagelul seevidentiaza ca o structura cu arhitectura complexa, fiind alcatuit din: filament, crlig i corp bazal.

    (1) Filamentul este o structura semirigida helicala si tubulara (= 3nm). Unitatea structurala de baza afilamentului este o proteina specifica globulara, respectiv monomerii de flagelina, sintetizati in celula sidepusi la extremitatea libera a flagelului, dupa o simetrie helicala, prin autoasamblare.

    (2) Carligul este tubular, curbat, are rol de articulatie flexibila universala (denumirea sugereaza ca aceastastructura are echivalent in tehnica). Flexibilitatea permite filamentului sa aiba o asezare perpendicularape suprafata peretelui celular si rotirea in asociatie a flagelilor multipli. Crligul face legatura intrefilament si corpul bazal al flagelului. Mecanismul articulatiei crlig - filament permite rotatia cu 3600 afilamentului, care se mic asemenea unei elice, aceasta miscare rotatorie fiind un caz unic in biologie.

    (3) Corpul bazal consta dintr-un ax conectat la carlig si o serie de discuri care ancoreaza flagelul deperetele celular si membrana plasmatica; are rol determinant in mobilitatea bacteriilor prin inducerearotatiei filamentului. Corpul bazal are o structura diferita la bacteriile Gram-pozitive (2 discurisuprapuse) si Gram-negative (4 discuri suprapuse).

    Toate discurile sunt strabatute de piesa centrala cilindrica numit ax, care se continua cu carligul.In jurul discurilor MS-C se ataseaza lateral molecule de proteine Mot, formnd un manson in jurul

    discurilor, care functioneaza genernd cuplul motor pentru rotatia flagelului, pus in miscare de forta protonmotrice (rezultata din procese chemo-osmotice). Fluxul de H+ din membrana plasmatica strabate canaluldintre proteinele Mot si discurile bazale si le incarca electrostatic, proteinele Mot avnd rol de stator almotorului rotativ si imprimnd rotatia corpului bazal. Proteinele Fli actioneaza ca un comutator al motoruluicare imprima flagelului fie o miscare de rotatie in sensul acelor de ceasornic, fie invers, ca si oprirea rotatieiflagelului si deplasarii celulei bacteriene. Fluxul de ioni dintre stator si rotor este de regula un flux de H+, darpoate fi si un flux de ioni de Na+ la bacteriile care traiesc in medii alcaline. Filamentul se roteste ca o elice,cu pna la 40.000 rotatii/minut, propulsnd celula. Viteza relativa de deplasare a bacteriilor (raportata lalungimea corpului lor) este foarte mare, fiind de 20-80 m/sec, de 50 ori sau mai mult fata de lungimeacorpului, depasind viteza oricarui animal terestru sau acvatic.

    In functie de semnalele receptionate din mediu (substante atractante si repelente) si prelucrateintracelular, este elaborat un raspuns comportamental, discurile MS-C imprimnd rotatia flagelului intr-unsens sau celalalt.

    Functia flagelului este asociata fenomenului de chemotaxie, de deplasare orientata a bacteriilor infunctie de gradientul de concentratie al diferitelor substante din mediu. Nutrientii, O2 (pentru bacteriileaerobe) reprezinta substante atractante, determinnd apropierea bacteriilor, iar substantele potentialdaunatoare, repelente, determina indepartarea bacteriilor.

    Chemotaxia la bacterii asigura raspunsuri comportamentale specifice actionate chimic, al carorsuport structural este asigurat de prezenta chemoreceptorilor din membrana plasmatica proteine senzorialemetil-acceptoare ce actioneaza ca transductori de semnale (proteine transmembranare). Semnalele ajung la oproteina transductor din membrana plasmatica si apoi la o proteina citoplasmatica reglator a raspunsului,care influenteaza activitatea flagelului.

    S-a demonstrat ca flagelul este un organit care percepe contactul cu o suprafaa datorit ncetiniriisau opririi rotaiei sale, mecanismul transmiterii acestui semnal fiind inca necunoscut, dar implicat insemnalizarea intracelulara si reglarea exprimarii genelor. Asa se explica de exemplu, modificarea exprimariigenelor la celulele aderate la un substrat (celular sau inert). Pentru intelegerea acestui mecanism desemnalizare este eseniala identificarea parametrilor interfeei solid- lichid care s fie suficient de diferii nraport cu mediul lichid, pentru a informa bacteria de contactul cu suprafaa, cum ar fi osmolaritatea mediuluisau pH-ul extracelular, pentru receptionarea carora se utilizeaz aceleai ci.

    Functiile flagelului:

    18

  • - mobilitatea si chemotaxia sunt supuse reglarii si au valoare adaptativa; flagelul sichemoreceptorii/senzorii au capacitatea de a converti stimulii senzoriali in raspunsuricomportamentale;

    - fototaxia bacteriilor fotosintetizante poate fi considerata ca un precursor al sistemlor vizuale;- factor de virulenta la bacteriile patogene:

    - rol antifagocitar (prin evitarea contactului cu membrana fagocitelor si inglobarii de catre acestea); - rol in aderenta la substratul celular sensibil, indirect, prin faptul ca favorizeaza strabaterea stratuluide mucus, bacteriile ajungnd astfel in contact cu celulele epiteliale ale mucoaselor si adernd lareceptorii specifici (de ex., Helicobacter pylori).

    - rol de Ag in identificarea serologica.

    Metabolismul microbianReprezint totalitatea reaciilor biochimice implicate n activitile biologice ale microorganismelor,

    prin care acestea preiau din mediu energie i elemente chimice biogene (ca atare sau sub forma unorcombinaii) i le utilizeaz n reacii de biosintez, n reacii de biodegradare i producere de energie, ca ipentru cretere i alte activiti fiziologice (transport transmembranar, mobilitate, bioluminiscen etc.).

    Substanele sunt preluate din mediu prin procese de transport pasiv sau activ (cu consum de energie)i dup natura lor, sunt transformate n constitueni celulari, produi de metabolism ce pot fi secretai),energie. Aceste reacii metabolice se desfoar la microorganisme n general i la bacterii n special, curespectarea unui principiu fundamental n biologie, respectiv principiul economiei i optimalitii sau aleficienei maxime, nsemnnd c reaciile decurg cu consum minim de energie i utilizarea sa maxim pentrubiosinteze, din care rezult un numr mare de celule n unitatea de timp. Multiplicarea rapid i consecutivexistena n numr foarte mare reprezint condiia fundamental pentru supravieuirea n natur, fiindprincipalul mecanism de competiie cu alte organisme asociate, ca i de rezisten fa de condiilenefavorabile de mediu.

    Metabolismul este un proces ciclic autoreglat, datorit unor reacii chimice speciale de reglare aritmului de producere a reaciilor diferitelor ci metabolice, cu rol n meninerea stabilitii celulelor.

    Cile metaboliceSunt secvene de reacii metabolice n mai multe trepte, fiecare treapt fiind catalizat de o enzim

    specific. In cadrul unei ci metabolice, substratul metabolic este transformat n produi intermediari iacetia n produs final. O cale metabolic individual se poate manifesta n mai multe moduri: linear, ciclicsau ramificat.

    Metabolismul microbian se realizeaz pe 2 ci metabolice principale: reacii de catabolism = biodegradare, cu eliberarea de energie = reacii exergonice; reacii de anabolism = biosintez, realizate cu consum de energie = reacii endergonice.

    Din punct de vedere funcional, cele 2 tipuri de ci metabolice sunt interconectate, deoarece energia i oparte din produii rezultai din reaciile de catabolism sunt folosii ca energie i produi intermediari nreaciile de anabolism. Prin urmare, cile metabolice centrale care elibereaz energie, pot furniza iprecursori pentru alte ci metabolice, aceste ci fiind numite ci amfibolice (auxiliare).

    Cile anaplerotice sunt tot ci auxiliare ce apar atunci cand desfurarea unei ci metabolice principaleeste blocat datorit utilizrii produilor intermediari n alte ci metabolice. Cile anaplerotice au osemnificaie deosebit fiind ci de reaprovizionare cu produi intermediari, rezultai dintr-o alte cale, a uneici metabolice principale, evitnd blocarea acesteia.

    Funcionarea i interaciunea celor patru tipuri de ci sunt perfect coordonate n celul, astfel nctaceasta s funcioneze cu randament optim.

    I. Cile catabolice = Catabolismul = Metabolismul energeticCile catabolice = de dezasimilaie = catabolismul reprezint o succesiune de reacii biochimice

    implicate n degradarea nutrienilor i eliberearea de energie necesar pentru funcionarea celorlalte cimetabolice i altor activiti fiziologice ale celulei.

    19

  • Cile catabolice au loc n 3 faze succesive (Kornberg, 1965):Faza 1: macromoleculele sunt descompuse enzimatic n uniti de baz: proteinele AA, lipidele

    acizi grai i glicerol, glucidele monoglucide;- are loc frecvent la exteriorul celulei bacteriene, fiind realizat de exoenzime. Din aceste reacii seelibereaz ~1% din energia total a macromoleculei, inaccesibil celulei, fiind eliberat sub form decldur.

    Faza 2: moleculele rezultate n faza precedent sunt degradate incomplet, eliberand 1/3 din E total, cu producrea, n afar de CO2 + H2O, a unui numr mic(12) de produi de importan esenial n metabolism, numii intermediari metabolici ai cilor metabolicecentrale. Aceti compui sunt aceiai la toate organismele, o dovad a unitii metabolice n lumea vie. Deex., aminoacizii sunt utilizai pe ci diferite i catabolismul lor conduce la formarea de acetil-CoA sauintermediari ai ciclului acizilor tricarboxilici = ciclul Krebs.

    Faza 3: se deruleaz diferit, n funcie de tipul respirator al microorganismului considerat, astfel:

    - la microorganismele aerobe, care pot degrada substratul integral pn la CO2 + H2O, calea majorde desfurare i eliberare de energie este ciclul Krebs, cuplat cu fosforilarea oxidativ i eliberarea uneimari cantiti de energie, stocata in ATP.

    - microorganismele anaerobe (sau n lipsa relativ a O2 molecular), urmeaz calea fermentaiei(alcoolic, lactic, butiric, propionic etc.) ai crei produi de degradare servesc ca donori sau acceptori deelectroni i H+ n reacii de oxido-reducere cuplate, care elibereaz o cantitate mic de energie ( mic).Degradarea se face printr-o serie de reacii n care o substan D cu rol de donor de e -/ H+ se oxideaz i oalt substan A cu rol de acceptor de e-/H+ se reduce.

    Procesul de degradare a nutrienilor prin reacii de oxidoreducere biologic se numete respiraiecelular.

    II. Cile anabolice = Anabolismul = Metabolismul de asimilaie sau de biosintez

    Cile anabolice sunt ci a cror evoluie este n direcie invers celor catabolice. Reprezinta totalitatea reactiilor biochimice prin care microorganismele i sintetizeaz din molecule simple constituenii celulari proprii. Pot fi utilizai i intermediari ai cilor metabolice centrale.

    Se sintetizeaz 2 categorii de macromolecule: de rezerv (depozit) alctuite din monomeri de acelai tip (glicogen, amidon s.a.); macromolecule eseniale pentru sistemele biologice, specifice, codificate genetic (proteine, acizi

    nucleici).Sinteza macromoleculelor este foarte eficient i se face sub aciunea informaiei genetice codificat

    n ADN. Celula bacterian sintetizeaz mai nti monomeri (AA, baze azotate) pe care i aranjeaz ulteriorntr-o ordine specific, dictat genetic, care determin structura primar a macromoleculelor respective, prinprocesul de diataxie celulara; procesul este realizat cu mare fidelitate. Periodic, apar accidente de tipulmutaiilor care pot determina formarea de molecule nefuncionale, dar n momentul diataxiei suntrecunoscute i se evit legarea lor. Sinteza macromoleculelor din molecule mici, asigur o mare eficien asintezelor.

    Specificitatea biologic const n aranjarea diferit a unui numr limitat de monomeri (uniti destructur: 20 AA, 5 baze azotate) pentru a forma un numr impresionant de macromolecule biologice custructuri i funcii diferite.

    Particulariti specifice metabolismului microbianInainte se considera, pe baza dimensiunilor mici i a relativei simpliti structurale, c metabolismul

    ar fi rudimentar. Cercetrile moderne de biochimie au demonstrat caracterul asemntor al cailor metabolicecentrale la toate formele de via, microorganismele folosind ci metabolice comune. Majoritatea cilormetabolice principale au fost descoperite nti la microorganisme i ulterior au fost extrapolate laorganismele superioare. Cu toate acestea, la bacterii se manifest ci metabolice unice n lumea vie: fixareabiologic a N2 atmosferic, respiraia anerob, sinteza anumitor antibiotice, fotosinteza anoxigenic.

    20

  • Dei asemntor cu metabolismul organismelor superioarei, metabolismul bacterian (microbian ngeneral) prezint cteva particulariti generale:

    o Natura i diversitatea nutrienilor folosii ceea ce difereniaz microorganismele (M.O.)n general i bacteriile n special este capacitatea lor de a folosi o gam imens de substane,mergnd de la cele anorganice simple, la substane organice complexe, inclusiv unele chiarcunoscute ca fiind inhibitorii ale creterii. Ex.: acizi (formic, oxalic, sulfuric), lignin,chitin, celuloz, antibiotice, fenoli, asfalt, petrol, parafine, materiale plastice, de sintezachimica in general. Deci pot folosi chiar substane de sintez chimic sau aa-numitelesubstane xenobiotice. Astfel c M.O. sunt considerate organismele cele mai tipic omnivorecunoscute. Aceast particularitate explic faptul c, dei n natur s-au depus cantitiimense de substan organic moart, produi de excreie, ca i deeuri ale activitii umane,acestea nu s-au acumulat ci, dup descompunerea lor de ctre M.O., au fost reintroduse ncircuitul elementelor biogene. S-a dovedit c substanele organice greu biodegradabile, pot fidegradate mai ales de ctre M.O. n asociaii de tipul biofilmelor polispecifice, aderente lasuprafee (inclusiv sedimentelor acvatice), a cror activitate metabolic este mai divers imai eficient, comparativ cu cea a celulelor planctonice.

    La bacterii apar diferene individuale, unele specii bacteriene pot utiliza foarte muli nutrieni (ex.Pseudomonas fluorescens), iar altele sunt specializate n utilizarea numai unui anumit substrat;exist i grupuri fiziologice de bacterii: celulozolitice obligate utilizeaz ca sursa de C doarceluloza, bacterii fixatoare de N2 atmosferic, b. metilotrofe utilizeaz doar compusi C1. o Plasticitatea metabolismului bacterian se refer la capacitatea bacteriilor de a folosi

    surse alternative de nutrieni. Bacteriile utilizeaz preferenial anumi