پاورپوینت زیست شناسی سلولی باکتری ها

به نام خداوند بخشنده مهربان

زیست شناسی سلولی باکتری ها Cell Biology of Bacteria
هدف درس :
شناخت ساختارهای مختلف باکتریها و نحوه متابولیسم مواد در باکتریها (تغذیه ، رشد و تکثیر)، بطوریکه دانشجویان در این مباحث دارای دیدگاههای تخصصی گردند.

رئوس مطالب :
1- مقدمه : دنیای میکروارگانیسم ها ـ بررسی اختصاصات آغازیان عالی و پست .
2- سیتولوژی باکتریها: روشهای مطالعه سلول باکتری
ـ ساختمان سلول باکتری: غلاف ، لایه های خارجی سلولی (کپسول ، سلولز، گزانتان ) پروتئین های سطحی (M, A) دیواره ، سیتوپلاسم ، عناصر درون سیتوپلاسمی ، تاژه ، پیلی ترکیب شیمیایی و بیوسنتز تاژه ، کپسول ، دیواره ، هسته و نقش آنها،
-اسپور در باکتریها، ترکیب شیمیایی متمایز و نقش آنها.
– ساختمان پری پلاسمی ، مزوزوم ها، تیلاکوئیدها.
3- باکتری ها و محیط آنها: تغذیه باکتریها، نیازمندیهای غذایی ، محیط های کشت انتخابی ، افتراقی ، ساده و مرکب ، تاثیر عوامل محیطی در باکتریها، گرما، سرما، فشار اسمزی ، کشش سطحی و پرتوها، تاثیر مواد شیمیایی داروها و آنتی بیوتیکها.

رئوس مطالب :
4- متابولیسم باکتریها: متابولیسم ، انتقال و حفظ انرژی ـ واکنشهای کاتابولیکی در شیمیوسنتز ـ باکتریهای شیمیوسنتتیک ـ واکنش های آنابولیکی (بیوسنتز اسیدهای آمینه ، بیوسنتز پیش مواد)، احیای جذبی و تجزیه ای نیترات … سولفات واکنش های آنابولیکی در فتوسنتز باکتریهای فتوسنتتیک ـ بیوسنتز ماکروملکولها.
5- رشد و تکثیر در باکتریها: دوره زندگی و تولید مثل ـ تغییرات هسته ای در دوره زندگی ـ محاسبه رشد و تزاید باکتریها ـ رشد و نمو نامتعادل ، همزمان و مداوم باکتریها.

– مقدمه :
جانداران:
1- یوکاریوتیک: گیاهان، جانوران، پروتوزوآ، قارچها، جلبکها

دارای ارگانلهای غشادار، ریبوزوم 80S، DNA خطی کروموزوم و دیپلوئید

2- پروکاریوتیک: باکتریها، سیانوباکتریها، آرکئا

فاقد ارگانلهای غشادار، ریبوزوم 70S، DNA اکثراٌ حلقوی بنام nucleoid و هاپلوئید، دارای قطعات خارج کروموزومی پلاسمید

طبقه بندی موجودات در چاپ جدید برگی
1- Eucarya

2- Bacteria

3- Archaea

طبقه بندی موجودات در چاپ قدیم برگی
Gracilicutes

Tenericutes

Firmicutes

Mendosicutes

ساختار سلولی و سیتولوژی باکتریها
پوشش سلولی باکتریها: غشا سیتوپلاسمی، دیواره سلولی، غلاف، کپسول و لایه لعابی،
زوائد رشته ای خارج سلولی: تاژک، پیلی و فیمبریه

پروتوپلاست شامل غشای سیتوپلاسمی و محتویات سیتوپلاسمی

محتویات سیتوپلاسم: کروموزوم یا nucleoid، اجسام درون سلولی یا ذخایر
شکل های مقاوم: اندوسپور، اگزوسپور، کیست

ویژگی های متابولیکی
اندازه پروکاریوتها: قطر 0/2-0/1 میکرون تا 50 میکرون و طول می تواند تا 0/5 میلیمتر باشد.(یوکاریوتها قطر 2 تا 200 میکرون دارند.)

اندازه کوچک پروکاریوتها بر ویژگیهای بیولوژیک آنها اثر دارد (مثل عبور مواد غذایی به داخل و خروج مواد زائد از سلول) که میزان واکنشهای متابولیکی و میزان رشد را تحت تاثیر قرار می دهد و با اندازه سلول رابطه معکوس دارد.

هدف از این درس:
توصیف واحدهای شیمیایی سازنده ساختارهای سلولی است ، و بیان اینکه چگونه این ساختارها در مسیری بهم ارتباط دارند که منتهی به اعمال مشخص سلولی می گردد.

ریخت شناسی سلولی پروکاریوتها
شکل یک سلول= ریخت شناسی= مورفولوژی سلول

باکتری های کوکوس یا کروی شکل

باکتری استوانه ای یا باسیلی شکل

باکتری های خمیده و مارپیچی

باکتریهای با اشکال غیر معمول (مثل: باکتریهای زائده دار، باکتریهای رشته ای)

ترتیب قرار گرفتن سلولها پس از تقسیم= آرایش یا arrangement سلول

روشهای مطالعه سلول باکتریایی
تکنیکهای میکروسکوپی
1- میکروسکوپ نوری
میکروسکوپ فاز کنتراست
میکروسکوپ دارک فیلد
میکروسکوپ فلورسنس
Differential interference contrast microscopy

2- میکروسکوپ الکترونی
Scanning electron microscopy (SEM)
Transmission electron microscopy (TEM)

رنگ آمیزی در میکروسکوپ الکترونی:
رنگآمیزی منفی (نمک فسفوتنگستن، فسفوسیلیکات یا آمونیوم مولیبدات)
فریز ایچینگ (Freeze Etching)

روشهای مطالعه سلول باکتریایی
اتورادیوگرافی

تکنیک های جدیدتر:
1- Confocal microscopy

2- Scanning probe microscopy (Atomic force microscopy)

Confocal Microscope

Scanning probe microscopy

ساختار سلولی باکتریها
1- ساختارهای ثابت
غشاء سیتوپلاسمی –سیتوپلاسم

2- ساختارهای غیر ثابت
کپسول – غلاف – تار – اسپور- …….

Sheathed Bacteria
Leptothrix
Sphaerotilus
Haliscominobacter
Phragmidiothrix
Clonothrix
Crenothrix
Lieskeela

غلاف (Sheath)
اسفروتیولوس ناتانس:
Sphaerotilus natans
غلاف حالت smooth دارد و قطر آن 5/2-2/1 میکرومتراست.
گاهی اوقات سلولها حالت مکعبی دارند که کل غلاف را پر می کنند و غلاف در قسمت هایی که سلول ها وجود ندارند دیده می شود.
سلولهای منفرد اسفروتیلوس 8-3 میکرون طول و 2-1 میکرون عرض دارند.
جنس غلاف: کمپلکس پروتئین-پلی ساکارید و لیپید (فاقد اسید مورامیک و سایر ترکیبات پپتیدوگلیکان)
نیازهای غذایی: ترکیبات آلی ساده (منبع کربن)، و مواد معدنی ازتی، بسیاری سویه به B12 احتیاج دارند.
رشد اسفروتیلوس در طبیعت: در پائیز
ایجاد بالکینگ در فاضلاب

غلاف اسفروتیولوس ناتانس:
چگونگی رسوب آهن روی غلاف:
جذب آهن در آبهای غنی از آهن بصورت متصل به اسید هومیک و Tannic acid
اکسیداسیون مواد آلی آن
آزاد شدن یونهای فرو
اکسیداسیون خودبخودی فرو و رسوب بر روی غلاف

جنس غلاف: 36% قند، 11% هگزوز آمین، 37% پروتئین، 5/2% لیپید و 5% فسفر
لایه لعابی در اطراف غلاف (پلی ساکارید خارج سلولی شامل گلوکز، گالاکتوز و گلوکورونیک اسید)
مشاهده غلاف: رنگ آمیزی با کریستال ویوله، میکروسکوپ فاز کنتراست

لپتوتریکس :Leptotrix ochracea: غلافدار ذخیره کننده آهن، حالت Roughدارد چون رسوب منگنز روی آن وجود دارد قطر غلاف،4/1-6/0 است.

لپتوتریکس :Leptotrix ochracea: محل زندگی: در آبهای با جریان کند دارای آهن و فقیر از مواد آلی ایجاد سنگ معدن باتلاق (رسوب زیاد FeOH3) توسط لپتوتریکس اوکراسه آ

اکسیداسیون منگنز در لپتوتریکس:
یک واکنش انرژی زا:
Mn2+ + 0/5 O2 + H2O MnO2 + 2H+

آنزیم Mn اکسیداز: در غلاف نه در داخل سلول

ویژگیهای فیزیولوژیکی و ریخت شناسی مشترک اسفروتیلوس و لپتوتریکس
1- تشکیل غلاف
2- نیاز به B12
3- تشکیل ذخیره چربی PHB
4- درصد گوانین+سیتوزین آنها (71/2-61/5 %)

تفاوتهای اسفروتیلوس و لپتوتریکس
1- اکسیداسیون منگنز در تمام گونه های لپتوتریکس
2- اسفروتیلوس شاخص فاضلاب است، لپتوتریکس در آبهای طبیعی غیر آلوده (استثنا: لپتوتریکس کولودینی در آبهای غیر آلوده و در لجن فعال هر دو دیده می شود)
3- اسفروتیلوس ناتانس سلولهای بزرگتری از لپتوتریکس دارند.
4-لپتوتریکس (بجز ل. لوفوله آ) یک تاژک قطبی دارند ولی اسفروتیلوس و ل. لوفوله آ دسته ای از تاژکهای قطبی دارند.
5- انشعاب کاذب فقط در ناتانس و لوفوله آ در محیط های فقیر ایجاد میشود.
6-قلابها در اسفروتیلوس ناتانس یافت میشود- فقط لپتوتریکس لوفوله آ دارای قلاب است

شرایط رشد
نیازهای اساسی:
منبع کربن و انرژی (گالاکتوز-مالتوز-لاکتوز-سوکروز-گزیلوز-ریبوز-متانول-اتانول-بوتانول-گلیسرول-مانیتول-استات-پروپیونات-بوتیرات-PHB-هیپورات-مالونات-فومارات-سوکسینات-مالات-تارتارات-سیترات-اگزالات-کوئینات) قندها با غلظت بیشتر از 10 گرم بر لیتر-اسیدهای آلی با غلظت های خیلی پائین
منبع آلی یا معدنی نیتروژن (ازت معدنی مثل آمونیوم و نیترات-ازت آلی مثل آسپارتات، گلوتامات، پپتون و …..)-رشد روی ازت آلی بیشتر است.
فاکتور رشد: ویتامین B12 (در محیط حاوی متیونین نیازی ندارند)
ترکیبات معدنی (KH2PO4، K2HPO4، Na2HPO4، CaCl2، MgSO4، FeCl3، MnSO4، ZnSO4، ZnSO4، CuSO4، H2BO3، Na2MoO4)
غلظت کلسیم: 0/1 میلی مولار کلسیم: رشد منفرد، غلظت بالا: تولید غلاف
فسفات: ممانعت کننده اکسیداسیون منگنز
دما: 40-15 درجه سانتیگراد-دمای مطلوب 30 درجه
pH: 8/1-6/5 , بهینه آن 7/5 (بافرهای هیدروکسیل پیپیرازین سولفونیک اسید یا آمینو متان)
مقاومت به نمک:

روش شناخت غلاف از غلاف کاذب
با فنل داغ و آب (68 درجه سانتیگراد بمدت 70 دقیقه) و یا تریتون (2% در 20 درجه سانتیگراد بمدت 3 ساعت)- با این روشها پروتئین غلاف حل نمی شود.
با فنل داغ و آب:
پلی ساکاریدهای اصلی (گلوکز-آرابینوزگزیلوز- کمی گالاکتوز) حل نمی شوند
پلی ساکاریدهای فرعی (گالاکتوز-گلوکز-آرابینوزگزیلوز-مانوز) حل می شوند

فیشرلا Fisherella
سیانوباکتر رشته ای غلافدار
محل زندگی: در چشمه های آب گرم

غلاف: غلاف دولایه از جنس پلی ساکارید

هالیس کامن باکتر :Haliscomenbacter میله ای گرم منفی و غلاف دارد بسیار ظریف و ریز و دارای انشعابات حقیقی branch هستند.
هالیس کامن باکتر واسفروتیلوس به خاطر ترکیب پلی ساکاریدی غلاف باکتری ها را به سطحشان جذب می کنند.

تیپ 0041 میله ای گرم مثبت یا گرم متغیر با غلاف

فراگمیدیوتریکس Phragmidiothrix : سلول های دیسکی شکل و گرم مثبت مثل سکه هایی که روی هم قرارگرفته باشد.
کالوتریکس : مثل فراگمیدیوتریکس دیسکی شکل است با این تفاوت که کالوتریکس ابتدا و انتهای رشته یک اندازه نیستند.

منابع اصلی :
1- دکتر روحا-کسری ' کرمانشاهی ، بهشتی مآل ، کیوان و مبینی دهکردی ، محسن (1387). زیست شناسی سلولی و ملکولی ساختار باکتریها (پوشش ها و زوائد سلولی ) جلد 1 نشر دانشگاه اصفهان .
2- Madigan, Martinco, Parker , "Brock Biology of Microorganisms", 12th Edition, London: Prentice Hall International (U.K.), 2009.
3- K.P. Talaro, "Fundations in microbiology", 7th Edition, McGraw-Hill Companies, 2009.
سایر منابع:

– مهندس غلامرضا قزلباش، (1386). میکروبیولوژی متابولیسم و رشد باکتریها، انتشارات دیرین.

پایان