Bacteriën en Schimmels Prokaryoten en Eukaryoten Biologie 1: Bacteriën en Schimmels Prokaryoten en Eukaryoten BMLBIO13 VENUS>stud02>Opleiding>BML>Onderwijsprogramma 2013-14> Jaar 1>BIO>Bio13 Presentatie titel Rotterdam, 00 januari 2007 Rotterdam, September 2013

Wat kan je leren? Niveau Leerdoel / thema Weten Inzien Toepassen TOTAAL Een relatie leggen tussen microscopische celopbouw en cellulaire eigenschappen die worden gebruikt bij determinatie van bacteriën, gisten en filamenteuze schimmels. 15 % 2. Inzien hoe genetische variatie en selectie leiden tot evolutie van soorten en welke relatie dit heeft met de huidige gehanteerde taxonomie 12,5 % 3. Taxonomie en het system van binomiale nomenclatuur van prokaryoten en schimmels kunnen reproduceren 4. Beschrijven van microscopische analyse technieken voor bacteriën en schimmels 5. Een relatie leggen tussen metabolisme-typen en laboratorium kweekmethoden van micro-organismen 6. Bioveiligheid richtlijnen kunnen toepassen 7. Inzicht in het belang van micro-organismen voor de mens op gebied van milieu, voeding, antibiotica en industrie. 30 % 25 % 45 % 100%

Bioveiligheid Presentatie titel Rotterdam, 00 januari 2007 Rotterdam, augustus 2013

Beheersniveau De risicoklasse bepaalt welk beheersniveau moet worden toegepast om legaal met het betreffende microorganisme te mogen werken. Die indeling loopt in alle landen ongeveer gelijk. ML: Microbiologisch Laboratorium MI: Microbiologisch Industrie DM: Dier Microbiologisch PKM: Plant Kas Microbiologisch PCM: Plant Cel Microbiologisch Veilig werken … 2009 Nederlandse Vereniging voor Microbiologie, ISBN 978-90-8559-549-6

Beheersmaatregelen bij werken met bacteriën op een laboratorium (deel2) Maatregelen voor risicoklasse 1: VMT Maatregelen voor risicoklasse 2: VMT met aanvullend : Sluis is enige toegang (géén gebruikte labjassen hier in!) Bioveiligheidscabinet aanwezig Onderdruk in het lab Naden /plinten waterdicht afgewerkt Labjas blijft in lab schoolvariant: labjas bij pauze op kapstok naast de uitgang, na afloop practicum in afgesloten zak mee naar huis en wassen, minimaal 60 ̊C, best 90 ̊C. Alleen noodzakelijke spullen mogen het lab op (geen jas, tas) Informatiebronnen (welke informatie vind je in welke bron?)

Informatiebronnen over indeling in risicoklassen en risico’s De logo’s zijn hyperlinks. NVvM linkt weer door via de Tab “MO Classification”. Info over risicoklasse 1 (soortnamen) vind je alleen bij de Duitse overheid (in het Duits). Open de PDF om de lijst te laten zien zodat ze er later zelf in kunnen zoeken. De site van de Canadese overheid geeft informatie over symptomen, infectieroutes en kwantitatieve infectie risico’s.

Even testen hoeveel je al weet . . .

Metabolisme in prokaryoten leerdoelen: Aeroob /anaeroob Heterotroof/ autotroof Chemotroof/ organotroof ‘Ademhaling’/fermentatie

Voedings-typen Energiebron Koolstof (C) -bron Zuurstof Licht fototroof Anorganische verbinding(en) chemo-lithotroof Organische verbinding(en) chemo-organotroof Koolstof (C) -bron CO2 autotroof Organische verbinding heterotroof Zuurstof Kan alleen leven met O2 obligaat aeroob Gaat dood door O2 obligaat anaeroob Kan zowel met- als zonder O2 facultatief anaeroob

Organisch: Van biologisch (levend) materiaal Ten minste één koolstof- en één waterstof atoom

Fermentatie en cellulaire ademhaling

(drager van electronen uit voeding) Fig. 9-16 Eiwitcomplex Van electron dragers H+ Cyt c Q    V FADH2 FAD NAD+ NADH (drager van electronen uit voeding) Electronen transport keten 2 H+ + 1/2O2 H2O ADP + P i ATP synthase ATP 1

Reductie van een ander molecuul dan zuurstof = anaerobe ademhaling Fig. 9-16 Eiwitcomplex Van electron dragers H+ Cyt c Q    V FADH2 FAD NAD+ NADH (drager van electronen uit voeding) Electronen transport keten 2 H+ + 1/2O2 H2O ADP + P i ATP synthase ATP 1 Reductie van een ander molecuul dan zuurstof = anaerobe ademhaling

Energie in protonengradiënt drijft bijvoorbeeld transport van moleculen over de membraan en rotatie van flagel HLO BML

YouTube: INTERMEMBRANE SPACE H+ Stator Rotor Internal rod Cata- lytic knob ADP + P ATP i MITOCHONDRIAL MATRIX

Andere organische C-bronnen

Metabolisme van schimmels schimmels zijn net als dieren heterotroof uitgescheiden enzymen breken grote complexe moleculen (het substraat) af in kleine verbindingen die vervolgens worden opgenomen schimmels groeien op een grote verscheidenheid aan substraten enzymen substraat kleinere moleculen

Schimmels schimmels komen praktisch overal voor; diverse substraten kunnen worden gekoloniseerd V.l.n.r.: paddenstoelen op hout (gevallen tak), op buffelmest, zelfs waargenomen dat bij hoge luchtvochtigheid en temperatuur een Geotrichum soort groeide op CD’s! Onder: schimmelgroei op muur(verf). Hoeveel organische voeding kan daar in zitten? Celdeling gaat dan heel zelden.

Anorganische energie-bronnen HLO BML

Samenstelling van kweekmedia leerdoelen: Algemeen/ gedefinieerd medium Principiële samenstelling Ophoping / selectie Structuur en functie van agar in voedingsbodems

Media Complex Gistextract, vlees-extract, pepton (eiwit-hydrolysaat) Gedefinieerd medium Vogel-Bonner (zouten en sporelementen) C-bron (glucose) HLO BML

Media HLO BML Algemene Nutrient bouillon Verrijkings/ophoping groeivoordeel voor het gewenste microorganisme McConkey Selectief alleen groei van gewenste microorganisme en afsterving van ongewenste microorganismen antibiotica Identificatie/detectie herkenning van gewenste/interessante microorganisme McConkey HLO BML

Selectief/electief medium MacConkey: Galzure zouten Lactose pH indicator

Werking van Penicilline en Streptomycine Op welk proces grijpt het aan? Welke organismen zijn er gevoelig voor? Hoe worden organismen resistent?

Resistentiemechanismen (algemeen)

Disc-Diffusie methode

Aangrijpingspunten (targets) bacterie Streptomycine Penicilline

Celwand synthese Penicillines: Voorkomen het maken van een nieuwe celwand, Tijdens celdeling moet de celwand worden opengeknipt om nieuwe moleculen in te kunnen voegen. Penicilline voorkomt het vastmaken van nieuwe bouwstenen en dus zal in aanwezigheid van Penicilline bij een delende bacterie een gat in de celwand openblijven. Door osmose zal de bacterie nu openbarsten omdat er onvoldoende celwand is om dat tegen te houden.

Celbouw van Eukaryoten

Prokaryoten en Eukaryoten Prokaryoten èn eukaryoten hebben: Selectief plasmamembraan Cytosol DNA Ribosomen

Verschillen prokaryote cellen en eukaryote cellen Prokaryoten: 1-5 µm Mycoplasma 0,1-1 µm Weinig variatie qua vorm Zeer veel variatie qua stofwisseling DNA in nucleoïed Ribosomen (maar iets anders van structuur dan eukaryoten) Eukaryote cellen: 10-100 µm DNA in kern In cytosol liggen organellen

Prokaryote cel / Eukaryote cel We gaan nu de opbouw van eukaryote cellen behandelen. Eerst de dierlijke cel vanuit de kern naar ‘buiten’ toe.

Opbouw van de cel kern Kernmembraan Nucleolus/nucleoli Kernporiën Kernlamina

Nuclear envelope DNA Pre-mRNA mRNA Ribosome Polypeptide Fig. 17-3b-3 Nuclear envelope DNA TRANSCRIPTION Pre-mRNA RNA PROCESSING mRNA TRANSLATION Ribosome Polypeptide (b) Eukaryotic cell

Besturing van de cel DNA (informatie opslag in kern/nucleoid) (messenger) RNA (mobilisatie van de informatie/ naar cytoplasma) Eiwitten (zorgen voor kenmerken/activiteit van de cel)

Vrije of gebonden ribosomen Complex van RNA en eiwit Eiwitsynthese Plaats/ functie eiwitten

Ribosomen Bij de eiwitsynthese zijn altijd meerdere ribosomen tegelijk actief. Polyribosomen Bestemming: cytosol zelf, kern, mitochondrieën, plastiden (chloroplasten).

Amino acids tRNA with amino acid attached Ribosome tRNA Anticodon 5 Fig. 17-13 Amino acids Polypeptide tRNA with amino acid attached Ribosome Trp Phe Gly tRNA Anticodon 5 Codons 3 mRNA

Celorganellen

Endoplasmatisch reticulum Endoplasmatisch = in het (cyto)plasma Reticulum = netje Dus; netje in het cytoplasma

ER-gebonden en vrije ribosomen

De synthese van eiwitten op het ruwe ER.

Golgi apparaat (-systeem)

Lysosomen Lysosomen ontstaan uit blaasjes (vesicles) van het Golgisysteem Ze zorgen voor afbraak van allerlei macromoleculen via hydrolyse. Ze hebben een zeer lage pH

Mitochondriën Geen onderdeel van endomembraan systeem. Twee membranen Binnenin “soort cytoplasma” met daarin DNA en ribosomen = matrix Functie = ATP synthese cristae

Mitochondriën: ATP synthese lijkt op bacteriën ! Maar … is verdeeld over twee compartimenten

Cytoskelet Het cytoskelet is een netwerk van draden door de hele cel. Functies: Vorm (behoud) van de cel Organellen op z’n plaats houden Enzymen op hun plaats houden Cytoskelet

Microfilamenten (Actine) Cytoskelet elementen Microtubuli Microfilamenten (Actine) Intermediaire filamenten

filmpje Beweging in de cel (tijdens mitose bv.) Beweging van de cel Stroming plasma in plantencellen filmpje

Functies: Microtubuli Zorgen voor de vorm van de cel Vormen transportbanen in de cel, bv. om blaasjes van het Golgi naar de celmembraan te brengen Helpen de chromosomen naar de polen te trekken tijdens de Mitose en de meiose Voorbeelden van bewegingen in de cel

Bundle of muscle fibers Muscle Single muscle fiber (cell) Nuclei Z lines Plasma membrane Myofibril Sarcomere TEM Thick filaments (myosin) M line Z line Thin filaments (actin) Sarcomere 0.5 µm Voorbeeld van beweging in de cel Fig. 50-25a

Microtubuli in ciliën en flagellen Cilia zijn kleine uitsteeksels van de cel ( 2 – 20 μm). Ze spelen bv. een rol bij het verwijderen van slijm uit de luchtwegen. Per cel is er vaak maar 1 flagel (10 - 200 μm), die voor de voortbeweging van de cel zorgt (bv. Spermacel) Voorbeelden van bewegingen van de cel

Celmembranen 1915 Membranen zijn opgebouwd uit lipiden en eiwitten 1950 Membranen zichtbaar gemaakt met EM. 1972 “Fluid Mosaic” model

Basisstructuur: fosfolipiden dubbellaag Ieder membraan bevat fosfolipiden, moleculen met een hydrofiele (polaire) kop en hydrofobe (apolaire) staarten. De dubbellaag in een membraan heeft daardoor een hydrofobe binnenkant en twee hydrofiele buitenkanten. Hydrofiel lost goed op in water Hydrofoob lost slecht op in water (goed in vet/olie)

Het membraan is vloeibaar. Onverzadigde vetzuren verhogen de vloeibaarheid, verzadigde vetzuren verlagen deze. Cholesterol “buffert”. De fosfolipiden kunnen in het laterale vlak bewegen (107/sec) Heel af en toe verandert een fosfolipide van laag (flip-flop) = 1/maand

Selectief permeabel Membranen zijn selectief permeabel (semi-permeabel). Suikers, aminozuren en andere nutriënten moeten de cel in. Afvalstoffen moeten de cel uit. Hoe komen al die polaire en/of geladen stoffen door het hydrofobe deel van het membraan?????? Daar zijn verschillende transportsystemen voor: Passieve diffusie Actieve of gefaciliteerde diffusie (door kanaaleiwitten) Actief transport (door carrier eiwitten) Cotransport Via blaasjes (vesicles)

Diffusie Diffusie is transport van kleine moleculen of ionen door het membraan dat geen energie kost Een molecuul diffundeert van een omgeving met een hoge concentratie naar een omgeving met een lage concentratie tot er een evenwicht is bereikt. Concentratie gradiënt Passief transport

Diffusie Vb. van diffusie van watermoleculen door een semi-permeabel membraan. Dit wordt osmose genoemd.

Toniciteit Isotoon Hypertoon Hypotoon Turgor Plasmolyse Lysis

Eiwitten bewegen in de fosfolipidelaag Eiwitten bewegen in het membraan maar worden soms in hun beweging beperkt door het cytoskelet of door de extracellulaire matrix. youtube link!

Membraaneiwitten: integraal of perifeer

Membraan erythrocyt In het membraan van rode bloedcellen zijn 50 verschillende eiwitten gevonden. Ieder membraan (van een cel of organel) heeft een specifiek aantal eiwitten (en specifieke eiwitten), die gekoppeld zijn aan de functie(s) van het membraan.

Functies van membraan eiwitten Transport Enzymen Signaal transductie Cel-cel herkenning Intercellulaire binding Binding aan extracellulaire matrix of cytoskelet.

Celbedekkingen Bij dierlijke cellen komt de zg. ECM voor = extracellulaire matrix. Collageen draden, proteoglycaan complex, fibronectine en integrines.

Planten cellen (schimmels doen we in een latere les)

Middenlamel (pectines) plasmodesmata Celwand Primaire celwand Sec. celwand Middenlamel (pectines) plasmodesmata De celwand zorgt voor de vorm van de cel, beschermt de cel, voorkomt overmatige wateropname en houdt de plant stevig.

Planten celwand plantencelwand o.a.: cellulose hemicellulose pectine

Celverbindingen bij planten Plasmodesmata

Chloroplasten Geen onderdeel van endomembraan systeem. Drie membranen Binnenin “soort cytoplasma” met daarin DNA en ribosomen = stroma Functie = ATP vorming Thylakoid membranen

ATP vorming in chloroplasten Dit proces wordt bij een Biochemie module in detail behandeld. Het lijkt op proton-motive force in bacteriën en mitochondrien; electronen komen hier vrij uit WATER onder invloed van licht

Vacuole In plantencellen komen de grote centrale vacuolen voor. Ze ontstaan uit blaasjes afkomstig van het ER en het Golgi-complex. De oplossing in de vacuole wordt celsap genoemd.

Vacuole Opslag (reserve) organische verbindingen Bevat veel K+ en Cl- -ionen Opslag afvalstoffen Kan kleurpigment bevatten Kan giftige stoffen bevatten Beïnvloedt de grootte van de cel Andere vacuoles zijn: Contractievacuoles in eencelligen voedselvacuoles