Biologie a genetika
pro bakaláře

Prokaryota, zastavení objektu pod imerzí

Prokaryota jsou tvořena buňkou prokaryotického typu, která je evolučně starší a jednodušší než buňka eukaryotického typu, průměrná velikost se pohybuje mezi 1-10 µm. Nukleoid (prokaryotické jádro neohraničené membránou) obsahuje jeden chromozom složený z kružnicové dvouřetězcové DNA. Buňka není rozdělena na kompartmenty, neobsahuje mitochondrie ani plastidy. Ribozomy se sedimentační konstantou 70S jsou uloženy v cytoplazmě. Množí se binárním dělením. Prokaryota se dělí na doménu bakterií a archeí.

Doména bakterií (Bacteria)

Bakterie jsou buňky prokaryotického typu. Většina (s výjimkou mykoplazmat) se vyznačuje přítomností buněčné stěny tvořené peptidoglykanem mureinem. Mezi glycerolem a karboxylovými kyselinami v plazmatické membráně je esterová vazba. Geny bakterií neobsahují introny, značná část genů je organizována do transkripčních jednotek typu operonů. Kromě nukleoidu obsahují plazmidy, malé kruhové dvouřetězcové molekuly DNA, které mohou obsahovat geny rezistence k antibiotikům. Tuto informaci si mohou bakterie mezi sebou předávat prostřednictvím konjugace. Při syntéze polypeptidového řetězce se v ribozomech jako první zařazuje aminokyselina N-formylmetionin. Rozmnožují se nepohlavně (binárním dělením nebo pučením), jsou autotrofní (fotoautotrofní nebo chemoautotrofní) nebo heterotrofní (fotoheterotrofní nebo chemoheterotrofní). Pohyb se uskutečňuje pomocí bičíků nebo klouzavým způsobem po povrchu substrátu. Některé bakterie jsou nepohyblivé.

Dělení bakterií:

1. Podle tvaru:
   1. kulovité (koky): dvojice (diplokoky), řetízky (streptokoky), čtveřice (tetrakoky), hroznovité seskupení (stafylokoky)
   2. tyčkovité (tyčky, tyčinky): dvojice tyček, řetízky tyček (streptobakterie), tyčky s endosporami mohou mít bacilární tvar (místo se sporou se nerozšíří) nebo klostridiální tvar (spora je uložena v rozšíření uprostřed buňky)
   3. zakřivené: vibrioidní (vibria), spirálovité (spirily) či helikální (spirochéty)
   4. větvící se: např. mykobakterie
2. Podle umístění bičíků:
   1. monotrichální nebo lofotrichální (bičíky na jednom konci buňky)
   2. amfitrichální (bičíky na obou koncích buňky)
   3. peritrichální (bičíky po celém povrchu buňky)
3. Podle buněčné stěny:
   1. Gram-negativní (G^-) s buněčnou stěnou – mají tenkou buněčnou stěnu z peptidoglykanu, nad ní je vnější vrstva (membrána) z fosfolipidů a lipopolysacharidů. Při barvení dle Grama se krystalová violeť v komplexu s jodidem draselným neváže na buněčnou stěnu, vymývá se etanolem a po použití jiného barviva (safranin, karbolfuchsin) se buňka zbarví červeně. Patří sem např. Escherichia coli, Salmonella Typhi, Haemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, Helicobacter pylori.
   2. Gram-pozitivní (G⁺) s buněčnou stěnou – mají silnou buněčnou stěnu složenou z několika vrstev peptidoglykanu. Při barvení dle Grama váže buněčná stěna komplex krystalové violeti s jodidem draselným, buňka se barví modře až fialově. Patří sem např. Staphylococcus, Streptococcus, Enterococcus, Bacillus, Listeria nebo Clostridium.
   3. bakterie bez buněčné stěny (např. mykoplazmata).

Někteří zástupci bakterií:

1. Nitrifikační bakterie: žijí v půdě, oxidují amonné soli na dusitany a ty na dusičnany, tím obohacují půdu o dusík (př. Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrobacter); hlízkové bakterie: žijí v symbióze s bobovitými rostlinami, asimilují vzdušný dusík (např. Rhizobium)
2. Oxygenní fototrofní bakterie: gramnegativní bakterie obsahující bakteriochlorofyl, během fotosyntézy uvolňují O₂ podobně jako zelené rostliny. Dělí se na:
   1. Prochlorofyta – bakterie obsahující bakteriochlorofyl a a bakteriochlorofyl b, nemají fykobiliny, jsou buď jednobuněčné, nebo tvoří vícebuněčná vlákna.
   2. Cyanobakterie (sinice) – bakterie obsahující bakteriochlorofyl a, fykobiliny (modrý fykocyanin a alofykocyanin, u některých je fykoerytrocyanin nebo červený fykoerytrin) a karotenoidy. Většina druhů žije v rozmezí teplot od 2 °C (antarktická jezera) do 74 °C (horké prameny). Žijí ve sladké i slané vodě, kde jsou součástí planktonu (Trichodesmium erythraeum podmiňuje zbarvení Rudého moře) nebo bentosu. V letních měsících se mohou ve sladkých vodách obsahujících fosfáty a nitráty rozmnožit a vytvořit na povrchu hladiny tzv. vodní květ. Mohou žít endosymbioticky s rozsivkami nebo houbami a exosymbioticky s lišejníky nebo játrovkami.
3. Patogenní bakterie vyvolávající onemocnění: např. Salmonella (tyfus, paratyfus), Shigella dysenteriae (úplavice), Streptococcus (angína, spála), Mycobacterium (tuberkulóza), Yersinia pestis (mor člověka).

Doména archeí (Archaea)

Archea jsou také buňky prokaryotického typu. Mají tvar koků, spiril nebo tyček. S výjimkou rodu Thermoplasma mají buněčnou stěnu, která neobsahuje murein, ale může obsahovat pseudopeptidoglykan neboli pseudomurein. Vazba mezi glycerolem a vyššími karboxylovými kyselinami v plazmatické membráně je éterová. Geny přepisované do transferové RNA (tRNA) a ribozómové RNA (rRNA) (nikoli strukturní geny) obsahují introny, které jsou vystřihávány podobně jako u eukaryot, značná část genů je organizována do transkripčních jednotek typu operonů, při syntéze polypeptidového řetězce se v ribozomech jako první zařazuje aminokyselina metionin. Rozmnožují se nepohlavně binárním dělením nebo pučením. Jsou chemoautotrofní nebo chemoheterotrofní (obligátně nebo fakultativně), mezofilní nebo termofilní (rostou i při 100 °C).

Skupiny:

• Extrémně halofilní archea - žijí v prostředí s vysokou koncentrací solí (9 – 23 % NaCl), jako jsou solná jezera.
• Archea produkující metan - vyskytují se v horkých pramenech, v odpadních a stojatých vodách, na dně moří, v trávicím traktu přežvýkavců a termitů, kde přeměňují CO₂ a CO na metan.
• Hypertermofilní archea - vyskytují se v horkých sirných pramenech nebo v podmořských vulkanických oblastech při teplotách 45-110 °C. Za anaerobních podmínek redukují síru na H₂S, za aerobních podmínek oxidují H₂S a síru na H₂SO₄.

ÚKOLY - Prokaryota, zastavení objektu pod imerzí (viz úkoly)

Tyto výukové materiály byly spolufinancovány Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.