باکتری شناسی ایمنی شناسی قارچ شناسی انگل شناسی ویروس شناسی

ENGLISH

PORTUGUESE

SPANISH

باکتری شناسی

فصل1    سلول باکتری

 

Dr Alvin Fox

Mohammad Ali Mohammadi

 

SHQIP - ALBANIAN

VIDEO LECTURE

 

 

واژه های کلیدی

پروکاریوت
یوباکتریا
آرکی باکتریا

یوکاریوت 
پلاسمید
کروموزوم 
ریبوزوم

پپتیدوگلیکان ( مورین،موکوپپتید)
رنگ آمیزی گرم 
گرم منفی

گرم مثبت
پوشش سلول
غشاء سلول
دیواره سلول
غشای خارجی
فضای پری پلاسمی
فسفوریلاسیون اکسیداتیو
اسفروپلاست/پروتوپلاست
فلاژله
کموتکسیس
رشته محوری
پرمئاز
گرانول ذخیره ای
پیلای(فیمبریه)
کپسول(لایه لزج)
اندوسپور

 

شکل1   شاخه های حیات

پروکاریوتها و یوکاریوتها

باکتریهای "حقیقی" (که شامل همه باکتریهایی می شوند که انسان را آلوده می کنند) اعضاء یک سلسله هستند (یوباکتریا). علاوه بر این،گروهی از ارگانیسمها اغلب در محیطهای با شرایط  ویژه غیرطبیعی گروه دوم را تشکیل می دهند (آرکی باکتریا).از لحاظ مورفولوژیک این دو گروه ظاهرا" شبیه همدیگرند بویژه از لحاظ نداشتن هسته مشخص.بنابراین به همراه یکدیگر تحت عنوان پروکاریوتها  طبقه بندی می شوند.هر چند این دو گروه تفاوتهای بیوشیمیایی اساسی با هم دارند.اکثر آرکی باکترها در محیطهایی مثل چشمه های آب گرم گوگردی زندگی می کنند که دمای 80 درجه سانتیگراد و پی.اچ  حدود 2 دارند.این باکتریها ترمواسیدوفیل نامیده می شوند.بقیه آرکی باکترها در محیطهای حاوی متان (متانوژنها) ویا نمک زیاد (هالوفیلهای شدید) زندگی می کنند.

آرکی باکتریا

بر اساس تشابه توالی دی.ان.ای ،به نظر می رسد که آرکی باکترها و یوکاریوتها قبل از جداشدن از هم از یوباکتریا منشعب شده اند(شکل1) ودر مواردی آرکی باکتریا از لحاظ بیوشیمیایی بیشترشبیه یوکاریوتها هستند تا یوباکترها،مثلا" آر.ان.ای پلیمراز آنها از نظر تعداد زیرواحد مثل یوکاریوتها پیچیده است و تشابه آمینواسیدی زیادی با  بعضی زیرواحدهای یوکاریوتی دارند.ساختار پروموتر ژنی در آرکی باکتریا نیز شبیه یوکاریوتهاست،هرچند مثل یوباکتریا دارای اپرون هستند و آنها را به آر.ان.ای پلی سیسترونی رونویسی می کنند.

همچنین تشابه فاکتورهای ترجمه آرکی باکتها و یوکاریوتها احتمال وجود مکانیسم کلی مشابهی را درمورد سنتز پروتئین در آنها نشان می دهد.16 اس.آر.ان.ای در یوباکتریا و آرکی باکتریا از نظر توالی کاملا" متفاوتند.

یوباکتریا (به استثنای جنسهای مایکوپلاسما و کلامیدیا) دارای پپتیدوگلیکان (اسامی مشابه: مورین،موکوپپتید،اسکلت دیواره سلولی) هستند.پپتیدوگلیکان حاوی یک قند منحصربفرد به نام مورامیک اسید است که در هیچ جای دیگر در طبیعت یافت نمی شود.

آرکی باکترها دارای یک سودومورین هستند که ازنظر ساختمانی با مورین متفاوت است.د

در جدول زیر،مروری بر تشاهات رو به افزایش آرکی باکتریا و یوکاریوتها داریم که همه اشکال حیات غیر از باکتریها تحت عنوان یوکاریوتها(شامل گیاهان،جانوران و قارچها) اشاره شده اند.اعضای آرکی باکتریا پاتوژن انسانی نیستند و در فصلهای بعدی مورد بحث قرار نمی گیرند.

 

 

شباهتهای بین آرکی باکتریا و یوکاریوتها

  یو باکتریا آرکی باکتریا یوکاریوتها
هسته خیر خیر بله
نوکلئوزوم/هسته خیر بله بله
پلی سیسترونیک/اپرون mRNA بله بله خیر
اینترون خیر خیر بله
TATA پروتئینهای متصل به جعبه خیر بله بله
اندامکها خیر خیر بله
کروموزومها 1 حلقوی 1 حلقوی بیش از یک
 پلیمرازRNA (ساده)   (پیچیده

بیش از یک

(پیچیده

بیش از یک

اسید آمینه آغازین سنتز پروتئین -فرمیل متیونینN متیونین متیونین
حساسیت سنتز پروتئین به توکسین دیفتری مقاوم حساس حساس
پپتیدوگلیکان بله خیر خیر
سنتز پروتئین
  • فاکتورهای آغاز
  • پروتئینهای ریبوزومی
  • فاکتورهای طویل شدن
در آرکی باکتریا بیشتر شبیه یوکاریوتها هستند

 

 

Unique features of Archaea

ویژگیهای منحصر به فرد آرکی باکتریا


تفاوتهای پروکاریوتها و یوکاریوتها

سلول پروکاریوتی بر خلاف سلول یوکاریوتی ،بخش بندی نشده است.غشای هسته،میتوکندری،شبکه اندوپلاسمی،دستگاه گلژی،فاگوزومها و لیزوزومها دراین سلولها وجود ندارد(شکلهای 1ب،2و3).پروکاریوتها بطورمعمول فقط یک کروموزوم حلقوی دارند.به دلیدل عدم وجود غشای هسته،کروموزوم به ناحیه خاصی در غشاء  به نام مزوزوم متصل است.ریبوزومهای پروکاریوتی 70S هستند(S نشانه واحد Svedberg است که مقیاس اندازه است)،درحالیکه ریبوزومهای یوکاریوتی بزرگترند(80S)  .زیرواحدهای ریبوزوم پروکاریوتی ، 30S و 50S هستند.زیرواحد 30S دارای 16S rRNA  است،درحالیکه زیرواحد 50S حاوی 23S و 5S RNA  می باشد.RNA ریبوزومی در یوکاریوتها بزرگتر است(مثلا18Sدر برابر  (16S rRNA.غشاهای باکتریال،معمولا" فاقد استرول هستند (مثل کلسترول).

 

anim-bact.jpg (125807 bytes)  
مقایسه پروکاریوتها و یوکاریوتها   

anim.jpg (168952 bytes)  
شکل 2-یک سلول جانوری 

protobact.jpg (92885 bytes)  
شکل 3-مدل یک سلول باکتری 

 

ساختارهای باکتریال

با وجود اینکه ساختمان باکتریها در مقایسه با یوکاریوتها  پیچیدگی خاصی ندارند ولی می توان تعدادی از ساختارهای یوباکتریایی  را توصیف کرد که البته همه باکتریها دارای کل این ساختارها نیستند.

 

پلاسمیدها

DNA

خارج کروموزومی هستند که معمولا" چندین کپی از آنها در سلول وجود دارد که اغلب، فاکتورهای بیماریزایی و مقاومت آنتی بیوتیکی را کد می کنند.بعضی پلاسمیدها هم در همانندسازی باکتری نقش دارند.

پوشش سلول
باکتریها را می توان بر اساس رنگ آمیزی گرم به دو گروه تقسیم کرد:

باکتریهای گرم مثبت  که رنگ کریستال ویوله را بعد از شستشو هم حفظ می کنند و باکتریهای گرم منفی که اینطور نیستند.همه باکتریها دارای غشای سلولی هستند که در آن فسفوریلاسیون اکسیداتیو رخ می دهد (به دلیل عدم وجود میتوکندری در باکتریها).در خارج از غشای سلولی،دیواره سلولی وجود دارد که سخت و محکم است و سلول را دربرابر لیز اسمزی حفاظت می کند.در باکتریهای گرم مثبت،لایه پپتیدوگلیکان دیواره خیلی ضخیمتر از این لایه در گرم منفی هاست.

باکتریهای گرم منفی دارای یک غشای خارجی اضافی هستند.غشای خارجی،مانع اصلی نفوذپذیری در باکتریهای گرم منفی است.فضای بین غشای داخلی و خارجی،فضای پری پلاسمیک نام دارد.باکتریهای گرم منفی،آنزیمهای تجزیه کننده را در این فضا ذخیره می کنند.باکتریهای گرم مثبت،فاقد فضای پری پلاسمیک هستند و به جای این سیستم،دارای اگزوآنزیمهای ترشحی هستند که هضم خارج سلولی را انجام می دهند.وقتی مولکولهای بزرگ نمی توانند به راحتی از غشای خارجی( در صورت وجود)و یا غشای سلولی عبور کنند نیاز به هضم است


 

 

باکتریهای فاقد دیواره سلولی
وقتی باکتریها با :

1-آنزیمهایی که تجزیه کننده دیواره سلول هستند مثل لیزوزایم و

2-آنتی بیوتیکهایی که در بیوسنتز پپتیدوگلیکان اختلال ایجاد می کنند،

مجاور شوند ،اغلب فاقد دیواره سلولی می شوند.معمولا" این اتفاق،موجب ایجاد باکتریهای غیر زنده می شود.باکتریهای فاقد دیواره سلولی که قادر به تکثیر نیستند اسفروپلاست (در صورت وجود غشای خارجی) ویا پروتوپلاست (در صورت فقدان غشای خارجی) نامیده می شوند.به ندرت باکتریهای فاقد دیواره سلولی هم ایجاد می شوند که قادر به تکثیر می باشند (باکتریهای ال- فرم).

 

 
شکل 4-باکتری اشریکیا کلای با چندین فلاژله (SEM x26,730) Dennis Kunkel Microscopy, Inc.  Used with permission

 

فلاژله

بعضی گونه های باکتریها متحرک هستند و دارای اندامکهای حرکتی هستند (شکل 4). باکتریهایی که این توانایی را دارند قادرند که محیط اطرافشان را بسنجند و به یک ماده شیمیایی خاص غذایی یا سمی واکنش نشان داده و به سمت آن رفته یا از آن دور شوند (کمو تکسیس).

فلاژله ها  درون غشای سیتوپلاسمی قرارگرفته اند و در طول غشای سلولی امتداد یافته اند و به صورت یک رشته بلند ظاهر می شوند.فلاژله شامل تعدادی پروتئین از جمله فلاژلین می باشد.فلاژله با چرخیدن شبیه ملخ یک هواپیما موجب حرکت سلول باکتری می شود.رشته های محوری در اسپیروکتها نیز عملکردی مشابه فلاژله دارند.پروتئینهای انتقالی در فضای پری پلاسمیک و یا غشای سلولی به منابع غذایی مثل قندها و آمینو اسیدها متصل می شوند و موجب متیلاسیون  بقیه پروتئینهای غشای سلول می شوند که در نهایت حرکت باکتری توسط فلاژله صورت می گیرد.

پرمئازها پروتئینهایی هستند که بعد از این مرحله،مواد غذایی را از طول غشای سلول عبور می دهند.سپس منابع انرژی و کربن می توانند در گرانولهای ذخیره ای سیتوپلاسم ذخیره شوند که شامل گلیکوژن،پلی هیدروکسی بوتیرات و یا پلی فسفات می باشند

 

 
 دارای فیمبریهE. coli شکل 5- (TEM x17,250)  Dennis Kunkel Microscopy, Inc.  Used with permission

پیلای(فیمبریه)

نوع پیلای در بین گونه های مختلف و حتی درون گونه ها متفاوت است.پیلای،برجستگیهای مو مانندی در سطح سلول هستند.(شکل 5)بعضی از آنها در کانژوگیشن جنسی نقش دارند و بقیه موجب اتصال به سطوح اپیتلیال میزبان در عفونت می شوند

 
capsule.jpg (53601 bytes) 

 

 

شکل6

باسیلوسهای تولید کننده کپسول.کپسول حاوی پلی ساکاریدها و پلی پپتیدهاست.کپسولها دارای نقش در اتصال،ویرولانس،محافظت باکتری،حفظ مواد غذایی وتشخیص سلولی می باشند.ضخامت کپسول ممکن است حتی به دو برابر حجم باکتری برسد.در رنگ آمیزی کپسول،زمینه خاکستری و سلولها به رنگ قرمز در می آیند و کپسول بدون رنگ مانده و به شکل هاله اطراف باکتری ظاهر می شود.
Judy Bowen
Buckman Laboratories International, Inc.
Memphis, Tennessee, USA and The MicrobeLibrary 

کپسول و لایه لزج(شکل 6)

 

این ساختارها،فضای خارجی پوشش سلول را احاطه می کنند.وقتی که بیشتر مشخص و معلوم باشند کپسول و وقتی که کمتر مشخص باشند لایه لزج یا گلیکوکالیکس در نظر گرفته می شوند.این ساختارها معمولا" حاوی پلی ساکاریدها هستند.هرچند در بعضی باسیلهای خاص،پلی پپتیدی هستند(پلی گلوتامیک اسید).این ساختارها برای بقای باکتری ضروری نیستند وبعضی سوشهای درون گونه ها کپسول تولید می کنند در حالیکه بقیه تولید می کنند.کپسولهای باکتریهای پاتوژن مانع بلع و کشته شدن باکتری توسط فاگوسیتها می شوند.کپسولها اغلب در طی کشت در شرایط آزمایشگاهی از بین می روند.

اندوسپور(اسپور)
این اشکال در واقع حالت غیر فعال سلول باکتری هستند که در باکتریهای خاصی در هنگام کمبود مواد غذایی ایجاد می شوند(شکل 7).فرم فعال در حال رشد باکتری،فرم رویشی نام دارد.اسپور باکتری به شرایط سخت مقاوم است(مثل دمای بالا و حلالهای آلی).سیتوپلاسم اسپور،فاقد آب است و حاوی دی پیکولینات کلسیم (دی پیکولینیک اسید-شکل 8)است که در مقاومت اسپور به حرارت نقش دارد.اسپورها معمولا" در جنسهای باسیلوس و کلستریدیوم یافت می شوند

 

   

spore.jpg (44672 bytes) A شکل7  

اسپور باسیلوس سرئوس(سبز) وسلولهای فاقد اسپور(صورتی)

Ralph Van Dyke Jr. The Des Moines University Osteopathic Medical Center, Des Moines, Iowa USA and The MicrobeLibrary 

 

B
 شبیه بقیه باکتریهای اسپورزاست.سلولهای باسیلی شکل دارای لایه پپتیدوگلیکان ضخیمی هستند. P. larvaeاسپورولاسیون  

Donald Stahly, University of Iowa, Iowa City, Iowa
and The MicrobeLibrary

C

یک اسپور نابالغ که توسط سلول مادر(اسپورانژیوم)احاطه شده است.یک کپی از دی.ان.ای  باکتری درون اسپور در حال رشد احاطه شده است.

Donald Stahly, University of Iowa, Iowa City, Iowa and The MicrobeLibrary

D

پوشش ضخیم اسپور،نشاندهنده کامل شدن تمایز اسپور است اما اندوسپور درون اسپورانژیوم باقی می ماند و درنهایت از آن آزاد می شود.پوشش داخل اسپور حداکثر دارای 7 لایه به نام لاملا      می باشد.
  Donald Stahly, University of Iowa, Iowa City, Iowa and The MicrobeLibrary

 

شکل 8.دی پیکولینات کلسیم


 

 

بازگشت به بخش باکتری شناسی

This page copyright 2008 The Board of Trustees of the University of South Carolina
This page last changed on Tuesday, May 05, 2009
Page maintained by
Richard Hunt
URL: http://www.med.sc.edu:85/fox/protype.htm
Please report any problems to
rhunt@uscmed.sc.edu