Biologie - Prvojaderní - viry, bakterie, prochlorofyta*

Autor: Jana Pešková

PRVOJADERNÍ (Prokaryota)

 

v     NEBUNĚČNÉ ŽIVÉ SOUSTAVY:

VIRY(Vira)

Nebuněčné částice schopné reprodukce pouze v hostitelské buňce.Jsou to tedy vnitrobuněční paraziti rostlin,živočichů a baktérií.Struktura virů je jednodušší a velikost menší než mají buňky. Většina je submikropických-pozorování virů umožnila až elektronová mikroskopie.Velikost je 15-400 nm.

·       Velikost,stavba a původ virů

-eukaryotická buňka 10 – 20 mm

-prokaryotická buňka 1 – 2 mm

-viry  0,02 – 0,4 mm

Virion_- jednotlivý jedinec určitého virového druhu schopný infikovat buňku množit se v ní.Morfologicky jsou rozmanité-kulovité,tyčinkovité,vláknité.Vnitřní struktura velmi podobná.

§       Struktura virionu:

 

1)     Nukleová kyselina:

§       ribonukleová (RNA viry):je lineární a většinou jednovláknová(může být i dvouváknová)

§       deoxyribonukleová kyselina (DNA viry):je většinou dvouvláknová a lineární nebo cirkulární (může být i jednovláknová-lineární nebo strukturální)

 

2)     Bílkovinný obal- kapsid:

Nukleová kyselina obalena vrstvou bílkoviny-kapsidem,který je tvořen z podjednotek zvaných kapsomery.Nukleová kyselina + kapsid= nukleokapsid.Proteiny kapsidu se tvoří podle genů virů,ale na ribozomech hostitelské buňky.

 

3)     Vnější obal (membránový obal):

Nukleokapsid některých virů – tzv. obalených virů- uzavřen do membrány pocházející z jaderné nebo cytoplazmatické membrány hostitelské buňky.Podle toho rozlišujeme:

§       Viry obalené-nukleokapsid má vnější obal

§       Viry neobalené- nukleokapsid nemá vnější obal

 

 

Viroidy- nejmenší infekční částice parazitující v buňkách.Jedná se o samostatné kruhové molekuly RNA-velmi krátké (300 – 400 nukleotidů),bez bílkovinného obalu.Zjištěny pouze u rostlin.Způsobují choroby brambor,okurek,chmelu,citrusů,chryzantém aj..Dosud zjištěno asi 14 viroidů,které se přenášejí převážně mechanicky-nářadím,méně pomocí pylu nebo semen.

 

§       Původ virů-viry prokaryot pochází z prokaryotických buněk,viry eukaryot pochází z eukaryotických buněk.Pravděpodobně se utvořily z úlomků nukleových kyselin těchto buněk(z plazmidové,chloroplastové,mitochondriální nebo i chromozomální DNA.RNA viry z některého typu RNA buňky.

 

Virová infekce-proniknutí viru respektive jeho nukleové kyseliny do hostitelské buňky.Známe tyto formy virové infekce:

§       Perezistence-virus(virový genóm) v buňce přetrvává ,aniž by se replikoval

§       Latentní infekce-virus se nepatrně pomnožuje bez negativních následků pro buňku

§       Virogenie-virová NK se začleňuje do genomu buňky;může přitom způsobit zásadní změnu-transformaci buňky (např.  nádorovou)

§       Lytický cyklus- virus je buňkou pomnožován v takové míře,že buňka praská a zaniká.Jedná se o nejčastější formu virové infekce.

 

·       Reprodukce bakteriálních virů (bakteriofágů)

 

Typy bakteriofágů:                                                                    

1)     virulentní  fágy-v bakteriální buňce se

silně pomnožují a úolně jin rozpustí-zlyzují.

Navozují vždy na lytický cyklus.

 

2)     mírné fágy (temperované)-mohou

vyvolat lytický cyklus nebo nemusí a pak

vstupují do tzv. lyzogenního cyklu.

 

Lytický cyklus (infekce bakteriální buňky virulentním fágem)

Bakteriofág se připojí na receptor bakteriální buňky,který je specifický.Buněčná stěna se natráví,proděraví a DNA je z hlavičky fágu vypuzena do buňky(obal zůstává venku).Uvnitř baktérie se fágová DNA přepíše do specifické virové mRNA (transkripce) a na ribozomech se začne tvořit specifická virová bílkovina na tvorbu kapsidu(translace).Pak proběhne replikace fágové DNA;ta kondenzuje do klubíčka a proběhne kompletace virionů(maturace) a buňka se rozpadne(lyzuje) a opustí ji cca 300 nových virionů.

 

Lyzogenní cyklus (infekce bakteriální buňky fágem)

Při lyzogenním cyklu se fágová DNA nereplikuje,ale začlení se do chromozomu baktérie.Takto se pak přenáší do dceřinných buněk a označuje jako profág.Bakteriální buŇka obsahující profága je imunní vůči infekci stejným fágem a označuje se jako lyzogenní.Lyzogenní bakterie může buď spontánně či vlivem indukčních činitelů (fyz.,chem.) přejít do lytického cyklu-profág se vyčlení z chromozomu a replikuje se jako v lytickém cyklu a bakterie se rozpadá-zlyzuje.

 

·       Reprodukce živočišných virů

 

Řada DNA a RNA živočišných virů vstupuje  do 2 alternativních cyklů:

1.lytického (viz výše)

2.virogenního

 

Virogenní cyklus

Jedná se o obdobu lyzogenního cyklu u bakteriofága.Infikující virion v buňce jakoby mizí.Jeho DNA se napojí na DNA hostitelské buňky a  nazývá se provirus .Některé jeho geny dodávají do buňky antigeny-látky zasahující  do regulace buněčného cyklu a diferenciace buněk (buňky přestávají regulovat své dělení-vznik nádorů).Provirus se může v buňce udržovat několik generací bez projevení,může být přenášen pohlavními buňkami rodičů na potomky i po řadu generací.Viry,které vyvolávají nádorovou transformaci buňky,nazýváme onkogenní viry (např. některé herpes viry,adenoviry,parvoviry,retroviry).

Latentní virová infekce

Je typická např. pro herpetické viry.virus pronikne do buŇky,nepatrně se replikuje ,ale k lýze nedochází.po určitém zevním podnětu(jiná infekce,nachlazení,UV paprsky) se latentní virus probudí,začne se reprodukovat a dojde  k lýze buňky ;vznikají nekrotická ložiska.Zpoždění může trvat i roky.

 

·       Klasifikace virů

 

Viry prokaryotické:

§       Bakteriofágy (viry bakterií)

Význam: -        faktory rovnováhy v bakteriálních biocenózách(půda,voda)

                -        lékařství(léčení bakteriálních chorob)

-         modelové objekty základního výzkumu

 

§       cyanofágy (viry sinic)

 

 

Viry eukaryotické:

§       Viry rostlinné – většinou RNA viry přenášené hmyzem,hlísty,houbami,semeny.

Př.:  tabáková mozaika,žlutá mozaika tulipánu

§       Živočišné viry – nejprobádanější skupina,nejvíce druhé,stále se objevují nové,původci mnoha vážných chorob člověka.Přenáší se :vzduchem,vodou a potravinami,hmyzem,přímým kontaktem s nemocným.

§       Mykoviry (viry hub)-jo pro ně typická latentní infekce(víc než lytický cyklus)

 

Některé důležité typy virů

Ø     DNA viry:

Adenoviry-záněty dýchacích cest a očních spojivek

Herpex simplex-opary rtů

Virus pásového oparu-zoster-virus proniká k míšním kořenům(velmi bolestivě)

Virus E-B-(Epsteina-Baarové)-první prokázaný původce zhoubného bujení u člověka®mononukleóza,rakovina   nosohltanu.

Virus neštovic-variola-hořečnaté onemocnění s typickými puchýřky a jizvami

Virus hepatitidy B- infekční zánět jater´žloutenka)

Virus myxomatózy-myxomatózy králíků

Virus bradavic-papilom-kožní nádorky

 

Ø     RNA viry:

Virus dětské obrny-poliomyelitida-akutní zasažení CNS,ochrnutí

Virus rýmy,v. slintavky a kulhavky-nemoc hovězího dobytka a prasat,přenosné na člověka – horečky a puchýřky na ústní sliznici

Virus klíšťové encefalitidy—poškození CNS,přenáší klíště

Virus žluté zimnice,v. zarděnek-rubeola-byrážka,horečka,zduření mízních uzlin,nebezpečí v těhotenství-poškozuje plod

Virus chřipky-influenza-typ A,B,C,akutní inf. Onemocnění dýchacích cest,vysoké teploty,epidemický až pandemický charakter,virion snadno vytváří nové antigenní varianty(není imunita)

Virus příušnic-parotitida-hořečnaté postižení příušních žláz,mohou být napadeny jiné žlázy s vnitřní sekrecí a CNS

Virus spalniček-vyrážka,horečka,rýma,kašek,zánět spojivek

Virus vztekliny—lysa-bolest hlavy a krku,slinění,křeče svalů-smrt zadušením,přenašečem je infikovaná šelma

Virus HIV- AIDS(získané selhání imunity),dlouhá inkub. doba,virus napadá a ničí T-lymfocyty-zhroucení imunitního systému(únava,horečka,zánět dých. cest,nechutenství).Přenos krví,spermatem.poševním sekretem,NK viru je velmi proměnlivá-problém s vytvořením očkovacího séra.

Onkoviry-virus HTLV je původcem leukémie,jiné vyvolávají tvorbu nádorů

 

Poznámky:

Pomalé viry-viry živočichů a člověka vyvolávající nemoc po dlouhé inkubaci.Postihují nervový ,dýchací,krvetvorný či imunitní systém.Př. virus hepatitidy B,HIV.

Onkogenní viry-skupiny virů,které jsou schopny vyvolat nádorovou transformaci buňky pomocí virogenního cyklu.Patří sem některé herpesviry,adenoviry,retroviry.

 

Reprodukce retrovirů- na základě molekuly RNA se pomocí enzymu zpětné transkriptázy syntetizuje DNA.Ta se člení do chromozomu hostitelské buňky a podle ní se pak syntetizují molekuly virové RNA,která  částečně slouží jako   mRNA pro proteosyntézu  a zčásti jsou obalovány těmito proteiny za tvorby nových virů

 

Priony-známy 3 těžké inf. Choroby člověka a 3 živočišné,jejichž podstatou je degenerace CNS,hlavně mozku.Velmi dlouhá inkubační doba,pomalý ale nezvratný průběh ústící v demenci .Jsou způsobované proteiny o M=27000-30000.Zdá se,že tyto proteiny jsou kódovány samotnou DNA neuronů-vznikají asi modifikací nějakého normálního např. membránového proteinu.Př.: scrapie-u ovcí,BSE-nemoc šílených krav,Creutzfeld-Jacobova nemoc-u člověka

 

 

v     BUNĚČNÉ ŽIVÉ SOUSTAVY:

Nadříše: Prokaryota (Procacryotae)

 

Charakteristika: Jednobuněčné organismy,jejichž jádro (nukleoid) není obalené,je tvořené dvouvláknovou kružnicovou DNA,která plní funkci chromozómu.Jsou haploidní ,množí se příčným dělením,většina má buněčnou stěnu obsahující peptidoglykan(eukaryota ho nemají).vnitřní prostor buňky není rozdělen na menší oddíly-kompartmenty.Syntéza bílkovin(proteosyntéza) probíhá na ribozomech 70 S (obsahují 16 S,23 S a 5 S RNA).prokaryotická buňka neobsahuje chloroplasty a mitochondrie.Výživa je autotrofní i heterotrofní.

Stáří:Vznikly asi 1 mld roků po vzniku Země-stáří cca 3,8 mld roků.

Rozdělení:Dělí se na dvě říše.Každá říše je samostatnou vývojovou větví,vývoj probíhal paralelně.

 

Struktura buňky:

1) Buněčná stěna-tuhý obal buňky,uděluje tvar,mechanicky chrání.Je složena z peptidoglykanu(dusíkatý polysacharid typický pro bakterie.

2) Cytoplazmatická membrána-odděluje vnitřní prostředí od vnějšího,je polorozpustná(semipermeabilní),podílí se na replikaci chromozómu.

3) Cytoplazma-viskózní,koncentrovaný roztok obsahující převážně bílkoviny.

4) Jádro = nekleoid-jedna dvouvláknová molekula DNA(asi 1000x delší než buňka,bez jaderné membrány)

5)Ribozómy- drobná tělíska v cytoplazmě ze dvou podjednotek,skládají se z RNA bílkovin.

 

 

 

 

 

Říše: ARCHEBAKTÉRIE (Archebacteria)

Charakteristika:Buněčná stěna je tvořena atypickým peptidoglykanem-pseudomureinem nebo je tvořena bílkovinami.Některé archebaktérie jsou nahé-buněčnou stěnu nemají.Jsou bližší eukaryotickým organismům než eubakteriím.Mají tvar tyčinek ,koků nebo vláken.Nevytvářejí spóry ani klidová stadia.Barví se G(+) i G(-),pohyblivé formy mají bičíky,jsou aerobní i anaerobní.

 

Rozdělení:Rozdělují se podle metabolismu na 4 skupiny:

§       Metanové archebaktérie-jsou anaerobní,redukují CO₂ na CH₄.Vyskytijí se v půdě,odpadních vodách,trávících traktech živočichů.Využití: výroba bioplynu.

§       Extrémně halofilní archebaktérie- g(-) tyčky a koky,zdrojem uhlíku jsou AMK a cukry,žijí v prostředí NaCl – až kolem 20% ,obsahují barvivo bakteriorodopsin-umožňuje přetváření slun. záření na chem. energii.Výskyt: slaná jezera,solené ryby,solené kůže.

§       Haloalkalifilní archebaktérie-G(-) tyčky a koky,jsou aerobní,žijí v prostředí NaCl s Na₂CO₃ a s vyšším pH (kolem 9).Výskyt:solná jezera

§       Termacidofilní archebaktérie- velmi pesrá skupina,snášejí vysokou teplotu (60-100 ⁰C),energii získávají oxidací S nebo H₂ S.Výskyt:horké prameny,např. Island

 

Říše: EUBAKTÉRIE (Eubacteria)

 

Charakteristika: Nukleoid není ohraničen jadernou membránou a nedělí se mitózou.Ostatní organely také nejsou ohraničeny membránou.Ribozómy jsou volně rozptýleny v cytoplazmě a mají sedimentační konstantu 70 S .Hlavní složkou buněčné stěny je peptidoglykan(murein).

 

Podříše:BAKTÉRIE (Bacteria)

 

Charakteristika:Jednobuněčné organismy s prokaryotickou buňkou.Většinou jsou heterotrofní (zdroj uhlíku z org. látek), některé jsou autotrofní (zdroj uhlíku z CO₂ ),malá část  provádí fotosyntézu.V buněčné stěně je peptidoglykan, nad stěnou může být pouzdro složené z polysacharidů (fce ochranná).Některé druhy mají bičíky (jeden nebo víc,fce pohybová) nebo fimbrie (fce přilnavost). Zásobní látkou je glykogen nebo kys. poly-b-hydromáselná.V cytoplazmě se nacházejí malé kruhové molekuly DNA = plazmidy. Fotosyntetizující baktérie mají chromatografy = váčky s chlorofylem®fotosyntéza.V nepříznivých podmínkách - tvorba spór (ztráta vody, vznik silného obalu, odolávají od +100 do –190 ⁰C).

 

Rozšíření bakterií:

Téměř všude (voda, vzduch, půda, na povrchu i uvnitř těl organismů)

 

Výživa bakterií:

1)autotrofní:  

§       Fotoautotrofní (energii získávají ze slunečního záření-fotosyntézou)

§       Chemoautotrofní (energii získávají oxidací anorg. látek-chemosyntézou)

2)heterotrofní: energii získávají z organických látek.Formy života: - parazitismus

                                                                                             - saprofytismus

                                                                                             - symbióza

 

Vztah ke kyslíku:

1.      aerobní- potřebují k životu kyslík

2.      anaerobní – kyslík je pro ně jedovatý

3.      fakultativně anaerobní- mohou žít s kyslíkem i bez něho

 

Rozmnožování bakterií:

1.      příčné dělení-molekula DNA se zdvojí,chromozómy přejdou na opačné póly buňky-ta se prodlouží,uprostřed se utvoří přehrádka®2 dceřinné buňky

2.      pohlavní rozmnožování-konjugace-dva jedinci se spojí úzkým můstkem a dojde k přesun části DNA  z buňky donorové do buňky recipientní-vždy jednosměrný přesun.

 

Význam baktérií:

§       rozklad- mineralizace organických látek(reducenti,destruenti,dekompozitoři)

§       původci chorob rostlin,živočichů a člověka(patogenní baktérie)

§       využití v biotechnologiích (výroba octa,siláže,bioplynu,kysaných mléčných výrobků, enzymů, antibiotik, hormonů, aminokyselin, čistění odpadních vod,…)

Příklady  baktérií:

§       nitrifikační-přeměňují amonné soli na dusitany až dusičnany

§       denitrifakční- rozkládají dusičnany a dusitany až na molekulární dusík(ochuzují půdu o dusík)

§       hlízkové- symbióza s bobovitými rostlinami,obohacující půdu o dusík,,vazači dusíku

§       kvasné – zkvašují sacharidy®kvašení octové,mléčné,propionové,máselné,..

§       hnilobné-rozkládají bílkoviny®hnití

§       patogenní= choroboplodné-způsobují nemoci živočichů a člověka,např.:

Ø     pnemokoky®zápal plic

Ø     streptokoky®angíny,spála,růže,záněty hltanu,patrových mandlí

Ø     stafylokoky®hnisavá onemocnění-vředy

Ø     gonokoky®kapavka,při neléčení poškozuje klouby,šlachy,(sterilita)

Ø     meningokoky®hnisavý zánět mozkových blan-smrtelné

Ø     salmonely®průjmová onemocnění,břišní tyfus

Ø     vibria®cholera-průjmy,dehydratace,smrt

Ø     mykobakterie®TBC,malomocenství

Ø     borreli®lymská borelióza-postižení kloubů,svalů a nerv. soustavy(ochrnutí)

Ø     spirochety®syfilis=přijíce=lues,nebezpečná pohlavní choroba,při neléčení se dostává až do CNS (progresivní paralýza-smrt)

 

Obrana proti patogenním baktériím:

Tělo se brání tzv. imunitní reakci (tvorba protilátek).Vzniká imunita- odolnost.

Rozlišuje se imunizace:

1)     přirozená:

Ø     aktivní-prodělání choroby

Ø     pasivní-očkování

2)     umělá:

Injekce hotových protilátek(např.  protitetanová injekce)

Léčení bakteriálních nemocí:  -  antibiotika

                                 -  sulfonamidy

 

 

Podříše:SINICE (Cyanobacteria=Cyanophyty)

 

Chrakteristika:Prokaryotní autotrofní organismy s jednobuněčnou nebo vláknitou stélkou.V tylakoidech mají chlorofyl a,b- karoten,fykocyanin(modrozelený),fykoerytrin(červený).Podle zastoupení jednotlivých barviv můžou být sinicev zelené,modré,hnědočervené i červené.Zásobní látkou je sinicový škrob.

 

Výskyt:slané i sladké vody,půda,skály,kůra stromů,sněhová pole,pouště,horké prameny.Žijí v symbióze s houbami®lišejníky.

 

Rozmnožování:

Ø     jednobuněčné-příčným dělením

Ø     vláknité- pomocí hormogonií(několikabuněčné části vlákna oddělované z mateřského vlákna,pohybují sev klouzavým pohybem)

 

Stáří:

Více než 3 mld roků.Počátek vývoje ve starohorách-produkce kyslíku.

 

Akineta - tlusotstěnné buňky vznikající splynutím splynutím několika vegetativních buněk.Mají význam pro přežití nepříznivých podmínek-po určité době z nich vyklíčí nová vlákna sinic.

 

Heterocysty -  tlustostěnné buňky s téměř bezbarvým obsahem.Vznikají z vegetativních buněk v podmínkách dusíkového hladovění.Probíhá zde za účasti enzymu fixace plynného dusíku,který se mění na amoniak a pak na AMK glutamin.Význam:dodatečné  zásobování rýže dusíkem na rýžových polích.

 

Vodní květ - je to význačná složka fytoplanktonu.V buňkách sinic fytoplanktonu jsou hojné plynné vezikuly(nádržky),které usnadňují vznášení v povrchových vodách.U nás je vodní květ častý v letních měsících a je v něm obsaženo několik druhů sinic.Jedná se o nevítaný jev způsobený eutrofizací vody.Vodní květ znesnadňuje využití nádrží,živé sinice produkují i některé toxické látky (alkaloid zasahující nervovou soustavu, polypeptid vyvolávající nekrózu jater).Toxicita má nahodilý charakter-vyskytuje se jen u některých populací.Hygienické a rybářské problémy vyvolává náhlý zánik vodního květu:v nádrži prudce poklesne koncentrace kyslíku a vyvíjejí se hnilobné procesy.

 

Význam:

§       spolu s baktériemi nejstarší organismy na Zemi

§       podíl na vzniku lišejníků,symbióza s kořeny cykasů, kaproďorostů a  jiných rostlin

§       produkce kyslíku

§       vazači plynného dusíku v rýžových polích

§       první obyvatelé nově vzniklých ostrovů a souší

 

Podříše:PROCHLOROFYTY (Prochlorofyta)

Charakteristika: Prokaryotické autotrofní organismy podobné sinicím. Obsahují chlorofyly  a a b a karotenoidy.

Význam:

Buňky prochlorofyt  byly považovány za předky chloriplastu eukaryotických řas.Podrobné zkoumání tuto možnost vyloučilo ,na základě analýzy RNA bylo zjištěno,že žádný z druhů prochlorofyt není příbuzný chloroplastům.