Luku 2 Bakteerisolun toiminta Koralli 5 Yleist bakteereista

Luku 2 Bakteerisolun toiminta Koralli 5

Yleistä bakteereista ● Bakteereita on tuhansia eri lajeja voivat elää vaihtelevissa olosuhteissa ● Bakteerit voivat olla muille eliöille sekä hyödyllisiä että haitallisia ● Bakteerien evoluutio on nopeaa ○ lisääntyvät nopeasti jakautumalla ○ sopeutuvat helposti muuttuviin ympäristöolosuhteisiin Koralli 5

• Bakteerit lisääntyvät suvuttomasti kopioimalla itseään (jakautuminen) binaarinen fissio Koralli 5

Bakteerikromosomin replikaatio ● ● Koralli 5 Bakteereilla on yksi, rengasmainen kromosomi Bakteerin kromosomirakenne ja plasmidit kopioituvat ennen jakautumista

Koralli 5

Geenin rakenne ● Bakteerien perima eli genomi on yksinkertainen verrattuna aitotumaiseen soluun ~ 5000 geeniä ● Genomi muodostuu yhdestä pitkästä, rengasmaisesta kromosomista = nukleoidi ● Lisäksi muutamia kromosomin ulkopuolisia DNAmolekyyleja = plasmidi Koralli 5

Geenin toiminta ja säätely ● Esitumaisilla geenin säätelystä vastaavat geeniryhmät = operonit ○ ● Koralli 5 useita toiminnallisesti samankaltaisia geenejä , jotka ovat ryhmittyneet aina yhden säätelyalueen perään DNA: ssa Operonin rakenne koostuu promoottori eli käynnistäjäalueesta ja operaattorista

Promoottorin ja operaattorin tehtävät ● Promoottori säätelee geenien ilmentymistä RNApolymeraasientsyymin avulla ● Operaattorialue koostuu operaattorigeenistä ○ DNA-jakso, joka sijaitsee promoottorin ja rakennegeenien välissä ● Operaattoriin voi kiinnittya operonin toimintaa sääteleviä molekyylejä. Koralli 5

Operaattorin toiminta ● Säätelyproteiinit joko aktivoivat tai estävät geenin luennan. ● Aktivoiva säätelyproteiini: kiinnittyy promoottorin edessä olevaan DNA-alueeseen ja aktivoi promoottorin toimintaa. ● Estävä säätelyproteiini: kiinnittyy operonin operaattoriin (säätelyalueelle) ja estää kokonaan promoottorin toiminnan. Koralli 5

Estävä säätely (repressorit) ● Operonin toiminta sekä geenin luenta estyy ● Repressorit voivat estää RNA-polymeraasia sitoutumasta tai pääsemästä liikkeelle ● Repressorien toimintaa säätelevät: ○ aminohapot, esim. tryptofaani ○ sokerit, esim. glukoosi tai laktoosi • Operoni nimetään säätelijän mukaan (esim. laktoosi Lac-operoni) Koralli 5

Lac-operonin toiminta Lac-operoni säätelee laktoosin kuljetusta ja metaboliaa: 1. Lac-operonin toiminta aktivoituu laktoosin vaikutuksesta: ○ Laktoosin aineenvaihduntatuote allolaktoosi kiinnittyy estäjään, ja saa estäjän irtoamaan bakteerioperonin säätelyalueesta 2. Lac-operonin toiminta estyy, mikäli laktoosia ei ole: ○ Säätelijäproteiini kiinnittyy suoraan lac-operaattoriin ja estää RNA-polymeraasia toimimasta sekä kiinnittymästä promoottoriin operonin geenit hiljenevät Koralli 5

Koralli 5

Proteiinisynteesi (1/2) ● Aitotumaisten ja esitumaisten proteiinisynteesin päävaiheet (transkriptio ja translaatio) hyvin samanlaiset. ● Suurin ero: esitumaisilla ei ole tumaa koko proteiinisynteesi tapahtuu solulimassa. ● Bakteerisolu voi samanaikaisesti suorittaa samalle geenille sekä transkriptiota että translaatiota. ● Transkription päätekohdassa eroavaisuuksia aito- ja esitumaisten välillä; aitotumaiset solut riippuvaisia transkriptiofaktoreista. Koralli 5

Proteiinisynteesi (2/2) ● Esitumaisilla soluilla ei ole introneita, eikä RNA: ta tarvitse muokata ennen translaatiota nopeuttaa proteiinisynteesiä. ● RNA-polymeraasien sekä ribosomien rakenne erilainen esitumaisilla: ○ bakteerien polysomeissa voi yhteen lähetti-RNA: han kiinnittyä kymmeniä ribosomeja aminohappoketjujen nopea valmistuminen Koralli 5

Proteiinisynteesin erot aito- ja esitumaisilla Koralli 5

Geneettinen rekombinaatio ● Mutaatioiden lisäksi bakteereilla syntyy geneettistä variaatiota = rekombinaatio ● Bakteerit pystyvät ○ vaihtamaan geenejä toisen bakteerikannan tai lajin kanssa ○ muodostamaan uusia geeniyhdistelmiä. ● Rekombinaation aikana bakteereihin siirtyy uusia geenejä bakteerisolun ulkopuolelta: ○ kromosomaalisena DNA: na ○ plasmideina kahden eri yksilön DNA voi yhdistyä osaksi yhden yksilön genomia. Koralli 5

Rekombinaatiotavat: konjugaatio, transformaatio ja transduktio Koralli 5

Konjugaatio ● Kaksi bakteerisolua: ○ muodostavat toisiinsa yhteyden piluksen avulla ○ vaihtavat geneettistä materiaalia keskenään. ● Luovuttajabakteerilla uloke (pilus) tarttuu kiinni vastaanottajabakteeriin. ● Luovutettava perintöaines on plasmidi tai bakteerin kromosomaalista DNA: ta. ● DNA kahdentuu kopio siirtyy uloketta pitkin vastaanottajabakteerille. Koralli 5

Transformaatio ● Bakteerin kuollessa: ○ soluseinä ja solukalvo hajoavat ○ perintöaines vapautuu. ● Toinen bakteeri voi ottaa sisäänsä vapautunutta perintöainesta: ○ kromosomin palanen hakeutuu vastaanottajabakteerin solulimassa olevan DNA: n vastinkohtaan ja korvaa sen. Koralli 5

Transduktio ● ● ● Bakteriofagit (viruksia) infektoivat bakteerisoluja. Siirtävät omaa perintöainestaan bakteerin sisään. Fagien entsyymit pilkkovat bakteerisolun DNA: ta. Bakteerisolu muuttuu fageja syntetisoivaksi virustehtaaksi. Viruksen lisääntyessä solussa voi sen sisälle joutua bakteerin DNA: ta. ● Bakteerisolun hajotessa fagijälkeläiset vapautuvat ja infektoivat uusia bakteereja transduktion avulla. ● Vanhasta bakteerista peräisin olevaa DNA: ta voi siirtyä uuteen isäntäbakteeriin rekombinaation avulla. Koralli 5

Bakteerien viljely ● Bakteereja voidaan kasvattaa elatusaineessa. ● Näytteen esikäsittely = bakteerinäytteen muokkaaminen viljeltävään muotoon. ● Laimennossarja: näytesuspensiosta tehdään laimennokset tietyssä suhteessa pystytään määrittelemään liuosten konsentraatio eli pitoisuus tilavuutta kohden. ● Jokainen laimennos viljellään elatusalusmaljoille. ● Pesäkkeet tunnistetaan; lukumäärää verrataan laimennossarjan pitoisuuksiin. Koralli 5

Bakteerien tunnistaminen ja luokittelu Koralli 5

Gram-värjäys ● Yleinen viljeltyjen bakteerien tunnistusmenetelmä ● Perustuu bakteerien soluseinien eroavaisuuksiin ● Bakteerit luokitellaan soluseinän värjäytyvyyden perusteella gram-positiivisiin (sinivioletti) ja gramnegatiivisiin bakteereihin (vaaleanpunainen). Koralli 5

Gram-positiivinen bakteeri ● Soluseina ssa on monta päällekkäistä kerrosta peptidoglykaania ● Gram-postiivisia bakteereja: ○ märkäbakteerina tunnettu Staphylococcus aureus ○ kariesta aiheuttava Streptococcus mutans ● Pystyvät muodostamaan bakteeri-itiöitä säilyvät hengissä haastavissa olosuhteissa Koralli 5

Gram-negatiivinen bakteeri ● Soluseinässä peptidoglykaania vain yksi kerros, mutta sen ulkopuolella on toinen solukalvo ● Gram-negatiivisia bakteereja: ○ paksusuolessa elävä Escherichia Coli ○ kolerabakteeri Vibrio Cholerae ○ ruttobakteeri Yersinia pestis Koralli 5