De microbi ë le cel Van molecuul tot leven

1. De microbiële celVan molecuul tot leven • Cursus voor tweedejaars Biologen • November 2008 • Docenten: • Fred Boogerd (cursusleider), en Hans Westerhoff. • Leerstof: de leerstof bestaat uit basisdeel en vier thema delen. • 'Brock: Biology of microorganisms' (twelfth edition); Auteurs: MT Madigan and JM Martinko. De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

2. De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

3. De microbiële celVan molecuul tot leven De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

4. College ppt: komt op blackboard • En: • www.bio.vu.nl\hwconf\teaching De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

5. Ik behandel: • Groei • Regulatie • Evolutie • Genomics De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

6. Groei Het maken van leven Algemene Microbiologie

7. Groei: 4 verschillende betekenissen Maken: Het maken van de benodigde materie Vergroten: Het vergroten van het organisme Vermeerderen: Het vermeerderen van het celaantal Veranderen: Het differentiëren naar verschillende celtypes De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

8. Groei: 4 verschillende betekenissen Maken: Het maken van de benodigde materie • Voeding en Metabolisme (Hfdstk 5.1-5.3 & 5.14-5.17) Vergroten: Het vergroten van het organisme • Celvolumegroei (Hfdstk. 6.1-6.3) Vermeerderen: Het vermeerderen van het celaantal • (Hfdstk. 6.4 -6.6) Veranderen: Het differentiëren naar verschillende celtypes De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

9. Eerst maar even differentiatie • Differentiatie • Sporen • Exospore, coat, cortex en dan ongeveer een cel • Dehydratie, Dipicolinezuur, SASP’s • Differentiatie ‘tot eukaryoot’ • Kern, Organellen • Differentiatie tot multicellulair organisme De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

10. Groei: 4 verschillende betekenissen Maken: Het maken van de benodigde materie • Voeding en Metabolisme (Hfdstk 5.1-5.3 & 5.14-5.17) Vergroten: Het vergroten van het organisme • Celvolumegroei (Hfdstk. 6.1-6.3) Vermeerderen: Het vermeerderen van het celaantal • (Hfdstk. 6.4 -6.6) Veranderen: Het differentiëren naar verschillende celtypes De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

11. Microbiële groei: Principes • Reproductie! • Alle reacties gekatalyseerd door enzymen • Organismen kunnen (bijna) alles maken wat mogelijk is • ONmogelijkheden: geconserveerde zaken • ‘Verwende organismen’ • Enzymen zijn eiwitten, soms met cofactoren De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

12. Microbiële groei is: Reproductie (dwz meer van hetzelfde; de machine maakt zichzelf) Algemene Microbiologie

13. Reproductie dus: wat moeten ze maken? • Membraan en celwand: • Lipiden • polysacchariden • Eiwit: • Aminozuren • Prosthetische groepen en cofactoren • Coenzymen: • ATP, ADP • NADH • Coenzym Q • … • DNA en RNA: • Nucleotiden De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

14. Alle reacties gekatalyseerd door enzymen Elk enzym wordt gecodeerd door een gering aantal (een) gen(en) Algemene Microbiologie

15. Organismen kunnen (bijna) alles zelf maken! • Tabel 13.1: duizenden genen • (bv. E. coli: 4 000) De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

16. Table13.1 De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

17. Organismen kunnen (bijna) alles zelf maken! • Tabel 13.1: duizenden genen • (bv. E. coli: 4 000) • Tabel 13.2: Hoog percentage metabole genen • (bv. E. coli: (21%=800)) De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

18. 13.2 De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

19. Omvangrijk metabolisme; het kan ‘alles’, ……………………………………….. De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

20. Fig. 13.2 De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

21. Omvangrijk metabolisme:Kan ‘alles’, maar toch zijn er beperkingen.Welke? De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

22. Balansprincipe • Groei is een langdurig steady state proces en moet dus in balans zijn (micro-organisme als voorbeeld voor de planeet aarde en de mens) • Toename is netto import plus netto productie De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

23. Metabole rijkdom • Alles kan gemaakt worden wat mogelijk is • Toename is netto import plus netto productie; voor de meeste stoffen is import niet nodig De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

24. Metabole beperkingen • Sommige dingen kunnen niet gemaakt worden • En moeten dan dus geïmporteerd worden • En moeten dan dus in het groeimedium zitten • Toename is netto import plus netto productie X De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

25. Metabole beperkingen, nog preciezer • Sommige dingen kunnen niet gemaakt worden • En moeten dan dus geïmporteerd worden • En moeten dan dus in het groeimedium zitten • Toename is netto import plus netto productie X X De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

26. Metabole beperkingen • Sommige dingen kunnen niet gemaakt worden: Gibbs energie noch elementen • En moeten dan dus geïmporteerd worden • En moeten dan dus in het groeimedium zitten • Voor Gibbs energie (gaat verloren in processen) moet de balans positief zijn • Voor elementen moet de balans nul zijn • Toename is netto import plus netto productie X X De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

27. Welke elementen zijn van belang voor levende organismen? • C • H • O • N • S • P • K • Fe, Mg, Mn, Ca, Co De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

28. Behouden grootheden(kunnen niet gemaakt worden) • Elementen: • C • H =Electronen (redox) +H+ • N • {O (komt gratis van water)} • S • P • Vrije energie (gaat verloren, maar kan niet gemaakt worden is dus ook nodig) (‘ATP’) De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

29. Omvangrijk metabolisme:Kan ‘alles’, maar toch zijn er beperkingen.Welke?De behouden grootheden De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

30. Behouden grootheden(kunnen niet gemaakt worden) • Elementen: • C • H =Electronen (redox) +H+ • N • {O (komt gratis van water)} • S • P • Vrije energie (gaat verloren, maar kan niet gemaakt worden is dus ook nodig) (‘ATP’) De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

31. Gibbs harvest Gibbs Overzicht metabolisme; katabolisme, anabolisme en centrale rol van twee energiëen De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

32. Gibbs harvest Gibbs Overzicht metabolisme; katabolisme, anabolisme en centrale rol van twee energiëen: vlinderdas (bow-tie) structuur Gibbs harvest De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

33. Vlinderdas voor elk benodigde substantie celstructuur voedingsstoffen ATP De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

34. Belangrijkste Gibbs energiedrager= ATP Of eigenlijk ADP: ADP~P=ATP Algemene Microbiologie

35. Behouden grootheden(kunnen niet gemaakt worden) • Elementen: • C • H =Electronen (redox) +H+ • N • {O (komt gratis van water)} • S • P • Vrije energie (gaat verloren, maar kan niet gemaakt worden is dus ook nodig) (‘ATP’) De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

36. Vlinderdas voor elk benodigde substantie Pyruvaat en Acetyl-CoA (‘C’) celstructuur voedingsstoffen De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

37. Pyruvaat en acetyl • Pyruvaat: • CH3-CH2-COOH • AcetylCoA • CH3-COO-CoA • Eigenlijk is Coenzym A de C2 drager De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

38. Vlinderdas voor elk benodigde substantie celstructuur voedingsstoffen Glutamaat (‘N’) De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

39. Vlinderdas voor elk benodigde substantie celstructuur voedingsstoffen NADH ‘H’ of ‘e-’ of ‘redox’ De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

40. NADH 2-electron drager of eigenlijk.. • NADH = NAD+ + H+ + 2e- • NAD is de 2-electroncarrier en heeft dan de vorm NADH De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

41. De absolute vereisten van Gibbs energie en Koolstofbron leidden tot: Classificatie van organismen naar voor groei benodigde Gibbs energie- en koolstofbron (gemakkelijke test) Hoe wordt dit dan getest? Algemene Microbiologie

42. Hoe wordt dit dan getest? Een batterij van platen met verschillende groeimedia De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

43. Wat zijn mogelijke Gibbs energiebronnen? • Licht • Anorganische stoffen • …… • …… • Organische stoffen De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

44. In voeding moet dus Gibbs vrije energie zitten • Troof: voedsel (Grieks trophē, voedsel ) • Licht voor fototrofe organismen • Hoog energetische stof voor chemotrofe organismen: • Anorganisch: chemolithotrofe organismen • (Grieks Lithos: steen) • Organisch: chemoorganotrofe organismen De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

45. Hoofdstuk 5:Voeding Diversiteit wat betreft Gibbs energiebron • zie sectie 5.14 • fotonen: fototroof • chemische stoffen: chemotroof • organisch: chemoorganotroof • anorganisch: chemolithotroof De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

46. energie koolstof troof Hoofdstuk 5:Voeding: Diversiteit wat betreft koolstofbron voor biomassa • CO2: autotroof • Organisch materiaal: heterotroof • chemoorganoheterotroof bestaat • chemoorganoautotroof is zeldzamer • (want als je organische stoffen hebt voor energie kun je ze ook gebruiken voor koolstof) • chemolithoheterotroof komt voor (Fe2+voor energie, organische stof voor koolstof) Fig. 5.23 De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

47. Oefenvraag Wat zijn we zelf voor organisme? Chemolithoautotroof? Neen: chemo-organo-hetero-troof Algemene Microbiologie

48. Chemoorganoheterotroofvoorbeeld P. denitrificans Fig. 5.23a De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

49. Oefenvraag: wat voor type is dit organisme? Chemolithoautotroof Fig. 5.23b De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff

50. Gecombineerd: Diversiteit naar energie- en koolstofbron Zie ook Fig. 20.1 De microbiële cel, november 2008: colleges Westerhoff