Houby

HOUBY

Houby jsou eukaryotní heterotrofní organismy. Vykazují mnoho společných znaků jak s rostlinami, tak i se živočichy, proto je nelze zařadit ani k jedněm. Nyní se nacházejí ve třech říších – Opistokonta, Amaebozoa a Chromalveolata. Společné znaky s živočišnou říší – heterotrofie, mají podobnou DNA. Jejich protoplast obsahuje lyzozómy a zásobní látkou je glykogen.

Znaky společné s rostlinami – buněčná stěna, i když ta je tvořena chitinem, dále vakuola a nepohyblivost.

Stélky jsou dvojího druhu.

Nemyceliární stélky se nacházejí u jednobuněčných hub, například u kvasinek.

Základní stavební jednotkou myceliární stélky jsou hyfy.

Hyfy – jsou u primitivních hub jednobuněčné a mnohojaderné, protože přehrádky mezi buňkami byly rozpuštěny.
U ostatních hub jsou hyfy tvořeny mnoha buňkami spojenými přepážkami, které mají společnou cytoplasmu. U většiny hub jsou hyfy kryty buněčnou stěnou tvořenou chitinem. Tloušťka hyf je v μm, délka hyf v desítkách μm, a jaderná špička dosahuje až stovek μm. Modifikované hyfy mají vegetativní, generativní nebo zásobní funkci.  Dále existují hyfy slizové a sekretoidní. Hyfy buď zůstávají jako samostatná houbová vlákna, nebo se proplétají a vytváří mycelium neboli podhoubí. Plodnice jsou tvořeny srostlými hyfami spojenými anastomózami. Hyfy jsou schopné růst až kilometr za den.

U hyf může docházet k modifikacím. Hyfy přeměněné na haustoria umožňují houbě průnik do jiného organismu.  K přichycení se k hostiteli jí pomáhají apresoria. Sekreční buňky v hyfách uvolňují exoenzymy.  U dravých hub nalezneme lepivé terčíky či kroužky.
Sklerocia a gemy jsou vícebuněčné útvary s pevným povrchem, které pomáhají houbě přežít nepříznivé období.

Výtrusnice a plodnice.

Výživa

Houby se jako heterofové mohou živit dravě, saprofyticky, paraziticky nebo mohou žít v symbióze s rostlinami. Dravé houby loví například háďátka nebo hlístice. Pro účely lovů vytvářejí z hyf pasivní (lepkavé terčíky) nebo aktivní (očka hyf) pasti. Jejich hyfy rostou rychle, neboť houba si chemickou cestou zjistí, kde se nachází potrava a doleze za/před ní. Dravé houby se využívají v zemědělství. Saprofyté  získávají látky rozkladem těl mrtvých organismů za využití exoenzymů. V přírodě mají funkci dekompozitorů. Parazité zapouští svá haustoria nejčastěji do dřevin, ale všeobecně do všech organismů. Některé houby žijí nejprve jako parazité a po úmrtí hostitele saprofyticky. Těmto houbám se říká saproparazité. Houby žijí v symbióze buď s řasami v lišejníku, nebo s vyššími rostlinami. Tomuto soužití se říká mykorrhiza.

Při mykorrhize si houba od rostliny bere cukry a rostlina minerály, aminokyseliny, NH4+ a NO3–. Jeden druh hub většinou roste jen na jednom druhu rostliny. Existují různé druhy mykorrhizy. U ektotrofní mykorrhizy sice hyfy oplétají kořeny a vstupují do mezibuněčného prostoru, ale už ne do buněk. Zato u endotrofní mykorrhizy hyfy    vrůstají až do kořenových buněk, kde vytvářejí buď arbuskulární (stromovité) nebo vezikulární (váčkovité) útvary.  U erikoidní mykorrhizy slouží hyfy místo kořenových vlásků rostliny. U orchideoidní jsou orchideje zcela závislé na houbě, tento  jev se nazývá mykotrofie. Projevuje se u nezelených heterotrofních orchidejí, jako je například hlístník hnízdák, a u všech klíčních stádií orchidejí.

Lychenismus (lišejníky)

Při lychenismu žije v symbióze houba (mykobiont) a řasová vrstva (fotobiont). Fotobiontem může být buď zelená řasa (80% lišejníků) nebo sinice či hnědá řasa. Proč spolu tyto organismy žijí, není dost dobře známo, neboť pro houbu je soužití výhodné, ale řase se daří mnohem lépe samostatně. Lišejníky obvykle žijí na místech, kde je sucho, zima, či málo živin, proto rostou pomalu. Stélku lišejníků můžeme rozdělit na tři typy – korovitou, lupenitou a keříčkovitou. Korovitá stélka je zcela přirostlá k podkladu a lze ji jen těžko odtrhnout – mapovník zeměpisný. Lupenitá stélka je přisedlá k podkladu na několika místech,má laločnaté volné okraje a je volně rozprostřená v ploše – terčovka bublinatá, hávnatka psí, terčovník zední. Keříčkovitá stélka se větví a je přichycena k podkladu v jednom místě – dutohlávka sobí, provazatka vousatá.

Lišejníky se rozmnožují většinou nepohlavně, neboť pohlavně se může rozmnožovat akorát houba. Buď dochází k fragmentaci stélky, nebo diasporami. Diaspory se dostanou z lišejníků buď odlomením válcovitých útvarů (isidie) z povrchu stélky, nebo při prasknutí kůrky stélky (sorédie) s následným uvolněním se diaspor. Diaspory i fragmenty stélky obsahují jak mykobionta tak fotobionta. Při pohlavním rozmnožování vznikají askospory, které obsahují pouze houby.  Tyto askospory se samozřejmě musí sejít s kompatibilní řasou, aby došlo ke vzniku lišejníku.

Rozmnožování

 Všechny houby se umí rozmnožovat nepohlavně, ale musí být ve stádiu anamorfy. Děje se tak fragmentací stélky nebo prostřednictvím spor. Jedná se buď o hypnospory, tlustostěnné spory, které snadno přečkají nepříznivé období, nebo o spory tenkostěnné. Ty můžeme ještě rozdělit na askospory a bazidiospory. Některé houby se množí pučením, kdy z mateřské buňky vyrůstá buňka dceřiná, která se později může oddělit. Neoddělí-li se, vznikne pseudomycelium.

Pohlavně se rozmnožovat umí jen některé houby, které navíc mají danou hyfu ve stádiu telemorfy. Nejprve dochází ke spojení cytoplazem – plazmogamie, a následně i ke spojení jader – karyogamie. Avšak u hub často dochází ke vzniku časové prodlevy mezi těmito fázemi, což má za následek, že je buňka dikaryotická. Splynutím jader vznikne diploidní jádro a dojde ke vzniku zygoty. Následně se zygota meioticky rozdělí a poté dochází ke vzniku zygospory nebo hypnospory.

Význam hub

Houby mají mnoho významů, jak v přírodě, tak i pro člověka. V přírodě slouží jako dekompozitoři, neboť rozkládají mrtvé organismy, zajišťují koloběh látek, vyrábí humus; a také jako biokontrola. Člověkem jsou využívány v biotechnologiích, například pro výrobu antibiotik, enzymů, vitamínů nebo růstových složek. Též se využívají v potravinářství ke kvašení nápojů (kvasinky – pivo) či potravin.

Patologie způsobená houbami

Naneštěstí nic není dokonalé a houby umí i škodit. Potraviny a další organické výrobky znehodnocují, dále způsobují patologické změny všem organismům.  Jako příklad si můžeme uvést onychomykózu, kdy houba napadá nehty. Fytopatologické případy jsou například napadení obilí námelem, pryšce rzí, dřeva dřevomorkou (hnědá hniloba vyžírá celulózu) nebo dřevomorem (bílá hniloba vyžírá lignin). Existuje i mykopatologie, kdy škodí houbáš například hřibu.

Říše: Amebozoa

Oddělení: Hlenky (Myxomycota)

Hlenky tvoří málo prozkoumanou skupinu, ale jsou důležité pro molekulární biology. Myxomycety začínají svůj život jako mikroskopické výtrusy. Poté, co výtrus opustí mateřskou buňku, vyklíčí a začne produkovat další buňky, které se spojují ve větší zygoty, které se živí bakteriemi, prvoky, kvasinkami a organickými zbytky na chladných, stinných a vlhkých stanovištích, jako jsou například pařezy, stébla trav nebo smetí, čímž dochází k jejich růstu. Vzniklá hmota vytváří slizovitou kapku nazvanou plasmodium, která má různé barevné varianty. Plasmodium pak funguje jako obří améba i když jednotlivé její části, myxoaméby v ní nesplývají, nicméně dokáží spolu komunikovat a chovají se jako jeden organismus. Začne se nenasytně cpát a její kořistí je všechno v dosahu. Konzumuje bakterie, výtrusy a dokonce i okolní houby.

Pokud vyčerpá potravu, přesune se rychlostí až 5 centimetrů za hodinu o kus dál na místo, kde mohou vhodně vyklíčit jeho zárodky a celý proces se opakuje. Při pohybu za sebou nechávají plasmodia lesklou stopu, podobnou slizu slimáků, a výměšky ze strávené potravy. Pokud má plasmodium dostatek potravy a vhodné světelné podmínky, začne se přetvářet a vytvoří se na něm plodnice, podobné houbám.
Jiná forma hlenek vytvoří v první fázi vývoje tzv. myxomonády, pohlavní buňky vybavené bičíkem, které jsou schopny s jeho pomocí samostatného pohybu ve vodě.

• Dictyostelium discoideum – modelový organismus, používaný v řadě biologických experimentů,  dnes už s osekvenovaným genomem. Stojí v důležitém bodě vývoje mezi jedno- a mnohobuněčností. 
• Nádorovka kapustová – fytoparazit na kořenech brukvovitých rostlin
• Pěnitka bílá – mění barvu v závislosti na rozmnožovacím cyklu – bílá, bledě žlutá, béžová a černá v době uvolňování výtrusů.
• Vlčí mléko červené

   

Říše: Chromalveolata

Oddělení: Houby vaječné  (Oomycota)

Mívají rozvětvenou nepřehrádkovanou stélku, která může být buď hyfová, nebo vláknitá. V její buněčné stěně převažuje celulóza.  Jsou to saprofyté i parazité. Při nepohlavním rozmnožování spora vyklíčí v coenocytické mycelium, ze kterého se vytváří sporangium, ze kterého se po prasknutí uvolní zoospora. Při pohlavním rozmnožování spory coenotcytického mycelia vytvářejí v těsném sousedství pohlavní orgány, které jsou odděleny přehrádkou. Samčí orgán se naklání k samičímu a vysílá kopulační výběžky, kterými proniká do samičích pohlavních orgánů. Poté dojde ke splynutí a vznikne diploidní zygota. Dojde k meioze a vzniknou haploidní spory.

• Hnilobytka – saprofyt sladkých vod, ale občas může napadnout zesláblé ryby v akváriu
• Vřetenatka révová – fytopatologie
• Plíseň bramborová – fytopatologie, v Irsku způsobila v 19. Století hladomor.

 

Říše: Opiskonta

Oddělení: Houby Buněnkotvaré (Chytridiomycota)

Jedná se o starobylou skupinu, v níž jsou houby s jednobuněčnou stélkou a mnoha jádry. Jsou schopny rozmnožovat se nepohlavně i pohlavně. Výtrus opatřený bičíkem proniká do hostitelské buňky a bičík zanechává na povrchu buňky. Hostitelská buňka se zvětšuje (hypertrofie) a dělí (hyperplasie). Hostitelská buňka začne dělit, po té, co se obalila tuhou membránou. Vzniklý útvar se nazývá prosorus (letní výtrus) a jeho obsah se mění na 4-9 haploidních výtrusnic, ve kterých se vytváří haploidní výtrusy. Po prasknutí stěny hostitelské buňky a stěny výtrusnice, vyrejdí nové spory a napadají další hostitelské buňky. Za určitých podmínek se výtrusy začnou chovat jako pohlavní buňky, splývají a jako diploidní útvar pronikají do hostitelské buňky, kde se opatří tuhou membránou bez toho, aniž by došlo k dělení.Takto vzniklému útvaru se říká sorus (zimní výtrus). V této podobě přezimují a na jaře po prodělání meiozy se mění obsah zimního výtrusu ve výtrusnici s výtrusy, které po prasknutí hostitelské buňky napadají další hostitelské buňky, čímž dochází k uzavření cyklu.

• Rakovinec bramborový – fytopatologie – dochází ke vzniku nádorů.

Spory jsou klíčivé až 20 let.

• Neocallimastigales – střeva býložravců

Oddělení: Houby Vlastní (Eumycota)

Třída: Houby Spájivé (Zygomycota)

Tvoří mnohojaderné větvené podhoubí, které není přehrádkované. Někdy také tvoří rhizoidy, které mají svazečky spojenéstolony. Rozmnožují se pohlavně pomocí zygospor, kdy z haploidních výtrusů vyklíčí fyziologicky odlišné hyfy, které proti sobě vysílají kopulační výběžky, až se dotknou. Poté se oddělí přehrádkami od mateřské hyfy a dojde ke splynutí obsahů včetně jader (chybí jim dikaryonové stádium). Celý útvar se mění v diploidní zygosporu, v ní proběhne meiosa a po prasknutí stěny vypadnou z buňky haploidní spory. Nepohlavní rozmnožování probíhá pomocí sporangiospor.

• Plíseň hlavičková – vyrůstá na pečivu. Spory jsou téměř všude, a pokud se nechá chleba ve vlhku, vyrostou na něm její kolonie. Za několik dní lze pod lupou pozorovat černé plodnice. Spory jsou odnášeny vzduchem a oplodněny. Vlákna brzy proniknou pečivem, kde vylučují trávicí enzymy, které rozloží potravu na částečky.
• Kropidlovec černavý – tvoří husté šedé povlaky
• Měchomršť krystalický – koprofilní a fototropická sporangia, vyskytuje se na koňském trusu. Aktivně transportuje spory, na substrátu vznikají žlutě zbarvené výtrusnice, spory se nachází na nosiči tvořeném váčkem. Ranní rosa je nasávána dovnitř do vakuoly s vodou, funguje jako lupa, dráždí fotoreceptory, zvýší se turgor a výtrusnice vystřelí výtrus až 2 m daleko. Výtrusnice produkuje sliz – s jeho pomocí se výtrus přichytí na další přenašeče.
• Muší mor – zooparazit
• Houbáš neboli ježohubka – mykoparazit

      

Třída: Houby Vřeckovýtrusé (Askomycota)

Kromě kvasinek mají článkované mycelium s centrálním otvorem. Vytváří různé typy plodnic – kleistothecium, apotecium, peritecium a jejich askospory jsou uschovány ve vřecku, které se otvírá víčkem či štěrbinou. Askomycota tvoří 50-60% všech hub a nalézáme je i v lišejníkách. Nepohlavně se rozmnožují pučením, přitom buňky často zůstávají pohromadě a vytvářejí pučivá pseudomycelia (nepravá podhoubí, patrná u kvasinky pivní a vinné). Když se sníží množství živných látek a vody, rozmnožují se kvasinky pohlavně.

• Padlí
• Štětičkovec
• Kropidlák – produkuje aflatoxiny, které mohou vyvolat rakovinu jater
• Paličkovice nachová (námel) – roste na žitě a příbuzných rostlinách, produkuje námelové alkaloidy, které se nazývají Ergotamin, Ergozoxin. Tyto alkaloidy se používají ve farmacii pro výrobu léků, které jsou proti bolestem hlavy a migrénám. V porodnictví vyvolávají stahy děložní svaloviny. Dnes se pěstuje i uměle.
• Hlízečka ovocná
• Ucháč obecný – jedovatý
• Smrž obecný – jedlý
• Lanýž – žije v symbióze s kořeny některých stromů a v únoru pak vytváří plodnice vážící 30–60 g. Není snadné plodnice této houby nalézt, protože se nalézají 5–30 cm pod povrchem půdy a 1–1,20 m od paty stromu. Ke sběru jsou využívány prasnice, protože lanýže obsahují určitý feromon, který prasnici přitahuje. Zejména starší prasnici ale lanýže natolik zachutnají, že o ně soutěží se sběračem a sběru potom spíše škodí. Ke sběru se cvičí i psi, kteří navedou na místo, kde sběrač plodnici speciálním kladívkem vyrýpne. Odměnou pro psa není lanýž, o který ani nestojí, ale kousek masa. Dále sběrače navádějí drobné mušky létající v hojném počtu nad místem, kde jsou lanýže. Sběrač se tak často obejde bez velkých zvířat.
• Jelenka
• Kvasinka pivní – kulturní kvasinka zkvašující sladinu na pivo, používají se ke kynutí těsta a k výrobě lihu etanolovým kvašením
• kvasinka vinná – způsobuje alkoholové kvašení cukerných substrátů, využívá se k výrobě vína

   

Třída: Houby Stopkovýtrusé (Bazidiomycota)

Jejich tělo je tvořeno ve vegetativní fázi vláknitým přehrádkovaným myceliem, které většinou bývá dikaryotické. Ve stěně přehrádek jsou dolipory – póry, které jsou kryté membránovou, obvykle perforovanou, čepičkou. Není pro ně tak důležité nepohlavní rozmnožování jako to pohlavní. Při něm dochází k somatogamii (splývají dvě pohlavně odlišná primární mycela) a následně ke vzniku sekundárního mycela. Ze kterého vznikají dělením přezky, útvary, které za optimálních podmínek vytvoří plodnici. Ve výtrusorodém roušku plodnice dochází v basidiích plynutím jader (karyogamií) ke vzniku vláken hyf v plodnici. Po redukčním dělení se tvoří čtyři haploidní jádra, která se postupně na vrcholu plodnice se mění ve stopečkaté výtrusy – basidiospory. Bazidie nejčastěji vznikají ve výtrusorodém roušku umístněném na spodní straně klobouku, ale mohou vznikat i uvnitř plodnice v glebě (u břichatkovitých hub).  Živí se převážně saprofyticky. Jsou významnými dekompozitory v lesních a lučník ekosystémech. Na rozdíl od ostatních nemají morfologicky odlišené pohlavní orgány. Mykorrhiza, je-li, je většinou ektomykorrhiza.

• Rzi – obligátní parazité, neboť mají 1-2 hostitele (hrušková – hrušeň + jalovec). Hyfy nemají ani přezky, ani dolipory. Spermacie nutné k oplození jsou přenášeny hmyzem.
• Sněti – dělí se na prašné a mazlavé (kukuřičná, pšeničná). Jsou to parazité cévnatých rostlin, nevytváří plodnice.
• Outkovka pestrá – je laicky označovaná jako choroš, patří mezi břichatkovité houby.
• Bedla vysoká – měla v mládí zabalenou plodnici plachetkou, což lze vypozorovat z přítomnosti prstenu na třeni.
• Liška obecná – bazidie jsou umístěny v lupenech
• Hřib smrkový – bazidie jsou umístěny v rourkách
• Muchomůrka červená – zbytek plachetky se nachází jako pochva na bázi třene či jako strupy nebo bradavky na vrcholu klobouku

   

7. Prokaryota (bakterie, Archea, sinice) a houby.

PROKARYOTA

STAVBA BUŇKY BAKTERIE

Prokaryotická buňka není vnitřně členěná (nemá jádro, ani mitochondrie atd.). Existují však výjimky. Mohou mít například  thylakoidy – membránové útvary uvnitř sinic, jsou podobné útvarům uvnitř plastidů (chloroplasty…)

mezozomy – vchlípeniny plazmatické membrány; uvnitř mezozomu je jiné prostředí než okolo něj.

Prokaryotická buňka nemá obvykle transpozomy, aby se mohla co nejrychleji množit. Zbránily tomu tak, že oddělily translaci od transkripce (nevznikají tak nefunkční bílkoviny v důsledku neoddělení transpozomu od genetické informace). Mají je jen bakterie, které mají společné předky s mitochondriemi.

 

BUNĚČNÁ STĚNA

Je tvořena peptidoglykanem. Dává buňce tvar a mechanicky ji chrání.

Skýtá bakterii odolnost chemickou i radiační, chrání ji proti vyschnutí a proti nepříznivým osmotickým podmínkám.

Může být obalena slizový obalem (kapsulou), může obsahovat řasinky (přichycení k povrchu)

Dělení (podle schopnosti udržet Gramovo barvení):

• Gram pozitivní (G+) -> mají tlustší stěnu s velkým obsahem mureinu (dobře drží to barvivo)
• Gram negativní (G-) -> má tenčí vrstvu mureinu a má dvě membrány, které vlastně nepropustí to barvivo

Biofilm = organizovaný mnohobuněčný útvar připomínající mnohobuněčný organismus. Mezibuněčná hmota biofilmu slouží k ochraně bakterií a toku látek a informací mezi nimi (navzájem spolupracují a pomáhají si). Bakterie biofilmu nemusí být sesterské. Vytvoření biofilmu zvyšuje odolnost bakterií.

BIČÍK 

Liší se od eukaryotického bičíku. Skládá se z 20 bílkovin, které tvoří vlákno, háček a bazální část bičíku. Bičík je jedno z mále přírodních kol, pohybuje se jako rotor ve statoru díky H+ gradientu. Nachází se pouze u některých bakterií, přičemž bakterie může mít i více bičíků. U eubakterií přirůstá na konci, u archaea na bázi.

Využití bakterií člověkem

• kvašení – jogurty, ocet, sýry
• čističky odpadní vod
• produkce antibiotik – streptomycin, tetracyklin -> látky tvořené půdními bakteriemi Streptomyces
• genové inženýrství -> tvora proteinů
• transformace plazmidů

Rozmnožování a změny genetické informace

Mutace

Dochází k nim při replikaci, kde se může stát chyba -> posun čtecího rámce. Dále mohou být mutace chromosomové nebo genomové.

Vertikální přenos genetické informace

Dělení

Nejprve se zreplikuje DNA, poté dojde k vytvoření přehrádky a nedojde-li k mutaci, vzniknou dvě shodné bakterie.

Dělení zakončené sporulací (Tvorba spor)

Bakterie se chová stejně, jako by se chtěla dělit, ale dceřiná buňka si před oddělením vytvoří silnou buněčnou stěnu, díky které je schopná přežít nepříznivé podmínky (endospora). Mateřská buňka chcípne, dceřiná buňka se nazývá instantní bakterie nebo spora, a ta dokáže přečkat v nehostinných podmínkách několik let.

Horizontální přenos genetické informace

Nastává, potká-li bakterie zdroj genetické informace a genetická informace jí je předána. Výměna genetické informace mezi bakteriemi se nazývá bakteriální sex.

Transformace

Do buňky, která je v recipientním stavu vnikne volná DNA – například z mrtvé bakterie. Bakterie si ji začlení do své genetické informace.

Transdukce

Je proces, při kterém bakterie přijímá DNA díky lyzogenickému cyklu viru. Většinou přijímá DNA viru, ale občas může přijmout DNA první hostitelské buňky, udělal-li virus chybu a obsahoval ji.

Konjugace

Poté, co se dvě bakterie setkají, dojde k jejich propojení plazmatickým můstkem (sexuální pilus, f-pilus) a jedna druhé předá DNA. DNA je nejprve zreplikována v první buňce a poté předána buňce recipietní ve formě plazmidu nebo celého bakteriálního chromozomu.

Plazmidy obsahují větší množství genů, které mají formu transpozomů, nesou resistenci vůči antibiotikům, neboť kódují proteiny zabraňující vstupu antibiotik do buňky. Bakteriální chromosom může být předán, neboť obsahuje Fi faktor, který pochází původně z plazmidů a umožňuje vyštípení a vchlípení chromosomu.

TVARY BAKTERIÍ

Bakterie mohou mít různý tvar a velikost.

• Kulovité (koky) – koky, diplokoky, streptokoky, stafylokoky
• Tyčinkovité – tyčinky a bacily, uvnitř kterých je zapouzdřená endosporaú.
• Zakřivené – vibria, spirily, spirochety
• Větvící se – aktinomycety, mykobakterie, korynebakterie

.

VÝŽIVA

Dělení:

Podle typu přijímaného uhlíku

• autotrofní – z anorganického C (např. CO2) vytváří pro sebe organický C
• heterotrofní – C musí být před přijetím organický

Podle zdroje energie

• fototrofní – čerpá energii ze slunečního záření
• chemotrofní – získává energii z elektronů obsažených v chemických vazbách

Podle závislosti na kyslíku

• aerobní – využívají pro oxidace kyslík (je finálním akceptorem elektronů)
• anaerobní – obligátně -> pracují vždy bez kyslíku (clostridium botulinum)

                  – fakultativně -> mohou si vybrat, zda s nebo bez kyslíku

Redoxpotenciál

Je míra schopnosti redukovat se a zároveň jinou látku oxidovat. Pro každý pár molekul je redox potenciál jiný.

V metabolismu dochází k řetězení reakcí, tudíž akceptor elektronů může být následně i jejich donorem. Energeticky nejvýhodnější jsou takové řetězce přenosu elektronů, kdy je finálním akceptorem elektronů O2.

Energie vysokoenergetického elektronu z redukčního činidla je využita enzymatickými komplexy na transport H+ proti elektrickým i chemickým gradientům. Vzniklý gradient se využívá pro tvorbu energie – pohání mechanicky FOF1-ATP-syntházu, čímž vyrábí ATP.

VÝZNAM BAKTERIÍ

Bakterie zajišťují průběh cyklů rozličných látek – například koloběh dusíku a síry.

Bakterie fixující dusík vychytávají vzdušný dusík a umí jej zpracovat na NH3 nebo NH4+.

Nitrifikační bakterie umí NH3 (NH4+) oxidací přeměnit na dusičnany a dusitany. Ty se mohou např. v rostlinách přeměnit na NK nebo bílkoviny, které je schopen přijmout člověk.

Mineralizující bakterie dokážou opět složité látky obsahující dusík rozložit na látky jednodušší.

Dokážou to díky denitrifikaci = uvolňování kyslíku).

Archaea

Jsou to pravděpodobně jedny z prvních organismů na Zemi, o kterých se dříve myslelo, že osidlují pouze extrémní podmínky, ale dnes se ví, že se vyskytují běžně ve vodě a v půdě.

Velikost buněk se u různých zástupců značně liší, obvykle se pohybuje od 0,1 do 15 μm.  

Jejich buněčná stěna obsahuje S-vrstvu nebo pseudomurein.

Mají jiné ribozomy než bakterie, ale podobají se eukaryotám.

Replikace DNA je jiná než bakteriální, ale podobá se replikaci u eukaryot.

Rozmnožování: binárním dělením.

Některá Archaea jsou schopna metanogeneze = výroba methanu z CO2. Metanogeni žijí v rýžovištích, mokřadech a trávicích traktech živočichů. U některých druhů prvoků se archea usadila přímo v buňce prvoka a zde v organele zvané hydrogenozom metabolizují vodík na metan. Archaea tráví celulózu v trávicím traktu termitů, ale nachází se i v lidském střevě, kde konzumuje odpadní produkty vzniklé trávením polysacharidů bakteriemi.

Jsou schopny unikátní fotosyntézy díky bakteriorhodopsinu.

• Pyrololus fumari – optimální teplota pro život je 106°C, obývá mořské příkopy a vydrží až několik hodin autoklávování, (účinná desinfekční metoda jako papiňák).
• Methanobacterium palastre – se využívá jako palivo a zdroj energie ve vodních a větrných elektrárnách.

Cyanobacteria (Sinice)

Sinice jsou velmi drobné a velmi jednoduché autotrofní prokaryotické organismy patřící pod Eubacteria. Jsou evolučně nesmírně staré a jsou schopné žít téměř ve všech biotopech na zeměkouli.

Sinice mají několikavrstevnou buněčnou stěnu, plasmatickou membránu s thylakoidy, které obsahují typická fotosyntetická barviva (chlorofyly a a b, karotenoidy).

Na povrchu thylakoidů se nachází fykobilisomy, váčky obsahující fykobiliny, které slouží jako citlivá světlosběrná anténa, proto mohou sinice fotosyntetizovat hluboko pod vodní hladinou, v jeskyních a v půdě.

Žijí v symbióze s lišejníky nebo lenochody.

Sinice mohou žít jako samostatné buňky i v koloniích, což jsou vláknité útvary propojené slizovým obalem.

S řasami tvoří vodní květ (zakalení vody), který vede k odumírání rostlin pod vodou v důsledku nedostatku slunečního záření.

Aerotopy jsou válcovité struktury obsahující plyny. Jejich stěna je tvořena glykoproteiny a je prostupná pro všechny plyny rozpuštěné ve vodě. Směs plynů slouží k nadlehčování sinic a regulaci polohy ve vzdušném sloupci. Sinice obývají extrémní stanoviště, skály i vodní a půdní prostředí.

Heterocyty – jsou tlustostěnné buňky, které vznikají z vegetativních buněk. Za účasti nitrogenázy se v nich fixuje vzdušný dusík, vzniká amoniak, ten je vázaný jako glutamin a v této formě je transportován do sousedních buněk.

Akinety (spory) – vznikají z jedné nebo více vegetativních buněk a bývají ještě větší než heterocyty. Slouží k přežití nepříznivých podmínek.  

Hormogonie – jsou pohyblivá vlákna buněk spojených slizem, která vytváří některé sinice z čeledi Nostoceae. Hormogonie vznikají, když jsou sinice vystaveny stresu nebo umístěny do nového prostředí. Pohybují se klouzavým pohybem, k čemuž potřebují vlhký nebo viskózní substrát, jako je agar.

• Nostoc – je velice široký rod o mnoha zástupcích. Vyznačuje se zejména tvorbou makroskopických kolonií se slizovým obalem („bonbonek bonpari“). Větší část zástupců rodu žije mimo vodní prostředí: nejčastější zástupce, N. commune, tvoří několika centimetrové, tmavě zelené kolonie na suché písčité půdě – na okrajích cest, ve stepích a na polopouštích. Velké množství druhů r. Nostoc vstupuje do symbiotických vztahů (např. N. symbioticus v Geosiphon pyriforme, v lišejníku Colema je snad N. commune, několik druhů v cykasech atd. Dosud nejsou vyjasněny taxonomické vztahy mezi volně žijícími druhy a symbionty, v rámci tohoto rodu probíhá velmi intenzivní výzkum). N. flagelliforme se v čínské kuchyni používá jako surovina pro přípravu některých polévek.
• Synechococcus – endosymbióza s kořenonožcem Paulinellou. Tvoří organely/endosymbionty cyanelly, které se liší od plastidů nejen přítomností peptidoglykanové buněčné stěny, ale i tím, že mají stále spoustu svých genů. Pro paulinellu tvoří cukr a kyslík. Předpokládá se, že tato endosymbióza započala před 60 mil. lety.

Bakterie

Mycoplasma – jsou nejmenší bakterie, dosahují velikosti 0,3 μm. Jsou to půdní, vodní i parazitické bakterie (Mycoplasma pneumoniae – pneumonie), které nemají buněčnou stěnu.

Thiomargarita namibiensis – byla nalezena 1999, tvoří kolonie, vyskytuje se v místech bohatých na síru, kterou váže do váčků, díky kterým pak světélkuje. Její velikost se pohybuje mezi 0,5 – 1 mm, je tedy asi 3·106 větší než ostatní bakterie.

Agrobacterium tumefaciens – způsobuje nádory lilkovitých, neboť její Ti plasmid pronikne do hostitelské buňky, kde se zabuduje do DNA a způsobí nádor. Ale Ti plasmidy lze využít i pro umělé vnášení genů do organismů, což se využívá pro vznik geneticky modifikovaných organismů. Pro vnešení se využívá buď metoda inokolulace, kdy se rostlinné pletivo namočí do roztoku obsahujícího agrobacterii, nebo gene-gun – pistolka se zlatými broky, které jsou potaženy bakterií.

Symbiotické bakterie

Hlízkové bakterie – se objeví v blízkosti rostliny, kde začnou vylučovat chemické látky, stejně jako bobovitá rostlina, když začne klíčit. Bakterie se pohybuje chemotaxí k rostlině, která roste chemotropicky k ní. Jakmile se dostanou do dostatečné blízkosti, změní se prostupnost plasmatické membrány kořenových vlásků pro bakterii. Kořenové vlásky se mění i anatomicky, neboť se kroutí a bobtnají – vznikají hlízky. Hlízky praskají poté, co v nich dojde k velkému namnožení bakterií.

Escherichia coli – nachází se v lidském střevě, kde se živí zbytky sacharidů. Při přemnožení způsobuje cestovatelské průjmy.

Lactobacilus acidophilus – zajišťuje kyselé prostředí v pochvě a také se průmyslově využívá pro výrobu acidofilního mléka.

Patogenní bakterie

Napadají jak rostliny, tak živočichy. Škodí tím, že se namnoží ve tkáni, kde využívají tkáňového moku, tvoří toxiny a dochází ke vzniku zánětu. Mohou pronikat i do buněk a parazitovat uvnitř nich – mor v makrofágu.

Záškrt = Diptheria

Jeho původcem je bakterie Corynebacterie diptheriae, jejichž populace jsou celkem běžné, ale  případě, že jsou napadeny bakteriofágem K-78 a dojde k výměně genetického kódu, stává se Corynebacterie nebezpečnou. Spouští se produkcediptherického toxinu, jehož jedna molekula zničí celou buňku, neboť blokuje proteosyntézu, čímž blokuje i produkci enzymů, což vede ke smrti buňky. Plošná nekróza tkání vede k rozsáhlým zánětům, během nichž umírají neutrofily a granulocyty. Dochází k rozsáhlému otoku dýchací soustavy, což vede k vylití histaminu proti bakterii a zároveň ke stažení dýchací soustavy. Dochází ke smrti udušením.

Pro člověka je smrtelná dávka 0,01 mg. Záškrt byl dříve velký problém, ale ve světě se vyskytuje stále v centrální Africe a Asii, přestože vakcinace je účinná.

Díky nedostatečnému okysličení tkání dochází k primární cyanóze, což vede ke zmodrání a dušení.

Malomocenství = Lepra

Jejím původcem je Mycobacterium leprae, vyskytuje se ve dvou formách – formře tuberkuloidní a leprtomatózní.

Tuberkuloidní forma

Podobá se tuberkulóze přítomností tuberkuloidních uzíků. Bakterie se množí v CNS, žije v periferních nervech, jak vegetativních, tak motorických, což vede až jejich destrukci. Díky odumření nervů přestanou fungovat svaly a dochází k jejich atrofaci.

Vznikají depigmentované skvrny.

Lepromatózní forma

Manifestuje se na povrchových periferních tkáních. Bakterie sama je neškodná, slouží pouze jako superantigen – neadekvátní imunitní odpověď vůči leproninu, imunitní systém využívá veškerých prostředků k jejímu zničení bez jakékoliv zpětné regulace. Dochází k odpadávání kusů tkáně, a postižený jedinec umírá většinou na jiné onemocnění. Bakterie jsou málo invazivní, přenáší se pouze prasklou tkání malomocného člověka do otevřené tkáně zdravého. Příznaky jsou léčeny imunosupresivy.

Skvrnitý tyfus

Jeho původcem je Richetsia prowazekii, je šířena výkaly vši šatní, které se při škrábání zanesou do rány.  Napadá povrchové kapiláry (jsou snadno prostupné), ze kterých vytéká krev, po celém těle se objevují drobné modřiny. Snižuje se množství krve a zvyšuje se její vazkost, neboť odchází plazma. Onemocnění se může komplikovat krvácením do mozku a zánětem myokardu. Epidemie jsou spojeny se špatnými hygienickými podmínkami, 50% případů končí smrtí.

Meningitida

Původcem je Haemophylus influenza nebo meningokok (který je méně agresivní). Způsobuje primární meningitidu, místem rozvoje je právě mozek. Postihuje hlavně malé děti, neboť dětský imunitní systém je nezkušený. K primární nákaze dochází vdechnutím dýchacími cestami, poté se bakterie schová v těle. Přes krev se dostane do mozkomíšního moku, kde se agresivní pomnoží. Způsobí rozsáhlý zánět na plenách.  Při neléčení je úmrtnost 90%, po použití antibiotik se snižuje na 1%. Po uzdravení se u 30-40% nemocných objevují mozkové obtíže (demence, debilita), snížení sociální inteligence a morálních projevů vede k sociální smrti.

Ochranou před meningitidou je očkování, ale v příliš raném věku může způsobit spíše obtíže, neboť naivní imunitní systém reaguje agresivně i proti mrtvým bakteriím.

Mor

Jeho původcem je Yersinia pestis, která ovšem není tak virulentní, jak je známo z historie. Člověk nedostane mor vždy, když se s ní setká. Mor je přenášen hlodavci, respektive jejich blechami, které přeskočí na člověka.  Přenáší se kontaktem s postiženou tkání, rozmnožuje se v lymfatických uzlinách.  Šíří se prostřednictvím makrofágů, které ji fagocytují, ale nezpracují, Yersinia se v nich nechá odvézt na jiné místo v těle. Rozmnožuje se v lymfatických uzlinách.

Bubonická forma = dýmějový mor

Šíří se pouze díky blechám. V hlodavci žije yersinia jako symbiont, a blecha, která žije na hlodavci, není protí yersini rezistentní, yersinia jí ucpává dýchací cesty. Blecha se snaží zprostupnit cévy, proto více kouše. Po kousnutí infikovanou blechou dochází ke zhnědnutí kousance. Následuje zánět lymfatické soustavy. Po těle se objevují masy vazivové nefunkční tkáně, ve kterých jsou uzavřeny populace bakterií. Vznikají tak tvrdé útvary plné hnisu. Hnisající ložiska pronikají skrz kůži, rány se neuzavírají, naopak přetrvávají jako vředy. Dochází k ohrožení kardiovaskulárního systému, hrozí intoxikace organismu. Antibiotika zabírají v celku dobře.

Plicní forma – černá smrt

Přenos choroby je kapénkově. Produkcí velmi brutálních toxinů dochází k rozežírání plicních sklípků až k zápalu plic. Dochází k vykašlávání krve, která obsahuje bakterie z plicní tkáně. K plnému rozvoji nemoci stačí 14 dní, při neléčení je úmrtnost 100%, při léčení se pohybuje 20-30%.

Anthrax = sněť slezinová

Jeho původcem je Bacillus anthracis, člověk se nakazí vdechnutím spory, která se uhnízdí v plicním sklípku.

Kožní forma

Je nejméně nebezpečná, způsobuje povrchové nekrózy. Dokáže proniknout přes epidermis i nepoškozený epitel, rozmnoží se a vznikají velké nebolestivé nekrotické vředy. Na tuto formu umírá max. 5%.

Plicní forma

Vypadá jako těžká bronchopneumonie. Bakterie proniká přes epitely do krve a jako septická forma osidluje veškeré orgány. Odolává fagocytóze, neboť tvoří pouzdro, díky kteérmu se i imunologicky zneviditelňuje. Je špatně léčitelný, na sepsi nezabírají ani antibiotika, umírá při léčení 40% nemocných.

Střevní forma

Přechází do těžké gastrointeritidy, střevo praská na mnoha místech, dochází k vylití agresivních šťáv a potravy.Projevuje se krví ve stolici nebo zvratcích.

Cholera

Jejím původcem je Vibrio cholerae produkující choleragen, který ničí tkáně střeva, neboť aktivuje adenilátcyklázu, která se stará o proudění Cl– skrz stěnu střeva do střeva, spolu s Cl– jde do střeva i voda, nemocný produkuje velké množství stolice, až 40l/den. Trvalé průjmy způsobují dehydrataci, nakažený musí hodně pít, jenže pije vodu kontaminovanou výkaly, čímž stále dochází k reinfekci. V prostředí bez medicínské péče je letální, jinak je mortalita 60%.

Cestovatelský průjem

Vzniká díky náhlé změně potravy, escherichia se „naštve“ a změní se v patogen, dochází k němu hlavně při návštěvě Asie.

Botulismus

Je způsoben Clostridium botulinum, anaerobní bakterií, která žije v GIT zvířat, ale i v půdě bez hostitele, odkud je méně pravděpodobná nákaza. K nákaze dochází přes trávicí soustavu, když člověk pozře špatně zakonzervovanou potravinu, bakterie vylučuje mnoho toxinů. Nakazit se lze i z medu, hlavně u malých dětí, které mají v žaludku téměř neutrální prostředí (mají chymosin), které špatně inaktivuje bakterie.

Botulotoxin (klobásový jed) je nejjedovatější látka na zemi, 1g by zabil všechny lidi na planetě. První příznak otravy je dvojité vidění. Je to neurotoxin, blokuje presynaptickou membránu ireversibilním se navázáním na receptory a dojde ke smrti udušením kvůli relaxaci svalů.

Botox se využívá v plastické chirurgii. Sval se po injekčním vpichu dostane do splazmatu (je povolen) a je nepoužitelný, což omezuje mimiku. Botox je vyráběn synteticky.

Tetanus

Jeho původcem je Clostridium tetani, anaerobní bakterie, která produkuje O-toxin a tetanosplaznin. K infekci dochází porušenou sliznicí (stačí malá rána), infekce v oblasti hlavy a krku je vždy smrtelná, při infekci v oblasti končetin dochází ke křečím svalů a následné smrti udušením. Při křečích mimických svalů se mimické svaly odtrhávají od podkoží. Při infekci matky děti umírají na infekci pupečníkové krve. Lze se nakazit i od zvířat, například při domácí zabijačce při stahování srsti. Prevencí je očkování, ale lze ho léčit i antibiotiky.

Salmonelóza

Jejím původcem jsou bakterie druhu salmonella, které jsou i součástí naší střevní mikroflory a nejsou vždy patogenní, neboť jejich rozmnožování je hlídáno ostatními střevními bakteriemi.  Ubudou-li, například pokud se po léčbě antibiotiky sní zkažená potravina, nejčastěji mléčný výrobek, dojde k rozmnožení se salmonely.  Salmonelóza se projevuje vysokými horečkami a průjmem, po několika dnech mizí, ale je potřeba změnit jídelníček a doplňovat hodně tekutin.

Tuberkulóza

Jejím původcem je Mycobacterium tuberculosis, která v 19. Století zabila přes miliardu lidí. Díky antibiotikům došlo k rapidnímu poklesu úmrtnosti, přesto existují i formy resistentní vůči antibiotikům. Rozsáhlá očkování v sensitivním období jsou zátěží pro tělo (častější bronchitidy) a nejsou stoprocentní. Tuberkulóza se vyskytuje především u lidí s nízkými hygienickými návyky.

Tuberkulóza plic

Využíví k uhnízdění surfaktatu, kde se ukryje v nepolárním prostředí, kam na ni nemohou leukocyty. Navíc je odolná vůči fagocytóze. Vypouští exotoxiny, které zabíjí na dálku bílé krvinky. Toxiny také rozežírají struktury sklípků, tkáň tak děraví a dochází ke krvácení do sklípků. Nemocný vykašlává krev včetně mycobakterie – sputum. Tělo reaguje na rozežírání sklípků tvorbou nekrotizujících granulomů – zpevnění tkáně vazivem (sýrovitá nekróza tkáně) a inkrustací anorganickými látkami. Snižuje se funkčnost plic, což vede k sekundární pneumonii – leukocyty nejsou schopny intoxikovat organismus, dochází k smrti organismu na systémové selhání.

Tuberkulóza ledvin

Vzniká sekundárním atakem bakterie. Tkáň je nahrazena granulomem, což vede k selhání ledvin a následné smrti.

Tuberkulóza jater

Objevuje se ohraničený granulom.

Kožní forma

Jejími symptomy jsou (chronická) únava, krvavý kašel, chronický ruměnec ve tváři.

Břišní tyfus

Jeho původcem je Salmonella typhi, je nejvirulentnější a může způsobit zánět a následnou perforaci střeva – dochází k vnitřnímu krvácení a brnění v břišní dutině. Břišní tyfus se nejvíce vyskytuje v Indii, centrální Africe a Indonésii v potravinách a ve vodě. Symptomy jsou vysoké horečky, bolest hlavy, urputné bolesti břicha, silné průjmy a zvracení.

Akné

Jeho původci jsou jak Propionibacterium acnes, tak i stafylokokoky. Bakterie žijí na pokožce, kde je hodně tuku a kyseliny, v období puberty se díky změně hormonální hladiny zvyšuje produkce masu a bakterie má tendence pomnožit se v ucpané mazové žláze, čímž se vytváří vřídky. Při těžkém akné vznikají jizvičky – zanícené okolí zdravé tkáně. Po vymáčknutí hrozí nebezpečí jiných infekcí. Rozsáhlé akné se léčí antibiotiky – tetracyklin.

Syfilis

Jeho původcem je Treponema palidum. Syfilis je přenášena pohlavní cestou i zdravým epitelem sliznice, pravděpodobost stoupá s dobou, během které je sperma v pochvě.

1. fáze: V místě kontaktu s výtokem se objeví vřed, který po 14 dnech vymizí bez jizvy. Lze léčit bez vážnějších následků.

2. fáze (sekundární syfilis): Bakterie se v organismu mohutně pomnožily, objevují se vyrážky a svědění pokožky, dochází ke ztrátám vlasů. Symptomy po čase mizí.

3. fáze: Bakterie se nemanifestují až několik let. Během 3. fáze může dojít k úplnému vyléčení, neboť bakterie vymizí, nebo se syfilida rozvine do finální podoby.

4. fáze: Objevují se extrémně rozsáhlé vředy, gumata – gumovité výrůstky na veškerých tkáních, projevuje se i v oblasti CNS jako meningitida nebo sekundární encefalitida. Dochází k atrofování mozkové kůry. Dochází ke ztrátám motoriky i osobnosti.

Kapavka

Jejím původcem je Neisseria gonorhoea. Kapavka se přenáší pouze pohlavní cestou a nejvíce se vyskytuje u jedinců ve věku 15-25 let. Projevuje se jako permanentní hustý výtok z genitálu, který může vést až k hnisání vnitřní sliznice. Poškozená sliznice se projevuje jako pálení při močení. Kapavka občas způsobuje sterilitu.

Léčba bakteriálních onemocnění

Imunitní systém se brání Th1 + Tc lymfocyty proti intracelulárním bakteriím a B lymfocyty (které potřebují pro svou aktivaci Th2 lymfocyty) proti extracelulárním bakteriím. Člověk používá pro boj s bakteriemi i chemoterapeutika, která jsou vyrobena chemickými syntézami, a antibiotika, která jsou vyrobena bakteriemi. Chemoterapeutika i antibiotika mohou fungovat buď jako bakteriostatika a blokovat metabolismus bakterie, nebo jako bakteriocidy, které bakterii rovnou bakterii zabijí. Bakteriostatika působí na rozdílné struktury mezi bakteriální a hostitelskou buňkou, mohou tedy porušit buněčnou stěnu (peptidoglykan) nebo zabránit její tvorbě.

Bakterie se brání přestavbou buněčné stěny – odbourává receptory, nebo využívá speciálních pump, kterými odčerpává antibiotika, nebo využívá alternativního enzymu.