مواضيع المحاضرة: Structure and function
background image

1

 

 

Course:  Microbial physiology  

Lecturer: Dr. Weam Saad 

Lecture: Microbial Structure and functions 

 

  Intracellular Components 

1.  Plasma (Cytoplasmic) Membranes 
Bacterial  plasma  membranes  are  composed  of  proteins  and  lipids 

(phospholipids).  Protein-to-lipid  ratios  of  bacterial  plasma  membranes  are 
approximately  3:  1,  close  to  mitochondrial  membranes,  but  membranes  from 
Gram-positive  bacteria  have  lipoteichoic  acid  which  not  present  in  the  Gram-
negative membranes.  

Plasma  membranes  are  the  site  of  active  transport,  respiratory  chain 

components,  energy-transducing  systems,  the  ATPase  of  the  proton  pump,  and 
membrane stages in the biosynthesis of phospholipids, peptidoglycan, LPS, and 
capsular polysaccharides. Bacterial DNA is also attached to cell membrane. The 
bacterial  cytoplasmic  membrane  is  a  multifunction  structure  and  similar  to 
mitochondrial transport and biosynthetic functions of eukaryotic cells.  

 

 

 


background image

2

 

 

2.  Mesosomes 
Found mostly in Gram-positive bacteria and formed by an invagination folded 

of the plasma membrane. These structures equivalent to bacterial mitochondria; 
they produce, have role in DNA replication and cell division cycle. 

 

3.  Other Intracellular Components 

Ribosomes  of  the  70S  type;  ribonucleoprotein  particles  are  not  arranged  on  a 
membranous rough endoplasmic reticulum as they are in eukaryotic cells, they are 
found in the cytoplasm.  

Endospores  are  highly  heat-resistant,  dehydrated  cells  formed 

intracellularly  in  members  of  some  bacteria  like  Bacillus  and  Clostridium. 
Sporulation, the process of forming endospores because of many biochemical and 
morphologic changes begins in the stationary phase of the vegetative cell  cycle 
due to decrease  nutrients (sources of carbon and nitrogen).  

The spore protoplast, or core, contains a complete nucleus, ribosomes, and 

energy generating components. During germination, the spore wall becomes the 
vegetative cell walland cortex will be released.  

  


background image

3

 

 

  

  

 

 

 

Sporulation Stages: 

1.  Stage 0, vegetative cells with two chromosomes at the end of exponential 

growth. 

2.   Stage  I,  formation  of  axial  chromatin  filament  and  excretion  of  exo-

enzymes, including proteases. 

3.   Stage II, formation of spore septum and separation of nuclear material into 

two parts. 

4.   Stage III, spore protoplast formation and increase of enzymes. 
5.  Stage IV, cortex formation of spore. 
6.  Stage V, spore coat protein formation. 


background image

4

 

 

7.   Stage  VI,  spore  maturation,  formation  of  unusual  peptidoglycan  which 

contains calcium dipicolinate, help in resistance to heat, radiation, pressure, 
and organic solvents. 

8.   Stage VII, final maturation and liberation of endospores from mother cells 

(in some bacterial species endospore stay inside the mother cell). 

 

 

 
 
 

  Genetic Information In Bacteria 

Bacteria have two genetic materials: bacterial chromosome and plasmids. Both 
are DNA and called genotype, the role of them is replication and expression to 
produce the phenotype or bacteria characteristics. Most bacteria have a haploid 
genome, a single chromosome consisting of a circular, double stranded DNA 
molecule. 

 

The DNA is supercoiled and tightly packaged in the bacterial nucleoid. The 

time required for replication of the entire chromosome is about 40 minutes, which 
is  approximately  twice  the  shortest  division  time  for  this  bacterium.  DNA 
replication must be initiated as cells divide, so in rapidly growing bacteria a new 


background image

5

 

 

round  of  chromosomal  replication  begins  before  an  earlier  round  is  completed. 
Thus, the chromosome in rapidly growing bacteria is replicating at more than one 
point. The replication of chromosomal DNA in bacteria is complex and involves 
many different proteins. 

 

 

Plasmids 

Plasmids  are  replicons,  extrachromosomal  genetic  elements  in  bacteria. 

They are usually much smaller than the bacterial chromosome. Plasmids usually 
encode  properties  that  are  not  essential  for  bacterial  viability,  and  replicate 
independently of the chromosome.  

Most plasmids are supercoiled, circular, double-stranded DNA molecules, 

but  linear  plasmids  have  also  been  demonstrated  in  Borrelia  and  Streptomyces
Conjugative plasmids, large plasmids, that also promote transfer of the bacterial 
chromosome  from  the  donor  bacterium  to  other  recipient  bacteria  are  called 
fertility plasmids, and are discussed below.  While small plasmids are usually non-
conjugative. 

Many  plasmids  control  medically  important  properties  of  pathogenic 

bacteria, including resistance to one or several antibiotics, production of toxins, 
and  synthesis  of  cell  surface  structures  required  for  adherence  or  colonization. 
Plasmids that determine resistance to antibiotics are often called R plasmids (or R 
factors). Representative toxins encoded by plasmids include heat-labile and heat-
stable  enterotoxins  of  E  coli,  exfoliative  toxin  of  Staphylococcus  aureus,  and 
tetanus  toxin  of  Clostridium  tetani.  Some  plasmids  are  cryptic  and  have  no 
recognizable effects on the bacterial cells that harbor them.  

Phage  typing  is  the  testing  of  strains  of  a  particular  bacterial  species  for 

susceptibility to specific bacteriophages. The patterns of susceptibility to the set 
of typing phages provide information about the possible relatedness of individual 
clinical  isolates.  Such  information  is  particularly  useful  for  epidemiological 
investigations. Example of phage typing is Corynebacterium diphtheria is normal 
flora but when this bacteria get infected with toxin phage that contain genes encode 
for toxin this bacteria will be toxogenic virulent and cause diphtheria disease. 


background image

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Dr Weam Al-Hmadany
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 161 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل