Prokaryot opbygning (cellevæg, plasmid, ribosomer)

Bioteknologi A · STX · A-niveau · Mikrobiologi

🧫 Prokaryot opbygning (cellevæg, plasmid, ribosomer)

Prokaryoter er encellede organismer uden cellekerne og uden membranbundne organeller. De omfatter de to domæner bakterier og archaea. Selvom de er små (1-10 µm), er prokaryoter den mest udbredte og succesfulde livsform på Jorden.

Generelle karakteristika

| Aspekt | Prokaryoter | Eukaryoter (til sammenligning) |

|---|---|---|

| Cellestørrelse | 1-10 µm | 10-100 µm |

| Kerne | Ingen (nukleoid) | Ja, med membran |

| Organeller | Ingen membran-bundne | Mange (mitokondrier, ER, Golgi...) |

| Ribosomer | 70S (50S+30S) | 80S (60S+40S) |

| DNA | Cirkulært, ikke histon-pakket | Lineært, histon-pakket |

| Reproduktion | Binær fission (aseksuel) | Mitose/meiose |

Cellevæggen — gram-tests fortæller alt

Cellevæggen består primært af peptidoglykan (også kaldet murein) — en gitterstruktur af sukker og aminosyrer.

Gram-positive bakterier:

• Tyk peptidoglykan-lag (90% af væggen)
• Holder den lilla farve ved Gram-farvning
• Eksempler: Staphylococcus, Streptococcus, Bacillus

Gram-negative bakterier:

• Tynd peptidoglykan-lag
• Ydre membran med lipopolysakkarider (LPS) — kan udløse stærk immunreaktion (endotoksin!)
• Tabes lilla, farves røde ved Gram-farvning
• Eksempler: E. coli, Salmonella, Neisseria

Gram-farvning (Hans Christian Gram, 1884) er stadig den vigtigste bakteriologiske diagnostiske test efter 140 år!

Plasmamembranen

Prokaryoter har ingen mitokondrier — så respirationsenzymerne sidder i plasmamembranen selv. Det er en imponerende effektivitet på lille plads.

Cytoplasma og ribosomer

Cytoplasmaet indeholder:

• 70S-ribosomer (50S + 30S subunit)
• Enzymer
• Granulater (oplagsstoffer som glycogen, polyfosfat)
• DNA (nukleoid)

70S-ribosomer er målpunkt for antibiotika! Dette er grunden til, at antibiotika som streptomycin, tetracyklin, erythromycin virker selektivt mod bakterier uden at skade vores 80S-ribosomer.

Nukleoid og DNA

• Cirkulært kromosom (typisk 1-10 Mbp)
• Ikke pakket i histoner (i modsætning til eukaryot DNA)
• Ligger som nukleoid — en mørk plet i cytoplasmaet
• E. coli: ét kromosom på 4,6 Mbp med ~4400 gener

Plasmider — det "ekstra" DNA

Plasmider er små cirkulære DNA-molekyler (1-300 kb) som bærer:

• Antibiotika-resistens-gener (afgørende klinisk problem!)
• Virulens-gener
• Konjugations-systemer (kan overføre plasmidet til andre bakterier)

De replikerer uafhængigt af det kromosomale DNA. Plasmider er fundamentet for moderne molekylærbiologi — de bruges som vektorer til at indføre fremmedt DNA.

Andre overfladestrukturer

| Struktur | Funktion | Eksempel |

|---|---|---|

| Flagel | Bevægelse (svømmer) | E. coli (~6 flageller) |

| Pili | Kontakt + DNA-overførsel | Konjugationspili |

| Kapsel | Slim, anti-fagocytose | Streptococcus pneumoniae |

| Endosporer | Overlevelse, ekstrem modstandsdygtighed | Bacillus, Clostridium |

Endosporer er biologiens hårdeste struktur — de kan overleve i millioner af år, kogning og stråling!

Reproduktion — binær fission

Prokaryoter formerer sig aseksuelt ved binær fission:

1. DNA replikeres

2. Cellen vokser

3. Cellen deler sig i to identiske datterceller

Generationstid:

• E. coli: 20 min (under ideelle forhold)
• Mycobacterium tuberculosis: 24 timer
• Mycobacterium leprae: 14 dage

En enkelt E. coli kan på 8 timer producere 16 millioner afkom!

Diversitet — bakterier er overalt

Prokaryoter findes i ALLE habitater:

• Termofiler: ved 80-120°C (varme kilder, dybhav)
• Psykrofiler: ved -20 til 10°C (Arktis, Antarktis)
• Acidofiler: pH 1-3 (svovlsyre-kilder)
• Halofiler: høj saltkoncentration (Dødehavet)
• Radiotolerante: tåler stråling (Deinococcus radiodurans)

Vidste du at...

🦠 Du har flere bakterieceller i din krop end menneskeceller (~10:1 forhold). Dine 38 trillioner bakterier udgør dit mikrobiom.

🌍 Den totale biomasse af bakterier på Jorden overstiger biomassen af alle dyr og planter tilsammen.

⏳ Den ældste levende bakterie der er fundet, er ~250 millioner år — i saltkrystaller fra Permian-perioden!

Læringsmål

• Forklare prokaryot opbygning og gram-positive vs. gram-negative bakterier
• Anvende vækstkurve (lag-, log-, stationær- og dødsfase)
• Beregne generationstid
• Skelne lytisk og lysogen viruscyklus
• Forklare antibiotika-virkningsmekanismer og resistensudvikling

Sådan kan du arbejde med emnet

• Beskriv opbygningen af en typisk prokaryot celle og navngiv de centrale dele
• Forklar, hvilken rolle cellevæggen spiller for bakteriens form og overlevelse
• Diskutér, hvad plasmider kan tilføre en bakterie, som det kromosomale DNA ikke gør

Eksperiment-forslag

• Lav en sammenligningstegning af en prokaryot celle med cellevæg, plasmamembran, plasmid, ribosomer og nukleoid — marker hvilke strukturer mangler hos eukaryoter.
• Diskutér hvorfor 70S-ribosomer er et godt mål for antibiotika, mens vores 80S-ribosomer ikke rammes.
• Beregn, hvor mange afkom én E. coli-celle kan producere på 8 timer ved en generationstid på 20 minutter.

Brobygning

En af de vigtigste forskelle mellem bakterier ses ved en simpel farvningstest — næste emne er 'Gram-positive vs. gram-negative bakterier'.