مواضيع المحاضرة: Differences between Archaebacteria and Bacteria in physiology
background image

1

 

 

Course:  Microbial Physiology  

Lecturer: Dr. Weam Saad 

Lecture: Microbial Structure and functions 

 

Archaebacteria: 

In the past, archaea were classified as bacteria and called archaebacteria. But 
it  was  discovered  that  archaea  have  an  evolutionary  history  and  special 
biochemistry than bacteria

 

 

 
Examples for Archaebacteria:  

Examples  of  archaebacteria  include  the  halophiles,  the  methanogens  and  the 
thermophiles. The halophiles are found in high salt conditions. This includes lakes 
and seawater. The methanogens produce methane and are found in the intestines 
of ruminants and in sewage treatment. Thermophiles are found in environments 
with high heat, such as in springs. E.g. Methanibrevibacter smithii found in human 
gut and functions without oxygen. It converts CO2 to methane and is important in 
the  breakdown  of  nutrients.

 

Thermococcus  litoralis    live  in  deep-sea  and  high 

temperatures. 
 
 


background image

2

 

 

 
 

 

Archaea 

Bacteria 

Introduction 

The Archaea represent a 
kingdom of single-celled 
microorganisms. These 
microbes are prokaryotes, 
they have no cell nucleus 
or any other membrane-
bound organelles. 

Bacteria constitute a large kingdom 
of prokaryotic microorganisms, a 
few micrometres in length, bacteria 
have many of shapes, cocci to rods 
and spirals. 

Cell Wall 

Pseudo-peptidoglycan 

Peptidoglycan / 
Lipopolysaccharide(LPS) 

Habitat 

Extreme and harsh 
environments like hot 
springs, salt lakes, 
marshlands, oceans, gut 
of ruminants and 
humans. 

Everywhere, they are found in soil, 
hot springs, radioactive waste water, 
Earth's crust, organic matter, bodies 
of plants and animals etc. 
 

Growth and 
Reproduction 

Archae reproduce 
asexually by the process 
of binary fission, budding 
and fragmentation. 

Bacteria reproduce asexually 
through binary fission, budding, 
fragmentation. 

Ribosomes 

Present 

Present 

Plasmid  

Present 

Present 

Endospores 

Absent  

Present 

Appendages  

Pili and different flagella 
in chemical composition  

Flagella and pili 

 

 
Nutrients, Metabolism, Growth, Survival, and Death of Bacteria: 

1.  Nutrients: 

Plasma membrane plays a majore role in nutrients supply to bacteria, 

The major 

functions  of  the  cytoplasmic  membrane  are  (1)  selective  permeability  and 
transport  of  solutes;  (2)  electron  transport  and  oxidative  phosphorylation  in 
aerobic  species;  (3)  excretion  of  hydrolytic  exoenzymes;  (4)  carrying  the 
enzymes and carrier molecules that function in the biosynthesis of DNA, cell 


background image

3

 

 

wall polymers, and membrane lipids; and (5) carrying the receptors and other 
proteins of the chemotactic and other sensory transduction systems.  

1.  Permeability and transport:  

The  cytoplasmic  membrane  forms  a  hydrophobic  barrier  impermeable  to  most 
hydrophilic molecules, several mechanisms (transport systems) that enable the 
cell to transport nutrients into inside and waste products outside of the cell. These 
transport  systems  work  against  a  concentration  gradient  to  increase  the 
concentration

 

of nutrients inside the cell, this function that requires energy. 

There  are  three  general  transport  mechanisms  involved  in  membrane  transport: 
passive transportactive transport, and group translocation

 

a. Passive transport: This mechanism depends on di

ffusion, no need for energy, 

and happen only when the solute is at higher concentration outside bacterial cell 
than  inside  the  cell.  Simple  diffusion  transports  nutrients,  including  dissolved 
oxygen, carbon dioxide, and water. Facilitated diffusion also no need for energy, 

facilitated  di

ffusion is selective. Channel proteins form selective channels that 

facilitate  the  passage  of  specific  molecules.  Facilitated  di

ffusion  is  common  in 

eukaryotic microorganisms (eg, yeast) but is rare in prokaryotes. Glycerol is one 

of the compounds that enters prokaryotic cells by facilitated di

ffusion. 

b. Active transport: Many nutrients are concentrated more than a thousand fold as 
a result of active transport. There are two types of active transport  mechanisms 
depending on the source of energy used: 
 

1)  Ion-coupled transport. Move a molecule across the cell membrane at the 

expense of a previously established ion gradient such as protonmotive or 
sodiummotive  force.  It  is  common  in  aerobic  organisms

approximately 

40%  of  the  substrates  transported  by  E.  coli  use  this  mechanism. 

 


background image

4

 

 

 

 

2)  ATP  binding  cassette  (ABC)  transport.  This  mechanism  uses  ATP 

directly  to  transport  solutes  into  the  cell.  In  gram-negative  bacteria,  the 
transport  of  many  nutrients  is  facilitated  by  specific  binding 
proteins 

located 

in 

the 

periplasmic 

space; 

in 

gram-positive 

cells,  the  binding  proteins  are  attached  to  the  outer  surface  of 
the 

cell 

membrane. 

These 

proteins 

function 

by 

transferring 

the 

bound 

substrate 

to 

membrane-bound 

protein 

complex. 

Hydrolysis  of  ATP  release  energy  used  to  open  the  membrane  pores  and 
allow the movement of the substrate into the cell. Approximately 40% of the 
substrates transported by E coli use this mechanism. 

 

 

c. Group translocation: 

also called (vectorial metabolism), change occur in the 

substrate  during  movement,  substrate  is  phosphorylated  during  the  transport 
process, coupling transport with metabolism. (e.g, glucose and mannose sugar 
transport systems). They are called phosphotransferase systems and involved 
in  movement  toward  sugars  as  carbon  sources  (chemotaxis)  and  in  the 
regulation of several other metabolic pathways. 

 

 

 


background image

5

 

 

 

 

d. Special transport processes: Iron (Fe) is an essential nutrient for the growth 
of  almost  all  bacteria.  Under  anaerobic  conditions,  Fe  is  generally  in  the  +2 
oxidation state and soluble, under aerobic conditions, Fe is generally in the +3 
oxidation  state  and  insoluble.  The  animals  contain  use  transferrin  and 
lactoferrin to transport Fe. Some bacteria have siderophores (compounds that 
transport Fe as a soluble complex to inside bacterial cell, eg. (–CONH2OH).  

 


background image

6

 

 

2. Electron transport and oxidative phosphorylation: The cytochromes and 
other  enzymes  and  components  of  the  respiratory  chain,  including 
dehydrogenases, are located in the cell membrane. The bacterial cell membrane 
is similar to mitochondrial membrane.  

3.  Excretion  of  hydrolytic  exoenzymes  and  pathogenicity  proteins:  All 
organisms depend on macromolecular organic polymers as a source of nutrients 
(eg,  proteins,  polysaccharides,  lipids)  excrete  hydrolytic  enzymes  that 
degrade these polymers to small subunits small to penetrate the cell membrane. 
Bacteria (both gram positive and gram negative) secrete them directly into the 
external medium or into the periplasmic space between the peptidoglycan layer 
and the outer membrane of the cell wall in the case of gram-negative bacteria. 

4. Chemotactic systems: Attractants bind to specific receptors in the bacterial 

membrane. There are at least 20 di

fferent chemoreceptors in the membrane of 

E coli, some of them also function as a first step in the transport process.

 

 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Dr Weam Al-Hmadany
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 199 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