Bacteriology

Microbiology 

Notes… 

1 

Bacteriology Lecture.2 

Functional Anatomy of Prokaryotic and Eukaryotic Cells 

Prokaryotic Cells 

  Comparing Prokaryotic and Eukaryotic Cells 

—  Prokaryote comes from the Greek words for prenucleus. 

—  Eukaryote comes from the Greek words for true nucleus. 

                 Prokaryote 

  One  circular  chromosome, 

not in a membrane 

  No histones 
  No organelles 
  Peptidoglycan cell walls 
  Binary fission 

                      Eukaryote 

•  Paired  chromosomes,  in 

nuclear membrane 

•  Histones 
•  Organelles 
•  Polysaccharide cell walls 
•  Mitotic spindle 

Average size:

0.2 -1.0 µm 

 2 - 8 µm 

Basic shapes: 

Arrangements 

  Pairs: diplococci, diplobacilli 
  Clusters: staphylococci 
  Chains: streptococci, streptobacilli 

N

eed S

om

e H

el

p?

Microbiology 

Notes… 

2 

  Unusual shapes 

—  Star-shaped 

Stella

—  Square 

Haloarcula

  Most bacteria are monomorphic 
  A few are pleomorphic 

Glycocalyx 

  Outside cell wall 
  Usually sticky 
  A capsule is neatly organized 
  A slime layer is unorganized & loose 
  Extracellular polysaccharide allows cell to attach 
  Capsules prevent phagocytosis 

Flagella 

  Outside cell wall 
  Made of chains of flagellin 
  Attached to a protein hook 
  Anchored to the wall and membrane by the basal body 

Microbiology 

Notes… 

3 

Flagella Arrangement 

Motile Cells 

  Rotate flagella to run or tumble 
  Move toward or away from stimuli (taxis) 
  Flagella proteins are H antigens  (e.g., 

E. coli

 O157:H7) 

Axial Filaments 

  Endoflagella 
  In spirochetes 
  Anchored at one end of a cell 
  Rotation causes cell to move 

Fimbrae 

  Fimbriae allow attachment 
  Pili are used to transfer DNA from one cell to another 

Cell wall 

  Prevents osmotic lysis 
  Made of peptidoglycan (in bacteria) 

Peptidoglycan 

Polymer of disaccharide N-acetylglucosamine (NAG) & N-acetylmuramic acid (NAM) 

  Linked by polypeptides 

Microbiology 

Notes… 

4 

Gram-positive cell walls 

  Thick peptidoglycan 
  Teichoic acids 
  In acid-fast cells, contains mycolic acid 

     Gram-negative cell walls 

•  Thin peptidoglycan 
•  No teichoic acids 
•  Outer membrane 

Gram-Positive cell walls 

  Teichoic acids: 

—  Lipoteichoic acid links to plasma membrane 

—  Wall teichoic acid links to peptidoglycan 

  May regulate movement of cations 
  Polysaccharides provide antigenic variation 

Gram-Negative Outer Membrane 

  Lipopolysaccharides, lipoproteins, phospholipids. 
  Forms the periplasm between the outer membrane and the plasma membrane. 
  Protection from phagocytes, complement, antibiotics. 
  O polysaccharide antigen, e.g., 

E. coli

 O157:H7. 

  Lipid A is an endotoxin. 
  Porins (proteins) form channels through membrane 

Microbiology 

Notes… 

5 

Atypical Cell Walls 

  Mycoplasmas 

—  Lack cell walls 

—  Sterols in plasma membrane 

  Archaea 

—  Wall-less, or 

—  Walls of pseudomurein (lack NAM and D amino acids) 

Damage to Cell Walls 

  Lysozyme digests disaccharide in peptidoglycan. 
  Penicillin inhibits peptide bridges in peptidoglycan. 
  Protoplast is a wall-less cell. 
  Spheroplast is a wall-less Gram-positive cell. 
  L forms are wall-less cells that swell into irregular shapes. 
  Protoplasts and spheroplasts are susceptible to osmotic lysis.  

Plasma Membrane 

  Phospholipid bilayer 
  Peripheral proteins 
  Integral proteins 
  Transmembrane proteins 

  Selective permeability allows passage of some molecules 
  Damage to  the  membrane by  alcohols, quaternary  ammonium (detergents)  and 

polymyxin antibiotics causes leakage of cell contents. 

Microbiology 

Notes… 

6 

Cytoplasm 

  Cytoplasm is the substance inside the plasma membrane 

Nuclear Area 

  Nuclear area (nucleoid) 

Ribosomes 

Inclusions 

  Metachromatic 

granules 

(volutin) 

  Polysaccharide granules 
  Lipid inclusions 
  Sulfur granules 
  Carboxysomes 

  Gas vacuoles 

  Magnetosomes 

•  Phosphate reserves 
•  Energy reserves 
•  Energy reserves 
•  Energy reserves 
•  Ribulose 

1,5-diphosphate 

carboxylase for CO

2

 fixation 

•  Protein covered cylinders 
•  Iron 

oxide  

(destroys H

2

O

2

) 

Endospores 

  Resting cells 
  Resistant to desiccation, heat, chemicals 
 

Bacillus, Clostridium

  Sporulation: Endospore formation 
  Germination: Return to vegetative state