background image

Bacteriology 

 

 

Lecture 1                                                              د. محمد الفحام

.                                                         ا

 

Microbial cell structure 

A major biologic division separate the eukaryotes organisms containing a 
membrane  bound  nucleus  from  prokaryotic  organisms  in  which  DNA  is 
not physically separated from the cytoplasm (Primitive cells). 
Eukaryotic  are  termed  protists  which  include  algae,  protozoa,  fungi  and 
slime molds. They are large in size (true cells). 
Prokaryotic include bacteria 

mycoplasma, chlamydia and rickettsia. 

Eukaryotes  and  prokaryotes  are  organisms  because  they  contain  all  of 
enzymes  required  for  the  replication  and  posses  the  biologic  equipment 
necessary  for  the  production  of  metabolic  energy  so  they  are 
distinguished  form  viruses  which  depends  upon  host  cells  for  there 
necessary functions. 

Optical method: 

Are methods for observation and study of microorganisms: 
1. The light microscope: the resolving power of light microscope (L.M.) 
is about half the wave length of the light being used. Microscopes employ 
a  90-power  objective  lens  x10  power  ocular  lens  that  magnifying  the 
specimen 900 times. 
2. The  electron  microscope:  have  a  high resolving  power  that  is used  to 
observe  the  detailed  structures  of  prokar. and  eukar  cells.  This  is  due  to 
the fact that electrons have a much shorter wave length than the photons 

of white light.

 


EM is of two types: 
a. Transmission electron M. (TEM) 
b. Scanning electron M. (SEM). 
3. Dark field illumination: There is a special condenser is used that both 
blocks  direct  light  rays  and  reflects  it  off  a  mirror  on  the  side  of  the 
condenser at an oblique angle. Its used for observing organisms (such as 
spirochetes) which is less than 0.2μm in diameter and therefore cannot be 
observed with direct light. 
4. Phase phase microscopes used for examination of internal structures in 
transparent living cells using a special optical systems. 


background image

5. Autoradiography: is used to reveal the position of the radio active label 
cells  that  have  incorporated  radio  active  atoms  such  ah  in  cases  in 
following the replication of DNA. 

Prokaryotic 

The prokaryotic cells simpler than the eukaryotic cell at every level, with 
one exception: the cell envelope is more complex. 

Bacterial cell organelles 

The Nucleoid: 

1.  It’s  equivalent  to  the  eukaryotic  nucleus  can be  seen in  L.M.  it  feul-
gen-positive  indicating  the  presence  of  DNA.  A  histone-like  proteins 
exist  in  bacteria  DNA  similar  to  histone  protein  that  bind  to  eukoryotic 
DNA by ionic interactions. 
2. The nuclear membrane and the mitotic apparatus present in eukaryotic 

cells are absent in prokaryotes.

 


3. The nuclear region is filled with DNA fibrils the nucleoid of bacterial 
cells  consist  of  a  single  continuous  circular  folded  molecules  of  haploid 
chromosome. 
4.  The  number  of  copies  of  these  chromosomes  in  a  cell  depend  on  the 
stage in the cell cycle. 
5. How ever bacteria have a liner chromosome as in Borrelia Bugdorferi. 
6. A small amounts of RNA are present in nucleoid of most bacteria. 
7.  Bacterial  DNA  is  associated  at  one  point  with  an  invagination  of  the 
cytoplasmic membrane called a mesosome this attachment plays a role in 
the separation of the two sister chromosomes following replication. 
8.  a.  on  the  other  hand  the  nucleus  of  eukaryotic  cell  is  bounded  by  a 
membrane  continuous  with  the  endoplasm  reticulum.  The  nuclear 
membrane  exhibits  the  selection  permeability  between  nucleus  and 
cytoplasm. 
c. Eukaryotic chromosome contain linear DNA arrange in double helix in 

the nucleus.

 


3. The nuclear region is filled with DNA fibrils the nucleoid of bacterial 
cells  consist  of  a  single  continuous  circular  folded  molecules  of  haploid 
chromosome. 
4.  The  number  of  copies  of  these  chromosomes  in  a  cell  depend  on  the 
stage in the cell cycle. 
5. How ever bacteria have a liner chromosome as in Borrelia Bugdorferi. 
6. A small amounts of RNA are present in nucleoid of most bacteria. 


background image

7.  Bacterial  DNA  is  associated  at  one  point  with  an  invagination  of  the 
cytoplasmic membrane called a mesosome this attachment plays a role in 
the separation of the two sister chromosomes following replication. 
8.  a.  on  the  other  hand  the  nucleus  of  eukaryotic  cell  is  bounded  by  a 
membrane  continuous  with  the  endoplasm  reticulum.  The  nuclear 
membrane  exhibits  the  selection  permeability  between  nucleus  and 
cytoplasm. 
c. Eukaryotic chromosome contain linear DNA arrange in double helix in 

the nucleus.

 

 

 

Lecture 2                                                   د. محمد الفحام

 

Cytoplasmic structures: 

1.  Prokaryotic  cells  lack  the  endoplasmic  reticulum  and  the  self 
reproducing plastid as mitochondria, golgi apparatus and chloroplasts that 
present in eukaryotes. 
2.  The  electron  transport  enzyme  for  respiration  localized  in  the 
cytoplasmic membrane instead of mitochondria. 
3. The photosynthetic pigment of photosynthetic bacteria are localized in 
membrane arrangement vesicles underlying the cell membrane. 
4. Bacteria often store reserve material in the form of insoluble granules. 
When the source of nitrogen, sulfur or phosphorus is limited or when the 
pH is low, excess carbon in the medium is converted to various polymers 
of glucose such as starch and glycogen. These granular are then used as 
carbon  source  when  protein  nucleic  acid  synthesis  is  resume.  Similarly 
certain  bacteria  oxidize  the  sulfide  form  H

2

S  producing  intracellular 

granules  of  polyphosphate  as  reserves  of  inorganic  phosphate  granules 
are termed volutine granules or metachromic granules that are present in 
corynebacteria. 
5.  Microtubular  structures  which  are  characteristic  of  eukaryotes  are 
generally absent in prokaryotes. 
6.  Certain  groups  of  bacteria  contain  protein-bounded  vesicles  in  their 

cytoplasm.

 

The Cell Envelope 

The layers that surround prokaryotic cell are referred collectively the cell 
envelops.  The  bacteria  are  differentiated  to  gram-positive  and  gram-
negative bacteria according to the difference in their cell envelope. 


background image

The G+ve envelope is relatively simple consisting of two-three layers: 
1. The cytoplasmic membrane. 
2. A thick peptidoglycan layer. 
3. In some bacteria an outer layer called capsule 
The G-ve envelope is highly complex multilayer structure: 
1. Cytoplasmic membrane (inner membrane in G-ve-). 
2. Single planar sheet of petidoglycan. 
3. Complex layer called outer membrane. 
4. An outer most membrane capsule may be present. 
•  The  space  between  inner  and  outer  membrane  is  called  periplasmic 
space. 

The cytoplasmic membrane 

Structure: 

The  cell  membrane  is  a  typical  “unite  membrane”  composed  of 
phospholipid and proteins. 
The  membrane  of  prokaryotic  differ  from  those  of  eukaryotic  by  the 
absence  of  sterols.  Convoluted  invaginations  of  cell  membrane  (C.M.) 
specialized structures are called “mesosomes”. 

There are two types of mesosomes:

 


1. Septal mesosomes that function in the formation of cross walls during 
cell  division.  The  bacteria  chromosome  (DNA)  is  attached  to  septal 
mesosomes. 
2. Laterla mesosomes. 

Function of Cytoplasmic Membrane: 

1.  Selective  permeability  and  transport  of  solutes:  the  C.M.  forms  a 
hydrophopic barrier impermeable to most hydrophilic molecules. Several 
transport systems are exist that enable the cell to transport nutrients into 
and waste product out of the cell. These transport systems work against a 
concentration gradient and increase the conc. of nutrients inside the cell a 
function that requires energy. 
There  are  4  general  transport  mechanisms  involved  in  membrane 
transport: 
a. Facilitated diffusion. 
b. Binding protein-dependent transport. 
c. Group translocation. 
d. Chemiosmotic driven transport. 
2. Electron transport and oxidative phosphorylation. The cytochrome and 
other enzymes of the respiratory chain are located in the cell membrane in 
prokaryotes  is  a  functional  analog  of  the  mitochondrial  membrane  in 
eukaryotic cells. 


background image

3. Excretion of hydrolytic exoenzymes that degrade the organic polymers 
to  subunits  small  enough  to  penetrate  the  cell  membrane.  All  organisms 
that  use  macromolecular  organic  polymers  (as  proteins,  polysaccharides 

and lipids) as a source of nutrients excrete hydrolytic enzymes.

 

 


4.  Biosynthetic  functions:  cell  membrane  is  the  site  of  the  carrier  lipids 
and enzymes used in cell wall synthesis also it carry some proteins of the 
DNA replication complex. 
5. Chemotactic systems: organs of locomotion of bacteria as flagella bind 
to specific receptors in cell membrane. 

The cell Well 

Functions: 

1. The osmotic pressure of bacteria is sufficient to burst the cell unless the 
presence of the strong cell wall that composed of peptidoglycan (murein) 
(or it's called mucopeptide). 
2. Bacteria are classified to G+ve or G-ve according to their response to 
the differential stains method called Gram’s stains. The difference reside 
on the cell wall differences. 
3.  Cell  wall  plays  an  essential  role  in  cell  division  as  well  as  its  own 
biosynthesis. 
4. Cell wall is the site of antigenic determinates of the cell surface as the 
lipopolysaccaride of G-ve cell wall that represents the endotoxin activity 
of such bacteria. 
5. Cell wall that selectively permeable. 
Structure: The basal structure of cell wall is the peptidoglycan layer. 
1. The peptidoglycan layer: it is a complex polymer consist of three parts: 
a.  A  backbone  composed  of  alternating  N-acetyl  glucosamine  and  N-
acetyl muramic acid. 
b. A set of identical tetrapeptide side chains attached to N-acetyl muramic 

acid.

 


c. A set of identical peptide cross bridges, 
the tetrapeptide side chain have: 
- L-alanine at position 1 
- D-glutamate at = 2 
- - Diaminopimelic acid at = 3 or L-lysine in some G+ve bact. 
- D-alanine at = 4 
2.  Special  components  of  G+ve  cell  wall  contain  a  thick  layer  of 
peptidoglycan and teichoic acid and teichuronic acid that account for 50% 


background image

of  cell  wall  weight.  In  addition  some  G+ve  wall  may  contain 
polysaccharide. There are 2 types of teichoic acid: 
a. Wall teichoic acid that linked to peptidoglycans. 
b. Membrane teichoic acid that linked to membrane glycolipid. Teichoic 
acid constitute the surface antigens of G+ve bact. 
3.  Special  components  of  G-ve  cell  wall:  three  component  lie  outside  a 
single planner sheet of peptidoglycan layer, these component are: 
a.  Lipoprotein:  that  cross  link  the  outer  membrane  and  peptidoglycan 
layer and stabilize them together. 
b. Outer membrane: it’s a bilayered structure: and inner leaflet resembles 
in composition  the  cell  membrane. While  the  phospholipids of  the  outer 
leaflet  are  replaced  by  lipopolysaccharides  molecules.  Thus  this  bilayer 
differ from the bilayer of cell membrane. The outer membrane protect the 
cell  from  hydrophobic  as  well  as  hydrophilic  molecules.  The  outer 
membrane  has  special  channels  called  porins  that  permit  the  passive 
diffusion of low molecular weight hydrophilic compounds as sugars and 
amino acid also large antibiotic molecules penetrate the outer membrane 

slowly that makes G-ve bacteria much resistant to antibiotics.

 


c. Lipopolysaccharide: it consist of complex lipid called lipid A to which 
is  attached  a  polysaccharides  molecules  that  LPS  is  extremely  toxic  to 
animals has been  called  endotoxin of  G-ve. It’s  firmly  bound to  the  cell 
surface and is released only when the cells are lysed. When LPS is split 
into  lipid  A  and  polyssacharide  all  of  toxicity  is  associated  with  the 
former.  (lipid  A).  The  polysaccharide  on  the  other  hand  represents  a 
major surface antigen of bacteria called O-antigen. 
d.  The  periplasmic  space:  the  space  between  the  inner  and  the  outer 
membrane  called  the  periplasmic  space  which  contain  the  murein  layer 
(peptidoglycan)  and  a  gel  like  solution  of  proteins.  The  periplasmic 
proteins  include  binding  proteins  for  amino  acids,  vitamins,  sugars 
hydrolytic  enzymes  and  detoxifying  enzymes  that  inactivate  certain 
antibiotics. 

Cell wall growth: 

As  the  protoplast  increase  in  mass,  the  cell  wall  is  elongated  by  the 
intercalation of newly synthesized sub-units into the various wall layers. 

Protoplasts, spheroplasts and L-Forms: 

Removal  of  bacterial  wall  may  be  accomplished  by  hydrolysis  with 
lysozymes or blocking peptidoglycan biosynthesis with an antibiotic such 
as  penicillin.  In  osmotically  protective  media  such  treatment  librate 
protoplast from G+ve bacteria and spheroplast from G-ve bacteria (retain 


background image

outer membrane and entrapped peptidoglycans). If such cells are able to 
grow  and  divide  they  are  called  L-forms.  L-forms  are  produced  with 

penicillin treatment rather than lysozyme since they need the presence

 

10 
residual  peptidoglycan.  Some  L-Form  can  revert  the  normal  form  upon 
removal of inducing stimulus. Thus they are able to resynthesize a normal 
cell wall from the residual peptidoglycan some bacteria produce L-Forms 
spontaneously. L-Forms produce chronic infection in the host since they 
persist in protective regions in the body. Since L-Forms do not posses a 
cell wall so L-Forms infections are resistant to antibiotic as penicillin that 

act on the cell wall of bacteria.

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

 


background image

 

 

 

 

 


background image

 

 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 29 عضواً و 368 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