Physiology of bacteria I - MB140P34

• Title: Fyziologie bakterií I
• Czech title: Fyziologie bakterií I
• Guaranteed by: Department of Genetics and Microbiology (31-140)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2025
• Semester: summer
• E-Credits: 4
• Examination process: summer s.:combined
• Hours per week, examination: summer s.:3/0, Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Level: basic
• Explanation: od 2025/26 změna semestru výuky
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: doc. RNDr. Ivo Konopásek, CSc.
• Teacher(s): doc. RNDr. Ivo Konopásek, CSc.
• Pre-requisite : MB140P33
• Is co-requisite for: MB140P32
• Is pre-requisite for: MB140C34

Annotation

English

The aim of the lecture is to give the student a comprehensive idea of ​​the structure and function of bacterial and archaea cells, which are the implementation of their genetic program depending on the changing environmental conditions.
Prerequisite of the course is Microbiology MB140P33I.

Last update: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (22.04.2022)

Czech

Cílem přednášky je podat posluchači ucelenou představu o struktuře a funkci buněk bakterií a archea. Struktura a funkce jsou realizací jejich genetického programu v závislosti na měnících se podmínkách prostředí.
Prerekvizitou předmětu je Mikrobiologie MB140P33I.

Last update: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (09.01.2026)

Literature

English

1. Kim B.H., Gadd, G.M.: Prokaryotic Metabolism and Physiology, Cambridge University Press, 2019, ISBN 978-1-316-62291-9

(Older edition: Kim B.H., Gadd, G.M.: Bacterial Physiology and Metabolism, Cambridge University Press, 2008,ISBN-10: 0521712300, ISBN-13: 978-0521712309)

2. Madigan, Martinko, Berger, Buckley, Stahl: Brock Biology of Microorganisms, Pearson; 15 edition (2017), ISBN-10: 9780134261928

Last update: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (22.04.2022)

Czech

1. Kim B.H., Gadd, G.M.: Prokaryotic Metabolism and Physiology, Cambridge University Press, 2019, ISBN 978-1-316-62291-9

(Starší vydání: Kim B.H., Gadd, G.M.: Bacterial Physiology and Metabolism, Cambridge University Press, 2008,ISBN-10: 0521712300, ISBN-13: 978-0521712309)

2. Madigan, Martinko, Berger, Buckley, Stahl: Brock Biology of Microorganisms, Pearson; 15 edition (2017), ISBN-10: 9780134261928

Last update: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (22.04.2022)

Requirements to the exam

English

The exam is written. It is based on presentations of lectures and on compulsory literature.

Last update: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (25.10.2019)

Czech

Zkouška je ústní. Vychází z prezentací přednášek a povinné literatury.

Last update: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (02.10.2023)

Syllabus

English

1. Introduction - Physiology of bacteria Characteristics of bacteria and archea, History of bacteria physiology, Strategy in physiological research and genomic revolution, Model organism - Escherichia coli, Bacteria: laboratory pure cultures and bacterial communities

2. Structure and function of bacterial cell Chemical composition and structure of bacterial cell, DNA, nucleus and genomes of bacteria, Proteins, Flagella, pili and fimbriae, Cases, S-layers, Outer membrane of gram-negative bacteria, Cell wall and periplasmic space, Cytoplasmic membrane, Cytoplasm and cytoplasmic compartments

3. Transport in bacteria Transport in bacteria, lipids, membrane proteins, Ionophores as models Types of transport, diffusion, primary and secondary transport, ABC transporters, phosphotransferase system, precursor and product antiport, iron transport, Native protein conformation, chaperones and chaperonins, Protein transport to CPM, periplasms , OM, excretion of proteins into the environment,

4. Bacterial nutrition, energy, catabolism and anabolism. Bacterial nutrition, Glycolysis and its alternatives, Krebs cycle, Energy production and transformation in bacterial cell, Aerobic respiration

5. Biosynthesis and growth Molecular composition of bacteria, Nitrogen and sulfur assimilation, Biosynthesis of amino acids, nucleotides, lipids, Biosynthesis of cell wall structures, Individual cell growth, cell cycle, Growth of bacterial population, Continuous cultivation

6. Metabolic diversity Anaerobic fermentation, Anaerobic respiration, Chemolitotrophy, Phototrophy.  

Last update: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (22.04.2022)

Czech

1. Úvod - Fyziologie bakterií
Charakteristika bakterií a archea. Historie fyziologie bakterií. Strategie ve fyziologickém výzkumu a genomická revoluce. Modelový organizmus - Escherichia coli. Bakterie: laboratorní čisté kultury a bakteriální společenstva

2. Struktura a funkce bakteriální buňky
Chemické složení a stavba bakteriální buňky, DNA, nukleoid a genomy bakterií. Proteiny a jejich struktura. Bičíky a pohyb bakterií, pili a fimbrie. Pouzdra, S - vrstvy. Vnější membrána gramnegativních bakterií. Buněčná stěna a periplazmatický prostor. Cytoplazmatická membrána. Cytoplazma a cytoplazmatické kompartmenty.

3. Transport u bakterií
Transport u bakterií obecně a jeho typy. Membránové proteiny a lipidy. Ionofory jako modely transportu. Typy transportu u bakterií, difuze, primární a sekundární transport. ABC transportéry, fosfotransferázový systém, antiport prekurzoru a produktu, transport železa. Nativní konformace proteinů, chaperony a chaperoniny. Transport proteinů do CPM, periplazmy, OM. Obecná sekretorická dráha (GSP) a její varianty, exkrece proteinů do prostředí a sekreční systémy T1SS až T9SS. 

4. Glykolýza a její alternativy, Krebsův cyklus, aerobní respirace.
Glykolýza a její alternativy, Krebsův cyklus. Výroba a transformace energie v bakteriální buňce. Přenašeče vodíku a elektronů. Aerobní respirace a její podoby.

5. Biosyntéza a růst
Molekulární složení bakterií. Asimilace dusíku a síry. Biosyntéza aminokyselin, nukleotidů. Biosyntéza lipidů a regulace membránové fluidity. Biosyntéza struktur buněčné stěny, Růst individuální buňky, buněčný cyklus. Růst bakteriální populace. Kontinuální kultivace

6. Metabolická diverzita
Anaerobní fermentace a řešení reoxidace NADH. Anaerobní respirace, chemolithotrofie, fototrofie.

Last update: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (09.01.2026)

Learning outcomes

Po úspěšném absolvování předmětu student:

·         Definuje základní koncepce fyziologie bakterií a archea a vyjmenuje hlavní rozdíly mezi těmito skupinami mikroorganismů.

·         Popíše historický vývoj fyziologie bakterií a vysvětlí význam genomické revoluce pro současný fyziologický výzkum.

·         Identifikuje hlavní strategie fyziologického výzkumu bakterií před- a po genomické revoluci a uvede příklad modelového organizmu Escherichia coli a jeho využití.

·         Rozlišuje laboratorní čisté kultury a bakteriální společenstva a vysvětlí jejich význam pro studium bakteriální fyziologie.

·         Popíše chemické složení a stavbu bakteriální buňky

·         Charakterizuje nukleoid a genomy bakterií a vysvětlí jejich roli v regulaci buněčných procesů.

·         Popíše nativní strukturu proteinů a vysvětlí, jak jí proteiny nabývají samovolně a pomocí dalších proteinů.

·         Rozlišuje bičíky, a pili/fimbrie a vysvětlí jejich funkci v pohybu a při interakcích bakterií s prostředím.

·         Popíše stavbu a funkci pouzder, S-vrstev, buněčné stěny, vlastnosti periplazmatického prostoru, cytoplazmatické a vnější membrány gramnegativních bakterií.

·         Definuje základní typy transportu u bakterií a klasifikuje je podle energetických nároků a mechanismů.

·         Popíše strukturu a funkci membránových proteinů a lipidů a uvede příklad ionoforů jako modelů transportu.

·         Rozlišuje primární a sekundární transport, transport poháněný gradientem, ABC transportéry, fosfotransferázový systém a vysvětlí jejich princip.

·         Popíše a porovná jednotlivé sekreční systémy (dva typy GSP a systémy T1SS–T9SS) a vysvětlí jejich funkci v transportu proteinů.

·         Popíše glykolýzu, její alternativy a alternativy Krebsova cyklu.

·         Vysvětlí principy výroby a transformace energie v bakteriální bunce.

·         Vysvětlí různé podoby aerobní respirace a porovná jejich energetickou účinnost.

·         Popíše asimilaci dusíku a síry a vysvětlí jejich význam pro biosyntézu.

·         Popíše biosyntézu lipidů a vysvětlí regulaci membránové fluidity.

·         Popíše biosyntézu struktur buněčné stěny a uvede vztahy mezi růstem buňky a buněčným cyklem.

·         Popíše růst bakteriální populace, definuje vztahy a proměnné popisující růst populace a vysvětlí princip kontinuální kultivace.

·         Kategorizuje typy energetického metabolismu bakterií a vysvětlí shodu v principech přenosu elektronů a tvorbě ATP.

·         Popíše a porovná různé typy anaerobní fermentace, anaerobní respirace, chemolithotrofie a fototrofie.

Last update: Konopásek Ivo, doc. RNDr., CSc. (09.01.2026)