Dom > Instrumenty > Cytoplazma komórki bakteryjnej. Struktura bakterii


Cytoplazma komórki bakteryjnej. Struktura bakterii




Struktura komórki bakteryjnej

Cytoplazma większości bakterii jest otoczona błonami: ścianą komórkową, błoną cytoplazmatyczną i warstwą torebkową (śluzową). Struktury te biorą udział w metabolizmie, produkty żywnościowe przedostają się przez błony komórkowe, a produkty przemiany materii są usuwane. Chronią komórkę przed działaniem szkodliwych czynników środowiskowych, w dużej mierze decydują o właściwościach powierzchniowych komórki (napięcie powierzchniowe, ładunek elektryczny, stan osmotyczny itp.). Struktury te w żywej komórce bakteryjnej są w ciągłej interakcji funkcjonalnej.

Ściana komórkowa. Komórka bakteryjna jest oddzielona od środowiska zewnętrznego ścianą komórkową. Jej grubość wynosi 10-20 nm, jej masa sięga 20-50% masy komórki. Jest to złożony układ wielofunkcyjny, który decyduje o stałości kształtu komórki, jej ładunku powierzchniowym, integralności anatomicznej, zdolności adsorbowania fagów, uczestnictwie w reakcjach immunologicznych, kontakcie ze środowiskiem zewnętrznym i ochronie przed niekorzystnymi wpływami zewnętrznymi. Ściana komórkowa ma elastyczność i wystarczającą wytrzymałość, wytrzymuje ciśnienie wewnątrzkomórkowe 1-2 MPa.

Głównymi składnikami ściany komórkowej są peptydoglikany(glikopeptydy, mukopeptydy, mureiny, glikozaminopeptydy), które występują tylko u prokariotów. Specyficzny heteropolimer peptydoglikanu składa się z naprzemiennych reszt N-acetyloglukozaminy i kwasu N-acetylomuraminowego, połączonych ze sobą wiązaniami β-1-4-glikozydowymi, kwasu diaminopimelinowego (DAP), kwasu D-glutaminowego, L- i D-alaniny w stosunku 1 :1:1:1:2. Wiązania glikozydowe i peptydowe, które łączą podjednostki peptydoglikanów, nadają im strukturę sieci lub worka molekularnego. Kwasy teichojowe, polipeptydy, lipopolisacharydy, lipoproteiny itp. są również zawarte w sieci mureinowej ściany komórkowej prokariotów.Ściana komórkowa jest sztywna i to właśnie ta właściwość określa kształt ściany bakteryjnej. Ściana komórkowa ma maleńkie pory, przez które transportowane są produkty przemiany materii.

Barwienie metodą Grama. Większość bakterii, w zależności od składu chemicznego, dzieli się na dwie grupy. Ta właściwość została po raz pierwszy zauważona w 1884 roku przez duńskiego fizyka H. Grama. Istota polega na tym, że gdy bakterie są barwione fioletem goryczki (fiolet krystaliczny, fiolet metylowy itp.), w niektórych bakteriach barwnik z jodem tworzy związek, który jest zatrzymywany przez komórki, gdy są traktowane alkoholem. Takie bakterie są zabarwione na niebiesko-fioletowo i nazywane są Gram-dodatnimi (Gr +). Przebarwione bakterie są Gram-ujemne (Gr -), są barwione kontrastowo barwnikiem (magenta). Barwienie metodą Grama jest diagnostyczne, ale tylko dla prokariontów, które mają ścianę komórkową.


Struktura i skład chemiczny bakterii Gram-dodatnich znacznie różni się od bakterii Gram-ujemnych. U bakterii Gram-dodatnich ściana komórkowa jest grubsza, jednorodna, amorficzna, zawiera dużo mureiny, która jest związana z kwasami teichojowymi. U bakterii Gram-ujemnych ściana komórkowa jest cieńsza, warstwowa, zawiera mało mureiny (5-10%), nie ma kwasów teichojowych.

Tabela 1.1 Skład chemiczny bakterii Gr+ i Gr-

Z punktu widzenia współczesnej nauki prokarioty mają prymitywną strukturę. Ale to właśnie ta „bezpretensjonalność” pomaga im przetrwać w najbardziej nieoczekiwanych warunkach. Na przykład w źródłach siarkowodoru lub na poligonach jądrowych. Naukowcy obliczyli, że całkowita masa wszystkich mikroorganizmów lądowych wynosi 550 miliardów ton.

Bakterie są jednokomórkowe. Nie oznacza to jednak, że komórki bakteryjne ustępują komórkom zwierzęcym lub roślinnym. Mikrobiologia ma już wiedzę o setkach tysięcy gatunków mikroorganizmów. Mimo to przedstawiciele nauki codziennie odkrywają ich nowe rodzaje i cechy.

Nic dziwnego, że dla pełnego rozwoju powierzchni Ziemi mikroorganizmy muszą przybierać różnorodne formy:

  • cocci - kulki;
  • paciorkowce - łańcuchy;
  • pałeczki - pałeczki;
  • vibrios - zakrzywione przecinki;
  • spirilla to spirale.

Wielkość bakterii mierzy się w nanometrach i mikrometrach. Ich średnia wartość to 0,8 µm. Ale wśród nich są gigantyczne prokarioty osiągające 125 mikronów i więcej. Prawdziwymi gigantami wśród karłów są krętki o długości 250 mikronów. Teraz porównaj z nimi rozmiar najmniejszej komórki prokariotycznej: mykoplazmy „rosną” całkiem sporo i osiągają średnicę 0,1-0,15 mikrona.

Warto powiedzieć, że bakteryjnym gigantom nie jest tak łatwo przetrwać w środowisku. Trudno im znaleźć dla siebie wystarczającą ilość składników odżywczych, aby z powodzeniem pełnić swoją funkcję. Ale z drugiej strony nie są łatwym łupem dla bakterii drapieżnych, które żywią się swoimi odpowiednikami - mikroorganizmami jednokomórkowymi, „opływającymi” i zjadającymi je.

Zewnętrzna budowa bakterii

Ściana komórkowa

  • Ściana komórkowa komórki bakteryjnej jest jej ochroną i wsparciem. Nadaje mikroorganizmowi specyficzny kształt.
  • Ściana komórkowa jest przepuszczalna. Składniki odżywcze przechodzą przez nią do wewnątrz, a produkty przemiany materii (metabolizm) na zewnątrz.
  • Niektóre rodzaje bakterii wytwarzają specjalny śluz przypominający kapsułkę, która chroni je przed wysychaniem.
  • Niektóre komórki mają wici (jedną lub więcej) lub kosmki, które pomagają im się poruszać.
  • W komórkach bakteryjnych, które zmieniają kolor na różowy w barwieniu metodą Grama ( gram ujemny), ściana komórkowa jest cieńsza, wielowarstwowa. Enzymy rozkładające składniki odżywcze są uwalniane na zewnątrz.
  • Bakterie, które stają się fioletowe w barwieniu metodą Grama Gram-dodatnie) ściana komórkowa jest gruba. Składniki odżywcze, które dostają się do komórki, są rozkładane w przestrzeni peryplazmatycznej (przestrzeń między ścianą komórkową a błoną cytoplazmatyczną) przez enzymy hydrolityczne.
  • Na powierzchni ściany komórkowej znajdują się liczne receptory. Dołączają do nich zabójcy komórek - fagi, kolicyny i związki chemiczne.
  • Lipoproteiny ścienne w niektórych typach bakterii są antygenami, które nazywane są toksynami.
  • Przy długotrwałym leczeniu antybiotykami iz wielu innych powodów niektóre komórki tracą błonę, ale zachowują zdolność do reprodukcji. Nabierają zaokrąglonego kształtu - kształtu litery L i mogą być przechowywane w organizmie człowieka przez długi czas (ziarniaki lub prątki gruźlicy). Niestabilne formy L mają zdolność powrotu do pierwotnej postaci (rewersji).

Kapsuła

W niekorzystnych warunkach środowiskowych bakterie tworzą otoczkę. Mikrokapsułka ściśle przylega do ściany. Można to zobaczyć tylko pod mikroskopem elektronowym. Makrokapsułka jest często tworzona przez drobnoustroje chorobotwórcze (pneumokoki). W zapaleniu płuc Klebsiella zawsze znajduje się makrokapsułka.

otoczka przypominająca kapsułkę

Otoczka przypominająca kapsułkę jest tworem luźno związanym ze ścianą komórkową. Dzięki enzymom bakteryjnym kapsułkowata otoczka pokryta jest węglowodanami (egzopolisacharydami) środowiska zewnętrznego, co zapewnia przyleganie bakterii do różnych powierzchni, nawet całkowicie gładkich. Na przykład paciorkowce, dostając się do ludzkiego ciała, są w stanie skleić się z zębami i zastawkami serca.

Funkcje kapsułki są różnorodne:

  • ochrona przed agresywnymi warunkami środowiskowymi,
  • zapewnienie adhezji (adhezji) z komórkami ludzkimi,
  • posiadająca właściwości antygenowe kapsułka ma działanie toksyczne po wprowadzeniu do żywego organizmu.

wici

  • Niektóre komórki bakteryjne mają wici (jedną lub więcej) lub kosmki, które pomagają im się poruszać. Wici zawierają kurczliwe białko flageliny.
  • Liczba wici może być różna - jedna, wiązka wici, wici na różnych końcach komórki lub na całej powierzchni.
  • Ruch (przypadkowy lub rotacyjny) odbywa się w wyniku ruchu obrotowego wici.
  • Właściwości antygenowe wici mają działanie toksyczne w chorobie.
  • Bakterie nieposiadające wici, pokryte śluzem, mogą się ślizgać. Bakterie wodne zawierają wakuole w ilości 40 - 60, wypełnione azotem.

Zapewniają nurkowanie i wynurzanie. W glebie komórka bakteryjna przemieszcza się przez kanały glebowe.

picie

  • Pili (kosmki, fimbrie) pokrywają powierzchnię komórek bakteryjnych. Kosmek to spiralnie skręcona cienka, pusta nić o charakterze białkowym.
  • Generał pił zapewniają adhezję (adhezję) z komórkami gospodarza. Ich liczba jest ogromna i waha się od kilkuset do kilku tysięcy. Od momentu przywiązania rozpoczyna się każdy proces zakaźny.
  • piły płciowe promowanie transferu materiału genetycznego od dawcy do biorcy. Ich liczba wynosi od 1 do 4 na komórkę.

błona cytoplazmatyczna

  • Błona cytoplazmatyczna znajduje się pod ścianą komórkową i jest lipoproteiną (do 30% lipidów i do 70% białek).
  • Różne komórki bakteryjne mają różny skład lipidowy błon.
  • Białka błonowe pełnią wiele funkcji. Białka funkcjonalne są enzymami, dzięki którym synteza jego różnych składników zachodzi na błonie cytoplazmatycznej itp.
  • Błona cytoplazmatyczna składa się z 3 warstw. Podwójna warstwa fosfolipidowa jest przesiąknięta globulinami, które zapewniają transport substancji do wnętrza komórki bakteryjnej. Jeśli to się nie powiedzie, komórka umiera.
  • Błona cytoplazmatyczna bierze udział w sporulacji.

Budowa wewnętrzna bakterii

Cytoplazma

Cała zawartość komórki, z wyjątkiem jądra i ściany komórkowej, nazywana jest cytoplazmą. Płynna, pozbawiona struktury faza cytoplazmy (matryca) zawiera rybosomy, systemy błon, mitochondria, plastydy i inne struktury, a także rezerwowe składniki odżywcze. Cytoplazma ma niezwykle złożoną, delikatną strukturę (warstwową, ziarnistą). Za pomocą mikroskopu elektronowego ujawniono wiele interesujących szczegółów budowy komórki.

Zewnętrzna warstwa lipoproteinowa protoplastu bakteryjnego, która ma szczególne właściwości fizyczne i chemiczne, nazywana jest błoną cytoplazmatyczną. Wewnątrz cytoplazmy znajdują się wszystkie ważne struktury i organelle. Błona cytoplazmatyczna pełni bardzo ważną rolę - reguluje przepływ substancji do wnętrza komórki oraz uwalnianie produktów przemiany materii na zewnątrz. Przez błonę składniki odżywcze mogą dostać się do komórki w wyniku aktywnego procesu biochemicznego z udziałem enzymów.

Ponadto błona jest syntezą niektórych składników komórki, głównie składników ściany komórkowej i torebki. Wreszcie najważniejsze enzymy (katalizatory biologiczne) znajdują się w błonie cytoplazmatycznej. Uporządkowane rozmieszczenie enzymów na błonach umożliwia regulację ich aktywności i zapobiega niszczeniu jednych enzymów przez inne. Rybosomy są przyczepione do błony, budulca, na którym syntetyzowane jest białko. Błona zbudowana jest z lipoprotein. Jest wystarczająco silny i może zapewnić tymczasowe istnienie komórki bez powłoki. Błona cytoplazmatyczna stanowi do 20% suchej masy komórki.

Na zdjęciach elektronowych cienkich skrawków bakterii błona cytoplazmatyczna pojawia się jako ciągła nić o grubości około 75 Å, składająca się z jasnej warstwy (lipidów) zamkniętej pomiędzy dwiema ciemniejszymi (białkami). Każda warstwa ma szerokość 20-30A. Taka membrana nazywana jest elementarną.

Granulki

Cytoplazma komórek bakteryjnych często zawiera granulki o różnych kształtach i rozmiarach. Jednak ich obecności nie można uznać za jakąś stałą cechę mikroorganizmu, zwykle jest to w dużej mierze związane z warunkami fizycznymi i chemicznymi środowiska.

Wiele inkluzji cytoplazmatycznych składa się ze związków, które służą jako źródło energii i węgla. Te substancje zapasowe powstają, gdy organizm otrzymuje wystarczającą ilość składników odżywczych i odwrotnie, są zużywane, gdy organizm wchodzi w warunki mniej korzystne pod względem żywieniowym.

W wielu bakteriach granulki składają się ze skrobi lub innych polisacharydów, takich jak glikogen i granulosa. Niektóre bakterie hodowane na pożywce bogatej w cukier mają kropelki tłuszczu wewnątrz komórki. Innym szeroko rozpowszechnionym rodzajem inkluzji ziarnistych jest wolutyna (granulki metachromatyny). Granulki te składają się z polimetafosforanu (substancji rezerwowej, w tym pozostałości kwasu fosforowego). Polimetafosforan służy jako źródło grup fosforanowych i energii dla organizmu. Bakterie gromadzą wolutynę częściej w nietypowych warunkach żywieniowych, na przykład na podłożu niezawierającym siarki. Kropelki siarki znajdują się w cytoplazmie niektórych bakterii siarkowych.

mezosomy

Pomiędzy błoną plazmatyczną a ścianą komórkową istnieje połączenie w postaci desmozy - mostków. Błona cytoplazmatyczna często daje inwagacje - wypukłości do komórki. Te wgłębienia tworzą specjalne struktury błonowe w cytoplazmie zwane mezosomami.

Niektóre typy mezosomów to ciała oddzielone od cytoplazmy własną błoną. Liczne pęcherzyki i kanaliki są upakowane w takich błoniastych workach. Struktury te pełnią różne funkcje u bakterii. Niektóre z tych struktur są analogami mitochondriów.

Inne pełnią funkcje retikulum endoplazmatycznego lub aparatu Golgiego. Przez inwazję błony cytoplazmatycznej powstaje również aparat fotosyntetyczny bakterii. Po wniknięciu w cytoplazmę błona nadal rośnie i tworzy stosy, które analogicznie do roślinnych granulek chloroplastów nazywane są stosami tylakoidów. Błony te, które często wypełniają większość cytoplazmy komórki bakteryjnej, zawierają barwniki (bakteriochlorofil, karotenoidy) oraz enzymy (cytochromy), które przeprowadzają proces fotosyntezy.

nukleoid

Bakterie nie mają takiego jądra jak organizmy wyższe (eukarioty), ale mają jego odpowiednik – „jądrowy odpowiednik” – nukleoid, który jest ewolucyjnie bardziej prymitywną formą organizacji materii jądrowej. Składa się z jednej dwuniciowej nici DNA o długości 1,1–1,6 nm, zamkniętej w pierścieniu, który jest uważany za pojedynczy chromosom bakteryjny, czyli genofor. Nukleoid u prokariontów nie jest oddzielony od reszty komórki błoną - brakuje mu otoczki jądrowej.

Struktury nukleoidowe obejmują polimerazę RNA, podstawowe białka i brak histonów; chromosom jest utrwalony na błonie cytoplazmatycznej, aw bakteriach Gram-dodatnich - na mezosomach. Chromosom bakteryjny replikuje się w sposób polikonserwatywny: podwójna helisa macierzystego DNA rozwija się i nowy komplementarny łańcuch jest montowany na matrycy każdego łańcucha polinukleotydowego. Nukleoid nie ma aparatu mitotycznego, a rozbieżność jąder potomnych zapewnia wzrost błony cytoplazmatycznej.

Jądro bakteryjne jest zróżnicowaną strukturą. W zależności od etapu rozwoju komórki nukleoid może być dyskretny (nieciągły) i składać się z oddzielnych fragmentów. Wynika to z faktu, że podział komórki bakteryjnej w czasie następuje po zakończeniu cyklu replikacji cząsteczki DNA i utworzeniu chromosomów potomnych.

Nukleoid zawiera większość informacji genetycznej komórki bakteryjnej. Oprócz nukleoidu w komórkach wielu bakterii znajdują się pozachromosomalne elementy genetyczne, plazmidy, reprezentowane przez małe koliste cząsteczki DNA zdolne do autonomicznej replikacji.

plazmidy

Plazmidy to autonomiczne cząsteczki zwinięte w pierścień dwuniciowego DNA. Ich masa jest znacznie mniejsza niż masa nukleotydu. Pomimo faktu, że informacje dziedziczne są zakodowane w DNA plazmidów, nie są one niezbędne i niezbędne dla komórki bakteryjnej.

Rybosomy

Cytoplazma bakterii zawiera rybosomy - cząsteczki syntetyzujące białka o średnicy 200A. W klatce jest ich ponad tysiąc. Rybosomy składają się z RNA i białka. W bakteriach wiele rybosomów znajduje się swobodnie w cytoplazmie, niektóre z nich mogą być związane z błonami.

Rybosomy są centrami syntezy białek w komórce. Jednocześnie często łączą się ze sobą, tworząc agregaty zwane polirybosomami lub polisomami.

Inkluzje

Inkluzje są produktami przemiany materii komórek jądrowych i niejądrowych. Stanowią one źródło składników odżywczych: glikogenu, skrobi, siarki, polifosforanów (valutin) itp. Po wybarwieniu inkluzje przybierają często inny wygląd niż kolor barwnika. W zależności od waluty można zdiagnozować prątek błonicy.

Czego brakuje w komórkach bakteryjnych?

Ponieważ bakteria jest mikroorganizmem prokariotycznym, w komórkach bakteryjnych zawsze brakuje wielu organelli, charakterystyczne dla organizmów eukariotycznych:

  • aparat Golgiego, który pomaga komórce poprzez gromadzenie zbędnych substancji, a następnie usuwa je z komórki;
  • plastydy, zawarte tylko w komórkach roślinnych, decydują o ich kolorze, a także odgrywają znaczącą rolę w fotosyntezie;
  • lizosomy, które mają specjalne enzymy i pomagają rozkładać białka;
  • mitochondria dostarczają komórkom niezbędnej energii, a także uczestniczą w reprodukcji;
  • retikulum endoplazmatyczne, które zapewnia transport do cytoplazmy niektórych substancji;
  • ośrodek komórkowy.

Warto również pamiętać, że bakterie nie posiadają ściany komórkowej, dlatego procesy takie jak pinocytoza i fagocytoza nie mogą zachodzić.

Cechy procesów bakteryjnych

Będąc specjalnymi mikroorganizmami, bakterie są przystosowane do życia w warunkach, w których może brakować tlenu. I to samo oddychanie w nich zachodzi z powodu mezosomów. Bardzo interesujące jest również to, że organizmy zielone są zdolne do fotosyntezy dokładnie w taki sam sposób jak rośliny. Należy jednak wziąć pod uwagę fakt, że u roślin proces fotosyntezy zachodzi w chloroplastach, natomiast u bakterii na błonach.

Rozmnażanie w komórce bakteryjnej zachodzi w najbardziej prymitywny sposób. Dojrzała komórka dzieli się na dwie części, które po pewnym czasie osiągają dojrzałość i proces ten się powtarza. W sprzyjających warunkach może wystąpić zmiana 70-80 pokoleń dziennie. Należy pamiętać, że bakterie ze względu na swoją budowę nie mają dostępu do takich metod rozmnażania jak mitoza i mejoza. Są unikalne dla komórek eukariotycznych.

Wiadomo, że tworzenie zarodników jest jednym z kilku sposobów rozmnażania się grzybów i roślin. Ale bakterie mogą również tworzyć zarodniki, co robi niewiele z ich gatunków. Mają tę zdolność, aby przetrwać szczególnie niesprzyjające warunki, które mogą zagrażać życiu.

Istnieją gatunki, które są w stanie przetrwać nawet w warunkach kosmicznych. Tego nie może powtórzyć żaden żywy organizm. Bakterie stały się prekursorami życia na Ziemi ze względu na prostotę ich budowy. Ale to, że istnieją do dziś, pokazuje, jak ważne są dla otaczającego nas świata. Z ich pomocą ludzie mogą zbliżyć się jak najbardziej do odpowiedzi na pytanie o pochodzenie życia na Ziemi, stale badając bakterie i ucząc się czegoś nowego.

Najciekawsze i najbardziej fascynujące fakty o bakteriach

Bakterie Staphylococcus pragną ludzkiej krwi

Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) to powszechny gatunek bakterii, który zakaża około 30 procent wszystkich ludzi. U niektórych osób jest częścią mikrobiomu (mikroflory) i znajduje się zarówno wewnątrz ciała, jak i na skórze lub w jamie ustnej. Chociaż istnieją nieszkodliwe szczepy gronkowca, inne, takie jak Staphylococcus aureus oporny na metycylinę (Staphylococcus aureus oporny na metycylinę), powodują poważne problemy zdrowotne, w tym infekcje skóry, choroby układu krążenia, zapalenie opon mózgowych i choroby układu pokarmowego.

Naukowcy z Vanderbilt University odkryli, że bakterie gronkowcowe wolą krew ludzką niż zwierzęcą. Bakterie te są częściowo związane z żelazem znajdującym się w hemoglobinie znajdującej się w czerwonych krwinkach. Staphylococcus aureus rozrywa komórki krwi, aby dostać się do znajdującego się w nich żelaza. Uważa się, że genetyczne różnice w hemoglobinie mogą sprawić, że niektórzy ludzie będą bardziej chętni do bakterii gronkowcowych niż inni.

bakterie powodują deszcz

Naukowcy odkryli, że bakterie w atmosferze mogą odgrywać rolę w wytwarzaniu deszczu i innych form opadów. Proces ten rozpoczyna się, gdy bakterie z roślin są wydmuchiwane do atmosfery przez wiatr. Na wysokości wokół nich tworzy się lód i zaczynają rosnąć. Gdy zamrożone bakterie osiągną pewien próg wzrostu, lód zaczyna topnieć i powraca na ziemię w postaci deszczu. Bakterie z gatunku Psuedomonas syringae znaleziono nawet w środku dużych cząstek gradu. Wytwarzają specjalne białko w błonach komórkowych, które pozwala im wiązać wodę w unikalny sposób, sprzyjając tworzeniu się lodu.

Zwalczanie bakterii powodujących trądzik

Naukowcy odkryli, że niektóre szczepy bakterii powodujących trądzik mogą faktycznie pomóc w zapobieganiu trądzikowi. Bakteria powodująca trądzik, Propionibacterium acnes, żyje w porach naszej skóry. Kiedy te bakterie wywołują odpowiedź immunologiczną, obszar na skórze puchnie i tworzą się pryszcze.

Stwierdzono jednak, że niektóre szczepy bakterii rzadziej powodują trądzik. Te szczepy mogą być powodem, dla którego ludzie o zdrowej skórze rzadko mają trądzik. Badając geny szczepów Propionibacterium acnes pobranych od osób z trądzikiem i zdrową skórą, naukowcy zidentyfikowali szczep, który był powszechny w jasnej skórze i rzadki w skórze ze skłonnością do trądziku. Przyszłe badania obejmą próby opracowania leku, który zabija jedynie wywołujące trądzik szczepy bakterii Propionibacterium acnes.

Bakterie na dziąsłach mogą prowadzić do chorób układu krążenia

Kto by pomyślał, że regularne mycie zębów może pomóc w zapobieganiu chorobom serca? Wcześniejsze badania wykazały związek między chorobami dziąseł a chorobami układu krążenia. Teraz naukowcy odkryli konkretny związek między tymi chorobami.

Przypuszcza się, że zarówno bakterie, jak i ludzie wytwarzają pewne rodzaje białek zwanych białkami stresu. Białka te powstają, gdy komórki doświadczają różnego rodzaju stresu. Kiedy dana osoba ma infekcję dziąseł, komórki układu odpornościowego zaczynają atakować bakterie. Bakterie po zaatakowaniu produkują białka stresowe, a białe krwinki również atakują białka stresowe.

Problem polega na tym, że białe krwinki nie potrafią odróżnić białek stresowych wytwarzanych przez bakterie od tych wytwarzanych przez organizm. W efekcie komórki układu odpornościowego atakują również białka stresowe wytwarzane przez organizm, co powoduje gromadzenie się białych krwinek w tętnicach i prowadzi do miażdżycy. Zwapnione serce jest główną przyczyną chorób sercowo-naczyniowych.

Bakterie glebowe poprawiają uczenie się

Czy wiesz, że czas spędzony w ogrodzie lub w ogrodzie może pomóc Ci lepiej się uczyć? Zdaniem naukowców bakteria glebowa Mycobacterium vaccae może usprawnić uczenie się ssaków.

Jest prawdopodobne, że bakterie te dostają się do naszego organizmu poprzez spożycie lub oddychanie. Uważa się, że bakteria Mycobacterium vaccae poprawia uczenie się poprzez stymulację wzrostu neuronów mózgowych, co prowadzi do zwiększenia poziomu serotoniny i zmniejszenia lęku.

Badanie przeprowadzono na myszach karmionych żywymi bakteriami Mycobacterium vaccae. Wyniki pokazały, że myszy karmione bakteriami poruszały się po labiryncie znacznie szybciej i z mniejszym niepokojem niż myszy, które tego nie robiły. Naukowcy sugerują, że Mycobacterium vaccae odgrywa rolę w lepszym rozwiązywaniu problemów i zmniejszaniu poziomu stresu.

Bakteryjne maszyny energetyczne

Naukowcy z Argonne National Laboratory odkryli, że bakteria Bacillus subtilis ma zdolność obracania bardzo małych kół zębatych. Bakterie te są tlenowe, co oznacza, że ​​potrzebują tlenu do wzrostu i rozwoju. Po umieszczeniu ich w roztworze z mikropęcherzykami powietrza bakterie unoszą się w zębach przekładni i powodują jej obrót w określonym kierunku.

Potrzeba kilkuset bakterii, które działają zgodnie, aby rozpocząć obracanie się koła zębatego. Stwierdzono również, że bakterie mogą obracać kilka połączonych ze sobą kół zębatych. Naukowcy byli w stanie kontrolować prędkość, z jaką bakterie obracały zębatkami, dostosowując ilość tlenu w roztworze. Spadek ilości tlenu doprowadził do spowolnienia bakterii. Usunięcie tlenu powoduje, że całkowicie przestają się poruszać.

Prokarionty obejmują archebakterie, bakterie i niebiesko-zielone algi. prokarioty- organizmy jednokomórkowe, które nie mają strukturalnie uformowanego jądra, organelli błonowych i mitozy.

Wymiary - od 1 do 15 mikronów. Podstawowe formy: 1) cocci (kuliste), 2) laseczki (w kształcie pręta), 3) vibrios (zakrzywione w formie przecinka), 4) spirilla i krętki (spiralne skręcenie).

1 - ziarniaki; 2 - pałeczki; 3 - wibratory; 4-7 - spirilla i krętki.

1 - rana błony cytoplazmatycznej; 2 - ściana komórkowa; 3 - kapsułka śluzu; 4 - cytoplazma; 5 - chromosomalny DNA; 6 - rybosomy; 7 - mezo-soma; 8 - fotosyntetyczne rany membranowe; 9 - włączenie; 10 - spalić tiki; 11 - picie.

Komórka bakteryjna otoczona jest błoną. Wewnętrzna warstwa błony jest reprezentowana przez błonę cytoplazmatyczną (1), nad którą znajduje się ściana komórkowa (2); nad ścianą komórkową u wielu bakterii znajduje się torebka śluzowa (3). Struktura i funkcje błony cytoplazmatycznej komórek eukariotycznych i prokariotycznych nie różnią się. Błona może tworzyć fałdy tzw mezosomy(7). Mogą mieć inny kształt (w kształcie torby, rurowy, blaszkowaty itp.).

Enzymy znajdują się na powierzchni mezosomów. Ściana komórkowa jest gruba, gęsta, sztywna, składa się z mureina(główny składnik) i inne substancje organiczne. Mureina to regularna sieć równoległych łańcuchów polisacharydowych połączonych ze sobą krótkimi łańcuchami białkowymi. Bakterie są klasyfikowane zgodnie z ich strukturą ściany komórkowej. Gram-dodatnie(barwione metodą Grama) i gram ujemny(nie farbowane). W bakteriach Gram-ujemnych ściana jest cieńsza, bardziej złożona, a na zewnątrz znajduje się warstwa lipidów nad warstwą mureiny. Wewnętrzna przestrzeń jest wypełniona cytoplazmą (4).

Materiał genetyczny jest reprezentowany przez koliste cząsteczki DNA. Te DNA można warunkowo podzielić na „chromosomalne” i plazmidowe. „Chromosomalny” DNA (5) to jeden, przyczepiony do błony, zawiera kilka tysięcy genów, w przeciwieństwie do eukariotycznego chromosomalnego DNA, nie jest liniowy, niezwiązany z białkami. Obszar, w którym znajduje się to DNA, nazywa się nukleoid. plazmidy pozachromosomalne elementy genetyczne. Są to małe koliste DNA, niezwiązane z białkami, niezwiązane z błoną, zawierają niewielką liczbę genów. Liczba plazmidów może być różna. Najczęściej badane plazmidy to te, które niosą informacje o lekooporności (czynnik R) i biorą udział w procesie seksualnym (czynnik F). Nazywa się plazmid, który może łączyć się z chromosomem epizodyczny.

W komórce bakteryjnej brak jest wszystkich organelli błonowych charakterystycznych dla komórki eukariotycznej (mitochondria, plastydy, ER, aparat Golgiego, lizosomy).

W cytoplazmie bakterii znajdują się rybosomy typu 70S (6) oraz inkluzje (9). Zazwyczaj rybosomy są składane w polisomy. Każdy rybosom składa się z małej (30S) i dużej podjednostki (50S). Funkcją rybosomów jest składanie łańcucha polipeptydowego. Inkluzje mogą być reprezentowane przez grudki skrobi, glikogenu, wolutyny, kropli lipidów.

Wiele bakterii ma wić(10) i pilusy (fimbrie)(jedenaście). Wici nie są ograniczone błoną, mają falisty kształt i składają się z kulistych podjednostek białka flageliny. Podjednostki te są ułożone spiralnie i tworzą wydrążony cylinder o średnicy 10–20 nm. Wić prokariotyczna w swojej budowie przypomina jedną z mikrotubul wici eukariotycznej. Liczba i układ wici mogą się różnić. Pili to proste nitkowate struktury na powierzchni bakterii. Są cieńsze i krótsze niż wici. Są to krótkie, wydrążone cylindry z białka pilinowego. Pilusy służą do przyczepiania bakterii do podłoża i do siebie nawzajem. Podczas koniugacji powstają specjalne pilusy F, za pomocą których materiał genetyczny jest przenoszony z jednej komórki bakteryjnej do drugiej.

sporulacja bakterie mają sposób na doświadczanie niekorzystnych warunków. Zarodniki są zwykle tworzone pojedynczo wewnątrz „komórki macierzystej” i nazywane są przetrwalnikami. Zarodniki są wysoce odporne na promieniowanie, ekstremalne temperatury, wysychanie i inne czynniki, które powodują śmierć komórek wegetatywnych.

Reprodukcja. Bakterie rozmnażają się bezpłciowo, dzieląc „komórkę macierzystą” na dwie części. Przed podziałem następuje replikacja DNA.

Rzadko bakterie mają proces płciowy, w którym zachodzi rekombinacja materiału genetycznego. Należy podkreślić, że bakterie nigdy nie tworzą gamet, nie łączą zawartości komórek, ale następuje przeniesienie DNA z komórki dawcy do komórki biorcy. Istnieją trzy sposoby przenoszenia DNA: koniugacja, transformacja, transdukcja.

- jednokierunkowy transfer plazmidu F z komórki dawcy do komórki biorcy w kontakcie ze sobą. W tym przypadku bakterie są połączone ze sobą specjalnymi F-pilae (F-fimbria), przez których kanały przenoszone są fragmenty DNA. Koniugację można podzielić na następujące etapy: 1) rozwijanie plazmidu F, 2) penetracja jednej z nici plazmidu F do komórki biorcy przez pigułkę F, 3) synteza nici komplementarnej na jednoniciowym DNA szablon (występuje jak w komórce dawcy (F +), aw komórce biorcy (F -)).

Transformacja- jednokierunkowy transfer fragmentów DNA z komórki dawcy do komórki biorcy, niestykających się ze sobą. W tym przypadku komórka dawcy albo „wysiewa” z siebie mały fragment DNA, albo DNA przedostaje się do środowiska po śmierci tej komórki. W każdym przypadku DNA jest aktywnie wchłaniane przez komórkę biorcy i integrowane z własnym „chromosomem”.

transdukcja- przeniesienie fragmentu DNA z komórki dawcy do komórki biorcy za pomocą bakteriofagów.

Wirusy

Wirusy składają się z kwasu nukleinowego (DNA lub RNA) oraz białek tworzących otoczkę wokół tego kwasu nukleinowego, tj. są kompleksem nukleoproteinowym. Niektóre wirusy zawierają lipidy i węglowodany. Wirusy zawsze zawierają jeden typ kwasu nukleinowego, DNA lub RNA. Ponadto każdy z kwasów nukleinowych może być zarówno jednoniciowy, jak i dwuniciowy, zarówno liniowy, jak i kolisty.

Rozmiar wirusów wynosi 10-300 nm. Kształt wirusa: kulisty, w kształcie pręta, nitkowaty, cylindryczny itp.

kapsyd- otoczka wirusa, utworzona z podjednostek białkowych, ułożonych w określony sposób. Kapsyd chroni kwas nukleinowy wirusa przed różnymi wpływami, zapewnia osadzanie się wirusa na powierzchni komórki gospodarza. Superkapsyd charakterystyczne dla wirusów złożonych (HIV, wirusy grypy, opryszczka). Występuje podczas wyjścia wirusa z komórki gospodarza i jest zmodyfikowaną częścią jądra lub zewnętrznej błony cytoplazmatycznej komórki gospodarza.

Jeśli wirus znajduje się w komórce gospodarza, istnieje w postaci kwasu nukleinowego. Jeśli wirus znajduje się poza komórką gospodarza, to jest to kompleks nukleoproteinowy, a ta wolna forma istnienia nazywa się wirion. Wirusy są wysoce specyficzne; mogą wykorzystywać do swojej aktywności życiowej ściśle określony krąg gospodarzy.

W cyklu reprodukcji wirusa można wyróżnić następujące etapy.

  1. Osadzanie się na powierzchni komórki gospodarza.
  2. Penetracja wirusa do komórki gospodarza (mogą dostać się do komórki gospodarza poprzez: a) „wstrzyknięcie”, b) rozpuszczenie błony komórkowej przez enzymy wirusowe, c) endocytozę; Po wejściu do komórki wirus przenosi swój aparat do syntezy białek pod własną kontrolą).
  3. Osadzanie wirusowego DNA w DNA komórki gospodarza (w wirusach zawierających RNA odwrotna transkrypcja zachodzi wcześniej - synteza DNA na matrycy RNA).
  4. Transkrypcja wirusowego RNA.
  5. Synteza białek wirusowych.
  6. Synteza wirusowych kwasów nukleinowych.
  7. Samoorganizacja i wyjście z komórki wirusów potomnych. Następnie komórka albo umiera, albo nadal istnieje i wytwarza nowe generacje cząsteczek wirusowych.

Ludzki wirus niedoboru odporności infekuje głównie limfocyty CD 4 (pomocnicze), na powierzchni których znajdują się receptory zdolne do wiązania się z białkiem powierzchniowym wirusa HIV. Ponadto HIV przenika do komórek ośrodkowego układu nerwowego, neurogleju i jelit. Układ odpornościowy organizmu człowieka traci swoje właściwości ochronne i nie jest w stanie oprzeć się patogenom różnych infekcji. Średnia długość życia zarażonej osoby wynosi 7-10 lat.

Źródłem zakażenia jest tylko osoba - nosiciel wirusa niedoboru odporności. AIDS jest przenoszony drogą płciową, poprzez krew i tkanki zawierające wirusa niedoboru odporności, z matki na płód.

    Iść do wykłady numer 8„Jądro. Chromosomy »

    Iść do wykłady numer 10 Pojęcie metabolizmu. Biosynteza białek”

Komórka bakteryjna składa się ze ściany komórkowej, błony cytoplazmatycznej, cytoplazmy z inkluzjami oraz jądra zwanego nukleoidem (ryc. 3.4). Istnieją dodatkowe struktury: kapsułka, mikrokapsułka, śluz, wici, pilusy. Niektóre bakterie w niesprzyjających warunkach mogą się tworzyć sprzeczanie się.

Ryż. 3.4

Ściana komórkowa. Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich zawiera niewielką ilość polisacharydów, lipidów, białek. Głównym składnikiem grubej ściany komórkowej tych bakterii jest wielowarstwowy peptydoglikan (mureina, mukopeptyd), który stanowi 40-90% masy ściany komórkowej (ryc. 3.5, 3.7). Kwasy teichojowe (z gr. teichos- Ściana).


Ryż. 3-5-


Ryż. 3.6.Mikroskopia z kontrastem fazowymŁ-formy

Ściana komórkowa bakterii Gram-ujemnych zawiera zewnętrzną błonę połączoną lipoproteiną z leżącą pod spodem warstwą peptydoglikanu. Na ultracienkich skrawkach bakterii błona zewnętrzna ma postać falistej trójwarstwowej struktury podobnej do błony wewnętrznej, która nazywana jest cytoplazmatyczną (ryc. 3.5, 3.8). Głównym składnikiem tych błon jest dwucząsteczkowa (podwójna) warstwa lipidów. Wewnętrzna warstwa błony zewnętrznej jest reprezentowana przez fosfolipidy, a warstwa zewnętrzna zawiera lipopolisacharyd. Lipopolisacharyd błony zewnętrznej składa się z 3 fragmentów: lipid A - struktura konserwatywna, prawie taka sama u bakterii Gram-ujemnych; rdzeń lub pręt, część kory (z łac. rdzeń- rdzeń), stosunkowo konserwatywna struktura oligosacharydów (najbardziej stałą częścią rdzenia LPS jest kwas ketodezoksyoktonowy); wysoce zmienny O-specyficzny łańcuch polisacharydowy utworzony przez powtórzenie identycznych sekwencji oligosacharydowych (0-antygen). Białka w matrix błony zewnętrznej przenikają przez nią w taki sposób, że cząsteczki białek zwane porinami graniczą z hydrofilowymi porami, przez które przechodzi woda i małe cząsteczki hydrofilowe.


Ryż. 3-7Wzór dyfrakcji elektronów na cienkim skrawku komórki listerii- Listeriamonocytogeny(według A. A. Avakyan, L. N. Kats. I. B. Pavlova). Błona cytoplazmatyczna, mezosom i nukleoid są dobrze wyrażone w postaci jasnych stref z fibrylarnymi, nitkowatymi strukturami DNA; ściana komórkowa - gruba, typowa dla bakterii Gram-dodatnich


Ryż. 3.8. Wzór dyfrakcji elektronów ultracienkiego skrawka komórki Brucella (Brucellamelitensis). Według AA Avakyan, LN Kats, IB Pavlova.

Nukleoid ma wygląd jasnych stref z włóknistymi, nitkowatymi strukturami DNA; ściana komórkowa - cienka, typowa dla bakterii Gram-ujemnych

Pomiędzy błoną zewnętrzną a cytoplazmatyczną znajduje się przestrzeń peryplazmatyczna, czyli peryplazma, zawierająca enzymy (proteazy, lipazy, fosfatazy, nukleazy, beta-laktamazy) oraz składniki układów transportowych.
W przypadku naruszenia syntezy ściany komórkowej bakterii pod wpływem lizozymu, penicyliny, czynników ochronnych organizmu, powstają komórki o zmienionym (często kulistym) kształcie: protoplasty - bakterie całkowicie pozbawione ściany komórkowej; sferoplasty to bakterie z częściowo zachowaną ścianą komórkową. Bakterie typu sfero- lub protoplastów, które utraciły zdolność syntezy peptydoglikanu pod wpływem antybiotyków lub innych czynników i są zdolne do namnażania, nazywane są formami L (ryc. 3.b). Niektóre formy L (niestabilne) po usunięciu czynnika, który doprowadził do zmian w bakteriach, mogą się odwrócić, „powracając” do pierwotnej komórki bakteryjnej.

błona cytoplazmatyczna przy mikroskopii elektronowej ultracienkich skrawków jest to membrana trójwarstwowa (2 ciemne warstwy o grubości 2,5 nm są oddzielone jedną jasną - pośrednią). W strukturze jest podobny do plazmalemmy komórek zwierzęcych i składa się z podwójnej warstwy fosfolipidów z osadzonymi białkami powierzchniowymi i integralnymi, jakby przenikającymi przez strukturę błony. Przy nadmiernym wzroście (w porównaniu ze wzrostem ściany komórkowej) błona cytoplazmatyczna tworzy wklęsłości - wklęsłości w postaci złożonych struktur skręconych błon, zwanych mezosomami (ryc. 3.7). Mniej złożone skręcone struktury nazywane są błonami wewnątrzcytoplazmatycznymi.
Cytoplazma składa się z rozpuszczalnych białek, kwasów rybonukleinowych, inkluzji i licznych małych granulek - rybosomów odpowiedzialnych za syntezę (translację) białek. Rybosomy bakteryjne mają wielkość około 20 nm i współczynnik sedymentacji 70S, w przeciwieństwie do rybosomów EOB charakterystycznych dla komórek eukariotycznych. Rybosomalny RNA (rRNA) jest konserwatywnym elementem bakterii ("zegar molekularny" ewolucji). 16S rRNA jest częścią małej podjednostki rybosomów, a 23S rRNA jest częścią dużej podjednostki rybosomów. Badanie 16S rRNA stanowi podstawę systematyki genów, umożliwiając ocenę stopnia pokrewieństwa organizmów. W cytoplazmie znajdują się różne inkluzje w postaci granulek glikogenu, polisacharydów, kwasu beta-hydroksymasłowego i polifosforanów (wolutyna). Są substancjami rezerwowymi dla potrzeb żywieniowych i energetycznych bakterii. Volyutin ma powinowactwo do barwników zasadowych i jest łatwo wykrywalny za pomocą specjalnych metod barwienia (na przykład według Neissera) w postaci metachromatycznych granulek. Charakterystyczny układ ziarnistości w lutynie ujawnia się w prątku błonicy w postaci intensywnie wybarwionych biegunów komórki (ryc. 3.87).

Ryż. 3-9 a

Ryż. 3-9 b. Wymaz z czystej kulturyKlebsiellazapalenie płuc, Barwienie Burri-Gypsum. Widoczne kapsułki - lekkie halo wokół bakterii w kształcie pręcików


Ryż. 3.10.Wici i wypił Escherichia coli. Wzór dyfrakcji elektronów bakterii osadzonej na stopie platyny i palladu. Przygotowanie VS Tyurina

nukleoid jest odpowiednikiem jądra w bakteriach. Znajduje się w centralnej strefie bakterii w postaci dwuniciowego DNA, zamkniętego w pierścieniu i ciasno upakowanego jak kula (ryc. 3.4, 3.7 i 3.8). Jądro bakterii, w przeciwieństwie do eukariontów, nie posiada błony jądrowej, jąderka i podstawowych białek (histonów). Zwykle w
Komórka bakteryjna zawiera jeden chromosom, reprezentowany przez cząsteczkę DNA zamkniętą w pierścieniu. Oprócz nukleoidu, reprezentowanego przez jeden chromosom, komórka bakteryjna zawiera pozachromosomalne czynniki dziedziczności w postaci kowalencyjnie zamkniętych pierścieni DNA - tak zwanych plazmidów (patrz ryc. 3.4).

Kapsułka, mikrokapsułka, śluz. Kapsułka - struktura śluzowa o grubości ponad 0,2 mikrona, mocno związana ze ścianą komórkową bakterii i mająca wyraźnie określone granice zewnętrzne. Torebkę można odróżnić w rozmazach-odciskach z materiału patologicznego (patrz ryc. 3.9a). W czystych kulturach bakterii kapsułka tworzy się rzadziej. Jest wykrywany za pomocą specjalnych metod barwienia rozmazem (na przykład według Burri-Ginsa), które tworzą negatywny kontrast substancji kapsułki: atrament tworzy ciemne tło wokół kapsułki (patrz ryc. 3.9b).
Kapsułka składa się z polisacharydów (egzopolisacharydów), czasem polipeptydów; na przykład w Bacillus wąglika składa się z polimerów kwasu D-glutaminowego. Kapsułka jest hydrofilowa i zapobiega fagocytozie bakterii. Kapsułka jest antygenowa: przeciwciała przeciwko kapsułce powodują jej powiększenie (reakcja pęcznienia kapsułki).

Powstaje wiele bakterii mikrokapsułka - tworzenie śluzu o grubości mniejszej niż 0,2 mikrona, wykrywane tylko za pomocą mikroskopii elektronowej. Śluz należy odróżnić od kapsułki - śluzowatych egzopolisacharydów, które nie mają wyraźnych granic. Slime jest rozpuszczalny w wodzie. Egzopolisacharydy bakteryjne biorą udział w adhezji (przyklejaniu się do podłoża), nazywane są także glikokaliksem. Oprócz syntezy egzopolisacharydów przez bakterie istnieje inny mechanizm ich powstawania: poprzez działanie pozakomórkowych enzymów bakteryjnych na disacharydy. W rezultacie powstają dekstrany i lewany.

wici bakterie determinują ruchliwość komórki bakteryjnej. Wici są cienkimi włóknami pochodzącymi z błony cytoplazmatycznej i są dłuższe niż sama komórka (ryc. 3.10). Wici mają grubość 12–20 nm i długość 3–15 µm. Składają się z 3 części: spiralnej nici, haczyka i korpusu podstawowego zawierającego pręcik ze specjalnymi krążkami (1 para krążków dla bakterii Gram-dodatnich i 2 pary krążków dla bakterii Gram-ujemnych). Krążki wici są przyczepione do błony cytoplazmatycznej i ściany komórkowej. Stwarza to efekt silnika elektrycznego z prętem silnikowym, który obraca wici. Wici składają się z białka zwanego flageliną. rozłóg- wici), który jest antygenem H. Podjednostki flageliny są zwinięte. Liczba wici u bakterii różnych gatunków waha się od jednej (monotrich) u Vibrio cholerae do dziesięciu lub setek wici rozciągających się wzdłuż obwodu bakterii (peritrich) u Escherichia coli, Proteus itp.


Ryż. 3.11.Elektronogram ultracienkiego skrawka prątka tężca(Clostridiumtężec) w komórce wegetatywnej bakterii powstaje końcowy zarodnik z wielowarstwową błoną. (Według AA Avakyan, LN Kats, IB Pavlova)

Lophotrichous mają wiązkę wici na jednym końcu komórki. Amphitrichous mają jedną wici lub wiązkę wici na przeciwległych końcach komórki.

Pili (fimbrie, kosmki) - formacje nitkowate, cieńsze i krótsze (3-10 nm x 0,3-10 mikronów) niż wici. Pili wystają z powierzchni komórki i składają się z białka pilinowego, które ma aktywność antygenową. Istnieją pilusy odpowiedzialne za adhezję, tj. Przyczepianie się bakterii do zaatakowanej komórki, jak również pilusy odpowiedzialne za odżywianie, metabolizm wody i soli oraz fizyczność (F-pili), czyli koniugacja, pilusy. Napoje są obfite - kilkaset na klatkę.

Jednak zwykle na komórkę przypada 1-3 pilusów płciowych: są one tworzone przez tak zwane „męskie” komórki dawcy zawierające przenośne plazmidy (plazmidy F-, R-, Col). Charakterystyczną cechą pilusów płciowych jest interakcja ze specjalnymi „męskimi” kulistymi bakteriofagami, które są intensywnie adsorbowane na pilusach płciowych (ryc. 3.10).

spór - swoista postać uśpionych bakterii Firmicute, tj. bakterie o gram-dodatniej strukturze ściany komórkowej. spór powstają w niesprzyjających warunkach dla bytowania bakterii (suszenie, niedobory składników pokarmowych itp.). Wewnątrz komórki bakteryjnej powstaje jeden zarodnik (endospora). Tworzenie zarodników przyczynia się do zachowania gatunku i nie jest metodą rozmnażania, jak w przypadku grzybów. bakterie tworzące przetrwalniki rodzaju Bacillus mają zarodniki, które nie przekraczają średnicy komórki. Bakterie, których wielkość zarodników przekracza średnicę komórki, nazywane są Clostridium, na przykład bakterie z rodzaju Clostridium (łac. Clostridium- wrzeciono). Zarodniki są kwasoodporne, dlatego barwią się na czerwono według metody Aujeszky'ego lub według metody Ziehla-Nielsena, a komórka wegetatywna jest niebieska (patrz ryc. 3.2, pałeczki, Clostridia).
Kształt sporu może być owalny, kulisty; lokalizacja w komórce jest końcowa, to znaczy na końcu pałeczki (w czynniku sprawczym tężca), podterminalna - bliżej końca pałeczki (w czynnikach sprawczych botulizmu, zgorzeli gazowej) i centralna (w pałeczki wąglika). Zarodnik utrzymuje się przez długi czas ze względu na obecność wielowarstwowej skorupy (ryc. 3.11), dipikolinian wapnia, niską zawartość wody i powolne procesy metaboliczne. W sprzyjających warunkach zarodniki kiełkują przez 3 kolejne etapy: aktywację, inicjację, kiełkowanie.

Bakterie to najstarszy organizm na ziemi, a także najprostszy w swojej strukturze. Składa się tylko z jednej komórki, którą można zobaczyć i zbadać tylko pod mikroskopem. Cechą charakterystyczną bakterii jest brak jądra komórkowego, dlatego bakterie zalicza się do prokariotów.

Niektóre gatunki tworzą małe grupy komórek; takie skupiska mogą być otoczone kapsułą (osłoną). Wielkość, kształt i kolor bakterii w dużym stopniu zależą od środowiska.

Ze względu na kształt bakterie dzielą się na: pręcikowate (bacilli), kuliste (ziarniaki) i kręte (spirilla). Istnieją również zmodyfikowane - sześcienne, w kształcie litery C, w kształcie gwiazdy. Ich rozmiary wahają się od 1 do 10 mikronów. Niektóre rodzaje bakterii mogą aktywnie poruszać się za pomocą wici. Te ostatnie czasami dwukrotnie przekraczają wielkość samej bakterii.

Rodzaje form bakterii

Do ruchu bakterie używają wici, których liczba jest inna - jedna, para, wiązka wici. Lokalizacja wici jest również inna - po jednej stronie komórki, po bokach lub równomiernie rozłożona na całej płaszczyźnie. Również jeden ze sposobów poruszania się jest uważany za ślizganie się ze względu na śluz, którym pokryty jest prokariota. Większość z nich ma wakuole wewnątrz cytoplazmy. Regulacja pojemności gazu w wakuolach pomaga im poruszać się w górę lub w dół w cieczy, a także poruszać się przez kanały powietrzne w glebie.

Naukowcy odkryli ponad 10 tysięcy odmian bakterii, ale według założeń badaczy na świecie żyje ich ponad milion gatunków. Ogólna charakterystyka bakterii umożliwia określenie ich roli w biosferze, a także badanie budowy, typów i klasyfikacji królestwa bakterii.

siedliska

Prostota budowy i szybkość przystosowania się do warunków środowiskowych pozwoliły bakteriom rozprzestrzenić się na szeroki obszar naszej planety. Istnieją wszędzie: woda, gleba, powietrze, żywe organizmy - wszystko to jest najbardziej akceptowalnym środowiskiem dla prokariotów.

Bakterie znaleziono zarówno na biegunie południowym, jak iw gejzerach. Znajdują się na dnie oceanu, a także w górnych warstwach skorupy powietrznej Ziemi. Bakterie żyją wszędzie, ale ich liczba zależy od sprzyjających warunków. Na przykład duża liczba gatunków bakterii żyje w otwartych zbiornikach wodnych, a także w glebie.

Cechy konstrukcyjne

Komórka bakteryjna wyróżnia się nie tylko tym, że nie ma jądra, ale także brakiem mitochondriów i plastydów. DNA tego prokariota znajduje się w specjalnej strefie jądrowej i ma postać nukleoidu zamkniętego w pierścieniu. W bakteriach struktura komórkowa składa się ze ściany komórkowej, kapsułki, błony przypominającej kapsułkę, wici, pilusów i błony cytoplazmatycznej. Strukturę wewnętrzną tworzą cytoplazma, ziarnistości, mezosomy, rybosomy, plazmidy, inkluzje i nukleoid.

Ściana komórkowa bakterii pełni funkcję obronną i podporową. Substancje mogą przez nią swobodnie przepływać dzięki przepuszczalności. Ta otoczka zawiera pektynę i hemicelulozę. Niektóre bakterie wydzielają specjalny śluz, który może pomóc chronić przed wysychaniem. Śluz tworzy kapsułkę - polisacharyd o składzie chemicznym. W tej postaci bakteria jest w stanie tolerować nawet bardzo wysokie temperatury. Pełni również inne funkcje, na przykład przykleja się do dowolnych powierzchni.

Na powierzchni komórki bakteryjnej znajdują się cienkie kosmki białkowe - pilusy. Może być ich duża liczba. Pili pomagają komórce przenosić materiał genetyczny, a także zapewniają adhezję do innych komórek.

Pod płaszczyzną ściany znajduje się trójwarstwowa błona cytoplazmatyczna. Gwarantuje transport substancji, a także odgrywa znaczącą rolę w powstawaniu zarodników.

Cytoplazma bakterii składa się w 75 procentach z wody. Skład cytoplazmy:

  • ryby;
  • mezosomy;
  • aminokwasy;
  • enzymy;
  • pigmenty;
  • cukier;
  • granulki i inkluzje;
  • nukleoid.

Metabolizm u prokariontów jest możliwy, zarówno z udziałem tlenu, jak i bez niego. Większość z nich żywi się gotowymi odżywkami pochodzenia organicznego. Bardzo niewiele gatunków jest w stanie samodzielnie syntetyzować substancje organiczne z substancji nieorganicznych. Są to niebieskozielone bakterie i sinice, które odegrały znaczącą rolę w kształtowaniu atmosfery i nasyceniu jej tlenem.

reprodukcja

W warunkach sprzyjających rozmnażaniu odbywa się przez pączkowanie lub wegetatywnie. Rozmnażanie bezpłciowe zachodzi w następującej kolejności:

  1. Komórka bakteryjna osiąga swoją maksymalną objętość i zawiera niezbędne zapasy składników odżywczych.
  2. Komórka wydłuża się, pośrodku pojawia się przegroda.
  3. W komórce następuje podział nukleotydu.
  4. Główne i oddzielone DNA różnią się.
  5. Komórka jest podzielona na pół.
  6. Resztkowa formacja komórek potomnych.

Dzięki tej metodzie rozmnażania nie ma wymiany informacji genetycznej, więc wszystkie komórki potomne będą dokładną kopią matki.

Bardziej interesujący jest proces rozmnażania się bakterii w niesprzyjających warunkach. Naukowcy dowiedzieli się o zdolności bakterii do rozmnażania płciowego stosunkowo niedawno - w 1946 roku. Bakterie nie mają podziału na komórki żeńskie i rozrodcze. Ale mają różne DNA. Dwie takie komórki, zbliżając się do siebie, tworzą kanał do przenoszenia DNA, następuje wymiana miejsc - rekombinacja. Proces jest dość długi, którego efektem są dwie zupełnie nowe osoby.

Większość bakterii bardzo trudno zobaczyć pod mikroskopem, ponieważ nie mają własnego koloru. Kilka odmian jest fioletowych lub zielonych ze względu na zawartość bakteriochlorofilu i bakteriopurpuryny. Chociaż jeśli weźmiemy pod uwagę niektóre kolonie bakterii, staje się jasne, że uwalniają one kolorowe substancje do środowiska i nabierają jasnego koloru. Aby dokładniej zbadać prokarionty, są one barwione.


Klasyfikacja

Klasyfikacja bakterii może opierać się na takich wskaźnikach jak:

  • Formularz
  • droga do podróży;
  • sposób na uzyskanie energii;
  • odpady;
  • stopień zagrożenia.

Symbionty bakteriiżyją w partnerstwie z innymi organizmami.

Bakterie saprofityczneżywią się już martwymi organizmami, produktami i odpadami organicznymi. Przyczyniają się do procesów rozkładu i fermentacji.

Rozkład oczyszcza przyrodę ze zwłok i innych odpadów pochodzenia organicznego. Bez procesu rozkładu nie byłoby cyklu substancji w przyrodzie. Jaka jest więc rola bakterii w obiegu materii?

Bakterie gnilne są pomocnikiem w procesie rozkładu związków białkowych, a także tłuszczów i innych związków zawierających azot. Po przeprowadzeniu złożonej reakcji chemicznej rozrywają wiązania między cząsteczkami organizmów organicznych i wychwytują cząsteczki białka, aminokwasy. Rozszczepiając się, cząsteczki uwalniają amoniak, siarkowodór i inne szkodliwe substancje. Są trujące i mogą powodować zatrucia u ludzi i zwierząt.

Bakterie gnilne rozmnażają się szybko w sprzyjających im warunkach. Ponieważ są to nie tylko pożyteczne bakterie, ale także szkodliwe, aby zapobiec przedwczesnemu rozkładowi produktów, ludzie nauczyli się je przetwarzać: suche, marynowane, sól, dym. Wszystkie te zabiegi zabijają bakterie i zapobiegają ich namnażaniu.

Bakterie fermentacyjne za pomocą enzymów są w stanie rozkładać węglowodany. Ludzie dostrzegli tę zdolność już w czasach starożytnych i do dziś używają takich bakterii do wytwarzania produktów kwasu mlekowego, octów i innych produktów spożywczych.

Bakterie, współpracując z innymi organizmami, wykonują bardzo ważną pracę chemiczną. Bardzo ważne jest, aby wiedzieć, jakie są rodzaje bakterii i jakie korzyści lub szkody przynoszą naturze.

Znaczenie w przyrodzie i dla człowieka

O dużym znaczeniu wielu rodzajów bakterii (w procesach gnicia i różnego typu fermentacji) pisaliśmy już powyżej; pełnienia roli sanitarnej na Ziemi.

Bakterie odgrywają również ogromną rolę w obiegu węgla, tlenu, wodoru, azotu, fosforu, siarki, wapnia i innych pierwiastków. Wiele rodzajów bakterii bierze udział w aktywnym wiązaniu azotu atmosferycznego i przekształcaniu go w formę organiczną, przyczyniając się do wzrostu żyzności gleby. Szczególne znaczenie mają bakterie rozkładające celulozę, które są głównym źródłem węgla dla żywotnej aktywności mikroorganizmów glebowych.

Bakterie redukujące siarczany biorą udział w tworzeniu oleju i siarkowodoru w błocie leczniczym, glebie i morzach. Tak więc warstwa wody nasyconej siarkowodorem w Morzu Czarnym jest wynikiem żywotnej aktywności bakterii redukujących siarczany. Aktywność tych bakterii w glebach prowadzi do powstawania sody i sodowego zasolenia gleby. Bakterie redukujące siarczany przekształcają składniki odżywcze w glebie plantacji ryżu w formę, która staje się dostępna dla korzeni upraw. Bakterie te mogą powodować korozję metalowych konstrukcji podziemnych i podwodnych.

Dzięki żywotnej aktywności bakterii gleba zostaje uwolniona od wielu produktów i organizmów szkodliwych oraz nasycona cennymi składnikami odżywczymi. Preparaty bakteriobójcze z powodzeniem stosowane są do zwalczania wielu rodzajów szkodników owadzich (m. prosowianka itp.).

Wiele rodzajów bakterii wykorzystuje się w różnych gałęziach przemysłu do produkcji acetonu, alkoholi etylowych i butylowych, kwasu octowego, enzymów, hormonów, witamin, antybiotyków, preparatów białkowych i witaminowych itp.

Bez bakterii niemożliwe są procesy w garbowaniu skór, suszeniu liści tytoniu, wytwarzaniu jedwabiu, gumy, przetwarzaniu kakao, kawy, wydawaniu moczu z konopi, lnu i innych roślin włóknistych, kiszonej kapusty, oczyszczaniu ścieków, wypłukiwaniu metali itp.