Struktura bakterij: značilnosti. Bistvena aktivnost in struktura bakterij

Ko že govorimo o bakterijah, najpogosteje predstavljamo nekaj negativnega. In vendar o njih vemo zelo malo. Struktura in vitalna aktivnost bakterij sta precej primitivni, vendar je to, glede na predpostavke nekaterih znanstvenikov, najstarejši prebivalci Zemlje in že toliko let niso izginili ali izumrli. Človek uporablja veliko vrst takšnih mikroorganizmov za lastno korist, drugi pa povzročajo resne bolezni in celo epidemije. Toda poškodba nekaterih bakterij včasih ni sorazmerna z uporabo drugih. Spregovorimo o teh neverjetnih mikroorganizmih in se seznanimo z njihovo strukturo, fiziologijo in klasifikacijo.

Kraljevina bakterij

To so nejedrski, najpogosteje enocelični mikroorganizmi. Odkritje leta 1676 je zasluga nizozemskega znanstvenika A. Leeuwenhoeka, ki je prvič videl drobne bakterije pod mikroskopsko lupo. Francoski kemik in mikrobiolog Louis Pasteur je prvič začel preučevati njihovo naravo, fiziologijo in vlogo v človeškem življenju v petdesetih letih prejšnjega stoletja. Struktura bakterij se je začela aktivno raziskovati s prihodom elektronskih mikroskopov. Njena celica je sestavljena iz citoplazmatske membrane, ribosoma in nukleotida. DNA bakterije je skoncentrirana na enem mestu (nukleoplazma) in je prepletanje tankih niti. Citoplazmo ločimo od celične stene citoplazmatska membrana, vsebuje nukleotid, različne membranske sisteme, celične vključke. Ribosom bakterij sestavlja 60% RNA, ostalo je beljakovina. Spodnja fotografija prikazuje strukturo salmonele.

Celična stena in njene komponente

Bakterije imajo celično strukturo. Celična stena ima debelino okoli 20 nm in za razliko od višjih rastlin nima fibrilarne strukture. Njegovo moč zagotavlja posebna prevleka, imenovana vreča. Sestoji predvsem iz polimerne snovi - murein. Njegove komponente (podenote) so povezane v posebnem zaporedju v posebne poliglikanske pramene. Skupaj s kratkimi peptidi tvorijo makromolekulo, ki spominja na omrežje. To je vreča murein.

Gibalni organi

Ti mikroorganizmi so sposobni aktivnega gibanja. Izvaja se na račun plazemske flagele, ki ima spiralno strukturo. Bakterije se lahko premikajo s hitrostjo do 200 mikronov na sekundo in se obračajo okoli svoje osi za 13 sekund v sekundi. Sposobnost flagelin za gibanje je zagotovljena s posebnim kontraktilnim proteinom, flagelinom (analogom miozina v mišičnih celicah).

Imajo naslednje dimenzije: dolžina - do 20 mikronov, premer - 10-20 nm. Vsak bič se odmika od bazalnega telesa, ki je potopljeno v celično steno bakterije. Organi gibanja so lahko enojni ali razporejeni v cele snope, kot na primer v spirili. Število zastavic je lahko odvisno od okoljskih razmer. Na primer, Proteus Vulgaris s slabo prehrano ima samo dve subpolarni zastavici, medtem ko je pri normalnih pogojih razvoja v svežnjih lahko od 2 do 50.

Gibanje mikrobov

Struktura bakterij (shema spodaj) je takšna, da se lahko giblje precej aktivno. Gibanje se v večini primerov pojavi zaradi pritiska in se izvaja predvsem v tekočem ali vlažnem okolju. Odvisno od aktivnega faktorja, z drugimi besedami, vrste zunanjega dražljaja, je lahko:

• kemotaksija je usmerjeno gibanje bakterij v hranila ali, nasprotno, iz kakršnih koli toksinov;
• Aerotaksija - premik na kisik (iz aerobov) ali iz njega (iz anaerobov);
• fototaksija - reakcija na svetlobo, ki se kaže v gibanju, je značilna predvsem za fototrofe;
• magnetotaksija - reakcija na spremembe v magnetnem polju, je razložena s prisotnostjo posebnih delcev (magnetosomi) v nekaterih mikroorganizmih.

Bakterije, katerih celična struktura jim omogoča, da se premikajo, lahko na mestih ustvarjajo grozde z optimalnimi pogoji za njihovo življenjsko aktivnost. Nekatere vrste imajo poleg žlez številne tanjše niti - imenujejo se "fimbrije" ali "pijejo", vendar njihova funkcija še ni bila dovolj raziskana. Bakterije, ki nimajo posebnih flagel, so sposobne drsnega gibanja, čeprav je značilna zelo nizka hitrost: približno 250 mikronov na minuto.

Nekaj ​​besed o fiziologiji

Za aktivno življenje potrebujejo mikroorganizmi energijo. Njen vir je lahko vrsta organskih in anorganske snovi kot tudi sončna svetloba. Večina bakterij je heterotrofov. Ne morejo sintetizirati organskih iz anorganskih spojin z uporabo foto- ali kemosinteze, zato uporabljajo razpadajoči organski material, parazitirajo ali delujejo kot simbionti.

Druga manjša skupina bakterij so avtotrofi. Sposobni so sintetizirati iz anorganskih organske snovi lahko delno absorbira atmosferski ogljikov dioksid in so kemotrofi. Te bakterije imajo zelo pomembno mesto v kroženju kemijskih elementov v naravi.

Obstajata tudi dve skupini resničnih fototrofov. Značilnosti strukture bakterij v tej kategoriji so, da vsebujejo bakterioklorofilno snov (pigment), povezano z rastlinskim klorofilom v naravi, in ker nimajo fotosistema II, fotosinteza poteka brez kisika.

Razmnoževanje po oddelkih

Glavna metoda razmnoževanja je delitev izvorne matične celice na dve (amitoza). Pri oblikah, ki imajo podolgovato obliko, se to vedno pojavi pravokotno na vzdolžno os. Struktura bakterije je podvržena kratkoročnim spremembam: od roba celice do sredine se oblikuje prečna pregrada, po kateri se loči materinski organizem. To pojasnjuje staro ime kraljestva - Drobyanka. Celice po delitvi lahko ostanejo povezane v nestabilnih, ohlapnih verigah.

To so posebnosti strukture bakterij nekaterih vrst, na primer streptokokov.

Sporulacija in spolno razmnoževanje

Druga metoda razmnoževanja je sporulacija. To je neposredno povezano z željo po prilagajanju na neugodne razmere in je usmerjeno v njihovo doživljanje. Pri nekaterih paličastih bakterijah se spore oblikujejo endogeno, to je znotraj celice. So zelo odporni na vročino in lahko vztrajajo tudi pri daljšem vrenju. Nastajanje spore se začne z različnimi kemijskimi reakcijami v matični celici, pri čemer se 75% vseh beljakovin razgradi. Potem je tu še delitev. Hkrati se tvorita dve hčerinski celici. Eden od njih (manjši) je prekrit z debelo lupino, ki lahko traja do 50% volumna - to je spor. Ohranja vitalnost in pripravljenost za kalitev 200-300 let.

Nekatere vrste so sposobne spolnega razmnoževanja. Ta proces je bil prvič odkrit leta 1946, ko so preučevali strukturo bakterijske celice Escherichia coli. Izkazalo se je, da je možen delni prenos genskega materiala. To pomeni, da se fragmenti DNA prenesejo iz ene celice (darovalca) v drugo (prejemnico) v procesu konjugacije. To naredimo s pomočjo bakteriofagov ali s transformacijo.

Struktura bakterije in njene fiziološke značilnosti so takšne, da se v idealnih pogojih proces delitve odvija stalno in zelo hitro (vsakih 20-30 minut). Toda v naravnem okolju je omejena z različnimi dejavniki (sončna svetloba, hranilni medij, temperatura itd.).

Razvrstitev teh mikroorganizmov temelji na različni strukturi bakterijske celične stene, ki določa ohranitev anilinskega barvila v celici ali njeno elucijo. To je razkril H. K. Gram in nato v skladu z njegovim imenom identificirana dva velika dela mikroorganizmov, o katerih bomo razpravljali spodaj.

Gram-pozitivne bakterije: značilnosti strukture in življenja

Ti mikroorganizmi imajo večplastni pokrov mureina (30-70% skupne suhe mase celične stene), tako da iz celic ni izprana anilinska barva (slika zgoraj prikazuje strukturo gram pozitivne bakterije na levi in ​​gram-negativne bakterije na desni). Njihova posebnost je, da diaminopimelično kislino pogosto nadomesti lizin. Vsebnost beljakovin je veliko manj, polisaharidi pa so odsotni ali pa so povezani s kovalentnimi vezmi. Vse bakterije tega oddelka so razdeljene v več skupin:

1. Gram pozitivni koki. To so posamezne celice ali skupine dveh, štirih ali več celic (do 64), ki jih celuloza drži skupaj. Po vrsti hrane so to običajno obvezni ali fakultativni anaerobi, na primer, mlečne kislinske bakterije iz družine Streptococcus, lahko pa so tudi aerobi.
2. Ne gobice. Z imenom je že mogoče razumeti strukturo bakterijske celice. Ta skupina vključuje anaerobne ali neobvezne vrste aerobne mlečne kisline iz družine Lactobacillus.
3. Palice, ki tvorijo spore. Predstavlja jih samo ena družina - Clostridia. To so obvezni anaerobi, ki lahko tvorijo spore. Mnogi od njih tvorijo značilne verige ali niti posameznih celic.
4. Korinemorfni mikroorganizmi. Zunanja struktura celičnih bakterij v tej skupini se lahko zelo razlikuje. Tako lahko palice postanejo klavatne, kratke, koke ali šibko razvejane oblike. Ne tvorijo endospore. Med njimi so propionska kislina, streptomicete, itd.
5. Mycoplasma. Če ste pozorni na strukturo bakterij (diagram na spodnji sliki - puščica označuje verigo DNA), potem je mogoče opaziti, da nima celične stene (namesto tega je citoplazmatska membrana) in da zato ni obarvana z anilinsko barvo, zato je ni mogoče pripisati tem oddelku na podlagi gramiranja. Toda po zadnjih raziskavah so mikoplazme izvirale iz gram pozitivnih mikroorganizmov.

Gram-negativne bakterije: funkcije, struktura

V takih mikroorganizmih je mreža murein zelo tanka, njen delež suhe mase celotne celične stene je le 10%, ostalo so lipoproteini, lipopolisaharidi itd. Snovi, ki prihajajo iz obarvanja po Gramu, se lahko enostavno izperejo. Glede na vrsto hrane so gram-negativne bakterije fototrofi ali kemotrofi, nekatere vrste so sposobne fotosinteze. Razvrščanje znotraj oddelka je v procesu nastajanja, različne družine so razvrščene v 12 skupin, ki temeljijo na značilnostih morfologije, presnove in drugih dejavnikov.

1. Anaerobni koki in palice. Navzven so vibrije (v obliki vejice) ali spirile.
2. Neobvezne anaerobne palice. Ti vključujejo zlasti družino enterobakterij. Vendar so se vrste iz rodu fotobakterij prilagodile življenju v morski vodi in so znane po svojem svetlečem sijaju.
3. Aerobni koki in palice. Obsežna skupina bakterij, ki na primer vključuje dobro znane dušikove ali nodule vrste rodu Risobium.
4. Spirilla. To so toge, spiralno oblikovane palice. Po vrsti hrane so najpogosteje aerobi, manj pogosto - fakultativni anaerobi.
5. Spirohete Zunanja struktura bakterij (slika spodaj) je podobna strukturi predstavnikov prejšnje skupine. Glavna razlika med spiroketi je njihova prilagodljivost in sposobnost aktivnega gibanja.
6. Bakterije z dodatki. To so oblike, ki imajo drugačno razmerje, ko se delijo, dajo dve hčerinski celici različne velikosti in tvorijo tudi dodatke v obliki palic in izrastkov.
7. Klamidobakterije. Imajo značilne cevaste pokrove, ki pomagajo ohranjati celice skupaj, zaradi česar se lahko tvorijo cele kolonije. Najsvetlejši predstavnik je kanalizacijska goba. To je bakterija, ki živi v zelo onesnaženi vodi. Taki mikroorganizmi tvorijo ogromne agregate, ki prispevajo k zamašitvi cevi in ​​žlebov.
8. Drsne bakterije. Ime so dobili zaradi načina prevoza.
9. Myxobacteria. Imajo zapleteno organizacijo, v kateri lahko enocelične oblike tvorijo sadna telesa.
10. Očitno parazitske bakterije. Ne morejo se gojiti zunaj živih celic.
11. Kemolitotrofne bakterije.
12. Fotoautotrofne bakterije. Imajo različne fotosintezne pigmente in karotene, ki jim dajejo svetle barve: vijolično-vijolične, rdeče, rjave, olivno zelene.

Pomen bakterij za ljudi

Kljub navidezno neopazni bakteriji so za človeka zelo pomembne, tako pozitivne kot negativne. Proizvodnja številnih živil je nemogoča brez sodelovanja posameznih predstavnikov tega kraljestva. Struktura in vitalne funkcije bakterij nam omogočajo, da prejmemo veliko mlečnih izdelkov (siri, jogurti, kefir in še veliko več). Ti mikroorganizmi so vključeni v procese fermentacije, fermentacije.

Številne vrste bakterij so patogeni pri živalih in ljudeh, kot npr antraks, Tetanus, davica, tuberkuloza, kuga itd. Hkrati pa se mikroorganizmi ukvarjajo z različno industrijsko proizvodnjo: genetski inženiring, proizvodnja antibiotikov, encimov in drugih beljakovin, umetna razgradnja odpadkov (npr. metanova razgradnja odpadne vode), obogatitev kovin . Nekatere bakterije rastejo na substratih, bogatih z nafto, kar služi kot indikator pri iskanju in razvijanju novih usedlin.