Struktura bakterii: cechy. Witalna aktywność i struktura bakterii

Mówiąc o bakteriach, najczęściej przedstawiamy coś negatywnego. A jednak niewiele o nich wiemy. Struktura i żywotna aktywność bakterii są raczej prymitywne, ale to, zgodnie z założeniami niektórych naukowców, jest najstarszymi mieszkańcami Ziemi i przez tyle lat nie zniknęli ani nie wyginęli. Człowiek wykorzystuje wiele rodzajów takich mikroorganizmów dla własnej korzyści, podczas gdy inne powodują poważne choroby, a nawet epidemie. Ale szkody niektórych bakterii czasami nie są współmierne z wykorzystaniem innych. Porozmawiajmy o tych niezwykłych mikroorganizmach i zapoznajmy się z ich strukturą, fizjologią i klasyfikacją.

Królestwo bakterii

Są to niejądrowe, najczęściej jednokomórkowe mikroorganizmy. Ich odkrycie w 1676 roku to zasługa holenderskiego naukowca A. Leeuwenhoeka, który pierwszy zobaczył maleńkie bakterie pod lupą mikroskopową. Ale francuski chemik i mikrobiolog, Louis Pasteur, zaczął w 1850 roku badać ich naturę, fizjologię i rolę w życiu człowieka. Struktura bakterii zaczęła być aktywnie badana wraz z pojawieniem się mikroskopów elektronowych. Jego komórka składa się z błony cytoplazmatycznej, rybosomu i nukleotydu. DNA bakterii jest skoncentrowane w jednym miejscu (nukleoplazma) i jest plątaniną cienkich nici. Cytoplazma jest oddzielona od ściany komórkowej błona cytoplazmatyczna, zawiera nukleotyd, różne systemy membranowe, inkluzje komórkowe. Rybosom bakterii składa się w 60% z RNA, reszta to białko. Poniższe zdjęcie pokazuje strukturę salmonelli.

Ściana komórki i jej elementy

Bakterie mają strukturę komórkową. Ściana komórkowa ma grubość około 20 nm i, w przeciwieństwie do roślin wyższych, nie ma struktury włóknistej. Jego wytrzymałość zapewnia specjalna okładka zwana torebką. Składa się głównie z substancji polimerycznej - mureiny. Jego składniki (podjednostki) są połączone w określonej sekwencji w specjalne splotki poliglikanowe. Wraz z krótkimi peptydami tworzą makrocząsteczkę przypominającą sieć. To jest torba murein.

Narządy ruchowe

Te mikroorganizmy są zdolne do aktywnego ruchu. Przeprowadza się to kosztem wici komórkowej o spiralnej strukturze. Bakterie mogą poruszać się z prędkością do 200 mikronów na sekundę i obracać wokół własnej osi 13 sekund na sekundę. Zdolność wici do ruchu jest zapewniona przez specjalne białko kurczliwe, flagelinę (analog miozyny w komórkach mięśniowych).

Mają następujące wymiary: długość - do 20 mikronów, średnica - 10-20 nm. Każda wić odchodzi od podstawowego ciała, które jest zanurzone w ścianie komórkowej bakterii. Organy ruchu mogą być pojedyncze lub ułożone w całe wiązki, jak na przykład w spirali. Liczba wici może zależeć od warunków środowiskowych. Na przykład Proteus Vulgaris o złym odżywianiu ma tylko dwie podpolarne wici, podczas gdy w normalnych warunkach rozwoju w wiązkach może wynosić od 2 do 50.

Ruch mikrobiologiczny

Struktura bakterii (schemat poniżej) jest taka, że ​​może poruszać się dość aktywnie. Ruch w większości przypadków odbywa się z powodu popychania i odbywa się głównie w środowisku płynnym lub wilgotnym. W zależności od aktywnego czynnika, czyli od rodzaju bodźca zewnętrznego, może to być:

• chemotaksja jest ukierunkowanym ruchem bakterii do składników odżywczych lub odwrotnie, od wszelkich toksyn;
• Aerotaksja - ruch do tlenu (z tlenków) lub z niego (z beztlenowców);
• fototaksja - reakcja na światło, która przejawia się w ruchu, jest charakterystyczna przede wszystkim dla fototrofów;
• magnetotaksja - reakcja na zmiany w polu magnetycznym, tłumaczy się obecnością specjalnych cząsteczek (magnetosomów) w niektórych mikroorganizmach.

Bakterie, których struktura komórkowa pozwala im się poruszać, mogą tworzyć klastry w miejscach o optymalnych warunkach dla ich aktywności życiowej. Oprócz wici, niektóre gatunki mają wiele cienkich nici - są one nazywane "fimbriae" lub "pili", ale ich funkcja nie została jeszcze wystarczająco zbadana. Bakterie, które nie mają specjalnych wici, są zdolne do przesuwania się, chociaż charakteryzują się bardzo niską prędkością: około 250 mikronów na minutę.

Kilka słów o fizjologii

Dla aktywnego życia mikroorganizmy potrzebują energii. Jego źródłem może być wiele organicznych i substancje nieorganiczne jak również światło słoneczne. Większość bakterii to heterotrofy. Nie mogą syntetyzować związków organicznych ze związków nieorganicznych za pomocą fotosyntezy lub chemosyntezy, dlatego wykorzystują rozkładający się materiał organiczny, pasożytują lub działają jako symbionty.

Drugą małą grupą bakterii są autotrofy. Są w stanie syntetyzować z nieorganicznych materia organiczna może częściowo absorbować atmosferyczny dwutlenek węgla i są chemotrofami. Bakterie te zajmują bardzo ważne miejsce w obiegu pierwiastków chemicznych w przyrodzie.

Istnieją również dwie grupy prawdziwych fototrofów. Cechy struktury bakterii w tej kategorii są takie, że zawierają one substancję bakteriochlorofilową (pigment) związaną z roślinnym chlorofilem, a ponieważ brak jej fotosystemu II, fotosynteza przebiega bez wydzielania tlenu.

Reprodukcja według działu

Główną metodą reprodukcji jest podział pierwotnej komórki macierzystej na dwie części (amitoza). W przypadku form o wydłużonym kształcie występuje to zawsze prostopadle do osi podłużnej. Struktura bakterii ulega krótkotrwałym zmianom: od krawędzi komórki do środka tworzy się poprzeczna przegroda, po której oddziela się organizm matczyny. To wyjaśnia dawną nazwę królestwa - Drobyankę. Komórki po podziale mogą pozostać połączone w niestabilnych, luźnych łańcuchach.

Są to charakterystyczne cechy struktury bakterii niektórych gatunków, na przykład paciorkowców.

Sporulacja i rozmnażanie płciowe

Drugą metodą reprodukcji jest sporulacja. Jest to bezpośrednio związane z chęcią dostosowania się do niekorzystnych warunków i ma na celu ich doświadczanie. W niektórych bakteriach w kształcie pręcików zarodniki formuje się endogennie, to znaczy wewnątrz komórki. Są bardzo odporne na ciepło i mogą przetrwać nawet przy długotrwałym wrzenia. Tworzenie zarodników rozpoczyna się od różnych reakcji chemicznych w komórce macierzystej, przy czym rozkłada się około 75% wszystkich białek. Potem jest podział. W tym samym czasie powstają dwie komórki potomne. Jeden z nich (mniejszy) pokryty jest grubą skorupą, która może zająć do 50% objętościowo - jest to spór. Utrzymuje witalność i gotowość do kiełkowania przez 200-300 lat.

Niektóre gatunki są zdolne do rozmnażania płciowego. Proces ten został po raz pierwszy odkryty w 1946 roku, kiedy to badano strukturę komórki bakteryjnej Escherichia coli. Okazało się, że możliwe jest częściowe przeniesienie materiału genetycznego. Oznacza to, że fragmenty DNA są przenoszone z jednej komórki (donor) do innej (biorcy) w procesie koniugacji. Odbywa się to za pomocą bakteriofagów lub przez transformację.

Struktura bakterii i cechy jej fizjologii są takie, że w idealnych warunkach proces podziału zachodzi stale i bardzo szybko (co 20-30 minut). Ale w środowisku naturalnym jest ograniczone przez różne czynniki (światło słoneczne, pożywka, temperatura, itp.).

Klasyfikacja tych mikroorganizmów opiera się na różnej strukturze bakteryjnej ściany komórkowej, która decyduje o zachowaniu barwnika anilinowego w komórce lub jej elucji. Zostało to ujawnione przez H. K. Grama, a następnie, zgodnie z jego imieniem, zidentyfikowano dwie duże części mikroorganizmów, które omówimy poniżej.

Bakterie Gram-dodatnie: cechy struktury i życia

Te mikroorganizmy mają wielowarstwową osłonkę mureny (30-70% całkowitej suchej masy ściany komórkowej), tak że barwnik anilinowy nie jest wymywany z komórek (zdjęcie powyżej pokazuje strukturę gram-dodatnich bakterii po lewej i bakterii Gram-ujemnych po prawej). Ich cechą szczególną jest to, że kwas diaminopimelinowy jest często zastępowany lizyną. Zawartość białka jest znacznie mniejsza, a polisacharydy są nieobecne lub połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Wszystkie bakterie tego działu są podzielone na kilka grup:

1. Gram dodatnie ziarniaki. Są pojedynczymi komórkami lub grupami dwóch, czterech lub więcej komórek (do 64), utrzymywanych razem przez celulozę. Według rodzaju pożywienia są to na ogół obligatoryjne lub fakultatywne beztlenowce, na przykład bakterie kwasu mlekowego z rodziny Streptococcus, ale mogą występować tlenowce.
2. Patyczki nie gąbkowe. Z nazwy można już zrozumieć strukturę komórki bakteryjnej. Do tej grupy należą beztlenowe lub opcjonalnie tlenowe gatunki kwasu mlekowego z rodziny Lactobacillus.
3. Pałeczki formujące przetrwalniki. Reprezentują je tylko jedna rodzina - Clostridia. Są to bezwzględne beztlenowce, zdolne do tworzenia zarodników. Wiele z nich tworzy charakterystyczne łańcuchy lub nici poszczególnych komórek.
4. Mikroorganizmy Corynemorficzne. Zewnętrzna struktura bakterii komórkowych w tej grupie może się znacznie różnić. W ten sposób patyki mogą stać się postaciami obojczykowymi, krótkimi, kokcy lub słabo rozgałęzionymi. Nie tworzą one endospor. Należą do nich kwas propionowy, bakterie streptomycete itp.
5. Mycoplasma. Jeśli zwrócisz uwagę na strukturę bakterii (diagram na rysunku poniżej - strzałka wskazuje łańcuch DNA), to można zauważyć, że nie ma ściany komórkowej (zamiast tego jest błona cytoplazmatyczna) i dlatego nie jest barwiony barwnikiem anilinowym, dlatego nie można go przypisać do tego działu na podstawie barwienia gramów. Jednak według najnowszych badań mikoplazmy pochodzą od mikroorganizmów gram-dodatnich.

Bakterie Gram-ujemne: funkcje, struktura

W takich mikroorganizmach sieć murein jest bardzo cienka, jej udział w suchej masie całej ściany komórkowej wynosi jedynie 10%, resztę stanowią lipoproteiny, lipopolisacharydy itp. Substancje pochodzące z barwienia metodą Grama można łatwo wypłukać. Zgodnie z rodzajem pokarmu bakterie Gram-ujemne to fototrofy lub chemotrofy, niektóre gatunki są zdolne do fotosyntezy. Klasyfikacja w ramach departamentu jest w trakcie formowania, różne rodziny są łączone w 12 grupach, w oparciu o cechy morfologii, metabolizmu i innych czynników.

1. Beztlenowe cocci i kije. Zewnętrznie są vibrios (w formie przecinka) lub spirilla.
2. Opcjonalne pałeczki beztlenowe. Należą do nich w szczególności rodzina Enterobakterii. Jednak gatunki z rodzaju bakterii żywych przystosowały się do życia w wodzie morskiej i znane są ze świetlistego blasku.
3. Aerobic cocci and sticks. Rozbudowana grupa bakterii, na przykład, zawiera dobrze znane związki wiążące azot lub rodzaj brodawki z rodzaju Risobium.
4. Spirilla. Są to sztywne, spiralne kije. Według rodzaju pokarmu najczęściej są to tlenowe, rzadziej fakultatywne beztlenowe.
5. Krętki Zewnętrzna struktura bakterii (zdjęcie poniżej) jest podobna do struktury przedstawicieli poprzedniej grupy. Główną różnicą między krętkami jest ich elastyczność i zdolność do aktywnego poruszania się.
6. Bakterie z przydatkami. Są to formy, które mają inną relację, gdy dzielą się, dają dwie komórki potomne o różnych rozmiarach, a także tworzą wypustki w postaci pręcików i narośli.
7. Chlamydobacteria. Mają charakterystyczne osłonki w kształcie tuby, które pomagają w utrzymaniu komórek razem, aw rezultacie mogą tworzyć się całe kolonie. Najjaśniejszym przedstawicielem jest grzyb ściekowy. To jest bakteria, która żyje w bardzo zanieczyszczonej wodzie. Takie mikroorganizmy tworzą ogromne skupiska, które przyczyniają się do zatykania rur i rynien.
8. Przesuwane bakterie. Mają swoją nazwę ze względu na sposób transportu.
9. Myxobacteria. Mają złożoną organizację, w której formy jednokomórkowe mogą tworzyć ciała owocowe.
10. Oczywiście bakterie pasożytnicze. Nie mogą być uprawiane poza żywymi komórkami.
11. Bakterie chemolitotroficzne.
12. Bakterie fototroficzne. Mają różnorodne fotosyntetyczne pigmenty i karoteny, które nadają im jasny kolor: fioletowo-fioletowy, czerwony, brązowy, oliwkowo-zielony.

Znaczenie bakterii dla ludzi

Pomimo pozornie niepozornego, bakterie mają wielkie znaczenie dla ludzi, zarówno pozytywnych, jak i negatywnych. Produkcja wielu produktów żywnościowych nie jest możliwa bez udziału poszczególnych przedstawicieli tego królestwa. Struktura i funkcje życiowe bakterii pozwalają nam na otrzymywanie wielu produktów mlecznych (serów, jogurtów, kefirów i wielu innych). Te mikroorganizmy biorą udział w procesach fermentacji, fermentacji.

Liczne typy bakterii są patogenami u zwierząt i ludzi, takimi jak wąglik, tężec, błonica, gruźlica, dżuma itp. Jednocześnie mikroorganizmy biorą udział w różnych procesach przemysłowych: inżynierii genetycznej, produkcji antybiotyków, enzymów i innych białek, sztucznym rozkładzie odpadów (na przykład metanowej fermentacji ścieków), wzbogacaniu metali . Niektóre bakterie rosną na podłożach bogatych w ropę, a to służy jako wskaźnik przy poszukiwaniu i opracowywaniu nowych złóż.