Възникват бактерии. Тествайте положителни и бактериални инфекции. Защо представителите на царството на бактериите се наричат ​​​​прокариоти?

Царството на "Бактериите" се състои от бактерии и синьо-зелени водорасли, основни характеристикикоето се състои в малкия размер и отсъствието на ядрото, отделено от мембраната от цитоплазмата.

Кои са бактериите

В превод от гръцки "bakterion" - пръчка. През по-голямата част, микробите са едноклетъчни организми, невидими с просто око, които се възпроизвеждат чрез делене.

Кой ги отвори

За първи път изследовател от Холандия, живял през 17-ти век, Антъни Ван Льовенхук, успя да види най-малките едноклетъчни организми в домашен микроскоп. Проучване Светътпрез лупа с лупа той започна, докато работеше в магазин за сухи стоки.

Антъни Ван Льовенхук (1632 - 1723)

По-късно Левенхук се фокусира върху производството на лещи, способни да увеличават до 300 пъти. В тях той изследвал най-малките микроорганизми, описвайки получената информация и пренасяйки видяното на хартия.

През 1676 г. Левенхук открива и представя информация за микроскопични същества, на които той дава името "animalculi".

Какво ядат

Най-малките микроорганизми са съществували на Земята много преди появата на човека. Те са повсеместни, хранят се с органични храни и неорганични вещества.

Според методите на усвояване на хранителните вещества бактериите обикновено се разделят на автотрофни и хетеротрофни.За съществуването и развитието на хетеротрофите те използват отпадъчни продукти, органично разлагане на живи организми.

Представители на бактерии

Биолозите са идентифицирали около 2500 групи от различни бактерии.

Според формата си те се делят на:

• коки със сферични очертания;
• бацили - под формата на пръчка;
• вибриони с завои;
• спирила - форма на спирала;
• стрептококи, състоящи се от вериги;
• стафилококи, образуващи гроздове, наподобяващи грозде.

Според степента на влияние върху човешкото тяло, прокариотите могат да бъдат разделени на:

• полезен;
• вреден.

Опасните за хората микроби включват стафилококи и стрептококи, които причиняват гнойни заболявания.

За полезни се считат бактериите бифидо, ацидофилус, които стимулират имунитета и предпазват стомашно-чревния тракт.

Как се размножават истинските бактерии

Възпроизвеждането на всички видове прокариоти става главно чрез разделяне, последвано от растеж до първоначалния размер. При достигане на определен размер възрастен микроорганизъм се разделя на две части.

По-рядко възпроизвеждането на подобни едноклетъчни организми се извършва чрез пъпкуване и конюгиране. При пъпкуване на майчиния микроорганизъм израстват до четири нови клетки, последвано от смъртта на възрастната част.

Конюгирането се счита за най-простия полов процес в едноклетъчните организми. Най-често по този начин се размножават бактериите, които живеят в животински организми.

Симбионтни бактерии

Микроорганизмите, участващи в храносмилането в човешките черва, са отличен пример за симбионтни бактерии. Симбиозата е открита за първи път от холандския микробиолог Мартин Вилем Бейеринк. През 1888 г. той доказва взаимноизгодното близко съжителство на едноклетъчните и бобовите растения.

Живеещи в кореновата система, симбионтите, хранещи се с въглехидрати, доставят на растението атмосферен азот. Така бобовите растения повишават плодородието, без да изтощават почвата.

Има много успешни симбиотични примери, включващи бактерии и:

• човек;
• водорасли;
• членестоноги;
• морски животни.

Микроскопични едноклетъчни организми подпомагащи системи човешкото тяло, насърчават почистването Отпадъчни води, участват в кръговрата на елементите и работят за постигане на общи цели.

Защо бактериите се секретират в специално царство

Тези организми се характеризират с най-малък размер, липса на образувано ядро ​​и изключителна структура. Следователно, въпреки външното сходство, те не могат да бъдат приписани на еукариоти, които имат образувано клетъчно ядро, ограничено от цитоплазмата с мембрана.

Благодарение на всички особености през XX век учените са ги обособили в отделно царство.

Най-старите бактерии

Най-малките едноклетъчни организми се считат за първия живот на Земята. Изследователи през 2016 г. откриха в Гренландия заровени цианобактерии на възраст около 3,7 милиарда години.

В Канада са открити следи от микроорганизми, живели преди около 4 милиарда години в океана.

Функции на бактериите

В биологията бактериите изпълняват следните функции между живите организми и тяхното местообитание:

• преработка на органични вещества в минерали;
• фиксиране на азот.

В човешкия живот играят едноклетъчни микроорганизми важна роляот първите минути на раждането.Те осигуряват балансирана чревна микрофлора, влияят върху имунитета и поддържат водно-солевия баланс.

Резервно вещество от бактерии

Резервните хранителни вещества в прокариота се натрупват в цитоплазмата. Натрупването им става при благоприятни условия и се консумира през периода на гладуване.

Резервните вещества на бактериите включват:

• полизахариди;
• липиди;
• полипептиди;
• полифосфати;
• отлагания на сяра.

Основният признак на бактерии

Функцията на ядрото в прокариот се изпълнява от нуклеоид.

Следователно, основната характеристика на бактериите е концентрацията на наследствен материал в една хромозома.

Защо представителите на царството на бактериите се наричат ​​​​прокариоти?

Отсъствието на образувано ядро ​​беше причината за приписването на бактериите към прокариотните организми.

Как бактериите понасят неблагоприятни условия

Микроскопичните прокариоти са способни на дълго времеиздържат на неблагоприятни условия, превръщащи се в спорове. Има загуба на вода от клетката, значително намаляване на обема и промяна на формата.

Спорите стават нечувствителни към механични, термични и химични влияния.Така се запазва свойството на жизнеспособност и се извършва ефективно презаселване.

Заключение

Бактериите са най-старата форма на живот на Земята, позната много преди появата на човека. Те присъстват навсякъде: в околния въздух, вода, в повърхностния слой на земната кора. Растенията, животните, хората служат като местообитания.

Активното изучаване на едноклетъчните организми започва през 19 век и продължава и до днес. Тези организми са основната част Ежедневиетохората и имат пряко въздействие върху човешкото съществуване.

Бактериите са най-малките живи организми, които обитават нашата планета. Какви малки бактерии нямат? Впечатляващ размер. Невъзможно е да ги забележите без микроскоп, но желанието им за живот е наистина невероятно. Самият факт, че бактериите при благоприятни условия могат да се запазят в "летаргичен сън" в продължение на стотици години, е почтен. Какви структурни характеристики помагат на тези трохи да живеят толкова дълго?

Основните характеристики на структурата на бактериална клетка

Учените са идентифицирали прокариотите като отделно царство поради факта, че те имат специфична клетъчна структура. Те включват:

• бактерии;
• синьо-зелени водорасли;
• рикетсия;
• микоплазма.

Липсата на ясно изразени стени на ядрото е основната характеристика на представителите на царството на прокариотите. Следователно центърът на генетичната информация е единична кръгла ДНК молекула, която е прикрепена към клетъчната мембрана.

Какво още липсва в клетъчната структура на бактериите?

1. Ядрена обвивка.
2. митохондриите.
3. Пластиди.
4. Рибозомна ДНК.
5. Ендоплазмения ретикулум.
6. комплекс Голджи.

Липсата на всички тези компоненти обаче не пречи на вездесъщите микроорганизми да бъдат в центъра на естествения метаболизъм. Те фиксират азота, предизвикват ферментация и окисляват неорганичните вещества.

Надеждна защита

Природата се е погрижила да осигури защита на бебетата: отвън бактериалната клетка е заобиколена от плътна мембрана. Клетъчната стена метаболизира свободно. Той позволява на хранителните вещества да преминават вътре и премахва отпадните продукти отвън.

Черупката определя формата на тялото на бактерията:

• сферични коки;
• извити вибриони;
• пръчковидни бацили;
• спирила.

За да се предотврати изсушаването, около клетъчната стена се образува капсула, която се състои от плътен слой слуз. Дебелината на стените на капсулата може да бъде няколко пъти по-голяма от диаметъра на бактериалната клетка. Плътността на стените варира в зависимост от условията на околната среда, в които попадат бактериите.

Генетичният фонд е в безопасност

Бактериите нямат добре оформено ядро, което да съдържа ДНК. Но това не означава, че генетичната информация в микроорганизми без ядрена обвивка има хаотично подреждане. Нишковидната двойна спирала на ДНК е сгъната в чиста топка в центъра на клетката.

Молекулите на ДНК съдържат наследствен материал, който е центърът за започване на размножаването на микроорганизмите. А бактериите са оборудвани като стена със специална защитна система, която помага за отблъскване на атаките на вирусната ДНК. Антивирусната система работи, за да увреди чужда ДНК, но нейната собствена не се уврежда.

Благодарение на наследствената информация, която е записана в ДНК, бактериите се размножават. Микроорганизмите се размножават чрез делене. Скоростта, с която тези трохи могат да споделят, е впечатляваща: на всеки 20 минути броят им се удвоява! При благоприятни условия те са в състояние да образуват цели колонии, но липсата на хранителни вещества се отразява негативно върху увеличаването на броя на бактериите.

С какво е пълна клетката

Бактериалната цитоплазма е склад на хранителни вещества. Това е гъста субстанция, която е снабдена с рибозоми. Под микроскоп могат да се разграничат натрупвания на органични и минерални вещества в цитоплазмата.

В зависимост от функционалността на бактериите, броят на клетъчните рибозоми може да достигне десетки хиляди. Рибозомите имат специфична форма, чиито стени са лишени от всякаква симетрия и достигат диаметър 30 ​​nm.

Рибозомите получават името си от рибонуклеиновите киселини (РНК). По време на размножаването рибозомите възпроизвеждат генетичната информация, записана в ДНК.

Рибозомите се превърнаха в център, който управлява процеса на биосинтеза на протеини. Благодарение на биосинтеза неорганичните вещества се превръщат в биологично активни. Процесът протича на 4 етапа:

1. Транскрипция. Рибонуклеиновите киселини се образуват от двойни вериги на ДНК.
2. Транспорт. Създадените РНК транспортират аминокиселини до рибозомите като изходен материалза протеинов синтез.
3. Излъчване. Рибозомите сканират информация и изграждат полипептидни вериги.
4. Образуване на протеини.

Учените все още не са проучили подробно структурата и функционалността на клетъчните рибозоми в бактериите. Пълната им структура все още не е известна. По-нататъшната работа в областта на рибозомните изследвания ще даде пълна картина на това как работи молекулярната машина за синтез на протеини.

Какво не е предвидено в бактериалната клетка

За разлика от други живи организми, структурата на бактериалните клетки не осигурява много клетъчни структури... Но тяхната цитоплазма съдържа органели, които успешно изпълняват функциите на митохондриите или комплекса Голджи.

Огромен брой митохондрии се намират в еукариотите. Те съставляват приблизително 25% от общия обем на клетките. Митохондриите са отговорни за производството, съхранението и разпределението на енергия. Митохондриалната ДНК е циклична молекула и е събрана в специални клъстери.

Митохондриалните стени са изградени от две мембрани:

• външен, с гладки стени;
• вътрешна, от която многобройни кристи се простират дълбоко във вътрешността.

Прокариотите са снабдени с вид батерии, които, подобно на митохондриите, ги снабдяват с енергия. Например такива "митохондрии" се държат много интересно в дрождевите клетки. Те се нуждаят от въглероден диоксид, за да бъдат успешни. Следователно, при условия, когато CO2 е недостатъчен, митохондриите изчезват от тъканите.

Под микроскоп можете да видите апарата на Голджи, който е присъщ изключително на еукариотите. За първи път е открит в нервните клетки от италианския учен Камило Голджи през 1898 г. Този органоид играе ролята на почистващ препарат, тоест премахва всички метаболитни продукти от клетката.

Апаратът на Голджи има дисковидна форма, която се състои от плътни мембранни цистерни, свързани с везикули.

Функциите на апарата на Голджи са доста разнообразни:

• участие в секреторните процеси;
• образуване на лизозоми;
• доставка на метаболитни продукти до клетъчната стена.

Най-старите жители на Земята убедително доказаха това, въпреки отсъствието на много клетъчни органелите са достатъчно жизнеспособни. Природата е дала на ядрените организми ядро, митохондрии, апарата на Голджи, но това изобщо не означава, че малките бактерии ще им дадат своето място под слънцето.

Бактериите са едноклетъчни организми без хлорофил. Тази група микроорганизми е най-многобройната, широко разпространена в природата и добре проучена. Сред бактериите има значителен брой патогени инфекциозни заболяванияхора и животни.

Формата и размерът на бактериите. Според формата на клетките бактериите се делят на сферични – коки; пръчковидна или цилиндрична - собствени бактерии; извити - вибриони и спирили. Между основните форми има преходни форми. Различните форми на бактерии са показани на фиг. 1.

Коките (от гръцки Coccus - зърно, зрънце) се различават помежду си в зависимост от местоположението на клетките след тяхното разделяне. Единичните коки се наричат ​​микрококи (фиг. 1,1), сдвоените се наричат ​​диплококи. Ако коките след разделяне не се разминават, а образуват верига, те се наричат ​​стрептококи (фиг. 1.3). Всички тези коки са разделени само в една равнина. При разделяне в две взаимно перпендикулярни равнини могат да се образуват комбинации от четири кока - тетракоки (фиг. 1.6), а при разделяне в три взаимно перпендикулярни равнини - сарцини (от лат. sarcio - свързвам; фиг. 1.7), състоящи се от 8- 16 клетки. Ако деленето не се извършва в определен ред, коките остават заедно и образуват гроздове, наподобяващи гроздове - стафилококи (фиг. 1, 2). Обикновено размерът на коките достига 1-1,5 микрона.

Сред коките има причинители на различни човешки заболявания: диплококи-пневмококи (фиг. 1.5), меингококи и гонококи (фиг. 1.4) причиняват съответно пневмония, менингит и гонорея; стафилококите и стрептококите са различни гнойни заболявания на хората и животните. Много коки са обитатели на различни кухини и човешка кожа и са широко разпространени във външната среда.

Пръчковидни бактерии (от гръцки бактерии - пръчка) имат цилиндрична формаи обикновено са разположени поединично (фиг. 1.8-9), но понякога по двойки (диплобактерии) или под формата на вериги (стрептобактерии). Пръчките могат да бъдат прави, леко извити и веретенообразни; размерите им достигат 1-5x0,5-1 микрона. Пръчките, които не образуват спори, се наричат ​​бактерии, а спорообразуващите се наричат ​​бацили (аероби) и клостридии (анаероби). Формата и размерът на бактериите могат да се променят под въздействието на различни фактори. Способността на бактериите да променят формата и размера си се нарича полиморфизъм.

Сред бактериите има много причинители на инфекциозни заболявания: чума, антракс, бруцелоза, тетанус, газова гангрена, дифтерия, чревни инфекции.

Усуканите форми на бактериите са под формата на спирала, състояща се от няколко къдрици. Сред тях има вибриони с една извита (фиг. 1, 10) и спирила с 2-3 къдрици (фиг. 1, 11).

Вибрионите са слабо извити клетки, наподобяващи запетая, дълги 1-3 микрона, много подвижни поради флагела, разположен в края на клетката. Сред вибрионите най-голямо значение има причинителят на холерата.
Спирилите са безвредни микроорганизми, които живеят в отпадъчни води или замърсени води, гниещи отпадъци. Само Spirillum minus причинява заболяване от ухапване от плъх при човека - содоку.

Структурата на бактериите. Бактериалната клетка се състои от клетъчна стена, цитоплазмена мембрана и цитоплазма, която съдържа ядрено вещество, различни органели и включвания. Освен това много бактерии имат капсула и мукозен слой, жгутици и пили (фиг. 2).

Клетъчна стена. Мембраната, която отделя микробната клетка от околната среда, определя и запазва нейната форма, се нарича клетъчна стена (фиг. 3). Характеризира се със здравина, еластичност и гъвкавост. Клетъчната стена изпълнява жизненоважна функция: предпазва клетката от осмотичен лизис, тъй като налягането вътре в клетката в цитоплазмата е по-високо, отколкото в заобикаляща среда... Притежавайки селективна пропускливост, клетъчната стена осигурява преминаването на различни вещества в клетката и отстраняването на метаболитните продукти навън. Вода, глюкоза, аминокиселини, мастни киселини, които имат молекули, лесно проникват през клетъчната стена малък размер... По-големите молекули на органичните вещества не могат да проникнат в клетката, без първо да се разделят на по-малки с помощта на секретирани от клетката ензими.

Клетъчната стена на бактериите има сложна структура и е изградена от два вида компоненти. Здравината и твърдостта на клетъчната стена се придава от мрежа от микрофибрили, която е потопена в съдържанието – матрица. Микрофибрилите са гликопептиди (пептидогликани или муреини). Гликопептидният слой определя и поддържа формата на бактериалната клетка. Структурата и химичният състав на клетъчните стени на грам-положителните и грам-отрицателните бактерии са различни.

Клетъчната стена на грам-положителните бактерии има най-простата структура. Структурата му е хомогенна, по-дебела (10-15 nm) е от клетъчната стена на грам-отрицателните бактерии. Основната част от клетъчната стена са гликопептиди (до 90%). Микрофибрилната мрежа е потопена в матрица, съдържаща полизахариди (до 90%) и тейхоева киселини. Протеините обикновено липсват, а липидите са само 2,5%. Въпреки това, някои грам-положителни бактерии, като коринебактерии и микобактерии, съдържат големи количества липиди в клетъчната стена.

Клетъчната стена на грам-отрицателните бактерии има сложна структура и химичен съставзначително се различава от клетъчните стени на грам-положителните бактерии. Вътрешният слой на клетъчната стена е тънък сак от гликопептидни молекули, състоящ се от един или два молекулярни слоя (2-3 nm). Върху него лежи широк външен слой (7-8 nm) от свободно опаковани молекули протеин и фосфолипиди, над който има трети слой - липополизахариди. Възможна е и друга структура на външния слой на клетъчната стена: протеини и липополизахариди са включени в двойния слой фосфолипиди.

Клетъчната стена на тези бактерии съдържа много липиди (до 25%), протеини и полизахариди.

Цитоплазмена мембрана. Цитоплазмената мембрана се намира непосредствено под клетъчната стена, която е много плътно прилежаща към нея (фиг. 4). Цитоплазмената мембрана е от голямо значение в живота на клетката. Той действа като осмотична бариера, концентрирайки хранителните вещества вътре в клетката и насърчавайки елиминирането на метаболитните продукти. През него преминават частици с малки молекули (фрагменти на ДНК, протеини с ниско молекулно тегло - извънклетъчни ензими). Протеините на цитоплазмената мембрана - пермеазите изпълняват функцията на транспорт - пренасяне на органични и неорганични вещества в клетката. Дитоплазмената мембрана е мястото на биосинтеза на някои съставни части на клетката, участва в процесите на делене на бактериите. Върху вътрешната му повърхност има специални зони, към които се прикрепя ДНК по време на нейното дублиране (репликация). Растежът на мембраната осигурява разделянето на клетъчния геном след завършване на процеса на репликация. При аеробните бактерии цитоплазмената мембрана съдържа верига за транспорт на електрони, която осигурява енергийния метаболизъм на клетката.

Цитоплазмената мембрана е много тънка (не повече от 8-10 nm). На електронни микрографии се вижда като двойна линия, разделена от светлинна пролука (трислойна). Повече от половината от масата на цитоплазмената мембрана се състои от протеини и 20-30% - фосфолипиди. Цитоплазмената мембрана на бактериите има структурата на елементарна биологична мембрана - двоен слой фосфолипиди, на чиято повърхност са разположени протеини.
При определени влияния върху бактериална клетка, например при поставянето й в хипертоничен разтвор на натриев хлорид, мембраната може да се отдели от клетъчната стена и да стане ясно видима (виж фиг. 3).

Цитоплазма. Съдържанието на бактериалната клетка е прозрачна, леко вискозна субстанция с течна консистенция, ограничена от цитоплазмената мембрана. Цитоплазмата на бактериалните клетки е колоидна система, състояща се от вода, протеини, мазнини, въглехидрати, различни минерали и други вещества, чиито съотношения варират в зависимост от вида на бактериите и възрастта на клетката.
Цитоплазмата на бактериите съдържа ядрото на клетката - нуклеоида, рибозомите, мезозоми, както и различни гранули от резервни хранителни вещества, пигменти и мазнини.

Нуклеоид. Съдържа ДНК, която е свързана с малко количество специфичен основен протеин – хистон (нуклеопротеин) и е пазител на наследствената информация в клетката. За разлика от ядрата на други микроорганизми, като протозоите, нуклеоидът на бактериите няма ясно дефинирана мембрана, която да го ограничава от останалата част от цитоплазмата (виж фиг. 4). ДНК молекула съгласно схемата, предложена през 1953 г. от Уотсън и Крик, се състои от две полинуклеотидни вериги, усукани една около друга като спираловидно стълбище(фиг. 5). Външната повърхност на такава двойна спирала се образува от захар - дезоксирибоза (C), която се редува с остатъци фосфорна киселина(F). Вътре в спиралата, перпендикулярно на оста й, като стъпала на стълба, има плоски молекули от азотни основи: пурини - аденин (A), гуанин (G) и пиримидини - тимин (T), цитозин (C). Всеки пурин, поради своята химическа структура, е задължително свързан с пиримидин, така че ДНК веригата има еднаква дебелина, около 0,2 nm, навсякъде. Дължината на една ДНК молекула може да бъде стотици милиони пъти по-дълга. Например, общата дължина на хромозомата на E. coli е 1–1,4 mm Пурините и пиримидините са свързани с водородни връзки, които лесно се разрушават. Всяка азотна основа е прикрепена само към захарта на външната верига, дезоксирибоза. Дезоксирибозата, фосфатът и азотната основа образуват един ДНК мономер, наречен нуклеотид (Н). ДНК на много бактерии се характеризира с кръгла структура под формата на затворен пръстен. Повечето прокариоти имат само една бактериална хромозома.

Рибозоми. В допълнение към ДНК, клетката има и втора нуклеинова киселина - рибонуклеинова киселина (РНК), която за разлика от ДНК се състои от една верига, има захарната рибоза вместо дезоксирибоза и урацил вместо тимин. По-голямата част от РНК е свързана с протеин под формата на малки частици или рибозоми, които са центровете на протеиновия синтез. Рибозомите образуват големи агрегати, наречени полирибозоми, или полизоми, състоящи се от 7-8 рибозоми или повече. Химичният състав на рибозомите: 40-60% РНК и 60-40% протеин. При бактериите рибозомите лежат свободно в цитоплазмата. Техният брой във всяка клетка може да бъде повече от 100. В допълнение към рибозомната РНК (рРНК), в цитоплазмата на бактериите има и информационна РНК (мРНК, или иРНК). Той изпълнява функцията за прехвърляне на генетична информация от ДНК към полизоми. При Escherichia coli той е 2-4% от общата РНК. Третата рибонуклеинова киселина - транспортна (тРНК) - изпълнява функцията за транспортиране на аминокиселини, необходими за синтеза на протеини в рибозомите.

мезозоми. При някои бацили от цитоплазмената мембрана възникват сферични, извити структури - така наречените мезозоми. Тяхната функция все още не е напълно ясна. Може би те участват в процеса на клетъчно делене или в редокс процеси, играейки ролята на митохондриите.

Гранули. Цитоплазмата на бактериите съдържа различни гранули, много от които съдържат резервни хранителни вещества. Източникът на въглерод или енергия са гранули от безазотни органични вещества - полизахариди, състоящи се от глюкозни молекули. Някои гранули се състоят от нишесте и са оцветени в синьо с йод (йогени или гранулоза), други съдържат гликоген и са оцветени в червеникаво-кафяво с йод. Сярните бактерии натрупват серни капчици в цитоплазмата, някои бактерии синтезират и натрупват липидни включвания, които се виждат под формата на малки капчици поради високата степен на тяхното пречупване.

Някои микроби съдържат волютинови зърна в цитоплазмата, открити за първи път в Spirillum volutans. Те са хранителни хранителни вещества за съхранение, съставени от неорганични полифосфати и съединения, близки до нуклеиновите киселини. Волутин под формата на големи гранули се натрупва в цитоплазмата на бактериите, когато се отглежда върху среда, съдържаща въглехидрати. Волутиновите зърна, когато са боядисани с метиленово синьо, проявяват феномена на метахромазия: синята боя им придава яркочервен цвят. При някои бактерии, като коринебактерии, откриването на волютинови зърна е ценна диагностична характеристика.

Капсула и мукозен слой. При много бактерии дифузен хомогенен мукозен слой с различна дебелина се намира от външната страна на клетъчната стена (виж фиг. 2.1). Този слой може да бъде разкрит с определени методи за оцветяване или подходящо осветление.

Капсулата е слой, който поддържа тясна връзка с клетъчната стена и служи като външна обвивка на клетката. Дебелината му е ограничена и капсулата се открива ясно с отрицателно оцветяване по метода на Gins: на тъмен фон на препарата се вижда червено оцветена бактериална клетка, заобиколена от безцветна капсула. Дебелината на капсулите в бактериите е различна: от фракции от микрометър до 10 микрона. Капсула с размер под 0,2 микрона често се нарича микрокапсула. Повърхностните структури от капсулен тип са описани при пневмококи, причинители на антракс, коклюш, гонорея и група капсулни бактерии - Klebsiella. При много видове бактерии капсулата се появява само при определени условия, често неблагоприятни. Причинителите на антракс, магарешка кашлица, гонорея, пневмококи образуват капсула, навлизайки в човешкото или животинското тяло. В този случай капсулата играе защитна роля, като предпазва микроба от действието на антитела, фагоцити и други защитни фактори на организма. Групата капсулни бактерии поддържа капсулата постоянно: в човешкото тяло и т.н. и при култивиране върху хранителни среди. Химичният състав на капсулите зависи от вида на бактериите. Основните компоненти на капсулата са вода (до 98%) и полизахариди. Полипептиди са открити в капсулата на антраксните бацили и протеин М.

Мукозните слоеве, които се образуват около повърхността на някои бактерии, се различават от капсулите по по-рехава структура, дебелина и способност да се отделят частично от клетката, която ги е образувала. Материалът, който изгражда мукозния слой, често се намира в културалната среда, в която се култивират микроорганизмите.

Защитните функции на капсулата са разнообразни. Освен че предпазва микроба от действието на защитните фактори на макроорганизма, капсулата предпазва микроба от навлизането на голямо количество течност в клетката (осмотична бариера), както и от изсушаване при неблагоприятни условия на околната среда.

Жгутици. Някои бактерии имат подвижност, която се осъществява с помощта на флагели. Броят и разположението на жгутиците е характерен вид, характерен за бактериите, който се използва за диференциация на микроорганизми. По местоположение и брой на флагели бактериите се разграничават: монотрихи с един флагел на един от полюсите на клетката; амфитрихи, при които на всеки полюс е разположен по един флагел; лофотрихи - със сноп флагели на единия полюс (това включва и бактерии, които имат снопчета от жгутици на двата полюса), и перитрихи и, чиито флагели са разположени по цялата повърхност на тялото (фиг. 6).

Жгутиците са тънки, спирални, нишковидни фибрили с дебелина 12-18 nm. Дължината на флагела може да бъде 10 пъти по-голяма от дължината на самата бактерия. Флагелът се отклонява от специално образование - базалното тяло, разположено в цитоплазмата на вътрешната повърхност на цитоплазмената мембрана (фиг. 7). Базалното тяло има сложна структура, съдържа механизъм под формата на две пръстеновидни пластини, чието въртене една спрямо друга придава движението на флагела.

Бактериалните флагели са протеинови нишки, състоящи се от флагелинов протеин, чиито протеинови мономери са събрани в спирални вериги, усукани около куха сърцевина. При движение флагелът се върти около дългата си ос по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка. Движението на бактериите може да се види при изследването им в живо състояние с помощта на метода на висящи или смачкани капки и при използване на специални методи за оцветяване в светлинен микроскоп. Скоростта на активно движение с помощта на жгутици при някои бактерии е много висока: за 1 s те могат да преминат разстояние 20 пъти дължината им. Механичното отстраняване води до загуба на мобилност на бактериите, но не пречи на техния растеж и размножаване.

Пихме (вили). Прави нишковидни образувания, открити при Salmonella, Escherichia, Proteus, се наричат ​​вили, както и ресни, фимбрии, реснички, пила (фиг. 8). Те пиеха по-тънки и по-къси от бактериалните жгутици; се състоят от специален протеин пилин, мономерите на който, подобно на флагела, са подредени в спирала. Триони се различават по диаметър и дължина; дебелината на триона може да бъде от 4-10 до 35 nm. Броят на напитките за нея на една бактериална клетка може да достигне няколко стотин. Pili осигурява способността на бактериите да се придържат (прилепват) една към друга или към субстрат, като епителни клетки на чревната лигавица.

Някои напитки, като F-ворси, изпълняват сексуални функции в бактерии. Те осигуряват трансфера на наследствен материал (ДНК) от една бактериална клетка в друга, образувайки мост между две клетки. Тези въси са по-широки и по-дълги от останалите и имат сферично удебеляване в края.

Спорове. Някои бактерии, попадайки в неблагоприятни условия на съществуване, образуват спора (ендоспора) вътре в тялото. Ендоспората е вътреклетъчно, силно пречупващо светлинно образувание, устойчиво (устойчиво) на различни вредни фактори външна среда: сушене, действие високи температури, химически и дезинфектанти (фиг. 9).

Образуването на спори е характерно главно за пръчковидни форми на бактерии: бацили и клостридии. Много рядко се среща при бактерии от други видове. Спорите са сферични, овални или елипсоидни. Диаметърът на спората обикновено е равен на диаметъра на клетката, в която се образува, или леко го надвишава, а дължината на спората е 1 / 4-1 / 3 от дължината на бактериалната клетка. Размерът и позицията в бактериалната клетка зависят от вида, възрастта и условията на растеж на бактериите. Спорите могат да бъдат разположени в центъра на клетката – централно (фиг. 9.1), както например при причинителя на антракса; по-близо до края - субтерминално, в причинителя на газовата гангрена (фиг. 9.3); в самия край - терминален, при причинителя на тетанус и ботулизъм (фиг. 9.2). Формата и местоположението на спората в бактериалната клетка могат да бъдат отличителни белези на някои патогени: например тетанусният бацил има кръгла спора, разположена в края на бактерията и изглежда като тъпанче, а ботулиновият бацил също има овална спора в края на бактериалната клетка и прилича на тенис ракета. Назрялият спор има сложна структура.

Процесът на спорообразуване възниква при попадане на бактерии в неблагоприятни условия (липса на хранителни вещества, вода, високо съдържание на кислород, високи и ниски температури и др.). Образуването на спори започва с появата на "спорогенна зона": в бактериалната клетка се образува уплътнена зона, където се наблюдава отделяне на ядрения материал и част от цитоплазмата с помощта на тънка преграда. Тъй като спората се развива и узрее, нейните стени се полагат, чийто брой и дебелина варират в различни видовебактерии (стадий на проспора). След това спората се сгъстява, намалява по обем, превръща се в зряла спора, която е заобиколена от плътна многослойна обвивка, състояща се главно от протеини, липиди и гликопептиди. Целият процес на спорообразуване продължава 18-24 ч. Според химичния състав спорите се характеризират с високо съдържание на липиди и калциеви соли; водата в спора е в състояние, свързано с други съединения. Тези особености на спорите определят тяхната висока устойчивост на различни фактори: кипене, високи и ниски температури, изсушаване, ултравиолетово лъчение и др. оптимална температура) спората прераства във вегетативна форма: набъбва, в черупката се появява дупка, през която се изважда кълн, който след това се превръща в пръчка. Целият процес отнема 4-5 часа.

Само една спора съответства на една клетка, следователно спорообразуването в бактериите не е свързано с процеса на размножаване, както при гъбичките, а е само начин за преживяване при неблагоприятни условия на околната среда.

Спорообразуващите микроби са широко разпространени в почвата и въздуха, като остават там в продължение на десетилетия. Сред тях има патогенни видове - антраксни бацили, причинители на газова гангрена, тетанус и ботулизъм.

Сферопласти и протопласти. При определени условия бактериалната клетка може да бъде лишена от клетъчна стена. Тази стена може да бъде разрушена от действието на лизозим или пеницилин, което нарушава синтеза на гликопептиди. Бактериите, които са напълно лишени от клетъчна стена, се наричат ​​протопласти, а ако са запазени малки участъци от нея, те се наричат ​​сферопласти. Тези образувания са покрити с тънка и деликатна цитоплазмена мембрана и имат сферична форма. Цитоплазмената мембрана не е в състояние да задържи високото осмотично налягане на цитоплазмата, следователно, за да се запази жизнеспособността, сферопластите и протопластите се поставят в специално осмотично балансирана среда, съдържаща 5-20% захароза и конски серум. В тези среди те се запазват закръглена форма, а някои дори флагели. Такива протопласти обаче са неподвижни поради нарушение на техните механизми, които контролират движението на жгутиците. Известно време след съхранението на сферопласти и протопласти в разтвори на захароза, те започват да се разпадат (лизират) и в средата се появяват малки зърна и празни везикули - „сенки“ на протопластите. При определени условия, сферопластите, които частично запазват клетъчната стена, могат да се размножават върху твърда хранителна среда и да се върнат (връщат) към първоначалните си форми, което ги доближава до нестабилните L-форми на бактерии тип В.

L-форми на бактерии. При частично или пълно разрушаване на клетъчните стени много видове бактерии могат да образуват L-форми. За първи път са открити от Клайнбергер-Нобел през 1935 г. Името им идва от първата буква на Института Листър (L), в който са открити.

Характерна особеност на L-формите на бактериите е тяхното сходство с микроорганизмите от групата на говежди плевропневмонии (PPLO), които понастоящем се класифицират като микоплазми. Въпреки това, L-формите се различават от микоплазмите по това, че имат необичайна нужда от хранителни вещества, от които микоплазмите се нуждаят. Генетично L-формите са идентични с оригиналните форми, от които са получени. Някои от тях имат частично запазена клетъчна стена (L-форми от тип B), така че могат да се превърнат в оригиналните форми на бактерии. Образуването на L-форми става под действието на пеницилин, който нарушава синтеза на мукопептидите на клетъчната стена. Понякога тези форми се появяват спонтанно.

Морфологията на L-формите на различни видове бактерии и други микроорганизми (трепонема, дрожди) са сходни една с друга. Те са сферични, вакуолни образувания с размери от 1-8 микрона до най-малките - 250 nm, способни, подобно на вируси, да преминават през порите на порцелановите филтри. Въпреки това, за разлика от вирусите, L-формите могат да се отглеждат върху изкуствени хранителни среди чрез добавяне на пеницилин, захар, конски серум към тях. Когато се отстранят от такава среда, L-формите на пеницилин (тип В) отново се превръщат в. оригинални форми на бактерии. Този процес се нарича реверсия. Съществуват обаче стабилни L-форми на бактерии (тип А), чието връщане в първоначалната форма е трудно или невъзможно. В момента са получени L-форми на Proteus, Escherichia coli, Vibrio cholerae, Brucella, причинители на газова гангрена, тетанус и други микроорганизми.

Бактериите са много малки, невероятно древни и до известна степен доста прости микроорганизми. Според съвременна класификацияте са изолирани в отделен домейн от организми, което показва значителна разлика между бактериите от другите форми на живот.

Бактериите са най-често срещаните и съответно най-многобройните живи организми, те са, без преувеличение, повсеместни и се чувстват страхотно във всяка среда: вода, въздух, земя, както и вътре в други организми. Така че в една капка вода броят им може да достигне няколко милиона, а в човешкото тяло има около десет повече от всичките ни клетки.

Кои са бактериите?

Това са микроскопични, предимно едноклетъчни организми, чиято основна разлика е липсата на клетъчно ядро. Основата на клетката, цитоплазмата, съдържа рибозоми и нуклеоид, който е генетичният материал на бактериите. Всичко това е отделено от външния свят чрез цитоплазмена мембрана или плазмалема, която от своя страна е покрита с клетъчна стена и по-плътна капсула. Някои видове бактерии имат външни жгутици, броят и размерите им могат да варират значително, но целта винаги е една и съща – с тяхна помощ бактериите се движат.

Структурата и съдържанието на бактериална клетка

Какво представляват бактериите?

Форми и размери

Формите при различните видове бактерии са много променливи: те могат да бъдат кръгли, пръчковидни, извити, звездовидни, тетраедрични, кубични, С- или О-образни, както и неправилни.

Бактериите се различават по размер още повече. И така, Mycoplasma mycoides - най-малката гледкав цялото царство е с дължина 0,1 - 0,25 микрометра, а най-голямата бактерия Thiomargarita namibiensis достига 0,75 мм - може да се види дори с невъоръжено око. Средно размерите варират от 0,5 до 5 микрона.

Метаболизъм или метаболизъм

Бактериите са изключително разнообразни, когато става въпрос за получаване на енергия и хранителни вещества. Но в същото време е доста лесно да ги обобщите, разделяйки ги на няколко групи.

Според метода на получаване на хранителни вещества (въглерод) бактериите се делят на:

• автотрофи- организми, способни самостоятелно да синтезират всички органични вещества, необходими за тяхната жизнена дейност;
• хетеротрофи- организми, способни да трансформират само готови органични съединения и следователно се нуждаят от помощта на други организми, които биха произвеждали тези вещества за тях.

По метода на получаване на енергия:

• фототрофи- организми, които произвеждат необходимата енергия в резултат на фотосинтезата
• хемотрофи- организми, които генерират енергия чрез провеждане на различни химична реакция.

Как се развиват бактериите?

Растежът и размножаването при бактериите са тясно свързани. След като достигнат определен размер, те започват да се възпроизвеждат. При повечето бактериални видове този процес може да бъде изключително бърз. Делението на клетките, например, може да отнеме по-малко от 10 минути, като броят на новите бактерии нараства геометрична прогресиязащото всеки нов организъм ще бъде разделен на две.

Разпределете 3 различни видоверазвъждане:

• дивизия- една бактерия е разделена на две абсолютно генетично идентични.
• пъпкуване- на полюсите на майчината бактерия се образуват една или повече пъпки (до 4), докато майчината клетка остарява и умира.
• примитивен сексуален процес- част от ДНК на родителските клетки се прехвърля на дъщерята и се появява бактерия с принципно нов набор от гени.

Първият тип е най-често срещаният и бърз, последният е изключително важен и не само за бактериите, но и за целия живот като цяло.

Когато говорим за бактерии, често се сещаме за нещо негативно. И все пак знаем много малко за тях. Структурата и жизнената активност на бактериите са доста примитивни, но според предположенията на някои учени това са най-древните жители на Земята и в продължение на толкова години те не са изчезнали или измрели. Много видове такива микроорганизми се използват от хората за собствено добро, докато други са причина за сериозни заболявания и дори епидемии. Но вредата от някои бактерии понякога не е съизмерима с ползите от други. Нека поговорим за тези невероятни микроорганизми и да се запознаем с тяхната структура, физиология и класификация.

Царството на бактериите

Това са безядрени, най-често едноклетъчни микроорганизми. Откритието им през 1676 г. е заслуга на холандския учен А. Левенхук, който за първи път вижда малки бактерии под микроскопска лупа. Но френският химик и микробиолог Луи Пастьор за първи път започва да изучава тяхната природа, физиология и роля в човешкия живот през 1850-те години. Структурата на бактериите започва активно да се изследва с появата на електронни микроскопи. Неговата клетка се състои от цитоплазмена мембрана, рибозома и нуклеотид. Бактериалната ДНК е концентрирана на едно място (нуклеоплазма) и представлява плетеница от тънки нишки. Цитоплазмата е отделена от клетъчната стена от цитоплазмената мембрана; тя съдържа нуклеотид, различни мембранни системи и клетъчни включвания. Рибозомата на бактерията се състои от 60% РНК, останалото е протеин. Снимката по-долу показва структурата на Salmonella.

Клетъчната стена и нейните компоненти

Бактериите имат клетъчна структура. Клетъчната стена е с дебелина около 20 nm и за разлика от висшите растения няма фибриларна структура. Здравината му се осигурява от специално покритие, наречено чанта. Състои се основно от полимерно вещество - муреин. Неговите компоненти (субединици) са свързани в определена последователност в специални полигликанови нишки. Заедно с къси пептиди те образуват макромолекула, която наподобява мрежа. Това е чантата с муреин.

Органи на движение

Тези микроорганизми са способни на активно движение. Извършва се благодарение на плазмените жгутици, които имат спирална структура. Бактериите могат да се движат със скорост до 200 микрона в секунда и да се въртят около оста си 13 пъти в секунда. Способността на флагела да се движи се осигурява от специален контрактилен протеин - флагелин (аналог на миозина в мускулните клетки).

Те имат следните размери: дължина - до 20 микрона, диаметър - 10-20 nm. Всеки флагел се простира от базалното телце, което е потопено в бактериалната клетъчна мембрана. Органите на движението могат да бъдат единични или подредени в цели снопове, като например в спирила. Броят на флагелите може да зависи от условията на околната среда. Например, Proteus vulgaris при неправилно хранене има само два субполярни жгутика, докато при нормални условия на развитие може да има от 2 до 50 от тях в снопчетата.

Движение на микроорганизми

Структурата на бактерията (диаграмата по-долу) е такава, че може да се движи доста активно. Движението в повечето случаи става чрез бутане и се извършва предимно в течна или влажна среда. В зависимост от действащия фактор, с други думи - вида на външния стимул, той може да бъде:

• хемотаксисът е насоченото движение на бактериите към хранителни вещества или, напротив, от всякакви токсини;
• аеротаксис - придвижване към кислород (при аероби) или от него (при анаероби);
• фототаксис - реакция на светлина, проявяваща се в движение, е характерна преди всичко за фототрофите;
• магнитотаксисът е реакция на промени в магнитното поле, което се обяснява с наличието на специални частици (магнетозоми) в някои микроорганизми.

Един от изброените методи, бактериите, чиито структурни особености на клетките им позволяват да се движат, може да създаде струпвания на места с оптимални условияза живота им. В допълнение към жгутиците, някои видове имат множество по-тънки нишки - те се наричат ​​"fimbriae" или "pili", но тяхната функция все още не е достатъчно разбрана. Бактериите, които нямат специални флагели, са способни на плъзгащо движение, но се характеризират с много ниска скорост: около 250 микрона в минута.

Втората малка група бактерии са автотрофите. Те са в състояние да синтезират органични вещества от неорганични вещества, могат частично да асимилират атмосферния въглероден диоксид и са хемотрофи. Тези бактерии заемат много важно място в цикъла. химични елементив природата.

Има и две групи истински фототрофи. Структурните особености на бактериите от тази категория са, че съдържат вещество (пигмент) бактериохлорофил, което по природа е свързано с растителния хлорофил и тъй като при тях липсва фотосистема II, фотосинтезата протича без освобождаване на кислород.

Размножаване чрез разделяне

Основният начин на размножаване е разделянето на оригиналната майчина клетка на две (амитоза). За форми, които имат удължена форма, това винаги се случва перпендикулярно на надлъжната ос. В този случай структурата на бактерията претърпява краткотрайни промени: от ръба на клетката до средата се образува напречна преграда, по която след това се разделя майчиният организъм. Това обяснява старото име на царството - Дробянка. След деленето клетките могат да останат свързани в нестабилни, хлабави вериги.

Това са отличителните черти на структурата на бактериите на някои видове, например стрептококи.

Образуване на спори и сексуално размножаване

Вторият начин на размножаване е спорообразуването. Тя е пряко свързана с желанието за адаптиране към неблагоприятни условия и е насочена към тяхното преживяване. При някои пръчковидни бактерии спорите се образуват ендогенно, тоест вътре в клетката. Те са много устойчиви на топлина и могат да издържат дори след продължително варене. Образуването на спори започва с различни химични реакции в майчината клетка и около 75% от всички нейни протеини се разграждат. След това настъпва разделяне. В този случай се образуват две дъщерни клетки. Единият от тях (по-малкият) е покрит с дебела черупка, която по обем може да заема до 50% - това е спор. Остава жизнеспособен и готов за поникване в продължение на 200-300 години.

Някои видове са способни на сексуално размножаване. Този процес е открит за първи път през 1946 г., когато е изследвана клетъчната структура на бактерията Escherichia coli. Оказа се, че е възможно частично прехвърляне на генетичен материал. Тоест, ДНК фрагменти се прехвърлят от една клетка (донор) в друга (реципиент) по време на конюгиране. Това става с помощта на бактериофаги или чрез трансформация.

Структурата на бактерията и особеностите на нейната физиология са такива, че в идеални условияпроцесът на разделяне се случва постоянно и много бързо (на всеки 20-30 минути). Но в естествената среда той е ограничен от различни фактори ( слънчева светлина, хранителна среда, температура и др.).

Класификацията на тези микроорганизми се основава на различната структура на бактериалната клетъчна стена, която определя запазването на анилиновото багрило в клетката или неговото излугване. Това беше открито от H.K. Gram и впоследствие, в съответствие с неговото име, бяха разграничени две големи подразделения на микроорганизми, които ще обсъдим по-долу.

Грам-положителни бактерии: структурни особености и жизнени функции

Тези микроорганизми имат многослойно муреиново покритие (30-70% от общата суха маса на клетъчната стена), поради което анилиновото багрило не се измива от клетките (снимката по-горе схематично показва структурата на грам-положителна бактерия отляво и грам-отрицателен отдясно). Тяхната особеност е, че диаминопимеловата киселина често се заменя с лизин. Съдържанието на протеин е много по-малко, а полизахаридите липсват или са ковалентно свързани. Всички бактерии в този отдел са разделени на няколко групи:

1. Грам-положителни коки.Те са единични клетки или групи от две, четири или повече клетки (до 64), държани заедно от целулоза. По вид хранене това са по правило задължителни или факултативни анаероби, например млечнокисели бактерии от семейството на стрептококите, но може да има и аероби.
2. Неспорообразуващи пръчици.По името вече можете да разберете структурата на бактериалната клетка. Тази група включва анаеробни или по избор аеробни млечнокисели видове от семейство Lactobacillus.
3. Спорообразуващи пръчки.Те са представени само от едно семейство - Clostridia. Това са задължителни анаероби, които могат да образуват спори. Много от тях образуват характерни вериги или нишки от отделни клетки.
4. Коринеморфни микроорганизми.Външната структура на клетката на бактериите от тази група може да се промени значително. Така пръчките могат да станат клубовидни, къси, коки или слабо разклонени форми. Те не образуват ендоспори. Те включват пропионова киселина, стрептомицетни бактерии и др.
5. микоплазма.Ако обърнем внимание на структурата на бактерията (диаграмата на фигурата по-долу - стрелката сочи към ДНК веригата), тогава може да се отбележи, че тя няма клетъчна стена (вместо това има цитоплазмена мембрана) и, следователно не се оцветява с анилиново багрило, следователно не може да бъде причислен към този отдел въз основа на оцветяването по Грам. Но според последните проучвания микоплазмите произлизат от грам-положителни микроорганизми.

Грам-отрицателни бактерии: функции, структура

При такива микроорганизми муреиновата мрежа е много тънка, нейният дял от сухата маса на цялата клетъчна стена е само 10%, останалото са липопротеини, липополизахариди и др. Веществата, получени по време на оцветяването по Грам, лесно се отмиват. По вид хранене грам-отрицателните бактерии са фототрофи или хемотрофи, някои видове са способни на фотосинтеза. Класификацията в катедрата е в процес на формиране, различни семейства са обединени в 12 групи, въз основа на характеристиките на морфологията, метаболизма и други фактори.

Значението на бактериите за хората

Въпреки привидно невидимостта си, бактериите са от голямо значение за хората, както положителни, така и отрицателни. Производство на много хранителни продуктиневъзможно без участието на отделни представители на това царство. Структурата и жизнените функции на бактериите ни позволяват да получаваме много млечни продукти (сирене, кисело мляко, кефир и много други). Тези микроорганизми участват в процесите на ферментация и ферментация.

Много видове бактерии са причинители на болести по животните и хората, като антракс, тетанус, дифтерия, туберкулоза, чума и др. Но в същото време микроорганизмите участват в различни промишлено производствоТова е генно инженерство, производство на антибиотици, ензими и други протеини, изкуствено разлагане на отпадъци (например метаново разграждане на отпадъчни води), обогатяване на метали. Някои бактерии растат върху субстрати, богати на петролни продукти, и това служи като индикатор при търсенето и разработването на нови находища.