Bakterien entstehen. Testen Sie positiv und bakterielle Infektionen. Warum werden Vertreter des Bakterienreichs als Prokaryonten bezeichnet?

Das Reich der "Bakterien" besteht aus Bakterien und Blaualgen, allgemeine Eigenschaften die in der geringen Größe und Abwesenheit des Kerns besteht, der durch die Membran vom Zytoplasma getrennt ist.

Wer sind Bakterien?

Übersetzt aus dem Griechischen "bakterion" - ein Stock. Hauptsächlich, Mikroben sind für das bloße Auge unsichtbare einzellige Organismen, die sich durch Spaltung vermehren.

Wer hat sie geöffnet

Erstmals konnte ein im 17. Jahrhundert lebender Forscher aus Holland, Anthony Van Leeuwenhoek, kleinste Einzeller in einem selbstgebauten Mikroskop sehen. Lernen die Umwelt durch eine Lupenlupe begann er während der Arbeit in einem Trockenwarenladen.

Anthony Van Leeuwenhoek (1632 - 1723)

Später konzentrierte sich Leeuwenhoek auf die Herstellung von Linsen mit einer bis zu 300-fachen Vergrößerung. Darin untersuchte er die kleinsten Mikroorganismen, beschrieb die erhaltenen Informationen und übertrug das Gesehene auf Papier.

1676 entdeckte und präsentierte Leeuwenhoek Informationen über mikroskopisch kleine Kreaturen, denen er den Namen "Animalculi" gab.

Was essen Sie

Die kleinsten Mikroorganismen existierten schon lange vor dem Erscheinen des Menschen auf der Erde. Sie sind allgegenwärtig und ernähren sich von organischen Lebensmitteln und anorganischen Substanzen.

Nach den Methoden der Nährstoffassimilation werden Bakterien normalerweise in autotrophe und heterotrophe unterteilt. Für die Existenz und Entwicklung von Heterotrophen verwenden sie Abfallprodukte, den organischen Abbau lebender Organismen.

Vertreter von Bakterien

Biologen haben etwa 2500 Gruppen verschiedener Bakterien identifiziert.

Nach ihrer Form sind sie unterteilt in:

• Kokken mit kugelförmigen Umrissen;
• bazillen - in Form eines Stocks;
• Vibrationen mit Biegungen;
• Spirilla - Spiralform;
• Streptokokken, bestehend aus Ketten;
• Staphylokokken, die Trauben ähneln.

Nach dem Grad des Einflusses auf den menschlichen Körper können Prokaryonten unterteilt werden in:

• sinnvoll;
• schädlich.

Zu den für den Menschen gefährlichen Mikroben gehören Staphylokokken und Streptokokken, die eitrige Krankheiten verursachen.

Als nützlich gelten die Bakterien Bifido, Acidophilus, die die Immunität stimulieren und den Magen-Darm-Trakt schützen.

Wie sich echte Bakterien vermehren

Die Vermehrung aller Arten von Prokaryoten erfolgt hauptsächlich durch Teilung, gefolgt von Wachstum auf die ursprüngliche Größe. Ab einer bestimmten Größe teilt sich ein erwachsener Mikroorganismus in zwei Teile.

Seltener wird die Reproduktion ähnlicher einzelliger Organismen durch Knospung und Konjugation durchgeführt. Bei der Knospung auf dem mütterlichen Mikroorganismus wachsen bis zu vier neue Zellen, gefolgt vom Tod des erwachsenen Teils.

Die Konjugation gilt als der einfachste Sexualvorgang bei einzelligen Organismen. Am häufigsten vermehren sich Bakterien, die in tierischen Organismen leben, auf diese Weise.

Symbiontenbakterien

Die an der Verdauung im menschlichen Darm beteiligten Mikroorganismen sind ein Paradebeispiel für symbiontische Bakterien. Die Symbiose wurde erstmals von dem niederländischen Mikrobiologen Martin Willem Beijerinck entdeckt. 1888 bewies er das für beide Seiten vorteilhafte enge Zusammenleben von Einzellern und Hülsenfrüchten.

Im Wurzelsystem lebende Symbionten, die sich von Kohlenhydraten ernähren, versorgen die Pflanze mit Luftstickstoff. So erhöhen Hülsenfrüchte die Fruchtbarkeit, ohne den Boden zu erschöpfen.

Es gibt viele erfolgreiche symbiotische Beispiele mit Beteiligung von Bakterien und:

• Mensch;
• Algen;
• Arthropoden;
• Meerestiere.

Mikroskopische einzellige Organismen unterstützen Systeme menschlicher Körper, Reinigung fördern Abwasser, nehmen am Kreislauf der Elemente teil und arbeiten daran, gemeinsame Ziele zu erreichen.

Warum Bakterien in ein besonderes Königreich abgesondert werden

Diese Organismen zeichnen sich durch die kleinste Größe, das Fehlen eines gebildeten Kerns und eine außergewöhnliche Struktur aus. Daher können sie trotz der äußeren Ähnlichkeit nicht Eukaryoten zugeschrieben werden, die einen gebildeten Zellkern haben, der vom Zytoplasma durch eine Membran begrenzt ist.

Dank all der Merkmale des 20. Jahrhunderts haben Wissenschaftler sie in ein separates Königreich unterteilt.

Die ältesten Bakterien

Die kleinsten einzelligen Organismen gelten als das erste entstandene Leben auf der Erde. Forscher entdeckten 2016 in Grönland vergrabene Cyanobakterien, die etwa 3,7 Milliarden Jahre alt sind.

In Kanada wurden Spuren von Mikroorganismen gefunden, die vor etwa 4 Milliarden Jahren im Ozean lebten.

Funktionen von Bakterien

In der Biologie erfüllen Bakterien zwischen lebenden Organismen und ihrem Lebensraum folgende Funktionen:

• Verarbeitung organischer Stoffe zu Mineralien;
• Stickstofffixierung.

Im menschlichen Leben spielen einzellige Mikroorganismen wichtige Rolle ab den ersten Minuten der Geburt. Sie sorgen für eine ausgewogene Darmflora, wirken auf das Immunsystem und halten das Wasser-Salz-Gleichgewicht aufrecht.

Reservesubstanz von Bakterien

Reservenährstoffe des Prokaryoten sammeln sich im Zytoplasma an. Ihre Anhäufung erfolgt unter günstigen Bedingungen und wird während des Fastens konsumiert.

Zu den Reservestoffen von Bakterien gehören:

• Polysaccharide;
• Lipide;
• Polypeptide;
• Polyphosphate;
• Schwefelablagerungen.

Das Hauptzeichen von Bakterien

Die Funktion des Kerns in einem Prokaryoten wird von einem Nukleoid übernommen.

Daher ist das Hauptmerkmal von Bakterien die Konzentration von Erbgut in einem Chromosom.

Warum werden Vertreter des Bakterienreichs als Prokaryonten bezeichnet?

Das Fehlen eines gebildeten Zellkerns war der Grund für die Zuordnung von Bakterien zu prokaryotischen Organismen.

Wie Bakterien widrige Bedingungen tolerieren

Mikroskopische Prokaryoten sind in der Lage lange Zeit widrige Bedingungen ertragen und zu Streitigkeiten führen. Es kommt zu einem Wasserverlust der Zelle, einer deutlichen Volumenabnahme und einer Formänderung.

Sporen werden unempfindlich gegenüber mechanischen, thermischen und chemischen Einflüssen. Somit bleibt die Eigenschaft der Lebensfähigkeit erhalten und eine effektive Umsiedlung wird durchgeführt.

Abschluss

Bakterien sind die älteste Lebensform der Erde, die schon lange vor dem Erscheinen des Menschen bekannt war. Sie sind überall vorhanden: in der umgebenden Luft, im Wasser, in der Oberflächenschicht der Erdkruste. Pflanzen, Tiere, Menschen dienen als Lebensräume.

Die aktive Erforschung einzelliger Organismen begann im 19. Jahrhundert und dauert bis heute an. Diese Organismen sind der Hauptteil Alltagsleben Menschen und haben einen direkten Einfluss auf die menschliche Existenz.

Bakterien sind die kleinsten lebenden Organismen, die unseren Planeten bewohnen. Welche kleinen Bakterien haben sie nicht? Eine beeindruckende Größe. Ohne Mikroskop sind sie nicht zu erkennen, aber ihr Lebenswille ist wirklich erstaunlich. Allein die Tatsache, dass Bakterien unter günstigen Bedingungen Hunderte von Jahren im „lethargischen Schlaf“ verharren können, ist respektabel. Welche strukturellen Merkmale tragen dazu bei, dass diese Krümel so lange leben?

Die Hauptmerkmale der Struktur einer Bakterienzelle

Wissenschaftler haben Prokaryoten aufgrund ihrer spezifischen Zellstruktur als separates Königreich identifiziert. Diese beinhalten:

• Bakterien;
• blau-grüne Alge;
• Rickettsie;
• Mykoplasmen.

Das Fehlen klar definierter Kernwände ist das Hauptmerkmal von Vertretern des Königreichs der Prokaryonten. Daher ist das Zentrum der genetischen Information ein einzelnes ringförmiges DNA-Molekül, das an die Zellmembran gebunden ist.

Was fehlt noch in der Zellstruktur von Bakterien?

1. Nukleare Hülle.
2. Mitochondrien.
3. Plastiden.
4. Ribosomale DNA.
5. Endoplasmatisches Retikulum.
6. Golgi-Komplex.

Das Fehlen all dieser Komponenten hindert die ubiquitären Mikroorganismen jedoch nicht daran, im Zentrum des natürlichen Stoffwechsels zu stehen. Sie fixieren Stickstoff, bewirken Gärung und oxidieren anorganische Stoffe.

Zuverlässiger Schutz

Für den Schutz des Babys hat die Natur gesorgt: Außen ist die Bakterienzelle von einer dichten Membran umgeben. Die Zellwand führt den Stoffwechsel frei durch. Es lässt Nährstoffe nach innen passieren und entfernt Abfallprodukte nach außen.

Die Schale definiert die Form des Körpers des Bakteriums:

• kugelförmige Kokken;
• gebogene Schwingungen;
• stäbchenförmige Bazillen;
• Spirilla.

Um ein Austrocknen zu verhindern, wird um die Zellwand eine Kapsel gebildet, die aus einer dichten Schleimschicht besteht. Die Dicke der Kapselwände kann ein Mehrfaches des Durchmessers der Bakterienzelle betragen. Die Wanddichte variiert in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, in die die Bakterien eindringen.

Der genetische Fonds ist sicher

Bakterien haben keinen wohlgeformten Kern, der DNA enthalten würde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Erbinformation in Mikroorganismen ohne Kernhülle chaotisch angeordnet ist. Die filamentöse Doppelhelix der DNA ist in der Mitte der Zelle zu einem ordentlichen Ball gefaltet.

DNA-Moleküle enthalten Erbmaterial, das das Zentrum für den Start der Vermehrung von Mikroorganismen ist. Und Bakterien sind wie eine Wand mit einem speziellen Schutzsystem ausgestattet, das hilft, Angriffe von viraler DNA abzuwehren. Das antivirale System arbeitet daran, fremde DNA zu schädigen, aber seine eigene wird nicht beschädigt.

Dank der Erbinformationen, die in der DNA gespeichert sind, vermehren sich Bakterien. Mikroorganismen vermehren sich durch Teilung. Die Geschwindigkeit, mit der sich diese Krümel teilen können, ist beeindruckend: Alle 20 Minuten verdoppelt sich ihre Anzahl! Unter günstigen Bedingungen können sie ganze Kolonien bilden, aber der Mangel an Nährstoffen wirkt sich negativ auf die Zunahme der Bakterienzahl aus.

Womit die Zelle gefüllt ist

Das bakterielle Zytoplasma ist ein Nährstofflager. Es ist eine dicke Substanz, die mit Ribosomen versorgt wird. Unter dem Mikroskop sind im Zytoplasma Ansammlungen von organischen und mineralischen Substanzen zu unterscheiden.

Abhängig von der Funktionalität von Bakterien kann die Zahl der zellulären Ribosomen Zehntausende erreichen. Ribosomen haben eine spezifische Form, deren Wände keine Symmetrie aufweisen und einen Durchmesser von 30 nm erreichen.

Ribosomen haben ihren Namen von Ribonukleinsäuren (RNA). Während der Fortpflanzung sind es die Ribosomen, die die in der DNA gespeicherte genetische Information reproduzieren.

Ribosomen sind zum Zentrum geworden, das den Prozess der Proteinbiosynthese steuert. Dank der Biosynthese werden anorganische Stoffe in biologisch aktive umgewandelt. Der Prozess läuft in 4 Stufen ab:

1. Transkription. Ribonukleinsäuren werden aus DNA-Doppelsträngen gebildet.
2. Transport. Die erzeugten RNAs transportieren Aminosäuren zu den Ribosomen als Quellenmaterial zur Proteinsynthese.
3. Übertragen. Ribosomen scannen Informationen und bauen Polypeptidketten auf.
4. Proteinbildung.

Wissenschaftler haben die Struktur und Funktionalität von zellulären Ribosomen in Bakterien noch nicht im Detail untersucht. Ihre vollständige Struktur ist noch nicht bekannt. Weitere Arbeiten auf dem Gebiet der Ribosomenforschung werden ein vollständiges Bild von der Funktionsweise der molekularen Maschine für die Proteinsynthese geben.

Was ist in der Bakterienzelle nicht vorhanden

Im Gegensatz zu anderen lebenden Organismen sorgt die Struktur von Bakterienzellen nicht für viele Zellstrukturen... Ihr Zytoplasma enthält jedoch Organellen, die erfolgreich die Funktionen der Mitochondrien oder des Golgi-Komplexes erfüllen.

In Eukaryoten findet man eine große Anzahl von Mitochondrien. Sie machen etwa 25 % des gesamten Zellvolumens aus. Mitochondrien sind für die Produktion, Speicherung und Verteilung von Energie verantwortlich. Mitochondriale DNA ist ein zyklisches Molekül und wird zu speziellen Clustern zusammengesetzt.

Die mitochondrialen Wände bestehen aus zwei Membranen:

• außen, mit glatten Wänden;
• intern, von dem zahlreiche Cristae tief ins Innere reichen.

Prokaryoten sind mit einer Art Batterien ausgestattet, die sie wie Mitochondrien mit Energie versorgen. Beispielsweise verhalten sich solche "Mitochondrien" in Hefezellen sehr interessant. Sie brauchen Kohlendioxid, um erfolgreich zu sein. Daher verschwinden Mitochondrien unter Bedingungen, bei denen CO2 nicht ausreicht, aus dem Gewebe.

Unter dem Mikroskop sieht man den Golgi-Apparat, der ausschließlich Eukaryoten innewohnt. Es wurde erstmals 1898 von dem italienischen Wissenschaftler Camillo Golgi in Nervenzellen entdeckt. Dieses Organoid spielt die Rolle eines Reinigers, dh es entfernt alle Stoffwechselprodukte aus der Zelle.

Der Golgi-Apparat hat eine scheibenförmige Form, die aus dichten Membranzisternen besteht, die durch Vesikel verbunden sind.

Die Funktionen des Golgi-Apparates sind sehr vielfältig:

• Teilnahme an sekretorischen Prozessen;
• die Bildung von Lysosomen;
• Abgabe von Stoffwechselprodukten an die Zellwand.

Die ältesten Bewohner der Erde haben überzeugend bewiesen, dass trotz der Abwesenheit vieler Zellorganellen sie sind lebensfähig genug. Die Natur hat Kernorganismen einen Kern, Mitochondrien, den Golgi-Apparat gegeben, aber das bedeutet keineswegs, dass ihnen kleine Bakterien ihren Platz unter der Sonne geben.

Bakterien sind einzellige Organismen, denen Chlorophyll fehlt. Diese Gruppe von Mikroorganismen ist die zahlreichste, in der Natur am weitesten verbreitet und am besten untersucht. Es gibt eine beträchtliche Anzahl von Krankheitserregern unter Bakterien Infektionskrankheiten Mensch und Tier.

Die Form und Größe von Bakterien. Je nach Form der Zellen werden Bakterien in kugelförmige Kokken unterteilt; stäbchenförmig oder zylindrisch - Bakterien selbst; gewunden - Vibrios und Spirillae. Zwischen den Hauptformen gibt es Übergangsformen. Die verschiedenen Bakterienformen sind in Abb. 1.

Kokken (aus dem Griechischen. Coccus - Korn, Beere) unterscheiden sich je nach Lage der Zellen nach ihrer Teilung. Einzelne Kokken werden Mikrokokken genannt (Abb. 1,1), paarige werden Diplokokken genannt. Wenn die Kokken nach der Teilung nicht divergieren, sondern eine Kette bilden, werden sie Streptokokken genannt (Abb. 1.3). Alle diese Kokken sind in nur einer Ebene unterteilt. Bei der Aufteilung in zwei zueinander senkrechten Ebenen können Kombinationen von vier Kokken - Tetrakokken (Abb. 1.6) und bei der Aufteilung in drei zueinander senkrechten Ebenen - Sarcine (von lateinisch sarcio - verbinden; Abb. 1.7), bestehend aus 8- 16 Zellen. Erfolgt die Teilung in keiner bestimmten Reihenfolge, bleiben die Kokken zusammen und bilden Trauben, die an Weintrauben erinnern - Staphylokokken (Abb. 1, 2). Normalerweise erreicht die Größe der Kokken 1-1,5 Mikrometer.

Unter den Kokken gibt es Erreger verschiedener menschlicher Krankheiten: Diplokokken-Pneumokokken (Abb. 1.5), Meingokokken und Gonokokken (Abb. 1.4) verursachen Lungenentzündung, Meningitis bzw. Gonorrhoe; Staphylokokken und Streptokokken sind verschiedene eitrige Erkrankungen von Mensch und Tier. Viele Kokken sind Bewohner verschiedener Hohlräume und menschlicher Haut und sind in der äußeren Umgebung weit verbreitet.

Stäbchenförmige Bakterien (von den griechischen Bakterien - Stäbchen) haben zylindrische Form und liegen meist einzeln (Abb. 1,8-9), manchmal aber auch paarweise (Diplobakterien) oder in Form von Ketten (Streptobakterien). Die Stäbchen können gerade, leicht gebogen und spindelförmig sein; ihre Größen erreichen 1-5x0,5-1 Mikrometer. Stäbchen, die keine Sporen bilden, werden als Bakterien bezeichnet, und sporenbildende werden als Bazillen (Aerobier) und Clostridien (Anaerobier) bezeichnet. Form und Größe von Bakterien können sich unter dem Einfluss verschiedener Faktoren verändern. Die Fähigkeit von Bakterien, ihre Form und Größe zu ändern, wird als Polymorphismus bezeichnet.

Unter Bakterien gibt es viele Erreger von Infektionskrankheiten: Pest, Milzbrand, Brucellose, Tetanus, Gasbrand, Diphtherie, Darminfektionen.

Die gekräuselten Bakterienformen haben das Aussehen einer Spirale, die aus mehreren Locken besteht. Darunter befinden sich Vibrios mit einer Locke (Abb. 1, 10) und Spirilla mit 2-3 Locken (Abb. 1, 11).

Vibrios sind schwach gekrümmte Zellen, die einem Komma ähneln, 1-3 Mikrometer lang, sehr beweglich aufgrund des Flagellums, das sich am Ende der Zelle befindet. Unter den Vibrionen ist der Erreger der Cholera von größter Bedeutung.
Spirillae sind harmlose Mikroorganismen, die in Abwässern oder verschmutzten Gewässern leben, verrottende Abfälle. Nur Spirillum minus verursacht beim Menschen die Rattenbiss-Krankheit – Sodoku.

Die Struktur von Bakterien. Eine Bakterienzelle besteht aus einer Zellwand, einer Zytoplasmamembran und Zytoplasma, das Kernmaterial, verschiedene Organellen und Einschlüsse enthält. Außerdem besitzen viele Bakterien eine Kapsel und eine Schleimhaut, Geißeln und Pili (Abb. 2).

Zellenwand. Die Membran, die die mikrobielle Zelle von der Umgebung trennt, ihre Form bestimmt und beibehält, wird als Zellwand bezeichnet (Abb. 3). Es zeichnet sich durch Festigkeit, Elastizität und Flexibilität aus. Die Zellwand erfüllt eine lebenswichtige Funktion: Sie schützt die Zelle vor osmotischer Lyse, da der Druck im Zellinneren im Zytoplasma höher ist als in Umgebung... Durch die selektive Durchlässigkeit sorgt die Zellwand für den Durchgang verschiedener Stoffe in die Zelle und den Abtransport von Stoffwechselprodukten nach außen. Wasser, Glukose, Aminosäuren, Fettsäuren mit Molekülen dringen leicht durch die Zellwand kleine Größe... Größere Moleküle organischer Substanzen können nicht in die Zelle eindringen, ohne sie zuvor mit Hilfe von Enzymen, die von der Zelle sezerniert werden, in kleinere aufzuspalten.

Die Bakterienzellwand hat eine komplexe Struktur und besteht aus zwei Arten von Komponenten. Die Stärke und Festigkeit der Zellwand wird durch das Netzwerk aus Mikrofibrillen gegeben, das in den Inhalt – die Matrix – eingetaucht ist. Mikrofibrillen sind Glykopeptide (Peptidoglykane oder Mureine). Die Glykopeptidschicht definiert und erhält die Form der Bakterienzelle. Der Aufbau und die chemische Zusammensetzung der Zellwände grampositiver und gramnegativer Bakterien sind unterschiedlich.

Die Zellwand grampositiver Bakterien hat den einfachsten Aufbau. Seine Struktur ist homogen, es ist dicker (10-15 nm) als die Zellwand gramnegativer Bakterien. Der Großteil der Zellwand besteht aus Glykopeptiden (bis zu 90%). Das Mikrofibrillennetzwerk ist in eine Matrix eingetaucht, die Polysaccharide (bis zu 90 %) und Teichonsäuren enthält. Proteine ​​fehlen normalerweise und Lipide machen nur 2,5% aus. Einige grampositive Bakterien wie Corynebakterien und Mykobakterien enthalten jedoch große Mengen an Lipiden in der Zellwand.

Die Zellwand gramnegativer Bakterien hat eine komplexe Struktur und chemische Zusammensetzung sich deutlich von den Zellwänden grampositiver Bakterien unterscheidet. Die innere Schicht der Zellwand ist ein dünner Beutel aus Glykopeptidmolekülen, bestehend aus einer oder zwei Molekülschichten (2-3 nm). Darüber liegt eine breite äußere Schicht (7-8 nm) aus locker gepackten Protein- und Phospholipidmolekülen, über der sich eine dritte Schicht befindet - Lipopolysaccharide. Auch ein anderer Aufbau der äußeren Schicht der Zellwand ist möglich: Proteine ​​und Lipopolysaccharide sind in der Doppelschicht der Phospholipide enthalten.

Die Zellwand dieser Bakterien enthält viele Lipide (bis zu 25 %), Proteine ​​und Polysaccharide.

Zytoplasmatische Membran. Die Zytoplasmamembran befindet sich direkt unter der Zellwand, die sehr eng daran angrenzt (Abb. 4). Die zytoplasmatische Membran ist für das Leben der Zelle von großer Bedeutung. Es wirkt als osmotische Barriere, konzentriert Nährstoffe in der Zelle und fördert die Ausscheidung von Stoffwechselprodukten. Partikel mit kleinen Molekülen (DNA-Fragmente, Proteine ​​mit niedrigem Molekulargewicht – extrazelluläre Enzyme) passieren es. Zytoplasmatische Membranproteine ​​- Permeasen erfüllen die Funktion des Transports - Transfer von organischen und anorganischen Substanzen in die Zelle. Die ditoplasmatische Membran ist der Ort der Biosynthese einiger Bestandteile der Zelle und nimmt an den Teilungsprozessen von Bakterien teil. Auf seiner inneren Oberfläche befinden sich spezielle Bereiche, an denen DNA im Prozess ihrer Vervielfältigung (Replikation) befestigt wird. Das Wachstum der Membran gewährleistet die Teilung des Zellgenoms nach Abschluss des Replikationsprozesses. Bei aeroben Bakterien enthält die Zytoplasmamembran eine Elektronentransportkette, die den Energiestoffwechsel der Zelle sicherstellt.

Die Zytoplasmamembran ist sehr dünn (nicht mehr als 8-10 nm). Auf elektronenmikroskopischen Aufnahmen ist es als Doppellinie durch eine Lichtlücke getrennt (dreilagig). Mehr als die Hälfte der Masse der Zytoplasmamembran besteht aus Proteinen und 20-30% - Phospholipiden. Die zytoplasmatische Membran von Bakterien hat die Struktur einer elementaren biologischen Membran - einer Doppelschicht von Phospholipiden, auf deren Oberfläche sich Proteine ​​befinden.
Unter bestimmten Einflüssen auf eine Bakterienzelle, zum Beispiel beim Einlegen in eine hypertone Kochsalzlösung, kann sich die Membran von der Zellwand lösen und deutlich sichtbar werden (siehe Abb. 3).

Zytoplasma. Der Inhalt einer Bakterienzelle ist eine transparente, leicht viskose Substanz von flüssiger Konsistenz, die durch die Zytoplasmamembran begrenzt wird. Das Zytoplasma von Bakterienzellen ist ein kolloidales System aus Wasser, Proteinen, Fetten, Kohlenhydraten, verschiedenen Mineralien und anderen Substanzen, deren Verhältnis je nach Bakterientyp und Alter der Zelle variiert.
Das Zytoplasma der Bakterien enthält den Zellkern - das Nukleoid, Ribosomen, Mesosomen sowie verschiedene Körnchen von Reservenährstoffen, Pigmenten und Fetten.

Nukleoid. Enthält DNA, die mit einer kleinen Menge eines bestimmten basischen Proteins verbunden ist - Histon (Nukleoprotein) und der Hüter der Erbinformation in der Zelle ist. Im Gegensatz zu den Kernen anderer Mikroorganismen, beispielsweise Protozoen, besitzt das Nukleoid von Bakterien keine klar definierte Membran, die es vom restlichen Zytoplasma abgrenzt (siehe Abb. 4). Das DNA-Molekül besteht nach dem 1953 von Watson und Crick vorgeschlagenen Schema aus zwei umeinander verdrehten Polynukleotidketten wie Wendeltreppe(Abb. 5). Die äußere Oberfläche einer solchen Doppelhelix wird von Zucker gebildet - Desoxyribose (C), die sich mit Resten abwechselt Phosphorsäure(F). Innerhalb der Spirale, senkrecht zu ihrer Achse, wie Stufen einer Leiter, befinden sich flache Moleküle stickstoffhaltiger Basen: Purine - Adenin (A), Guanin (G) und Pyrimidine - Thymin (T), Cytosin (C). Jedes Purin ist aufgrund seiner chemischen Struktur notwendigerweise mit Pyrimidin assoziiert, so dass der DNA-Strang durchgehend eine einheitliche Dicke von etwa 0,2 nm aufweist. Die Länge eines DNA-Moleküls kann Hunderte Millionen Mal länger sein. Zum Beispiel beträgt die Gesamtlänge des E. coli-Chromosoms 1–1.4 mm Purine und Pyrimidine sind durch Wasserstoffbrücken verbunden, die leicht gebrochen werden können. Jede stickstoffhaltige Base ist nur an den Zucker der äußeren Kette, Desoxyribose, gebunden. Desoxyribose, Phosphat und eine stickstoffhaltige Base bilden ein DNA-Monomer namens Nukleotid (H). Die DNA vieler Bakterien zeichnet sich durch eine kreisförmige Struktur in Form eines geschlossenen Rings aus. Die meisten Prokaryonten haben nur ein Bakterienchromosom.

Ribosomen. Neben DNA hat die Zelle eine zweite Nukleinsäure - Ribonukleinsäure (RNA), die im Gegensatz zur DNA aus einer Kette besteht, den Zucker Ribose anstelle von Desoxyribose und Uracil anstelle von Thymin enthält. Der Großteil der RNA ist in Form kleiner Partikel oder Ribosomen an Proteine ​​gebunden, die die Zentren der Proteinsynthese sind. Ribosomen bilden große Aggregate, die Polyribosomen oder Polysomen genannt werden und aus 7-8 Ribosomen oder mehr bestehen. Die chemische Zusammensetzung der Ribosomen: 40-60% RNA und 60-40% Protein. Bei Bakterien liegen Ribosomen frei im Zytoplasma. Ihre Zahl in jeder Zelle kann mehr als 100 betragen. Neben ribosomaler RNA (rRNA) gibt es im Zytoplasma von Bakterien auch informationelle RNA (mRNA oder mRNA). Es übernimmt die Funktion, genetische Informationen von der DNA auf Polysomen zu übertragen. In Escherichia coli sind es 2-4% der Gesamt-RNA. Die dritte Ribonukleinsäure - Transport (tRNA) - übernimmt die Funktion des Transports der für die Proteinsynthese notwendigen Aminosäuren in die Ribosomen.

Mesosomen. Bei manchen Bazillen entstehen aus der Zytoplasmamembran kugelförmige, gekräuselte Strukturen – die sogenannten Mesosomen. Ihre Funktion ist noch nicht ganz geklärt. Vielleicht sind sie an der Zellteilung oder an Redoxprozessen beteiligt und spielen die Rolle der Mitochondrien.

Granulat. Das Zytoplasma von Bakterien enthält verschiedene Granula, von denen viele Reservenährstoffe enthalten. Die Kohlenstoff- oder Energiequelle sind Körnchen stickstofffreier organischer Substanzen - Polysaccharide, bestehend aus Glukosemolekülen. Einige Granulate bestehen aus Stärke und sind mit Jod blau gefärbt (Iogene oder Granulose), andere enthalten Glykogen und sind mit Jod rotbraun gefärbt. Schwefelbakterien reichern Schwefeltröpfchen im Zytoplasma an, einige Bakterien synthetisieren und akkumulieren Lipideinschlüsse, die aufgrund ihres hohen Brechungsgrades in Form kleiner Tröpfchen sichtbar sind.

Bei einigen Mikroben enthält das Zytoplasma Volutinkörner, die zuerst in Spirillum volutans entdeckt wurden. Sie sind Speichernährstoffe aus anorganischen Polyphosphaten und nukleinsäurenahen Verbindungen. Volutin in Form großer Körnchen reichert sich im Zytoplasma von Bakterien an, wenn es auf kohlenhydrathaltigen Medien gezüchtet wird. Volutin-Körner zeigen, wenn sie mit Methylenblau gefärbt werden, das Phänomen der Metachromasie: Der blaue Farbstoff verleiht ihnen eine leuchtend rote Farbe. Bei einigen Bakterien wie Corynebakterien ist der Nachweis von Volutinkörnern ein wertvoller diagnostischer Hinweis.

Kapsel und Schleimhaut. Bei vielen Bakterien befindet sich an der Außenseite der Zellwand eine diffuse homogene Schleimschicht unterschiedlicher Dicke (s. Abb. 2.1). Diese Schicht kann mit bestimmten Färbemethoden oder entsprechender Beleuchtung sichtbar gemacht werden.

Eine Kapsel ist eine Schicht, die eine enge Verbindung mit der Zellwand aufrechterhält und als äußere Auskleidung der Zelle dient. Seine Dicke ist begrenzt und die Kapsel wird bei einer negativen Färbung nach der Gins-Methode deutlich erkannt: Vor einem dunklen Hintergrund des Präparats ist eine rot gefärbte Bakterienzelle, umgeben von einer farblosen Kapsel, sichtbar. Die Dicke der Kapseln bei Bakterien ist unterschiedlich: von Bruchteilen eines Mikrometers bis zu 10 Mikrometern. Eine Kapsel mit einer Größe von weniger als 0,2 Mikrometer wird oft als Mikrokapsel bezeichnet. Oberflächenstrukturen wie Kapseln werden bei Pneumokokken, Erregern von Milzbrand, Keuchhusten, Gonorrhoe und einer Gruppe von Kapselbakterien - Klebsiella - beschrieben. Bei vielen Bakterienarten erscheint die Kapsel nur unter bestimmten, oft ungünstigen Bedingungen. Die Erreger von Milzbrand, Keuchhusten, Gonorrhoe, Pneumokokken bilden eine Kapsel und gelangen in den menschlichen oder tierischen Körper. In diesem Fall spielt die Kapsel eine schützende Rolle und schützt die Mikrobe vor der Wirkung von Antikörpern, Fresszellen und anderen Schutzfaktoren des Körpers. Die Gruppe der Kapselbakterien pflegt die Kapsel ständig: im menschlichen Körper usw. und während der Kultivierung auf Nährmedien. Die chemische Zusammensetzung der Kapseln hängt von der Art der Bakterien ab. Die Hauptbestandteile der Kapsel sind Wasser (bis zu 98%) und Polysaccharide. Polypeptide wurden in der Kapsel von Milzbrandbazillen und Protein M gefunden.

Die Schleimschichten, die sich um die Oberfläche einiger Bakterien bilden, unterscheiden sich von den Kapseln durch eine lockerere Struktur, Dicke und die Fähigkeit, sich teilweise von der Zelle zu trennen, die sie gebildet hat. Das Material, aus dem die Schleimschicht besteht, befindet sich häufig im Kulturmedium, in dem die Mikroorganismen kultiviert werden.

Die Schutzfunktionen der Kapsel sind vielfältig. Neben dem Schutz der Mikrobe vor der Wirkung der Schutzfaktoren des Makroorganismus schützt die Kapsel die Mikrobe vor dem Eindringen einer großen Flüssigkeitsmenge in die Zelle (osmotische Barriere) sowie vor dem Austrocknen unter widrigen Umweltbedingungen.

Geißeln. Einige Bakterien haben eine Beweglichkeit, die von den Geißeln ausgeführt wird. Die Anzahl und Lage der Flagellen ist eine charakteristische Bakterienart, die zur Differenzierung von Mikroorganismen verwendet wird. Nach Lage und Anzahl der Geißeln werden Bakterien unterschieden: Monotrichen, die ein Geißel an einem der Zellpole haben; Amphitrichen, bei denen sich an jedem Pol ein Flagellum befindet; lophotrichs - mit einem Geißelbündel an einem Pol (dazu gehören auch Bakterien, die an beiden Polen Geißelbündel haben) und peritrich und deren Geißeln sich über die gesamte Körperoberfläche befinden (Abb. 6).

Flagellen sind dünne, spiralförmige, filamentöse Fibrillen mit einer Dicke von 12-18 nm. Das Flagellum kann bis zu 10-mal so lang sein wie das Bakterium selbst. Das Flagellum geht von einer speziellen Ausbildung ab - dem Basalkörper, der sich im Zytoplasma an der Innenfläche der Zytoplasmamembran befindet (Abb. 7). Der Basalkörper hat eine komplexe Struktur, er enthält einen Mechanismus in Form von zwei ringförmigen Platten, deren Drehung relativ zueinander die Bewegung des Flagellums bewirkt.

Bakterielle Flagellen sind Proteinfilamente, die aus Flagellinproteinen bestehen, deren Proteinmonomere zu spiralförmigen Ketten zusammengefügt sind, die um einen hohlen Kern verdrillt sind. Bei der Bewegung dreht sich das Flagellum um seine Längsachse im oder gegen den Uhrzeigersinn. Die Bewegung von Bakterien lässt sich beobachten, indem man sie im lebenden Zustand mit der Hänge- oder Crushed-Drop-Methode und mit speziellen Färbemethoden im Lichtmikroskop untersucht. Die Geschwindigkeit der aktiven Bewegung mit Hilfe von Flagellen ist bei einigen Bakterien sehr hoch: In 1 s können sie eine 20-fache Distanz überwinden. Die mechanische Entfernung führt zum Verlust der Mobilität von Bakterien, beeinträchtigt jedoch nicht deren Wachstum und Vermehrung.

Wir haben getrunken (Villi). Gerade filamentöse Formationen, die in Salmonella, Escherichia, Proteus vorkommen, werden Zotten genannt, ebenso wie Fransen, Fimbrien, Zilien, Pilas (Abb. 8). Sie tranken dünner und kürzer als bakterielle Flagellen; bestehen aus einem speziellen Protein Pilin, dessen Monomere wie Flagellen spiralförmig angeordnet sind. Sägen variieren in Durchmesser und Länge; die Dicke der Säge kann 4-10 bis 35 nm betragen. Die Anzahl der Getränke pro Bakterienzelle kann mehrere Hundert erreichen. Pili bietet die Fähigkeit von Bakterien, aneinander oder an einem Substrat, wie Epithelzellen der Darmschleimhaut, zu haften (zu haften).

Einige getrunkene, wie die F-Zotten, vermehren sich in Bakterien. Sie sorgen für den Transfer von Erbgut (DNA) von einer Bakterienzelle zur anderen und bilden eine Brücke zwischen zwei Zellen. Diese Zotten sind breiter und länger als die anderen und haben am Ende eine kugelförmige Verdickung.

Streitigkeiten. Einige Bakterien, die in ungünstige Existenzbedingungen geraten, bilden im Körper eine Spore (Endospore). Endospor ist ein intrazellulärer, hochbrechender Lichtkörper, resistent (resistent) gegen verschiedene schädliche Faktoren Außenumgebung: Trocknen, Aktion hohe Temperaturen, Chemikalien und Desinfektionsmittel (Abb. 9).

Die Sporenbildung ist hauptsächlich für stäbchenförmige Bakterienformen charakteristisch: Bazillen und Clostridien. Bei Bakterien anderer Spezies ist es sehr selten. Sporen sind kugelförmig, oval oder ellipsoid. Der Durchmesser der Spore entspricht normalerweise dem Durchmesser der Zelle, in der sie gebildet wird, oder überschreitet ihn geringfügig, und die Länge der Spore beträgt 1 / 4-1 / 3 der Länge der Bakterienzelle. Die Größe und Position innerhalb der Bakterienzelle hängt von der Spezies, dem Alter und den Wachstumsbedingungen der Bakterien ab. Sporen können sich im Zentrum der Zelle befinden - zentral (Abb. 9.1), wie beispielsweise beim Erreger von Milzbrand; näher am Ende - subterminal, im Erreger des Gasgangräns (Abb. 9.3); ganz am Ende - terminal, im Erreger von Tetanus und Botulismus (Abb. 9.2). Form und Lage der Spore in der Bakterienzelle können Kennzeichen einiger Krankheitserreger sein: Tetanusbazillus hat beispielsweise eine runde Spore am Ende des Bakteriums und sieht aus wie ein Trommelstock, und Botulinumbazillus hat ebenfalls eine ovale Spore das Ende der Bakterienzelle und ähnelt einem Tennisschläger. Ein ausgereifter Streit hat eine komplexe Struktur.

Der Prozess der Sporulation tritt auf, wenn Bakterien in ungünstige Bedingungen geraten (Nährstoffmangel, Wassermangel, hoher Sauerstoffgehalt, hohe und niedrige Temperaturen usw.). Die Sporenbildung beginnt mit dem Auftreten einer "sporogenen Zone": In der Bakterienzelle bildet sich ein verdichteter Bereich, in dem mit Hilfe eines dünnen Septums die Trennung des Kernmaterials und eines Teils des Zytoplasmas beobachtet wird. Während sich die Spore entwickelt und reift, werden ihre Wände gelegt, deren Anzahl und Dicke variieren verschiedene Typen Bakterien (Prosporenstadium). Dann verdickt sich die Spore, nimmt an Volumen ab, verwandelt sich in eine reife Spore, die von einer dichten mehrschichtigen Hülle umgeben ist, die hauptsächlich aus Proteinen, Lipiden und Glykopeptiden besteht. Der gesamte Sporulationsprozess dauert 18-24 Std. Je nach chemischer Zusammensetzung zeichnen sich die Sporen durch einen hohen Gehalt an Lipiden und Calciumsalzen aus; das Wasser im Streit befindet sich in einem Zustand, der mit anderen Verbindungen verbunden ist. Diese Eigenschaften der Sporen bestimmen ihre hohe Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Faktoren: Kochen, hohe und niedrige Temperaturen, Trocknen, ultraviolette Bestrahlung usw. optimale Temperatur) wächst die Spore zu einer vegetativen Form: Sie schwillt an, in der Schale entsteht ein Loch, durch das ein Spross herausgezogen wird, der sich dann in einen Stock verwandelt. Der gesamte Vorgang dauert 4-5 Stunden.

Nur eine Spore entspricht einer Zelle, daher ist die Sporulation bei Bakterien nicht wie bei Pilzen mit dem Reproduktionsprozess verbunden, sondern ist nur eine Möglichkeit, unter ungünstigen Umweltbedingungen zu erleben.

Sporenbildende Mikroben sind in Boden und Luft weit verbreitet und verbleiben dort jahrzehntelang. Unter ihnen gibt es pathogene Arten - Milzbrandbazillen, Erreger von Gasbrand, Tetanus und Botulismus.

Sphäroplasten und Protoplasten. Eine Bakterienzelle kann unter bestimmten Bedingungen zellwandlos sein. Diese Wand kann durch die Wirkung von Lysozym oder Penicillin zerstört werden, was die Synthese von Glykopeptiden stört. Bakterien, die keine Zellwand haben, werden Protoplasten genannt, und wenn kleine Abschnitte davon erhalten bleiben, werden sie Sphäroplasten genannt. Diese Formationen sind mit einer dünnen und zarten Zytoplasmamembran bedeckt und haben eine kugelförmige Form. Die Zytoplasmamembran ist nicht in der Lage, den hohen osmotischen Druck des Zytoplasmas zu halten, daher werden Sphäroplasten und Protoplasten zur Erhaltung der Lebensfähigkeit in speziell osmotisch ausgewogene Medien mit 5-20% Saccharose und Pferdeserum gegeben. In diesen Umgebungen behalten sie abgerundete Form, und einige sogar Flagellen. Solche Protoplasten sind jedoch aufgrund einer Störung ihrer Mechanismen, die die Bewegung der Flagellen steuern, unbeweglich. Einige Zeit nach der Lagerung von Sphäroplasten und Protoplasten in Saccharoselösungen beginnen sie sich aufzulösen (lysieren) und im Medium erscheinen kleine Körner und leere Vesikel – die „Schatten“ der Protoplasten. Unter bestimmten Bedingungen können sich Sphäroplasten, die die Zellwand teilweise erhalten, auf festen Nährmedien vermehren und in ihre ursprüngliche Form zurückkehren (zurückkehren), was sie den instabilen L-Formen von Typ B-Bakterien näher bringt.

L-Formen von Bakterien. Bei teilweiser oder vollständiger Zerstörung der Zellwände können viele Bakterienarten L-Formen bilden. Sie wurden erstmals 1935 von Klineberger-Nobel entdeckt. Ihr Name leitet sich vom Anfangsbuchstaben des Lister-Instituts (L) ab, in dem sie entdeckt wurden.

Ein charakteristisches Merkmal der L-Formen von Bakterien ist ihre Ähnlichkeit mit Mikroorganismen der Gruppe der bovinen Pleuropneumoniae (PPLO), die derzeit als Mykoplasmen klassifiziert werden. L-Formen unterscheiden sich jedoch von Mykoplasmen dadurch, dass sie keinen charakteristischen Bedarf an Nährstoffen haben, die Mykoplasmen benötigen. Genetisch sind die L-Formen identisch mit den ursprünglichen Formen, von denen sie abgeleitet wurden. Einige von ihnen haben eine teilweise erhaltene Zellwand (L-Formen vom Typ B), sodass sie sich in die ursprünglichen Bakterienformen umwandeln können. Die Bildung von L-Formen erfolgt unter der „Einwirkung von Penicillin, das die Synthese von Mukopeptiden der Zellwand stört. Manchmal treten diese Formen spontan auf.

Die Morphologie der L-Formen verschiedener Bakterienarten und anderer Mikroorganismen (Treponema, Hefe) ist einander ähnlich. Es handelt sich um kugelförmige, vakuolisierte Gebilde mit einer Größe von 1-8 Mikrometern bis zum kleinsten — 250 nm, die wie Viren die Poren von Porzellanfiltern passieren können. Im Gegensatz zu Viren können L-Formen jedoch auf künstlichen Nährmedien gezüchtet werden, indem ihnen Penicillin, Zucker und Pferdeserum hinzugefügt werden. Wenn es aus einer solchen Umgebung entfernt wird, werden wieder Penicillin-L-Formen (Typ B) umgewandelt. Urformen von Bakterien. Dieser Vorgang wird als Reversion bezeichnet. Es gibt jedoch stabile L-Formen von Bakterien (Typ A), deren Rückkehr in die ursprüngliche Form schwierig oder unmöglich ist. Gegenwärtig wurden L-Formen von Proteus, Escherichia coli, Vibrio cholerae, Brucella, Erreger von Gasbrand, Tetanus und anderen Mikroorganismen erhalten.

Bakterien sind sehr kleine, unglaublich alte und zum Teil recht einfache Mikroorganismen. Entsprechend moderne Klassifikation sie wurden in einer separaten Domäne von Organismen isoliert, was auf einen signifikanten Unterschied zwischen Bakterien und anderen Lebensformen hinweist.

Bakterien sind die häufigsten und dementsprechend die zahlreichsten lebenden Organismen, sie sind ohne Übertreibung allgegenwärtig und fühlen sich in jeder Umgebung wohl: Wasser, Luft, Erde sowie in anderen Organismen. So kann ihre Zahl in einem Tropfen Wasser mehrere Millionen erreichen, und im menschlichen Körper sind es etwa zehn mehr als alle unsere Zellen.

Wer sind Bakterien?

Dies sind mikroskopische, überwiegend einzellige Organismen, deren Hauptunterschied das Fehlen eines Zellkerns ist. Die Basis der Zelle, das Zytoplasma, enthält Ribosomen und ein Nukleoid, das genetische Material von Bakterien. All dies ist von der Außenwelt durch die Zytoplasmamembran oder das Plasmalemma getrennt, das wiederum mit einer Zellwand und einer dichteren Kapsel bedeckt ist. Einige Bakterienarten haben äußere Geißeln, ihre Anzahl und Größe kann stark variieren, aber der Zweck ist immer der gleiche - mit ihrer Hilfe bewegen sich Bakterien.

Aufbau und Inhalt einer Bakterienzelle

Was sind Bakterien?

Formen und Größen

Die Formen verschiedener Bakterienarten sind sehr variabel: Sie können rund, stäbchenförmig, gewunden, sternförmig, tetraedrisch, kubisch, C- oder O-förmig sowie unregelmäßig sein.

Bakterien variieren in der Größe noch mehr. Also, Mycoplasma mycoides - kleinster Anblick im ganzen Königreich hat es eine Länge von 0,1 - 0,25 Mikrometern, und das größte Bakterium Thiomargarita namibiensis erreicht 0,75 mm - es kann sogar mit unbewaffnetem Auge gesehen werden. Im Durchschnitt reichen die Größen von 0,5 bis 5 Mikrometer.

Stoffwechsel oder Stoffwechsel

Bakterien sind äußerst vielfältig, wenn es um die Gewinnung von Energie und Nährstoffen geht. Gleichzeitig ist es jedoch recht einfach, sie zu verallgemeinern und in mehrere Gruppen einzuteilen.

Nach der Methode zur Gewinnung von Nährstoffen (Kohlenstoff) werden Bakterien unterteilt in:

• Autotrophe- Organismen, die in der Lage sind, alle für ihre lebenswichtige Aktivität notwendigen organischen Substanzen unabhängig zu synthetisieren;
• heterotrophe- Organismen, die nur fertige organische Verbindungen umwandeln können und daher die Hilfe anderer Organismen benötigen, die diese Stoffe für sie herstellen.

Nach der Methode der Energiegewinnung:

• phototrophe- Organismen, die durch Photosynthese die notwendige Energie produzieren
• Chemotrophe- Organismen, die Energie erzeugen, indem sie verschiedene chemische Reaktionen.

Wie wachsen Bakterien?

Wachstum und Vermehrung bei Bakterien hängen eng zusammen. Ab einer bestimmten Größe beginnen sie sich zu vermehren. Bei den meisten Bakterienarten kann dieser Prozess extrem schnell sein. Die Zellteilung kann beispielsweise weniger als 10 Minuten dauern, wobei die Zahl neuer Bakterien wächst geometrischer Verlauf weil jeder neue Organismus durch zwei geteilt wird.

3 . zuweisen verschiedene Typen Zucht:

• Aufteilung- ein Bakterium ist in zwei absolut genetisch identische unterteilt.
• Knospung- An den Polen des mütterlichen Bakteriums bilden sich eine oder mehrere Knospen (bis zu 4), während die mütterliche Zelle alt wird und abstirbt.
• Primitive sexueller Prozess- Ein Teil der DNA der Elternzellen wird auf die Tochter übertragen, und es entsteht ein Bakterium mit einem grundlegend neuen Gensatz.

Der erste Typ ist der häufigste und schnellste, der letzte ist unglaublich wichtig, und zwar nicht nur für Bakterien, sondern für alles Leben im Allgemeinen.

Wenn wir über Bakterien sprechen, denken wir oft an etwas Negatives. Und doch wissen wir sehr wenig über sie. Die Struktur und Lebensaktivität von Bakterien ist ziemlich primitiv, aber nach den Annahmen einiger Wissenschaftler sind dies die ältesten Bewohner der Erde, und seit so vielen Jahren sind sie nicht verschwunden oder ausgestorben. Viele Arten solcher Mikroorganismen werden vom Menschen zu ihrem eigenen Wohl genutzt, während andere schwere Krankheiten und sogar Epidemien verursachen. Aber der Schaden einiger Bakterien entspricht manchmal nicht dem Nutzen anderer. Sprechen wir über diese erstaunlichen Mikroorganismen und lernen Sie ihre Struktur, Physiologie und Klassifizierung kennen.

Das Reich der Bakterien

Dies sind nichtnukleare, meist einzellige Mikroorganismen. Ihre Entdeckung im Jahr 1676 ist das Verdienst des niederländischen Wissenschaftlers A. Leeuwenhoek, der zum ersten Mal winzige Bakterien unter einer Mikroskop-Lupe sah. Aber der französische Chemiker und Mikrobiologe Louis Pasteur begann in den 1850er Jahren erstmals, ihre Natur, Physiologie und Rolle im menschlichen Leben zu untersuchen. Mit dem Aufkommen von Elektronenmikroskopen wurde die Struktur von Bakterien aktiv erforscht. Seine Zelle besteht aus einer zytoplasmatischen Membran, einem Ribosom und einem Nukleotid. Die bakterielle DNA ist an einer Stelle (Nukleoplasma) konzentriert und ist ein Gewirr dünner Fäden. Das Zytoplasma ist durch die Zytoplasmamembran von der Zellwand getrennt und enthält ein Nukleotid, verschiedene Membransysteme und zelluläre Einschlüsse. Das Ribosom von Bakterien besteht zu 60 % aus RNA, der Rest ist Protein. Das Foto unten zeigt die Struktur von Salmonellen.

Zellwand und ihre Komponenten

Bakterien haben eine zelluläre Struktur. Die Zellwand ist etwa 20 nm dick und besitzt im Gegensatz zu höheren Pflanzen keine fibrilläre Struktur. Seine Festigkeit wird durch eine spezielle Hülle, die als Tasche bezeichnet wird, gewährleistet. Es besteht hauptsächlich aus einer polymeren Substanz - Murein. Seine Bestandteile (Untereinheiten) sind in einer bestimmten Reihenfolge zu speziellen Polyglykansträngen verbunden. Zusammen mit kurzen Peptiden bilden sie ein Makromolekül, das einem Netzwerk ähnelt. Dies ist die Murein-Tasche.

Bewegungsorgane

Diese Mikroorganismen sind zu aktiver Bewegung fähig. Es wird aufgrund von Plasmageißeln durchgeführt, die eine helikale Struktur haben. Bakterien können sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 200 Mikrometer pro Sekunde bewegen und sich 13 Mal pro Sekunde um ihre Achse drehen. Die Fähigkeit der Flagellen, sich zu bewegen, wird durch ein spezielles kontraktiles Protein bereitgestellt - Flagellin (ein Analogon von Myosin in Muskelzellen).

Sie haben die folgenden Abmessungen: Länge - bis zu 20 Mikrometer, Durchmesser - 10-20 nm. Jedes Flagellum verlässt das Basalkörperchen, das in die Bakterienzellmembran eingetaucht ist. Die Bewegungsorgane können einzeln oder in ganzen Bündeln angeordnet sein, wie zum Beispiel bei Spirilla. Die Anzahl der Flagellen kann von den Umgebungsbedingungen abhängen. Proteus vulgaris zum Beispiel hat bei schlechter Ernährung nur zwei subpolare Geißeln, während unter normalen Entwicklungsbedingungen 2 bis 50 von ihnen in den Bündeln vorhanden sein können.

Bewegung von Mikroorganismen

Die Struktur eines Bakteriums (Abbildung unten) ist so, dass es sich sehr aktiv bewegen kann. Die Bewegung erfolgt in den meisten Fällen durch Drücken und erfolgt hauptsächlich in einer flüssigen oder nassen Umgebung. Je nach wirkendem Faktor, also der Art des äußeren Reizes, kann es sein:

• Chemotaxis ist die gerichtete Bewegung von Bakterien zu Nährstoffen oder im Gegenteil zu Giftstoffen;
• Aerotaxis - Bewegung zu Sauerstoff (bei Aerobiern) oder daraus (bei Anaerobiern);
• Phototaxis - eine Reaktion auf Licht, die sich in Bewegung manifestiert, ist hauptsächlich für Phototrophen charakteristisch;
• Magnetotaxis ist eine Reaktion auf Veränderungen in einem Magnetfeld, die durch das Vorhandensein spezieller Partikel (Magnetosomen) in einigen Mikroorganismen erklärt wird.

Durch eine der oben aufgeführten Methoden können Bakterien, deren Strukturmerkmale der Zellen es ermöglichen, sich zu bewegen, an Orten mit optimale Bedingungen für ihr Leben. Neben Geißeln besitzen einige Arten zahlreiche dünnere Fäden – sie werden „Fimbrien“ oder „Pili“ genannt, ihre Funktion ist jedoch noch nicht ausreichend verstanden. Bakterien, die keine speziellen Flagellen besitzen, können sich gleiten bewegen, zeichnen sich jedoch durch eine sehr niedrige Geschwindigkeit aus: etwa 250 Mikrometer pro Minute.

Die zweite kleine Gruppe von Bakterien sind Autotrophe. Sie sind in der Lage, organische Substanzen aus anorganischen Substanzen zu synthetisieren, können atmosphärisches Kohlendioxid teilweise assimilieren und sind Chemotrophe. Diese Bakterien nehmen einen sehr wichtigen Platz im Kreislauf ein. chemische Elemente in der Natur.

Es gibt auch zwei Gruppen von echten Phototrophen. Die strukturellen Merkmale von Bakterien dieser Kategorie sind, dass sie eine Substanz (Pigment) Bakteriochlorophyll enthalten, die in der Natur mit Pflanzenchlorophyll verwandt ist, und da ihnen das Photosystem II fehlt, läuft die Photosynthese ohne Freisetzung von Sauerstoff ab.

Reproduktion nach Abteilung

Die Hauptform der Fortpflanzung ist die Teilung der ursprünglichen Mutterzelle in zwei Teile (Amitose). Bei Formularen, die eine längliche Form aufweisen, geschieht dies immer senkrecht zur Längsachse. In diesem Fall ändert sich die Struktur des Bakteriums kurzfristig: Vom Zellrand zur Mitte bildet sich eine Quertrennwand, entlang derer der mütterliche Organismus dann geteilt wird. Dies erklärt den alten Namen des Königreichs - Drobjanka. Nach der Teilung können Zellen in instabilen, losen Ketten verbunden bleiben.

Dies sind die charakteristischen Merkmale der Struktur von Bakterien einiger Arten, zum Beispiel Streptokokken.

Sporenbildung und sexuelle Fortpflanzung

Der zweite Fortpflanzungsweg ist die Sporulation. Es ist direkt mit dem Wunsch verbunden, sich an widrige Bedingungen anzupassen und zielt darauf ab, diese zu erleben. Bei einigen stäbchenförmigen Bakterien bilden sich Sporen endogen, also innerhalb der Zelle. Sie sind sehr hitzebeständig und können auch bei längerem Kochen gelagert werden. Die Sporenbildung beginnt mit verschiedenen chemischen Reaktionen in der Mutterzelle und etwa 75 % aller ihrer Proteine ​​werden abgebaut. Dann erfolgt die Teilung. In diesem Fall werden zwei Tochterzellen gebildet. Einer von ihnen (der kleinere) ist mit einer dicken Schale bedeckt, die nach Volumen bis zu 50% einnehmen kann - dies ist umstritten. Sie bleibt 200-300 Jahre lebensfähig und keimfähig.

Einige Arten sind zur sexuellen Fortpflanzung fähig. Dieser Vorgang wurde erstmals 1946 entdeckt, als die Zellstruktur des Bakteriums Escherichia coli untersucht wurde. Es stellte sich heraus, dass ein teilweiser Transfer von genetischem Material möglich ist. Das heißt, DNA-Fragmente werden während der Konjugation von einer Zelle (Spender) auf eine andere (Empfänger) übertragen. Dies geschieht mit Hilfe von Bakteriophagen oder durch Transformation.

Die Struktur der Bakterien und die Merkmale ihrer Physiologie sind so, dass in ideale Bedingungen der Teilungsvorgang erfolgt konstant und sehr schnell (alle 20-30 Minuten). In der natürlichen Umgebung wird es jedoch durch verschiedene Faktoren begrenzt ( Sonnenlicht, Nährmedium, Temperatur usw.).

Die Einteilung dieser Mikroorganismen basiert auf der unterschiedlichen Struktur der bakteriellen Zellwand, die den Erhalt des Anilinfarbstoffes in der Zelle oder dessen Auswaschung bestimmt. Dies wurde von H. K. Gram aufgedeckt, und anschließend wurden in Übereinstimmung mit seinem Namen zwei große Abteilungen von Mikroorganismen unterschieden, die wir weiter unten diskutieren werden.

Gram-positive Bakterien: strukturelle und lebenswichtige Merkmale

Diese Mikroorganismen haben eine mehrschichtige Mureinhülle (30-70% der Gesamttrockenmasse der Zellwand), wodurch der Anilinfarbstoff nicht aus den Zellen ausgewaschen wird (das Foto oben zeigt schematisch den Aufbau eines grampositiven Bakteriums links und ein gramnegatives rechts). Ihr Merkmal ist, dass Diaminopimelinsäure oft durch Lysin ersetzt wird. Der Proteingehalt ist viel geringer und die Polysaccharide fehlen oder sind durch kovalente Bindungen verbunden. Alle Bakterien in dieser Abteilung sind in mehrere Gruppen unterteilt:

1. Gram-positive Kokken. Sie sind einzelne Zellen oder Gruppen von zwei, vier oder mehr Zellen (bis zu 64), die von Zellulose zusammengehalten werden. Nach der Art der Ernährung sind dies in der Regel obligate oder fakultative Anaerobier, beispielsweise Milchsäurebakterien aus der Familie der Streptokokken, es können aber auch Aerobier vorkommen.
2. Nicht sporenbildende Stäbchen. Unter dem Namen kann man bereits den Aufbau der Bakterienzelle verstehen. Diese Gruppe umfasst anaerobe oder fakultativ aerobe Milchsäurespezies aus der Lactobacillus-Familie.
3. Sporenbildende Stäbchen. Sie werden von nur einer Familie vertreten - Clostridien. Dies sind obligate Anaerobier, die Sporen bilden können. Viele von ihnen bilden aus einzelnen Zellen charakteristische Ketten oder Filamente.
4. Korinemorphe Mikroorganismen. Die äußere Struktur der Zelle von Bakterien dieser Gruppe kann sich erheblich ändern. So können Stäbchen keulenförmige, kurze, kokkenförmige oder schwach verzweigte Formen annehmen. Sie bilden keine Endosporen. Dazu gehören Propionsäure, Streptomyceten-Bakterien usw.
5. Mykoplasmen. Wenn wir auf die Struktur des Bakteriums achten (das Diagramm in der Abbildung unten - der Pfeil zeigt auf die DNA-Kette), dann kann festgestellt werden, dass es keine Zellwand hat (stattdessen gibt es eine zytoplasmatische Membran) und, wird daher nicht mit Anilinfarbstoff angefärbt und kann daher aufgrund der Gram-Färbung nicht dieser Abteilung zugeordnet werden. Aber neueren Studien zufolge stammen Mykoplasmen von grampositiven Mikroorganismen ab.

Gram-negative Bakterien: Funktionen, Struktur

Bei solchen Mikroorganismen ist das Mureinnetzwerk sehr dünn, sein Anteil an der Trockenmasse der gesamten Zellwand beträgt nur 10%, der Rest sind Lipoproteine, Lipopolysaccharide usw. Bei der Gram-Färbung aufgenommene Substanzen werden leicht ausgewaschen. Gram-negative Bakterien sind durch die Art der Ernährung Phototrophe oder Chemotrophe, einige Arten sind zur Photosynthese fähig. Die Einteilung innerhalb der Abteilung befindet sich im Aufbau, verschiedene Familien werden in 12 Gruppen zusammengefasst, basierend auf den Merkmalen der Morphologie, des Stoffwechsels und anderer Faktoren.

Die Bedeutung von Bakterien für den Menschen

Trotz ihrer scheinbaren Unsichtbarkeit sind Bakterien für den Menschen von großer Bedeutung, sowohl positiv als auch negativ. Produktion von vielen Lebensmittel ohne die Teilnahme einzelner Vertreter dieses Königreichs unmöglich. Der Aufbau und die Vitalfunktionen von Bakterien ermöglichen uns die Aufnahme vieler Milchprodukte (Käse, Joghurt, Kefir und vieles mehr). Diese Mikroorganismen sind an den Prozessen der Fermentation und Fermentation beteiligt.

Zahlreiche Bakterienarten sind Erreger von Krankheiten bei Tier und Mensch, wie Milzbrand, Tetanus, Diphtherie, Tuberkulose, Pest etc. Gleichzeitig sind Mikroorganismen an verschiedenen industrielle Produktion Dies sind Gentechnik, Produktion von Antibiotika, Enzymen und anderen Proteinen, künstliche Zersetzung von Abfällen (zB Methanaufschluss von Abwasser), Anreicherung von Metallen. Manche Bakterien wachsen auf erdölreichen Substraten, was als Indikator bei der Suche und Erschließung neuer Lagerstätten dient.