Бактерии, их строение и жизнедеятельность

Несмотря на кажущуюся примитивность, бактерии не так уж просто устроены!

Похожие вопросы

Играют ли гены отца при формировании личности ребенка? eva Биология

30 Дек

0 Ответить Что засоряет кровеносные сосуды? eva Биология

30 Дек

0 Ответить Структуры листа, через которые происходит выделение у растений: 1) Чечевички 2) Эпидермис 3) устьица 4) Хлоропласты… eva Биология

30 Дек

0 Ответить Значение изменения кислотности среды в различных отделах пищеварительного канала… eva Биология

30 Дек

0 Ответить Задача по биологии!!! У фермера было два сына. Первый родился, когда фермер был еще молод, и вырос красивым и… eva Биология

30 Дек

0 Ответить Вопрос по ботанике!!! Если длиннокорневищная жизненная форма, то какая корневая система? eva Биология

29 Дек

1 Ответить Сравните и найдите отличия эритроцитов человека и эритроцитов лягушки ,_, eva Биология

29 Дек

0 Ответить

Показать ещё

Основы микробиологии

Микробиология изучает строение, жизнедеятельность, условия жизни и развития мельчайших организмов, называемых микробами, или микроорганизмами.

Похожее по теме… Антони ван Левенгук — учёный, натурфилософ и наблюдательАнтони ван Левенгук вошел в историю в качестве основателя множества научных дисциплин и направлений, самая важная из которых – микробиология.

«Невидимые, они постоянно сопровождают человека, вторгаясь в его жизнь то как друзья, то как враги», — сказал академик В. Л. Омельянский. Действительно, микробы есть везде: в воздухе, в воде и в почве, в организме человека и животных. Они могут быть полезны, и их используют в производстве многих пищевых продуктов. Они могут быть вредны, вызывать заболевания людей, порчу продуктов и др.

Микробы были открыты голландцем А. Левенгуком (1632-1723) в конце XVII в., когда он изготовил первые линзы, дававшие увеличение в 200 и более раз. Увиденный микромир поразил его, Левенгук описал и зарисовал микроорганизмы, обнаруженные им на различных объектах.

Основы микробиологии

Он положил начало описательному характеру новой науки. Открытия Луи Пастера (1822-1895) доказали, что микроорганизмы отличаются не только формой и строением, но и особенностями жизнедеятельности. Пастер установил, что дрожжи вызывают спиртовое брожение, а некоторые микробы способны вызывать заразные болезни людей и животных.

Пастер вошел в историю как изобретатель метода вакцинации против бешенства и сибирской язвы. Всемирно известен вклад в микробиологию Р. Коха (1843-1910) — открыл возбудителей туберкулеза и холеры, И. И. Мечникова (1845-1916) — разработал фагоцитарную теорию иммунитета, основоположника вирусологии Д. И. Ивановского (1864-1920), Н. Ф. Гамалея (1859-1940) и многих других ученых.

Читайте также:  После прививки акдс температура 38 что делать

Строение бактерий

Все тело бактерии состоит из одной полноценной клетки, которая по своему строению относится к простейшим. Клетку бактерии относят к простым (примитивным) микроорганизмам потому, что у нее как у большинства клеток других живых организмов нет ядра. Такие безъядерные клетки ученые называют  прокариотами. Вероятней всего такое строение бактерий обусловлено тем, что они являются самыми древними существами на Земном шаре. Клетки других живых существ, которые со временем появились в процессе эволюции, имеют более сложное многоклеточное строение. Наследственная информация самой бактерии содержится не в ядре, как в других клетках живых организмов, а в специальной зоне и представлена она генами. Такая специальная зона клетки, где находятся гены, называется нуклеоид.

1 – клеточная оболочка; 2 – цитоплазма; 3 – цитоплазматическая мембрана; 4 – нукленоид; 5 – рибосомы; 6 – жировые капельки; 7 – мезосома; 8 – капсула; 9 – гранулы полисахарида; 10 – ворсинки.

Строение бактерий

Снаружи клетка бактерии покрыта плотной оболочкой, которая защищает ее от внешних факторов и придает постоянную форму. Данная оболочка имеет пористую структуру, через которую проникают различные питательные вещества, необходимые для поддержания жизнедеятельности самой бактерии. Также через нее выводятся наружу ненужные, уже  отработанные вещества. В зависимости от среды обитания часто на поверхностном слое плотной оболочки бактерии вырабатывается слизь, которую называют капсулой. Данная капсула предохраняет бактерию от пересыхания. Как видно из рисунка поверх плотной оболочки бактерии расположены длинные белковые ворсинки. При помощи ворсинок, бактерия может перемещаться. Число ворсинок и их расположение бывает разным. Учитывая данный факт принято разделять бактерии по типу: — монотрихи – с одной ворсинкой — лофотрихи – пучок ворсинок на конце — перитрихи – множество ворсинок, которые покрывают всю поверхность бактерии Всю полость клетки бактерии заполняет цитоплазма, главной составляющей которой является белок. В цитоплазме присутствуют и запасные питательные вещества в виде жироподобных веществ, а также имеется рибосомы и мезосомы.  Синтез новых белков осуществляется в рибосомах. Для воспроизводства необходимого  количества белков в цитоплазме бактерии содержится около 5-50 тысяч рибосом, в  сосредоточено примерно 80% всей РНК клетки. Производство необходимой энергии для жизнедеятельности бактерии осуществляется в мезосомах, в которых сконцентрированы окислительно-восстановительные ферменты.

Разновидности бактерий

По форме бактерии различают как шаровидные, палочковидные и извитые. Бактерии, которые имеют шаровидную форму, называют кокками. Данные бактерии имеют диаметр от 0,5 до 1 микрона. Кокки бывают одиночными (микрококки или кокки), диплококки – соединенные попарно, тетракокки – образуют группы по четыре штуки, стрептококки – шаровидные бактерии, которые связаны в цепочку, стафилококки – скопление бесформенное шаровидных бактерий.

Строение бактерий

Палочковидные бактерии разделяют на два вида (бактерии и бациллы) по их способности к спорообразованию. Бациллы – палочкообразные бактерии, которые образуют споры. Другой вид палочкообразных бактерий – бактерии, которые не обладают способностью образовывать споры. Палочкообразные бактерии могут соединяться в цепочку или попарно и имеют длину от 1 до 7 микрона.

Извитые бактерии характеризуются тем, что имеют изогнутую форму в виде завитков. Поэтому по форме завитков и количеству витков их подразделяют на вибрионы, спириллы и спирохеты. Вибрионы имеют форму в виде запятой. Они являются возбудителями холеры. Спириллы имеют два или три завитка, спирохеты – шаровидные бактерии имеющие множество витков.

Как размножаются бактерии

Строение бактерий

Одноклеточные микроорганизмы бактерии размножаются путем деления клетки пополам. У разного вида бактерий деление происходит по разному к примеру, у шаровидных  — делятся по диаметру, извитые и палочковидные – делятся поперек, спирохеты – вдоль клетки. Скорость размножения бактерий зависит от состояния окружающей среды. При благоприятных условиях (соответствующая температура, питательная среда) бактерии способны размножаться через 20-30 минут. А вот при наступлении неблагоприятных условий, при которых жизненные функции сведены к минимуму бациллы образуют споры. Споры бактерий характерны тем, что они практически не нуждаются ни в пище ни в воде, погибают при температуре около 120°С и сохраняют жизнеспособность сотни лет. Прорастают при наступлении благоприятных условий.

Микроигра

Попробуйте расшифровать четыре слова, связанных с микробиологией, прослеживая движение бактерий к еде.

Читайте также:  Какие прививки нужно делать перед поездкой в тунис

Каждая бактерия начинает двигаться от буквы, на которую указывает исходящая от бактерии стрелка. Затем бактерия меняет направление движения, согласно маленькой черной стрелочке у буквы. Если бактерия приближается к еде (красная точка), то она проплывает три клеточки (по горизонтали, вертикали или диагонали напрямую), снова поворачивает согласно направлению стрелки на этой клеточке и так далее. Если бактерия плывет в противоположную от еды сторону, она сдвигается только на одну клеточку. Если движение скорее нейтрально, то бактерия проплывает две клеточки.

Все ли из найденных слов вам знакомы?

Генетика

У большинства бактерий геном представлен единственной кольцевой молекулой ДНК (её иногда называют хромосомой), а размер генома варьирует от 160 тысяч пар оснований (п. о.) у эндосимбиотической бактерии Carsonella ruddii[en][103] до примерно 13 миллионов п. о. у почвенной бактерии Sorangium cellulosum[en][104].

Впрочем, у ряда представителей родов Streptomyces и Borrelia геном представлен единственной линейной хромосомой[105][106], а у некоторых видов рода Vibrio имеется более одной хромосомы[107]. Многие бактерии также содержат плазмиды — маленькие внехромосомные молекулы ДНК, которые содержат несколько генов, обеспечивающих своих обладателей разными полезными свойствами: устойчивостью к антибиотикам, новыми метаболическими реакциями и разнообразными факторами вирулентности[108].

В бактериальных геномах, как правило, содержится от нескольких сотен до нескольких тысяч генов. Бактериальные гены, за редкими исключениями, лишены интронов, а если они и есть, то очень короткие[109].

При делении бактериальной клетки дочерние клетки наследуют идентичные копии её генома и, по сути, являются её клонами. Однако в геномах бактерий постоянно происходят мутации, лучшие из которых поддерживаются отбором, кроме того, иногда у бактерий происходит и генетическая рекомбинация. Мутации возникают из-за ошибок ферментов, удваивающих ДНК, а также под действием мутагенов.

Скорость мутирования значительно различается не только у бактерий разных видов, но даже и у разных клонов, относящихся к одному виду[110]. Изменения в бактериальных геномах происходят также благодаря случайным мутациям и так называемым стресс-направленным мутациям (то есть гены, отвечающие за какой-либо процесс, сдерживающий рост, мутируют особенно часто)[111].

У некоторых бактерий клетки могут обмениваться друг с другом генетическим материалом. Существует три способа обмена генетической информацией между бактериями. Во-первых, бактериальные клетки могут поглощать экзогенную ДНК из окружающей среды в ходе процесса, называемого трансформацией[112]. Некоторые бактерии поглощают ДНК извне в нормальном состоянии, а другие начинают захватывать чужеродную ДНК после химического воздействия, то есть они должны прежде стать компетентными[en][113].

В природе компетентность развивается при стрессовых условиях и выступает в роли адаптивного механизма, потому что захваченный извне фрагмент ДНК может оказаться полезным для переживания неблагоприятных условий[114]. Во-вторых, бактерия может получить чужеродную ДНК в ходе трансдукции, когда бактериофаг не только сам вставляется в бактериальную хромосому, но и приносит с собой фрагмент генома другой бактерии.

Существует множество бактериофагов, но для всех них существует два типа жизненного цикла: литический цикл, когда клетка-хозяин разрушается вскоре после заражения, высвобождая наружу новые вирусные частицы, и лизогенный цикл, когда бактериофаг встраивается в геном бактерии и до некоторого момента мирно сосуществует с ней[115].

У бактерий существует ряд механизмов защиты от бактериофагов, в частности, система рестрикции-модификации[116] и система CRISPR/Cas. Система CRISPR/Cas, по сути, играет роль адаптивного иммунитета, потому что фрагменты геномов фагов, заразивших клетку, встраиваются в локус CRISPR, и при повторном заражении их репликация подавляется за счёт РНК-интерференции[117][118].

В-третьих, бактериальные клетки обмениваются генетическим материалом в ходе конъюгации, когда ДНК передаётся из одной клетки в другую при непосредственном контакте. Обычно передача генетического материала любым из трёх механизмов подразумевает участие бактерий одного вида, однако в некоторых случаях ДНК обмениваются бактерии разных видов.

Митохондрии

Митохондрии — особые органеллы клетки, основной функцией которых является синтез АТФ — универсального носителя энергии. Дыхание (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) происходит также за счёт энзиматических систем митохондрий.

Внутренний просвет митохондрий, называемый матриксом, отграничен от цитоплазмы двумя мембранами, наружной и внутренней, между которыми располагается межмембранное пространство. Внутренняя мембрана митохондрии образует складки, так называемые кристы. В матриксе содержатся различные ферменты, принимающие участие в дыхании и синтезе АТФ. Центральное значение для синтеза АТФ имеет водородный потенциал внутренней мембраны митохондрии.

Митохондрии

Рисунок 9. Митохондрии.

Митохондрии имеют свой собственный ДНК-геном и прокариотические рибосомы, что, безусловно, указывает на симбиотическое происхождение этих органелл. В ДНК митохондрий закодированы совсем не все митохондриальные белки, большая часть генов митохондриальных белков находятся в ядерном геноме, а соответствующие им продукты синтезируются в цитоплазме, а затем транспортируются в митохондрии. Геномы митохондрий отличаются по размерам: например геном человеческих митохондрий содержит всего 13 генов.