Структурата на бактериите: особености. Виталната активност и структурата на бактериите

Говорейки за бактерии, най-често представяме нещо негативно. И все пак ние 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 за толкова много години не са изчезнали или изчезнали. Човек използва много видове такива микроорганизми за своя собствена изгода, докато други причиняват сериозни заболявания и дори епидемии. Но вредата от някои бактерии понякога не е съизмерима с употребата на други. Да поговорим за тези удивителни микроорганизми и да се запознаем с тяхната структура, физиология и класификация.

Кралство на бактериите

Това са неядрени, най-често едноклетъчни микроорганизми. Тяхното откритие през 1676 г. е заслугата на холандския учен А. Левенгук, който за пръв път е видял малки микроби под микроскоп. 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 да се изследва активно с появата на електронни микроскопи. Неговата клетка се състои от цитоплазмена мембрана, рибозома и нуклеотид. Бактерията ДНК е концентрирана на едно място (нуклеоплазма) и е плетеница от тънки нишки. Цитоплазмата се отделя от клетъчната стена цитоплазмена мембрана, съдържа нуклеотид, различни мембранни системи, клетъчни включвания. Рибозомата на бактериите се състои от 60% РНК, останалата част е протеин. Снимката по-долу показва структурата на салмонелата.

Клетъчна стена и нейни компоненти

Бактериите имат клетъчна структура. Клетъчната стена е с дебелина около 20 nm и, за разлика от по-високите растения, няма фибриларна структура. Неговата здравина се осигурява от специално покритие, наречено чанта. Състои се главно от полимерно вещество - муреин. Неговите компоненти (подединици) са свързани в специфична последователност в специални полигликанови нишки. Заедно с късите пептиди, те образуват макромолекула, наподобяваща мрежа. Това е торбата муреин.

Движещи се органи

Тези микроорганизми са способни на активно движение. Извършва се за сметка на плазмената флагела, имаща спирална структура. Бактериите могат да се движат със скорост до 200 микрона в секунда и да завъртат около оста си 13 секунди за секунда. Способността на флагелата да се движи се осигурява от специален свиващ протеин, флагелин (аналог на миозин в мускулните клетки).

Те имат следните размери: дължина - до 20 микрона, диаметър - 10-20 nm. Всеки флагел се отклонява от базалното тяло, което се потапя в клетъчната стена на бактерията. Органите на движение могат да бъдат единични или подредени в цели снопчета, като например в спирила. Броят на флагела може да зависи от условията на околната среда. Например, Proteus Vulgaris с лошо хранене има само два субполярни флагела, докато при нормални условия на развитие в снопове може да има от 2 до 50.

Микробно движение

Структурата на бактериите (схема по-долу) е такава, че може да се движи доста активно. Движението в повечето случаи се дължи на натиска и се извършва главно в течна или влажна среда. В зависимост от активния фактор, с други думи, от вида на външния стимул, той може да бъде:

• хемотаксис е насоченото движение на бактерии към хранителни вещества или, обратно, от всякакви токсини;
• Аеротаксис - движение към кислород (от аероби) или от него (от анаероби);
• фототаксис - реакцията на светлина, която се проявява в движение, е характерна предимно за фототрофи;
• магнитотаксис - реакция на промени в магнитното поле, се обяснява с наличието на специални частици (магнитосоми) в някои микроорганизми.

Бактериите, чиято клетъчна структура им позволява да се движат, могат да създадат клъстери на места с оптимални условия за тяхната жизнена дейност. В допълнение към флагела, някои видове имат многобройни тънки нишки - те се наричат ​​"фимбрии" или "пили", но тяхната функция все още не е достатъчно проучена. Бактериите, които нямат специални флагели, са способни на плъзгащи се движения, но се характеризират с много ниска скорост: около 250 микрона в минута.

Няколко думи за физиологията

За активен живот микроорганизмите се нуждаят от енергия. Нейният източник може да бъде разнообразие от органични и неорганични вещества както и слънчева светлина. Повечето бактерии са хетеротрофи. Те не могат да синтезират органично от неорганични съединения, използвайки фото- или хемосинтеза, затова те използват разлагащ се органичен материал, паразитират или действат като симбионти.

Втората малка група бактерии са автотрофи. Те могат да синтезират от неорганични органична материя може частично да абсорбира атмосферния въглероден диоксид и са хемотрофи. Тези бактерии заемат много важно място в циркулацията на химични елементи в природата.

Има и две групи истински фототрофи. Характеристики на структурата на бактериите в тази категория са, че те съдържат бактериохлорофилна субстанция (пигмент), свързана с растителния хлорофил в природата, и тъй като те нямат фотосистема II, фотосинтезата протича без еволюция на кислорода.

Размножаване по разделяне

Основният метод за размножаване е разделяне на първоначалната клетка на майката на две (амитоза). За форми с удължена форма, това винаги се появява перпендикулярно на надлъжната ос. Структурата на бактерията претърпява краткотрайни промени: от ръба на клетката до средата се образува напречна преграда, по която след това се отделя майчиният организъм. Това обяснява старото име на царството - Дробнянка. Клетките след разделяне могат да останат свързани в нестабилни, разхлабени вериги.

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

Спорулиране и сексуално размножаване

Вторият метод на размножаване е спорулиране. Тя е пряко свързана с желанието да се адаптира към неблагоприятните условия и е насочена към тях. В някои пръчковидни бактерии спорите се образуват ендогенно, т.е. вътре в клетката. Те са много устойчиви на топлина и могат да се запазят дори при продължително кипене. Образуването на спорите започва с различни химични реакции в майчината клетка, като около 75% от всичките му протеини се разлагат. Тогава има разделение. В същото време се образуват две дъщерни клетки. Един от тях (по-малък) е покрит с дебела черупка, която може да отнеме до 50% от обема - това е спор. Поддържа жизненост и готовност за покълване за 200-300 години.

Някои видове са способни на сексуално размножаване. Този процес е открит за първи път през 1946 г., когато те изследват структурата на бактериалната клетка Escherichia coli. Оказа се, че е възможен частичен трансфер на генетичен материал. Това означава, че ДНК фрагментите се прехвърлят от една клетка (донор) към друга (реципиент) в процеса на конюгиране. Това се прави с помощта на бактериофаги или чрез трансформация.

Структурата на бактериите и характеристиките на нейната физиология са такива, че при идеални условия процесът на разделяне протича постоянно и много бързо (на всеки 20-30 минути). Но в естествената среда тя е ограничена 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 нейното елуиране. Това е разкрито от H. K. Gram, а впоследствие, в съответствие с неговото име, са идентифицирани две големи части от микроорганизми, които ще разгледаме по-долу.

Грам-положителни бактерии: характеристики на структурата и живота

Тези микроорганизми имат многослойно покритие от муреин (30-70% от общата суха маса на клетъчната стена), така че анилиновата боя не се измива от клетките (снимката по-горе показва структурата на грам-положителна бактерия отляво и грам-отрицателната бактерия отдясно). Тяхната особеност е, че диаминопимелиновата киселина често се заменя с лизин. Съдържанието на протеин е много по-малко и полизахаридите отсъстват или са свързани с ковалентни връзки. Всички бактерии от 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 храна те обикновено са задължителни или факултативни анаероби, например, млечнокисели бактерии от семейството на Streptococcus, но може да има аероби.
2. Не-гъбички. По име вече е възможно да се разбере структурата на бактериалната клетка. Тази група включва анаеробни или по избор аеробни видове млечна киселина от семейство Lactobacillus.
3. Стимулиращи спори пръчки. Те са представени само от едно семейство - Clostridia. Това са задължителни анаероби, способни да образуват спори. Много от тях образуват характерни вериги или нишки на отделни клетки.
4. Коринеморфни микроорганизми. Външната структура на клетъчните бактерии в тази група може да варира значително. По този начин, пръчките могат да станат клаватни, къси, коки или слабо разклонени форми. Те не образуват ендоспори. Те включват пропионова киселина, стрептомицетни бактерии и др.
5. Mycoplasma. Ако обръщате внимание на структурата на бактериите (диаграмата на фигурата по-долу - стрелката показва ДНК веригата), тогава може да се отбележи, че тя няма клетъчна стена (вместо това има цитоплазмена мембрана) и следователно не се оцветява с анилинова боя, следователно не може да се припише на на този отдел въз основа на грам оцветяване. Но според последните проучвания микоплазмите произхождат от грамположителни микроорганизми.

Грам-отрицателни бактерии: функции, структура

В такива микроорганизми, мрежата на муреин е много тънка, делът на сухата маса на цялата клетъчна стена е само 10%, а останалите са липопротеини, липополизахариди и др. Веществата, които идват от оцветяване по грам, могат лесно да бъдат измити. Според вида храна, грам-отрицателните бактерии са фототрофи или хемотрофи, някои видове са способни на фотосинтеза. Класификацията в рамките на отделението е в процес на формиране, различни семейства са групирани в 12 групи, въз основа на характеристиките на морфологията, метаболизма и други фактори.

1. Анаеробни коки и пръчици. Външно те са вибрации (под формата на запетая) или spirilla.
2. Незадължителни анаеробни пръчки. Те включват по-специално семейството на ентеробактериите. Но видовете от рода на фотобактериите са се адаптирали към живота в морската вода и са известни със своя светлинен блясък.
3. Аеробни коки и пръчици. Обширна група от бактерии, която например включва добре известните азотфиксиращи или нодулови видове от рода Risobium.
4. Spirilla. Това са твърди, спираловидни пръчки. По вид храна най-често те са аероби, по-рядко - факултативни анаероби.
5. Спирохетите. Външната структура на бактериите (снимка по-долу) е подобна на тази на представителите на предишната група. Основната разлика между спирохетите е тяхната гъвкавост и способност за активно движение.
6. Бактерии с придатъци. Това са форми, които имат различна връзка, когато се разделят, дават две дъщерни клетки с различни размери, а също и образуват придатъци под формата на пръчки и израстъци.
7. Hlamidobakterii. Те имат характерни тръбовидни покрития, които помагат да се поддържат клетките заедно, и в резултат на това могат да се образуват цели колонии. Най-яркият представител е канализационната гъба. Това е бактерия, която живее във силно замърсена вода. Такива микроорганизми образуват огромни агрегати, които допринасят за запушването на тръби и улуци.
8. Плъзгащи бактерии. Те са получили името си поради техния начин на транспортиране.
9. Myxobacteria. Те имат сложна организация, в която едноклетъчните форми могат да образуват плодови тела.
10. Очевидно паразитни бактерии. Те не могат да бъдат култивирани извън живите клетки.
11. Хемолитотрофни бактерии.
12. Фотоавтотрофни бактерии. Те имат разнообразие от фотосинтетични пигменти и каротини, които им придават ярък цвят: лилаво-виолетово, червено, кафяво, маслинено-зелено.

Значението на бактериите за хората

Въпреки привидно незабележимите си, бактериите са от голямо значение за хората, както положителни, така и отрицателни. Производството на много храни е невъзможно без участието на отделни представители на това царство. Структурата и жизнените функции на бактериите ни позволяват да получим много млечни продукти (сирена, кисели млека, кефир и много други). Тези микроорганизми участват в процесите на ферментация, ферментация.

Много видове бактерии са патогени при животни и хора, като например антракс, тетанус, дифтерия, туберкулоза, чума и др. Но в същото време микроорганизмите участват в различни индустриални производства: генетично инженерство, производство на антибиотици, ензими и други протеини, изкуствено разлагане на отпадъци (например метан, смилане на отпадъчни води), обогатяване на метали , Някои бактерии растат в богати на петрол субстрати и това служи като индикатор при търсене и разработване на нови находища.