Структура бактерија: особине. Витална активност и структура бактерија

Говорећи о бактеријама, најчешће представљамо нешто негативно. А ипак знамо врло мало о њима. Структура и витална активност бактерија су прилично примитивне, али то је, према претпоставкама неких научника, најстарији становници Земље, и толико година нису нестали или изумрли. Човјек користи многе врсте таквих микроорганизама за властиту корист, док други узрокују озбиљне болести, па чак и епидемије. Али штета неких бактерија понекад није пропорционална употреби других. Причајмо о овим невероватним микроорганизмима и упознајемо се са њиховом структуром, физиологијом и класификацијом.

Краљевство бактерија

То су ненуклеарни, најчешће једностанични микроорганизми. Њихово откриће 1676. године заслуга је холандског научника А. Лееувенхоека, који је први пут видио мале бактерије под повећалом микроскопа. Међутим, француски хемичар и микробиолог Лоуис Пастеур је први пут почео проучавати њихову природу, физиологију и улогу у људском животу током 1850-их. Структура бактерија је почела да се активно истражује са појавом електронских микроскопа. Његова ћелија се састоји од цитоплазматске мембране, рибозома и нуклеотида. ДНА бактерија је концентрисана на једном месту (нуклеоплазма) и представља сплет танких нити. Цитоплазма је одвојена од ћелијског зида цитоплазматска мембрана, садржи нуклеотид, различите мембране, ћелијске инклузије. Рибозом бактерија састоји се од 60% РНК, остатак је протеин. Слика испод приказује структуру салмонеле.

Ћелијски зид и његове компоненте

Бактерије имају ћелијску структуру. Ћелијски зид има дебљину од око 20 нм и, за разлику од виших биљака, нема фибриларну структуру. Његова чврстоћа је осигурана посебним поклопцем који се зове врећа. Састоји се углавном од полимерне супстанце - муреин. Његове компоненте (подјединице) повезане су у специфичној секвенци у посебне полигликанске нити. Заједно са кратким пептидима, они формирају макромолекуле сличне мрежи. Ово је врећа муреин.

Органи покрета

Ови микроорганизми су способни за активно кретање. Изводи се на уштрб плазме плазме, која има спиралну структуру. Бактерије се могу кретати брзином до 200 микрона у секунди и окренути око своје оси 13 секунди у секунди. Способност гљивице да се креће обезбеђена је посебним контрактилним протеином, флагелином (аналог миозина у мишићним ћелијама).

Имају следеће димензије: дужина - до 20 микрона, пречник - 10-20 нм. Сваки флагелум се удаљава од базалног тела, које је уроњено у ћелијски зид бактерије. Органи покрета могу бити једноструки или распоређени у целе снопове, као нпр. У спирили. Број флагела може зависити од услова животне средине. На пример, Протеус Вулгарис са лошом исхраном има само две субполарне флагеле, док у нормалним условима развоја у сноповима може бити од 2 до 50.

Микробиолошко кретање

Структура бактерија (схема испод) је таква да се може кретати прилично активно. Кретање се у већини случајева дешава због гурања и врши се углавном у течном или влажном окружењу. У зависности од активног фактора, другим речима, типа спољног стимуланса, може бити:

• хемотаксија је усмерено кретање бактерија у хранљиве материје или, обрнуто, од било ког токсина;
• Аеротаккс - кретање до кисеоника (из аеробова) или из њега (из анаеробних сокова);
• фототаксија - реакција на светлост, која се манифестује у покрету, карактеристична је првенствено од фототрофи;
• магнетотаксија - реакција на промене у магнетном пољу, објашњава се присуством специјалних честица (магнетосома) у неким микроорганизмима.

Бактерије, чија ћелијска структура им омогућава да се крећу, могу стварати кластере на местима са оптималним условима за њихову виталну активност. Поред флагелица, неке врсте имају и бројне тање нити - називају се "фимбрије" или "пију", али њихова функција још није довољно истражена. Бактерије које немају посебне флагеле су способне за клизно кретање, иако се одликује врло малом брзином: око 250 микрона у минути.

Неколико речи о физиологији

За активан живот микроорганизми требају енергију. Његов извор може бити разноврсна органска и неорганске супстанце као и сунчева светлост. Већина бактерија су хетеротрофи. Они не могу синтетизовати органске из неорганских једињења користећи фото- или хемосинтезу, стога користе органски материјал који пропада, паразитирају или дјелују као симбиони.

Друга мала група бактерија су аутотрофи. Они су у стању да синтетизују из неорганских органска материја може делимично да апсорбује атмосферски угљен диоксид и да су хемотрофи. Ове бактерије заузимају значајно место у циркулацији хемијских елемената у природи.

Постоје и две групе правих фототрофи. Карактеристике структуре бактерија у овој категорији су да садрже бактериоклорофилну супстанцу (пигмент) везану за биљни хлорофил у природи, а будући да немају фотосистем ИИ, фотосинтеза се одвија без стварања кисеоника.

Репродукција по дивизијама

Главна метода репродукције је подела оригиналне матичне ћелије на две (амитоза). За облике који имају издужени облик, ово се увек јавља окомито на уздужну осу. Структура бактерије се краткорочно мења: од ивице ћелије до средине формира се попречна преграда, по којој се мајчински организам раздваја. Ово објашњава старо име краљевства - Дробјанку. Ћелије након поделе могу остати повезане у нестабилним, лабавим ланцима.

Ово су карактеристике структуре бактерија неких врста, на пример, стрептокока.

Спорулација и сексуална репродукција

Други метод репродукције је спорулација. Она је директно повезана са жељом да се прилагоди неповољним условима и има за циљ да их доживи. Код неких штапичастих бактерија споре настају ендогено, тј. Унутар ћелије. Врло су отпорни на топлину и могу постојати чак и при дугом кључању. Формирање спора почиње различитим хемијским реакцијама у матичној ћелији, при чему се распада око 75% свих протеина. Онда постоји подела. У исто време, формирају се две ћерке ћелије. Један од њих (мањи) је прекривен дебелом љуском, која може да заузме и до 50% запремине - то је спор. Одржава виталност и спремност да клија 200-300 година.

Неке врсте су способне за сексуалну репродукцију. Овај процес је први пут откривен 1946. године, када су проучавали структуру бактеријске ћелије Есцхерицхиа цоли. Показало се да је могуће парцијални трансфер генетског материјала. То јест, фрагменти ДНК се преносе из једне ћелије (донор) у другу (примаоца) у процесу коњугације. То се ради уз помоћ бактериофага или трансформацијом.

Структура бактерија и карактеристике њене физиологије су такве да се, под идеалним условима, процес поделе одвија стално и врло брзо (сваких 20-30 минута). Али у природном окружењу ограничена је различитим факторима (сунчева светлост, хранљиви медијум, температура, итд.).

Класификација ових микроорганизама заснива се на различитој структури бактеријске ћелијске стијенке, која одређује очување анилинске боје у ћелији или њено испирање. Ово је открио Х. К. Грам, а потом је, према његовом имену, идентификована два велика дијела микроорганизама, о чему ћемо касније дискутовати.

Грам-позитивне бактерије: особине структуре и живота

Ови микроорганизми имају вишеслојни муреински покривач (30-70% од укупне суве масе ћелијског зида), тако да се анилинска боја не испире из ћелија (на слици горе приказана је структура грам-позитивне бактерије на левој и грам-негативне бактерије на десној страни). Њихова особеност је да се диаминопимелична киселина често замењује лизином. Садржај протеина је много мањи, а полисахариди су одсутни или су повезани ковалентним везама. Све бактерије овог одељења су подељене у неколико група:

1. Грам позитивни коки. То су појединачне ћелије или групе од две, четири или више ћелија (до 64), које се држе заједно целулозом. По типу хране, то су обично обвезни или факултативни анаероб, на пример, бактерије млечне киселине из породице Стрептоцоццус, али могу постојати аероби.
2. Не-спужвасти штапићи. По имену је већ могуће разумети структуру бактеријске ћелије. Ова група укључује анаеробне или опционо аеробне врсте млечне киселине из породице Лацтобациллус.
3. Споре-формирајући штапићи. Представља их само једна породица - Цлостридиа. То су обвезни анаероби, способни да формирају споре. Многи од њих формирају карактеристичне ланце или нити појединачних ћелија.
4. Цоринеморпхиц мицроорганисмс. Спољна структура ћелијских бактерија у овој групи може значајно варирати. Тако, штапићи могу постати клаватни, кратки, коки или слабо разгранати облици. Они не формирају ендоспоре. То укључује пропионску киселину, стрептомицете бактерије итд.
5. Мицопласма. Ако обратите пажњу на структуру бактерија (дијаграм на слици испод - стрелица означава ДНК ланац), онда се може приметити да нема ћелијски зид (уместо тога постоји цитоплазматска мембрана) и стога није обојен анилинском бојом, па се не може приписати на ово одељење на бази грам-бојења. Али према недавним истраживањима, микоплазме потичу од грам-позитивних микроорганизама.

Грам-негативне бактерије: функције, структура

У таквим микроорганизмима, муреинска мрежа је веома танка, њен удео у сувој маси целокупног ћелијског зида је само 10%, остатак су липопротеини, липополисахариди, итд. Супстанце које долазе из Грам боје могу се лако испрати. Према врсти хране, грам-негативне бактерије су фототрофи или хемотрофи, неке врсте су способне за фотосинтезу. Класификација у оквиру одељења је у процесу формирања, разне породице су груписане у 12 група, на основу карактеристика морфологије, метаболизма и других фактора.

1. Анаеробни коки и штапићи. Споља, то су вибриони (у облику зареза) или спириле.
2. Опционални анаеробни штапићи. То се посебно односи на породицу ентеробактерија. Међутим, врсте из рода фотобактерија прилагодиле су се животу у морској води и познате су по свом сјајном сјају.
3. Аеробни кокови и штапићи. Опсежна група бактерија, која, на пример, укључује добро познате врсте азота за фиксирање или врсте квржица рода Рисобиум.
4. Спирилла. То су круте, спиралне палице. По врсти хране, најчешће су то аероби, рјеђе - факултативни анаероби.
5. Спироцхетес Спољашња структура бактерија (слика испод) је слична оној код представника претходне групе. Главна разлика између спирохета је њихова флексибилност и способност да се активно крећу.
6. Бактерије са додацима. То су облици који имају другачији однос, када се деле, дају две ћерке ћелије различите величине, а такође обликују додатке у облику шипки и изданака.
7. Цхламидобацтериа. Имају карактеристичне поклопце у облику цијеви које помажу да се станице држе заједно, и као резултат, могу се формирати цијеле колоније. Најсјајнији представник је канализација. То је бактерија која живи у јако загађеној води. Такви микроорганизми формирају огромне агрегације, које доприносе зачепљењу цеви и олука.
8. Клизне бактерије. Име су добили због начина транспорта.
9. Микобацтериа. Они имају сложену организацију, у којој једноћелијски облици могу да формирају воћна тела.
10. Очигледно паразитске бактерије. Они се не могу култивисати изван живих ћелија.
11. Цхемолитхотропхиц бацтер.
12. Фотоаутотрофне бактерије. Имају разноврсне фотосинтетске пигменте и каротене, који им дају светлу боју: љубичасто-љубичасту, црвену, смеђу, маслинасто-зелену.

Значај бактерија за људе

Упркос наизглед неупадљивим, бактерије су од великог значаја за људе, и позитивне и негативне. Производња многих намирница је немогућа без учешћа појединачних представника овог краљевства. Структура и виталне функције бактерија омогућују нам да добијемо много млијечних производа (сиреви, јогурти, кефир и још много тога). Ови микроорганизми су укључени у процесе ферментације, ферментације.

Бројни типови бактерија су патогени у животиња и људи, као што су антракс, тетанус, дифтерија, туберкулоза, куга, итд. У исто време, микроорганизми су укључени у разну индустријску производњу: генетски инжењеринг, производња антибиотика, ензима и других протеина, вештачко разлагање отпада (нпр. метан-дигестија отпадних вода), обогаћивање метала . Неке бактерије расту на супстратима богатим нафтом, што служи као индикатор при тражењу и развоју нових лежишта.