Struktura bakterií: rysy. Životní činnost a struktura bakterií

Když mluvíme o bakteriích, nejčastěji uvádíme něco negativního. A přesto o nich víme jen málo. Struktura a životně důležitá aktivita bakterií jsou spíše primitivní, ale podle předpokladů některých vědců jsou nejstaršími obyvateli Země a po tolika let nezmizely nebo nezmizely. Člověk používá mnoho druhů takových mikroorganismů pro svůj vlastní prospěch, jiní způsobují vážná onemocnění a dokonce epidemie. Ale poškození některých bakterií je někdy neodpovídá použití druhých. Promluvme si o těchto úžasných mikroorganismech a seznámíme se s jejich strukturou, fyziologií a klasifikací.

Království bakterií

Jedná se o nejaderné, nejčastěji jednobuněčné mikroorganismy. Jejich objev v roce 1676 je zásluhou holandského vědce A. Leeuwenhoeka, který nejprve viděl pod bakterií mikroskopu drobné bakterie. Nicméně francouzský chemik a mikrobiolog Louis Pasteur nejprve začali studovat svou povahu, fyziologii a roli v lidském životě v padesátých letech minulého století. Struktura bakterií se začala aktivně zkoumat s příchodem elektronových mikroskopů. Jeho buňka se skládá z cytoplazmatické membrány, ribosomu a nukleotidu. DNA bakterií je koncentrována na jednom místě (nukleoplasm) a je spletená tenkými vlákny. Cytoplasma je oddělena od buněčné stěny cytoplazmatická membrána, obsahuje nukleotid, různé membránové systémy, buněčné inkluze. Ribosom bakterií tvoří 60% RNA, zbytek je bílkovina. Níže uvedená fotografie ukazuje strukturu salmonely.

Buněčná stěna a její součásti

Bakterie mají buněčnou strukturu. Buněčná stěna má tloušťku asi 20 nm a na rozdíl od vyšších rostlin nemá vláknitou strukturu. Jeho síla je zajištěna speciálním krytem nazývaným taška. Skládá se převážně z polymerní látky - mureinu. Jeho komponenty (podjednotky) jsou spojeny v určité sekvenci do speciálních polyglykanových pramenů. Spolu s krátkými peptidy vytvářejí makromolekula připomínající síť. To je sáček murein.

Pohyblivé orgány

Tyto mikroorganismy jsou schopné aktivního pohybu. Provádí se na úkor plazmy, které mají šroubovitou strukturu. Bakterie se mohou pohybovat rychlostí až 200 mikronů za sekundu a otáčet kolem osy 13 sekund za sekundu. Schopnost pohybového ústrojí je zajištěna zvláštním kontraktilním proteinem, flagellin (analog myosinu ve svalových buňkách).

Mají následující rozměry: délka - až 20 mikronů, průměr - 10-20 nm. Každý flagellum se odchyluje od bazálního těla, které je ponořeno do buněčné stěny bakterie. Orgány pohybu mohou být jednotlivé nebo uspořádané v celých svazcích, například ve spirille. Počet flagel může záviset na okolních podmínkách. Například Proteus Vulgaris se špatnou výživou má pouze dvě subpolární varkely, zatímco za normálních podmínek vývoje ve svazcích může být od 2 do 50.

Mikrobiální pohyb

Struktura bakterií (schéma níže) je taková, že se může aktivně pohybovat. Pohyb ve většině případů nastává v důsledku tlačení a je prováděn převážně v kapalném nebo vlhkém prostředí. V závislosti na aktivním faktu, jinými slovy na typu vnějšího podnětu, může být:

• chemotaxe je řízený pohyb bakterií na živiny nebo naopak z nějakých toxinů;
• Aerotaxis - pohyb kyslíku (z aerobních) nebo z něj (z anaerob);
• fototaxa - reakce na světlo, která se projevuje v pohybu, je charakteristická především fototrofy;
• magnetotaxa - reakce na změny v magnetickém poli, je vysvětlena přítomností speciálních částic (magnetosomů) v některých mikroorganismech.

Bakterie, jejichž buněčná struktura umožňuje jejich pohyb, mohou vytvářet klastry na místech s optimálními podmínkami pro jejich životně důležitou činnost. Kromě flagely některé druhy mají řadu tenčích nití - nazývají se "fimbrie" nebo "pili", ale jejich funkce ještě nebyla dostatečně studována. Bakterie, které nemají zvláštní vlajku, jsou schopny klouzavého pohybu, i když jsou charakterizovány velmi nízkou rychlostí: asi 250 mikronů za minutu.

Několik slov o fyziologii

Pro aktivní život potřebují mikroorganismy energii. Jeho zdrojem může být řada organických a anorganické látky stejně jako slunečního světla. Většina bakterií jsou heterotrofy. Nemohou syntetizovat organické sloučeniny z anorganických sloučenin za použití fotosyntézy nebo chemosyntézy, proto používají rozkladný organický materiál, parazitizují nebo působí jako symbionty.

Druhá malá skupina bakterií je autotrofů. Jsou schopni syntetizovat z anorganických organické látky mohou částečně absorbovat atmosférický oxid uhličitý a jsou chemotrofy. Tyto bakterie zaujímají velmi důležité místo v cirkulaci chemických prvků v přírodě.

Existují také dvě skupiny skutečných fototrofů. Vlastnosti struktury bakterií v této kategorii spočívají v tom, že obsahují bakteriochlorofylovou látku (pigment) příbuznou rostlinnému chlorofylu v přírodě a protože postrádají fotosystém II, fotosyntéza probíhá bez vývoje kyslíku.

Reprodukce podle divize

Hlavním způsobem reprodukce je rozdělení původní matky na dvě (amitóza). U forem s prodlouženým tvarem to vždy dochází kolmo k podélné ose. Struktura bakterie prochází krátkodobými změnami: od okraje buňky ke středu se vytváří příčná dělicí část, na které se pak odděluje mateřský organismus. To vysvětluje staré jméno království - Drobyanka. Buňky po rozdělení mohou zůstat připojeny v nestabilních volných řetězcích.

To jsou charakteristické rysy struktury bakterií některých druhů, například streptokoků.

Sporulace a sexuální reprodukce

Druhou metodou reprodukce je sporulace. Je přímo spojena s touhou přizpůsobit se nepříznivým podmínkám a je zaměřena na jejich prožívání. U některých tyčinkových bakterií se spory tvoří endogenně, tj. Uvnitř buňky. Jsou velmi odolné vůči teplu a mohou přetrvávat i při delším varu. Tvorba sporů začíná různými chemickými reakcemi v mateřské buňce, přičemž se rozkládá asi 75% všech proteinů. Pak je rozdělení. Zároveň se tvoří dva dceřiné buňky. Jeden z nich (menší) je pokryt hustou skořápkou, která může mít až 50% objemu - jedná se o spor. Zachovává vitalitu a připravenost klíčet po dobu 200-300 let.

Některé druhy jsou schopné sexuální reprodukce. Tento proces byl poprvé objeven v roce 1946, kdy studovali strukturu bakteriální buňky Escherichia coli. Ukázalo se, že částečný přenos genetického materiálu je možný. To znamená, že fragmenty DNA jsou v procesu konjugace přeneseny z jedné buňky (dárce) do druhé (příjemce). To se provádí pomocí bakteriofágů nebo transformací.

Struktura bakterií a charakteristiky její fyziologie jsou takové, že za ideálních podmínek probíhá proces dělení neustále a velmi rychle (každých 20-30 minut). Ale v přírodním prostředí je omezeno různými faktory (sluneční světlo, živné médium, teplota apod.).

Klasifikace těchto mikroorganismů je založena na odlišné struktuře bakteriální buněčné stěny, která určuje konzervaci anilinového barviva v buňce nebo její eluci. Toto bylo odhaleno H. K. Gramem a následně podle jeho jména byly identifikovány dvě velké části mikroorganismů, o nichž budeme diskutovat níže.

Gram-pozitivní bakterie: rysy struktury a života

Tyto mikroorganizmy mají vícevrstvý mureinový kryt (30-70% celkové hmotnosti suché hmoty buněčné stěny), takže anilinové barvivo není vyprášeno z buněk (výše uvedená fotografie ukazuje strukturu gram-pozitivní bakterie vlevo a gramnegativní bakterie vpravo). Jejich zvláštností je, že kyselina diaminopimelová je často nahrazena lyzinem. Obsah bílkovin je mnohem menší a polysacharidy chybí nebo jsou spojeny kovalentními vazbami. Všechny bakterie tohoto oddělení jsou rozděleny do několika skupin:

1. Gram pozitivní koky. Jedná se o jednotlivé buňky nebo skupiny dvou, čtyř a více buněk (až 64), které jsou drženy společně celulózou. Podle typu jídla jsou obvykle povinné nebo fakultativní anaerobní látky, bakterií kyseliny mléčné z rodiny Streptococcus, ale mohou jít o aerobní.
2. Nerezové hůlky. Jménem je již možné pochopit strukturu bakteriální buňky. Tato skupina zahrnuje anaerobní nebo volitelně aerobní druhy kyseliny mléčné z rodiny Lactobacillus.
3. Tyčinky tvořící spóry. Jsou zastoupeny pouze jednou rodinou - Clostridia. Jsou to povinné anaerobní látky, které mohou vytvářet spory. Mnohé z nich tvoří charakteristické řetězce nebo vlákna jednotlivých buněk.
4. Korynemorfní mikroorganismy. Vnější struktura buněčných bakterií v této skupině se může výrazně lišit. Tyčinky se tak mohou stát klavatovými, krátkými, koky nebo slabě větvenými formami. Nevytvářejí endosporu. Ty zahrnují kyselinu propionovou, bakterie streptomycete atd.
5. Mycoplasma. Pokud věnujete pozornost struktuře bakterií (diagram na obrázku níže - šipka označuje řetězec DNA), pak je třeba poznamenat, že nemá buněčnou stěnu (místo toho je cytoplazmatická membrána), a proto není barvena anilinovým barvivem, a proto ji nelze přičíst k tomuto oddělení na základě barvení gramů. Podle nedávných studií však mykoplazmy pocházejí z gram-pozitivních mikroorganismů.

Gram-negativní bakterie: funkce, struktura

U takových mikroorganismů je síť mureinu velmi tenká, její podíl na suché hmotnosti celé buněčné stěny je pouze 10%, zbytek tvoří lipoproteiny, lipopolysacharidy atd. Látky, které pocházejí z barvení Gramem, lze snadno vypláchnout. Podle druhu potravy jsou gramnegativní bakterie fototrofy nebo chemotrofy, některé druhy jsou schopné fotosyntézy. Klasifikace v rámci oddělení je v procesu formace, různé rodiny jsou seskupeny do 12 skupin, založené na charakteristice morfologie, metabolismu a dalších faktorů.

1. Anaerobní koky a tyčinky. Zevnitř jsou to vibrios (ve formě čárky) nebo spirilla.
2. Volitelné anaerobní tyčinky. Patří mezi ně zejména rod enterobakterií. Ale druhy z rodu fotobakterií se přizpůsobily životu v mořské vodě a jsou známy svou světelnou záři.
3. Aerobní koky a hole. Rozsáhlá skupina bakterií, která například zahrnuje známé dusíkové fixační nebo uzlinové druhy rodu Risobium.
4. Spirilla. Jedná se o tuhé špičaté tyče. Podle typu jídla jsou nejčastěji aerobní, méně často - fakultativní anaerobní.
5. Spirochety Vnější struktura bakterií (foto níže) je podobná struktuře zástupců předchozí skupiny. Hlavní rozdíl mezi spirochety je jejich flexibilita a schopnost aktivně se pohybovat.
6. Bakterie s přílohami. Jedná se o formy, které mají jiný vztah, když se rozdělí, dávají dva dceřinné buňky různých velikostí a také tvoří přílohy ve formě prutů a výrůstků.
7. Chlamydobacteria. Mají charakteristické kryty ve tvaru trubice, které pomáhají udržovat buňky dohromady a v důsledku toho se mohou vytvářet celé kolonie. Nejjasnějším zástupcem je hubovitá houba. Jedná se o bakterie, která žije ve vysoce znečištěné vodě. Takové mikroorganismy tvoří obrovské agregáty, které přispívají k zanášení potrubí a žlabů.
8. Klouzavé bakterie. Získali své jméno kvůli způsobu jejich dopravy.
9. Myxobacteria. Mají složitou organizaci, ve které jednobuněčné formy mohou tvořit ovocná těla.
10. Zřejmě parazitické bakterie. Nemohou být pěstovány mimo živé buňky.
11. Chemolitotrofní bakterie.
12. Fotoautotrofní bakterie. Mají různé fotosyntetické pigmenty a karoteny, které jim dávají jasnou barvu: fialová-fialová, červená, hnědá, olivově zelená.

Význam bakterií pro člověka

Přes zdánlivě nenápadné bakterie mají velký význam pro člověka, pozitivní i negativní. Výroba mnoha potravin je nemožná bez účasti jednotlivých představitelů tohoto království. Struktura a životně důležité funkce bakterií nám umožňují získat mnoho mléčných výrobků (sýry, jogurty, kefír a mnoho dalšího). Tyto mikroorganismy se podílejí na procesech fermentace, fermentace.

Četné druhy bakterií jsou patogeny u zvířat a lidí, jako jsou antrax, tetanu, záškrtu, tuberkulózu, mor, atd. Současně se však mikroorganismy podílejí na různých průmyslových produktech: jde o genetické inženýrství, výrobu antibiotik, enzymů a jiných bílkovin, umělé rozložení odpadů (např. . Některé bakterie rostou na substrátech bohatých na ropu a slouží jako ukazatel při hledání a vývoji nových ložisek.