Struktura bakterija: obilježja. Vitalna aktivnost i struktura bakterija

Kad već govorimo o bakterijama, najčešće predstavljamo nešto negativno. A ipak o njima znamo vrlo malo. Struktura i vitalna aktivnost bakterija su prilično primitivne, ali to je, prema pretpostavkama nekih znanstvenika, najstariji stanovnici Zemlje, i toliko godina nisu nestali ili izumrli. Čovjek koristi mnoge vrste takvih mikroorganizama za vlastitu korist, dok drugi uzrokuju ozbiljne bolesti, pa čak i epidemije. No, šteta nekih bakterija ponekad nije proporcionalna upotrebi drugih. Razgovarajmo o ovim nevjerojatnim mikroorganizmima i upoznajmo se s njihovom strukturom, fiziologijom i klasifikacijom.

Kraljevstvo bakterija

To su nenuklearni, najčešće jednostanični mikroorganizmi. Njihovo otkriće 1676. godine zasluga je nizozemskog znanstvenika A. Leeuwenhoeka, koji je prvi put vidio male bakterije pod povećalom mikroskopa. No francuski kemičar i mikrobiolog Louis Pasteur prvi je put počeo proučavati njihovu prirodu, fiziologiju i ulogu u ljudskom životu tijekom 1850-ih. Struktura bakterija počela se aktivno istraživati ​​pojavom elektronskih mikroskopa. Njegova se stanica sastoji od citoplazmatske membrane, ribosoma i nukleotida. DNA bakterija je koncentrirana na jednom mjestu (nukleoplazma) i predstavlja splet tankih niti. Citoplazma je odvojena od stanične stijenke citoplazmatska membrana, sadrži nukleotid, različite membranske sustave, stanične inkluzije. Ribosom bakterija sastoji se od 60% RNA, ostatak je protein. Slika ispod prikazuje strukturu salmonele.

Stanična stijenka i njezine komponente

Bakterije imaju staničnu strukturu. Stanična stijenka ima debljinu od oko 20 nm i, za razliku od viših biljaka, nema fibrilarnu strukturu. Njegova čvrstoća osigurana je posebnim poklopcem koji se zove vreća. Sastoji se uglavnom od polimerne tvari - mureina. Njegove komponente (podjedinice) povezane su u određenom nizu u posebne poliglikanske niti. Zajedno s kratkim peptidima tvore makromolekule slične mreži. Ovo je vrećica murein.

Organi pokreta

Ti mikroorganizmi su sposobni za aktivno kretanje. Izvodi se na uštrb plazmene flagele, koja ima spiralnu strukturu. Bakterije se mogu kretati brzinom do 200 mikrona u sekundi i okrenuti oko svoje osi 13 sekundi u sekundi. Sposobnost gljivica za kretanje osigurava poseban kontraktilni protein, flagelin (analog miozina u mišićnim stanicama).

Oni imaju sljedeće dimenzije: duljina - do 20 mikrona, promjer - 10-20 nm. Svaki flagellum odlazi od bazalnog tijela, koje je uronjeno u staničnu stijenku bakterije. Organi pokreta mogu biti jednostruki ili složeni u cijeli snop, kao, na primjer, u spirili. Broj flagela može ovisiti o uvjetima okoline. Primjerice, Proteus Vulgaris s lošom prehranom ima samo dvije subpolarne flagele, dok u normalnim uvjetima razvoja u snopovima može biti od 2 do 50.

Kretanje mikrobima

Struktura bakterija (shema ispod) je takva da se može kretati vrlo aktivno. Kretanje se u većini slučajeva događa zbog guranja i provodi se uglavnom u tekućem ili vlažnom okruženju. Ovisno o aktivnom faktoru, drugim riječima, vrsti vanjskog podražaja, može biti:

• kemotaksija je usmjereno kretanje bakterija u hranjive tvari ili, obrnuto, iz bilo kojeg toksina;
• Aerotaksija - kretanje prema kisiku (iz aerobova) ili iz njega (iz anaeroba);
• fototaksija - reakcija na svjetlo, koja se manifestira u pokretu, karakteristična je prije svega od fototrofa;
• magnetotaxis - reakcija na promjene u magnetskom polju, objašnjava se prisutnošću posebnih čestica (magnetosoma) u nekim mikroorganizmima.

Bakterije čija im struktura omogućuje kretanje, mogu stvarati nakupine na mjestima s optimalnim uvjetima za njihovu vitalnu aktivnost. Osim flagelica, neke vrste imaju brojne tanje niti - nazivaju se "fimbrijama" ili "pijem", ali njihova funkcija još nije dovoljno istražena. Bakterije koje nemaju posebne flagele mogu kliziti, iako je karakterizirana vrlo malom brzinom: oko 250 mikrona u minuti.

Nekoliko riječi o fiziologiji

Za aktivan život mikroorganizmi trebaju energiju. Njezin izvor može biti raznolik organski i anorganske tvari kao i sunčeva svjetlost. Većina bakterija su heterotrofi. Oni ne mogu sintetizirati organske tvari iz anorganskih spojeva pomoću foto- ili kemosinteze, stoga koriste organski materijal koji propada, parazitiraju ili djeluju kao simbionti.

Druga mala skupina bakterija su autotrofi. Oni mogu sintetizirati iz anorganskih organska tvar može djelomično apsorbirati atmosferski ugljični dioksid i su kemotrofi. Ove bakterije zauzimaju vrlo važno mjesto u cirkulaciji kemijskih elemenata u prirodi.

Postoje također dvije skupine istinskih fototrofi. Značajke strukture bakterija u ovoj kategoriji su da sadrže bakterioklorofilnu tvar (pigment) vezanu za klorofil biljke u prirodi, a budući da nemaju fotosistem II, fotosinteza se odvija bez stvaranja kisika.

Razmnožavanje po odjelima

Glavna metoda reprodukcije je podjela izvorne matične stanice na dvije (amitoza). Za oblike koji imaju izduženi oblik, to se uvijek događa okomito na uzdužnu os. Struktura bakterije prolazi kroz kratkotrajne promjene: od ruba ćelije do sredine formira se poprečna pregrada, po kojoj se tada razdvaja majčinski organizam. To objašnjava staro ime kraljevstva - Drobyanka. Stanice nakon podjele mogu ostati povezane u nestabilnim, labavim lancima.

To su posebnosti strukture bakterija nekih vrsta, npr. Streptokoka.

Sporulacija i spolna reprodukcija

Druga metoda reprodukcije je sporulacija. To je izravno povezano sa željom da se prilagodi nepovoljnim uvjetima i ima za cilj doživjeti ih. U nekim štapičastim bakterijama spore nastaju endogeno, to jest unutar stanice. Vrlo su otporni na toplinu i mogu postojati čak i pri dugotrajnom ključanju. Formiranje spora započinje različitim kemijskim reakcijama u matičnoj stanici, pri čemu se oko 75% svih proteina raspada. Zatim postoji podjela. Istovremeno se formiraju dvije stanice kćeri. Jedan od njih (manji) prekriven je debelom ljuskom, koja može zauzimati i do 50% volumena - to je spor. Održava vitalnost i spremnost za klijanje 200-300 godina.

Neke su vrste sposobne za spolnu reprodukciju. Taj je proces prvi put otkriven 1946. godine, kada su proučavali strukturu bakterijske stanice Escherichia coli. Pokazalo se da je djelomični prijenos genetskog materijala moguć. To jest, DNA fragmenti se prenose iz jedne stanice (donor) u drugu (primatelja) u procesu konjugacije. To se radi uz pomoć bakteriofaga ili transformacijom.

Struktura bakterija i obilježja njezine fiziologije su takvi da se u idealnim uvjetima proces podjele odvija stalno i vrlo brzo (svakih 20-30 minuta). No, u prirodnom okruženju ograničena je različitim čimbenicima (sunčeva svjetlost, hranjivi medij, temperatura itd.).

Klasifikacija tih mikroorganizama temelji se na različitoj strukturi bakterijske stanične stijenke, koja određuje očuvanje anilinske boje u stanici ili njezinu eluciju. To je otkrio H. K. Gram, a potom su, u skladu s njegovim imenom, identificirane dvije velike sekcije mikroorganizama, o čemu ćemo raspravljati u nastavku.

Gram-pozitivne bakterije: obilježja strukture i života

Ovi mikroorganizmi imaju višeslojni pokrov od mureina (30-70% ukupne suhe mase stanične stijenke), tako da se anilinska boja ne ispire iz stanica (na slici iznad prikazana je struktura gram-pozitivne bakterije na lijevoj i gram-negativne bakterije na desnoj strani). Njihova osobitost je da se diaminopimelična kiselina često zamjenjuje lizinom. Sadržaj proteina je mnogo manji, a polisaharidi su odsutni ili su povezani kovalentnim vezama. Sve bakterije ovog odjela podijeljene su u nekoliko skupina:

1. Gram pozitivni koki. To su pojedinačne stanice ili skupine od dvije, četiri ili više stanica (do 64), koje drži zajedno celuloza. Prema vrsti hrane, to su obično obvezni ili fakultativni anaerobi, na primjer, bakterije mliječne kiseline iz obitelji Streptococcus, ali mogu postojati aerobi.
2. Ne-spužvasti štapići. Po imenu je već moguće razumjeti strukturu bakterijske stanice. Ova skupina uključuje anaerobne ili izborno aerobne vrste mliječne kiseline iz obitelji Lactobacillus.
3. Štapići koji stvaraju spore. Predstavlja ih samo jedna obitelj - Clostridia. To su obvezni anaerobi, sposobni za stvaranje spora. Mnogi od njih tvore karakteristične lance ili niti pojedinačnih stanica.
4. Korinemorfni mikroorganizmi. Vanjska struktura staničnih bakterija u ovoj skupini može značajno varirati. Tako, štapići mogu postati klavatni, kratki, koki ili slabo razgranati oblici. Oni ne tvore endospore. To uključuje propionsku kiselinu, streptomicete, itd.
5. Mikoplazme. Ako obratite pozornost na strukturu bakterija (dijagram na slici ispod - strelica označava DNK lanac), onda se može primijetiti da nema staničnu stijenku (umjesto toga postoji citoplazmatska membrana) i stoga nije obojena anilinskom bojom, stoga se ne može pripisati na ovaj odjel na temelju gram boje. No, prema nedavnim istraživanjima, mikoplazme potječu od gram-pozitivnih mikroorganizama.

Gram-negativne bakterije: funkcije, struktura

U takvim mikroorganizmima mureinska mreža je vrlo tanka, njezin udio u suhoj masi cijelog staničnog zida je samo 10%, ostatak su lipoproteini, lipopolisaharidi, itd. Tvari koje dolaze iz Gram boje mogu se lako isprati. Prema vrsti hrane, gram-negativne bakterije su fototrofi ili kemotrofi, a neke vrste su sposobne za fotosintezu. Klasifikacija unutar odjela je u procesu formiranja, razne obitelji su grupirane u 12 skupina, na temelju obilježja morfologije, metabolizma i drugih čimbenika.

1. Anaerobni koki i štapići. Izvana, to su vibrije (u obliku zareza) ili spirile.
2. Izborni anaerobni štapići. To uključuje, osobito, obitelj enterobakterija. Ali vrste iz roda fotobakterija prilagodile su se životu u morskoj vodi i poznate su po svom sjajnom sjaju.
3. Aerobni kokovi i štapići. Opsežna skupina bakterija, koja, na primjer, uključuje dobro poznate vrste dušika koje fiksiraju ili kvržice roda Risobium.
4. Spirilla. To su krute, spiralne štapići. Po vrsti hrane, najčešće su to aerobi, rjeđe - fakultativni anaerobi.
5. Spiroheta. Vanjska struktura bakterija (slika dolje) slična je strukturi bakterija iz prethodne skupine. Glavna razlika između spiroheta je njihova fleksibilnost i sposobnost aktivnog kretanja.
6. Bakterije s dodacima. To su oblici koji imaju drugačiji odnos, kada se dijele, daju dvije stanice kćeri različitih veličina, te također oblikuju privjeske u obliku šipki i izdanaka.
7. Hlamidobakterii. Imaju karakteristične poklopce u obliku cijevi koje pomažu zadržati stanice zajedno, i kao rezultat toga, mogu se formirati cijele kolonije. Najsjajniji predstavnik je kanalizacijska gljiva. To je bakterija koja živi u jako zagađenoj vodi. Takvi mikroorganizmi tvore ogromne agregacije, koje pridonose začepljenju cijevi i oluka.
8. Klizne bakterije. Ime su dobili zbog načina prijevoza.
9. Myxobacteria. Oni imaju složenu organizaciju, u kojoj jednostanični oblici mogu oblikovati plodna tijela.
10. Očito parazitske bakterije. Ne mogu se kultivirati izvan živih stanica.
11. Kemolitotrofne bakterije.
12. Fotoautotrofne bakterije. Imaju raznovrsne fotosintetske pigmente i karotene koji im daju svijetlu boju: ljubičasto-ljubičastu, crvenu, smeđu, maslinasto-zelenu.

Važnost bakterija za ljude

Unatoč naizgled neprimjetnim, bakterije su od velike važnosti za ljude, i pozitivne i negativne. Proizvodnja mnogih namirnica je nemoguća bez sudjelovanja pojedinih predstavnika ovog kraljevstva. Struktura i vitalne funkcije bakterija omogućuju nam primanje mnogih mliječnih proizvoda (sirevi, jogurti, kefir i još mnogo toga). Ti mikroorganizmi su uključeni u procese fermentacije, fermentacije.

Brojne vrste bakterija su patogeni u životinja i ljudi, kao što su antraks, tetanus, difterija, tuberkuloza, kuga, itd. No, u isto vrijeme, mikroorganizmi su uključeni u različite industrijske proizvodnje: to je genetski inženjering, proizvodnja antibiotika, enzima i drugih proteina, umjetno raspadanje otpada (na primjer, metan digestija otpadnih voda), obogaćivanje metala , Neke bakterije rastu na supstratima bogatim naftom, što služi kao pokazatelj pri traženju i razvoju novih naslaga.