Царство бактерий. Общая характеристика



Дата23.12.2017
өлшемі138.91 Kb.
Царство бактерий. Общая характеристика.
Впервые бактерии увидел в оптический микроскоп и описал в 1676 году голландский натуралист Антони ван Левенгук. Как и всех микроскопических существ, он назвал их «анималькули».
Название «бактерии» ввёл в употребление в 1828 году Христиан Эренберг.
Дальнейшее развитие медицинская микробиология получила в трудах Роберта Коха, который в 1905 году  был удостоен Нобелевской премии за исследования туберкулёза.
Бактерии – типичные прокариотические организмы. Бактерии самые древние поселенцы земли, они живут уже два миллиарда лет. Ученым известно около 2 500 видов. Бактерии имеют клеточное строение, но не имеют ядра, отделенного мембраной от цитоплазмы - прокариоты. Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз.


  • Генетический материал у бактерий представлен кольцевой молекулой ДНК длиной около 1 мм. Каждая такая молекула – нуклеоид- состоит из около 5 000 000 пар нуклеотидов. Бактерии почти всегда гаплоидны; у них имеется только один набор генов.

  • Помимо единственной молекулы ДНК, имеющейся у всех бактерий, у некоторых из них обнаруживается еще одна или более плазмид . Плазмида – это небольшая кольцевая молекула дополнительной ДНК, способная к саморепликации. Плазмида несет в себе всего несколько генов, обусловливающих повышенную выживаемость клеток. Некоторые плазмиды делают клетку устойчивой к антибиотикам. Например, в клетках некоторых стафилококков содержится плазмида, несущая ген пенициллиназы – фермента, расщепляющего пенициллин. В результате клетка оказывается устойчивой к пенициллину.

  • Плазматическая мембрана у бактериальной клетки по структуре и функциям не отличается от таковой эукариотической. У некоторых бактерий плазматическая мембрана впячивается внутрь и образуются мезосомы. Во время клеточного деления мезосомы, по-видимому, соединяются с ДНК, что обеспечивает разделение двух дочерних молекул ДНК после репликации и способствует образованию перегородки между дочерними клетками.


Рис 1.Деление бактерии
http://proznania.ru/books/str/0440/pic/2_11.gif

У фотосинтезирующих бактерий в мезосомах содержатся фотосинтетические пигменты (в том числе обязательно бактериохлорофилл). Сходные мембранные образования участвуют и в фиксации азота.



  • У прокариот из органоидов имеются только рибосомы (мелкие, 70S), а у эукариот кроме рибосом (крупных, 80S) имеется множество других органоидов.

  • Клеточная стенка бактерий – структура довольно прочная и позволяет клетке сохранять свою форму; это обусловлено наличием в ней муреина – молекулы, построенной из параллельных полисахаридных цепей.

  • На клеточной стенке некоторых бактерий имеются палочковидные белковые выступы – пили - они необходимы для прикрепления клеток друг к другу.

  • Некоторые бактерии имеют слизистые слои – капсулы. Они служат дополнительной защитой для клеток и для приклеивания к субстратам(например, в стенкам зубов)

  • Некоторые бактерии имеют органы движения - жгутики.


Рис 2. Строение обобщенной палочковидной бактерии (типичной прокариотической клетки). Число субклеточных структур у таких бактерий значительно меньше, чем в эукариотической клетке.
http://proznania.ru/books/str/0440/pic/2_5.gif


Рис 3. Строение клеточной стенки грамположительных (слева) и грамотрицательных (справа) бактерий. При окрашивании бактерий по Граму на этапе обесцвечивания у грамотрицательных бактерии краситель легко вымывается из тонкого слоя муреина.
http://proznania.ru/books/str/0440/pic/2_8.gif
В 1884 г. датский биолог Кристиан Грам разработал метод окрашивания, с помощью которого было установлено, что бактерии подразделяются на две естественные группы, что, как теперь стало известно, обусловлено различиями в строении их клеточной стенки. Одни бактерии, окрашивающиеся по Граму, получили название грамположительных, другие, не окрашивающиеся, – грамотрицательных. 
Бактерии по форме разнообразны: шаровидные (кокки), палочковидные (бациллы), изогнутые (вибрионы), спиральные (спириллы), в виде цепочки (стрептококки), в виде гроздей (стафилококки). Некоторые бактерии имеют жгутики.
c:\users\светлана ларионова\pictures\формы бактерий.jpg


Рис 4. Различные формы бактерий, проиллюстрированные на примере полезных и болезнетворных представителей.


Некоторые бактерии, главным образом относящиеся к родам Clostridium и Bacillus, образуют эндоспоры (т.е. споры, которые располагаются внутри клеток). Споры представляют собой толстостенные долгоживущие образования, отличающиеся очень высокой устойчивостью, особенно к нагреванию, коротковолновому облучению и высушиванию. 
Способы питания бактерий
http://proznania.ru/books/str/0440/pic/t2_3.gif
А)Автотрофы
Автотрофы органические вещества создают сами из неорганических.

  • Фотоавтотрофы – энергию получают из света (фотосинтез). Способность к фотосинтезу обеспечивается бактериохлорофиллами и каротиноидами. К фотосинтезирующим бактериям относятся пурпурные, зеленые и цианобактерии. Клетки цианобактерий, как правило, крупнее клеток других бактерий. Способность цианобактерий выделять кислород в процессе фотосинтеза, наличие у них фотосинтетических мембран, и хлорофилл а свидетельствуют о том, что цианобактерии вполне могут быть эволюционным звеном между остальными бактериями и эукариотами.


Рис 4. Строение цианобактерии Апаbaепа. Клетки могут быть одиночными (Б) или объединенными в колонии (А).
http://proznania.ru/books/str/0440/pic/2_14.gif


  • Хемоавтотрофы – энергию получают при окислении неорганических веществ (хемосинтез). Например,

    • серобактерии окисляют сероводород до серы,

    • железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного,

    • нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотной кислоты. Процесс нитрификации протекает в две стадии. На первом этапе аммиак окисляется до нитрита, что сопровождается выделением энергии. Этот этап осуществляется такими, например, бактериями, как Nitrosomonas. На втором этапе образовавшийся нитрит окисляется до нитрата с высвобождением дополнительной энергии. Этот этап осуществляется, например, Nitrobacter

http://proznania.ru/books/str/0440/pic/f01.gif
Сходство и различие фотосинтеза и хемосинтеза

  • Сходства: все это пластический обмен, из неорганических веществ делаются органические (из углекислого газа и воды – глюкоза).

  • Различие: энергия для синтеза при фотосинтезе берется из света, а при хемосинтезе - из окислительно-восстановительных реакций.


Б)Гетеротрофы
Гетеротрофы получают органические вещества в готовом виде, с пищей. К хемогетеротрофам относится большинство бактерий.
Способы питания хемогетеротрофов:
1. Паразиты –любой организм, живущий внутри тела или на теле другого организма (хозяина), от которого он получает пищу и, как правило, убежище (туберкулёзная палочка, холерный вибрион и т.п.) Паразиты, вызывающие болезни, называют патогенами. Одни паразиты, называемые облигатными, могут жить и расти только в живых клетках. Другие, называемые факультативными, заражают хозяина, вызывают его гибель и затем живут на его остатках как сапротрофы. Паразитические бактерии, или болезнетворные, способны выделять токсины (ядовитые вещества, воздействующие на определенные системы органов). Болезни, вызываемые бактериями: чума, сибирская язва, дифтерия, сифилис, холера, туберкулёз. Для профилактики бактериальных заболеваний необходим строгий бактериологический контроль, соблюдение правил личной гигиены, предохранительные прививки. Опасность бактериальных заболеваний была сильно снижена в конце XIX века с изобретением метода вакцинации, а в середине XX века с открытием антибиотиков.
2. Cапрофиты (сапротрофы) – питаются мертвыми организмами (бактерии гниения, бактерии брожения).
3. Cимбионты(мутуалисты) – получают питание от другого организма на взаимовыгодной основе. Например:

  • Лишайник – симбиоз грибов и водорослей (иногда цианобактерий). Водоросли дают грибу глюкозу, а гриб водорослям – соли и воду.http://www.ebio.ru/images/10020407.gif

  • Клубеньковые бактерии живут в специальных утолщениях (клубеньках) на корнях растений семейства бобовых. Растения дают бактериям глюкозу, а бактерии дают растениям соли азота, которые они получают при фиксации азота воздуха.

  • Бактерии населяют желудочно-кишечный тракт (рубец желудка жвачных) животных и необходимы для нормального пищеварения.

  • Кишечные бактерии обеспечивают нормальную работу пищеварительной системы и у человека. В толстой кишке обитает основная масса анаэробных микроорганизмов - бифидобактерии , лактобактерии, кишечная палочка, энтерококки; участвуют в переваривании пищевых волокон (целлюлозы), ферментативном расщеплении белков, высокомолекулярных углеводов, жиров и в процессе обмена веществ вырабатывают витамины (тиамин, рибофлавин, пиридоксин, витамины В12, К, никотиновую, фолиевую, пантотеновую кислоты), участвуют в обмене холестерина, билирубина, холина, желчных и жирных кислот, и также влияют на всасывание железа и кальция.


Бактерии освоили все среды обитания.

Они живут практически везде: в почве, в пыли, в воздухе, в воде, на теле животных, внутри живых организмов. Они сохраняют свою жизнеспособность в горячих источниках при температуре 90 градусов С, в нефтяных скважинах на глубине 1 700 метров, на дне океана – глубже 10 километров. Некоторые бактерии выживают после пятидневного кипячения, в условиях вакуума. Многие бактерии могут жить без кислорода. Объяснение: образование покоящихся форм- спор – для переживания неблагоприятных условий.


Размножаются простым делением пополам (бесполое размножение).
Достигнув определенного размера, в бактериальной клетке происходит удвоение генетического материала. У самых быстрорастущих бактерий деление происходит через

каждые 20 мин.



Бактерии способны расти как в присутствии свободного кислорода (аэробы), так и при его отсутствии (анаэробы).

Рис 5.Деление клетки бактерии пополам
http://pandia.ru/text/78/050/images/image031.jpg

Способы получения энергии у бактерий: фотосинтез, дыхание, брожение.
А)Фотосинтез

У одних фотосинтез сопровождается выделением кислорода (оксигенные бактерии), у других нет (аноксигенные фототрофы).

  • Оксигенные бактерии представлены цианобактериями ( Синезелёные водоросли), они, как все водоросли, содержат хлорофилл а. 

  • Аноксигенные фототрофы содержат различные формы бактериохлорофиллов, к ним относят зелёные и пурпурные серные бактерии, пурпурные несерные бактерии. 

У зеленых бактерий фотосинтетический пигмент находится в хлоросомах и, частично, в клеточной мембране.

Б)Энергетический обмен (дыхание)

Какие процессы происходят на этапах энергетического обмена?

1) Подготовительная стадия энергетического обмена: сложные органические вещества (белки, жиры, углеводы) разлагаются до простых органических веществ (аминокислот, жирных кислот, моносахаров). Энергия, которая при этом выделяется, рассеивается в форме тепла (АТФ не образуется).


2)Гликолиз происходит в цитоплазме. Глюкоза окисляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК), при этом образуется 4 атома водорода и энергия на 2 АТФ. В бескислородных условиях из ПВК и водорода образуется молочная кислота (молочнокислое брожение), либо спирт и углекислый газ (спиртовое брожение).
3) В присутствии кислорода продукты гликолиза (ПВК и Н) окисляются в митохондриях до углекислого газа и воды, при этом образуется энергия на 36 АТФ.
У бактерий анаэробов диссимиляция протекает только в два первых этапа. III этап (кислородный) не проходит, т.к. нет митохондрий.

Гликолиз- неполное окисление глюкозы до 2 молекул Пировиноградной кислоты (ПВК) С3Н4О3с образованием энергии (200 кДж/моль) . 60% этой энергии рассеивается в виде тепла, остальные 40% - на образование АТФ.

С6Н12О6 +2 АДФ+ 2Ф = 2С3Н4О3+2 АТФ+2Н2О

В дальнейшем у бактерий происходит брожение.


В)Типы брожения у бактерий:
1.Спиртовое брожение- из одной молекулы глюкозы в результате получается две молекулы спирта (этанола) и две молекулы углекислого газа. 

2. Молочнокислое брожение, в ходе которого пируват восстанавливается до молочной кислоты, осуществляют молочнокислые бактерии. При сбраживании молока молочнокислые бактерии преобразуют лактозу в молочную кислоту, превращая молоко в кисломолочные продукты (йогурт, простокваша и др.)

C6H12O6 = 2 CH3CHOHCOOH или С3Н4О3(пируват) + Н= С3Н6О3(лактат)

Молочнокислое брожение лежит в основе силосования (Силосование – способ консервирования зеленого корма без доступа воздуха, при участии молочнокислых бактерий обитающих на поверхности растений), квашения овощей, переработки молока в кисломолочные продукты, сыра, кислосливочного масла и т.п.

Молочнокислые бактерии обитают на поверхности растений, в молоке, на пищевых продуктах, в кишечнике человека и животных.

3. Уксуснокислое брожение осуществляют многие бактерии. Уксус (уксусная кислота) — прямой результат бактериальной ферментации. При мариновании продуктов уксусная кислота предохраняет пищу от болезнетворных и вызывающих гниение бактерий.

4. Маслянокислое брожение приводит к образованию масляной кислоты; его возбудителями являются некоторые анаэробные бактерии рода Клостридиум


Бактерии имеют очень важное значение в природе и для человека.


  • Бактерии активно применяются в научных исследованиях по молекулярной биологии, генетике, генной инженерии и биохимии.

  • Производство антибиотиков. Эти вещества выделяются некоторыми бактериями и грибами. Эти вещества вызывают угнетение жизнедеятельности других бактерий.

  • Производство кормового белка.

  • Производство ферментов и генная инженерия. Возможность промышленно производить инсулин, получать спирты, кетоны, органические кислоты, полимерные вещества. Бактериальный синтез витаминов, гормонов, ферментов, антибиотиков и др.escherichiacoli niaid.jpg

  • Промышленное брожение. Путем брожения человек может получать различные вещества, например, уксусная кислота, силос, спирт, кисломолочные продукты.


Кишечная палочка

(Escherichia coli)
Плодородие почв. При жизнедеятельности почвенных бактерий происходит образование гумуса, который представляет собой разложившееся с помощью бактерий органическое вещество, содержащее все необходимые вещества для жизни растений. Кроме того, почвенные бактерии участвуют в круговороте различных веществ. Например, азота.

  • Лишь бактерии способны ассимилировать азот атмосферы.

  • Образование полезных ископаемых.

  • Разрушение растительной и животной биомассы-редуценты

  • Очистка сточных вод. Для очистки сточных вод применяются микроорганизмы, которые в короткие сроки могут перевести большинство органических соединений в неорганические.

  • Бактерии симбионты. В кишечнике многих животных и человека обитает так называемая микрофлора, которая способна переваривать потребляемую организмом пищу и синтезируют витамины.

  • Биологические методы борьбы с вредителями, различные бактерии могут заражать и вызывать гибель вредителей сельского хозяйства..

  • Многие бактерии вызывают болезни человека, животных и растений.



Достарыңызбен бөлісу:


©stom.tilimen.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет