От гледна точка на съвременната наука прокариотите имат примитивна структура. Но именно тази „непретенциозност“ им помага да оцелеят в най-неочаквани условия. Например в източници на сероводород или на полигони за ядрени опити. Учените са изчислили, че общата маса на всички сухоземни микроорганизми е 550 милиарда тона.

Бактериите имат едноклетъчна структура. Но това не означава, че бактериалните клетки отстъпват на животински или растителни клетки. Микробиологията вече има знания за стотици хиляди видове микроорганизми. Въпреки това, представители на науката всеки ден откриват нови видове и характеристики.

Не е чудно, че за да колонизират напълно повърхността на Земята, микроорганизмите трябва да приемат различни форми:

коки - топчета;
стрептококи – вериги;
бацили - пръчици;
vibrios - извити запетаи;
spirilla - спирали.

Размерът на бактериите се измерва в нанометри и микрометри. Средната им стойност е 0,8 микрона. Но сред тях има гигантски прокариоти, достигащи 125 микрона и повече. Истинските гиганти сред лилипутите са спирохетите с дължина 250 микрона. Сега сравнете с тях размера на най-малката прокариотна клетка: микоплазмите "растат" доста и достигат 0,1-0,15 микрона в диаметър.

Струва си да се каже, че не е толкова лесно гигантските бактерии да оцелеят в околната среда. За тях е трудно да намерят достатъчно хранителни вещества, за да изпълняват успешно функцията си. Но те не са лесна плячка за хищните бактерии, които се хранят със своите събратя едноклетъчни микроорганизми, „текат наоколо“ и ги изяждат.

Външна структура на бактериите

Клетъчна стена

Клетъчната стена на бактериалната клетка е нейната защита и опора. Той придава на микроорганизма собствена специфична форма.
Клетъчната стена е пропусклива. Хранителните вещества преминават навътре и метаболитните продукти преминават през него.
Някои видове бактерии произвеждат специална слуз, която прилича на капсула, която ги предпазва от изсъхване.
Някои клетки имат флагели (един или повече) или власинки, които им помагат да се движат.
Бактериални клетки, които изглеждат розови при оцветяване по Грам ( грам-отрицателни), клетъчната стена е по-тънка и многослойна. Освобождават се ензими, които помагат за разграждането на хранителните вещества.
Бактерии, които изглеждат виолетови при оцветяване по Грам ( грам-положителен), клетъчната стена е дебела. Хранителните вещества, които влизат в клетката, се разграждат в периплазменото пространство (пространството между клетъчната стена и цитоплазмената мембрана) от хидролитични ензими.
На повърхността на клетъчната стена има множество рецептори. Към тях са прикрепени клетъчни убийци - фаги, колицини и химични съединения.
Стенните липопротеини в някои видове бактерии са антигени, наречени токсини.
При продължително лечение с антибиотици и по ред други причини някои клетки губят мембраните си, но запазват способността си да се възпроизвеждат. Те придобиват закръглена форма - Г-образна и могат да персистират в човешкото тяло дълго време (коки или туберкулозни бацили). Нестабилните L-форми имат способността да се връщат към първоначалната си форма (реверсия).

Капсула

При неблагоприятни условия на околната среда бактериите образуват капсула. Микрокапсулата прилепва плътно към стената. Може да се види само в електронен микроскоп. Макрокапсулата често се образува от патогенни микроби (пневмококи). При Klebsiella pneumoniae винаги се открива макрокапсулата.

Обвивка, подобна на капсула

Подобната на капсула обвивка е формация, слабо свързана с клетъчната стена. Благодарение на бактериалните ензими подобната на капсула обвивка е покрита с въглехидрати (екзополизахариди) от външната среда, което осигурява адхезията на бактериите към различни повърхности, дори напълно гладки. Например, стрептококите, когато навлизат в човешкото тяло, могат да се придържат към зъбите и сърдечните клапи.

Функциите на капсулата са разнообразни:

защита от агресивни условия на околната среда,
осигуряване на адхезия (залепване) към човешки клетки,
Притежавайки антигенни свойства, капсулата има токсичен ефект, когато се въведе в жив организъм.

Камшичета

Някои бактериални клетки имат флагели (един или повече) или власинки, които им помагат да се движат. Камшичетата съдържат контрактилния протеин флагелин.
Броят на камшичетата може да бъде различен - един, сноп камшичета, камшичета в различни краища на клетката или по цялата повърхност.
Движението (случайно или ротационно) се извършва в резултат на ротационното движение на камшичетата.
Антигенните свойства на камшичетата имат токсичен ефект при заболяване.
Бактериите, които нямат флагели, когато са покрити със слуз, могат да се плъзгат. Водните бактерии съдържат 40–60 вакуоли, пълни с азот.

Осигуряват гмуркане и изкачване. В почвата бактериалната клетка се движи през почвените канали.

пиех

Пили (вили, фимбрии) покриват повърхността на бактериалните клетки. Вилусът е спирално усукана тънка куха нишка с белтъчна природа.
Общ тип пиеосигуряват адхезия (залепване) към клетките гостоприемници. Броят им е огромен и варира от няколкостотин до няколко хиляди. От момента на прикрепването започва всеки инфекциозен процес.
Секс пиеулесняват трансфера на генетичен материал от донора към реципиента. Броят им е от 1 до 4 на клетка.

Цитоплазмена мембрана

Цитоплазмената мембрана е разположена под клетъчната стена и представлява липопротеин (до 30% липиди и до 70% протеини).
Различните бактериални клетки имат различен липиден състав на мембраната.
Мембранните протеини изпълняват много функции. Функционални протеиниса ензими, благодарение на които върху цитоплазмената мембрана се осъществява синтезът на различните му компоненти и др.
Цитоплазмената мембрана се състои от 3 слоя. Фосфолипидният двоен слой е пропит с глобулини, които осигуряват транспортирането на вещества в бактериалната клетка. Ако нейната функция е нарушена, клетката умира.
Цитоплазмената мембрана участва в спорулацията.

Вътрешна структура на бактериите

Цитоплазма

Цялото съдържание на клетката, с изключение на ядрото и клетъчната стена, се нарича цитоплазма. Течната, безструктурна фаза на цитоплазмата (матрица) съдържа рибозоми, мембранни системи, митохондрии, пластиди и други структури, както и резервни хранителни вещества. Цитоплазмата има изключително сложна, фина структура (слоеста, зърнеста). С помощта на електронен микроскоп са разкрити много интересни детайли от клетъчната структура.

Външният липопротеинов слой на бактериалния протопласт, който има специални физични и химични свойства, се нарича цитоплазмена мембрана. В цитоплазмата се намират всички жизненоважни структури и органели. Цитоплазмената мембрана играе много важна роля - тя регулира навлизането на вещества в клетката и отделянето на метаболитни продукти навън. Чрез мембраната хранителните вещества могат да навлязат в клетката в резултат на активен биохимичен процес с участието на ензими.

В допълнение, синтезът на някои клетъчни компоненти се извършва в мембраната, главно компоненти на клетъчната стена и капсулата. И накрая, цитоплазмената мембрана съдържа най-важните ензими (биологични катализатори). Подреденото разположение на ензимите върху мембраните позволява да се регулира тяхната активност и да се предотврати разрушаването на някои ензими от други. С мембраната са свързани рибозоми - структурни частици, върху които се синтезира протеин. Мембраната се състои от липопротеини. Той е достатъчно силен и може да осигури временно съществуване на клетка без черупка. Цитоплазмената мембрана съставлява до 20% от сухата маса на клетката.

В електронни снимки на тънки участъци от бактерии цитоплазмената мембрана изглежда като непрекъсната нишка с дебелина около 75A, състояща се от светъл слой (липиди), поставен между два по-тъмни (протеини). Всеки слой е широк 20–30A. Такава мембрана се нарича елементарна.

Гранули

Цитоплазмата на бактериалните клетки често съдържа гранули с различни форми и размери. Въпреки това, тяхното присъствие не може да се счита за някакъв вид постоянен признак на микроорганизъм; обикновено е свързано до голяма степен с физическите и химичните условия на околната среда.

Много цитоплазмени включвания са съставени от съединения, които служат като източник на енергия и въглерод. Тези резервни вещества се образуват, когато тялото е снабдено с достатъчно хранителни вещества и, обратно, се използват, когато тялото се намира в условия, по-неблагоприятни откъм хранене.

При много бактерии гранулите се състоят от нишесте или други полизахариди - гликоген и гранулоза. Някои бактерии, когато се отглеждат в богата на захар среда, имат капчици мазнина вътре в клетката. Друг широко разпространен вид гранулирани включвания е волутин (метахроматинови гранули). Тези гранули се състоят от полиметафосфат (резервно вещество, съдържащо остатъци от фосфорна киселина). Полиметафосфатът служи като източник на фосфатни групи и енергия за тялото. Бактериите са по-склонни да натрупват волутин при необичайни хранителни условия, като среда без сяра. В цитоплазмата на някои серни бактерии има капчици сяра.

Мезозоми

Между плазмената мембрана и клетъчната стена има връзка под формата на десмози - мостове. Цитоплазмената мембрана често поражда инвагинации - издатини в клетката. Тези инвагинации образуват специални мембранни структури в цитоплазмата, наречени мезозоми.

Някои видове мезозоми са тела, отделени от цитоплазмата чрез собствена мембрана. Множество везикули и тубули са опаковани вътре в тези мембранни торбички. Тези структури изпълняват различни функции в бактериите. Някои от тези структури са аналози на митохондриите.

Други изпълняват функциите на ендоплазмения ретикулум или апарата на Голджи. Чрез инвагинация на цитоплазмената мембрана се образува и фотосинтетичният апарат на бактериите. След инвагинация на цитоплазмата, мембраната продължава да расте и образува купчини, които по аналогия с растителните хлоропластни гранули се наричат тилакоидни купчини. В тези мембрани, които често запълват по-голямата част от цитоплазмата на бактериалната клетка, са локализирани пигменти (бактериохлорофил, каротеноиди) и ензими (цитохроми), които извършват процеса на фотосинтеза.

Нуклеоид

Бактериите нямат такова ядро като висшите организми (еукариоти), но имат своя аналог - „ядрен еквивалент“ - нуклеоид, който е еволюционно по-примитивна форма на организация на ядрената материя. Състои се от една двойноверижна ДНК верига, затворена в пръстен, с дължина 1,1–1,6 nm, която се счита за единична бактериална хромозома или генофор. Нуклеоидът при прокариотите не е отграничен от останалата част на клетката с мембрана - липсва му ядрена обвивка.

Нуклеоидните структури включват РНК полимераза, основни протеини и липсват хистони; хромозомата е закотвена върху цитоплазмената мембрана, а при грам-положителните бактерии - върху мезозомите. Бактериалната хромозома се репликира по поликонсервативен начин: двойната спирала на родителската ДНК се развива и върху шаблона на всяка полинуклеотидна верига се сглобява нова комплементарна верига. Нуклеоидът няма митотичен апарат и отделянето на дъщерните ядра се осигурява от растежа на цитоплазмената мембрана.

Бактериалното ядро е диференцирана структура. В зависимост от етапа на развитие на клетката нуклеоидът може да бъде дискретен (прекъснат) и да се състои от отделни фрагменти. Това се дължи на факта, че разделянето на бактериална клетка във времето настъпва след завършване на цикъла на репликация на ДНК молекулата и образуването на дъщерни хромозоми.

Нуклеоидът съдържа основната част от генетичната информация на бактериалната клетка. В допълнение към нуклеоида, в клетките на много бактерии се намират екстрахромозомни генетични елементи - плазмиди, които са малки кръгови ДНК молекули, способни на автономна репликация.

Плазмиди

Плазмидите са автономни молекули, навити в пръстен от двойноверижна ДНК. Тяхната маса е значително по-малка от масата на нуклеотида. Въпреки факта, че наследствената информация е кодирана в ДНК на плазмидите, те не са жизненоважни и необходими за бактериалната клетка.

Рибозоми

Цитоплазмата на бактериите съдържа рибозоми - протеиносинтезиращи частици с диаметър 200А. Има повече от хиляда от тях в клетка. Рибозомите се състоят от РНК и протеин. При бактериите много рибозоми са свободно разположени в цитоплазмата, някои от тях могат да бъдат свързани с мембрани.

Рибозомите са центровете на протеиновия синтез в клетката. В същото време те често се свързват помежду си, образувайки агрегати, наречени полирибозоми или полизоми.

Включвания

Включенията са метаболитни продукти на ядрени и неядрени клетки. Те представляват запас от хранителни вещества: гликоген, нишесте, сяра, полифосфат (валутин) и др. Включванията често, когато са боядисани, придобиват различен вид от цвета на багрилото. Валутата може да се използва за диагностициране на дифтериен бацил.

Какво липсва в бактериалните клетки?

Тъй като бактерията е прокариотен микроорганизъм, бактериалните клетки винаги нямат много органели, които са присъщи на еукариотните организми:

апаратът на Голджи, който помага на клетката, като натрупва ненужни вещества и впоследствие ги извежда от клетката;
пластидите, съдържащи се само в растителните клетки, определят техния цвят и също играят значителна роля във фотосинтезата;
лизозоми, които имат специални ензими и спомагат за разграждането на протеините;
митохондриите осигуряват на клетките необходимата енергия и също участват в репродукцията;
ендоплазмен ретикулум, който осигурява транспортирането на определени вещества в цитоплазмата;
клетъчен център.

Също така си струва да запомните, че бактериите нямат клетъчна стена, поради което процеси като пиноцитоза и фагоцитоза не могат да възникнат.

Характеристики на бактериалните процеси

Като специални микроорганизми, бактериите са адаптирани да съществуват в условия, при които може да липсва кислород. Но самото им дишане се дължи на мезозоми. Също така е много интересно, че зелените организми могат да фотосинтезират точно като растенията. Но е важно да се има предвид, че при растенията процесът на фотосинтеза протича в хлоропластите, докато при бактериите - върху мембраните.

Размножаването в бактериална клетка става по най-примитивния начин. Зрялата клетка се дели на две, след известно време те достигат зрялост и този процес се повтаря. При благоприятни условия може да се извърши смяна на 70-80 поколения на ден. Важно е да запомните, че бактериите, поради тяхната структура, нямат достъп до методи на възпроизвеждане като митоза и мейоза. Те са уникални за еукариотните клетки.

Известно е, че образуването на спори е един от няколкото начина за размножаване на гъби и растения. Но бактериите също могат да образуват спори, което е характерно за малко от техните видове. Те имат тази способност, за да оцелеят в особено неблагоприятни условия, които могат да бъдат животозастрашаващи.

Известни са видове, които могат да оцелеят дори в космически условия. Това не може да се повтори от никой жив организъм. Бактериите станаха прародители на живота на Земята поради простотата на тяхната структура. Но фактът, че съществуват и до днес, показва колко важни са те за света около нас. С тяхна помощ хората могат да се доближат максимално до отговора на въпроса за произхода на живота на Земята, като непрекъснато изучават бактериите и научават нещо ново.

Най-интересните и завладяващи факти за бактериите

Стафилококовите бактерии жадуват за човешка кръв

Staphylococcus aureus е често срещан вид бактерия, която засяга около 30 процента от всички хора. При някои хора той е част от микробиома (микрофлората) и се намира както в тялото, така и върху кожата или в устата. Докато има безобидни щамове на стафилокок, други, като резистентния към метицилин Staphylococcus aureus, причиняват сериозни здравословни проблеми, включително кожни инфекции, сърдечно-съдови заболявания, менингит и храносмилателни заболявания.

Изследователи от университета Вандербилт са открили, че стафилококовите бактерии предпочитат човешката кръв пред животинската. Тези бактерии са част от желязото, което се съдържа в хемоглобина, открит в червените кръвни клетки. Staphylococcus aureus разрушава кръвните клетки, за да стигне до желязото в тях. Смята се, че генетичните вариации в хемоглобина могат да направят някои хора по-желани от стафилококови бактерии, отколкото други.

Бактериите причиняват дъжд

Изследователите са открили, че бактериите в атмосферата могат да играят роля в производството на дъжд и други форми на валежи. Този процес започва, когато бактериите от растенията се пренасят от вятъра в атмосферата. На височина около тях се образува лед и те започват да растат. След като замразените бактерии достигнат определен праг на растеж, ледът започва да се топи и се връща на земята като дъжд. Бактерии от вида Psuedomonas syringae дори са открити в центъра на големи частици град. Те произвеждат специален протеин в клетъчните си мембрани, който им позволява да свързват водата по уникален начин, насърчавайки образуването на лед.

Борба с бактериите, причиняващи акне

Изследователите са открили, че определени щамове бактерии, причиняващи акне, могат действително да помогнат за предотвратяване на акне. Бактерията, която причинява акне, Propionibacterium acnes, живее в порите на нашата кожа. Когато тези бактерии провокират имунен отговор, областта на кожата се подува и се образуват пъпки.

Въпреки това е установено, че някои щамове бактерии са по-малко склонни да причинят акне. Тези щамове може да са причината хората със здрава кожа рядко да развиват акне. Чрез изучаване на гените на щамове Propionibacterium acnes, събрани от хора с акне и здрава кожа, изследователите идентифицираха щам, който е често срещан при чиста кожа и рядък при кожа с акне. Бъдещите изследвания ще включват усилия за разработване на лекарство, което убива само причиняващите акне щамове на бактерията Propionibacterium acnes.

Бактериите по венците могат да доведат до сърдечни заболявания

Кой би помислил, че редовното миене на зъбите може да помогне за предотвратяване на сърдечни заболявания? Предишни проучвания са установили връзка между заболяванията на венците и сърдечно-съдовите заболявания. Сега учените са открили специфична връзка между тези заболявания.

Смята се, че както бактериите, така и хората произвеждат определени видове протеини, наречени стрес протеини. Тези протеини се образуват, когато клетките изпитват различни видове стресови състояния. Когато човек има инфекция на венците, клетките на имунната система започват да атакуват бактериите. Бактериите произвеждат стресови протеини, когато са атакувани, а белите кръвни клетки също атакуват стресовите протеини.

Проблемът е, че белите кръвни клетки не могат да разграничат стресовите протеини, произведени от бактериите, и тези, произведени от тялото. В резултат на това клетките на имунната система също атакуват стресовите протеини, произведени от тялото, причинявайки натрупване на бели кръвни клетки в артериите и водещо до атеросклероза. Калцифицираното сърце е водеща причина за сърдечно-съдови заболявания.

Почвените бактерии подобряват ученето

Знаете ли, че прекарването на време в градинарство или градинарство може да ви помогне да научите по-добре? Според изследователите почвената бактерия Mycobacterium vaccae може да подобри ученето при бозайниците.

Тези бактерии вероятно влизат в тялото ни чрез поглъщане или чрез дишане. Учените предполагат, че бактерията Mycobacterium vaccae подобрява ученето чрез стимулиране на растежа на невроните в мозъка, което води до повишени нива на серотонин и намалена тревожност.

Изследването е проведено с мишки, които са хранени с живи бактерии Mycobacterium vaccae. Резултатите показват, че мишките, които са яли бактериите, са се придвижвали през лабиринта много по-бързо и с по-малко безпокойство от мишките, които не са яли бактериите. Учените предполагат, че Mycobacterium vaccae играе роля за подобряване на разрешаването на проблеми и намаляване на нивата на стрес.

Бактериални енергийни машини

Изследователи от Националната лаборатория в Аргон са открили, че бактерията Bacillus subtilis има способността да върти много малки зъбни колела. Тези бактерии са аеробни, което означава, че се нуждаят от кислород, за да растат и да се развиват. Когато се поставят в разтвор, съдържащ микро въздушни мехурчета, бактериите плуват върху зъбите на зъбното колело и го карат да се върти в определена посока.

Необходими са няколкостотин бактерии, работещи в унисон, за да започне предавката да се върти. Открито е също, че бактериите могат да въртят няколко взаимосвързани зъбни колела. Изследователите са успели да контролират скоростта, с която бактериите въртят предавките, като регулират количеството кислород в разтвора. Намаляването на кислорода доведе до забавяне на бактериите. Премахването на кислорода ги кара да спрат да се движат напълно.

Бактериите, въпреки привидната си простота, имат добре развита клетъчна структура, която е отговорна за много от техните уникални биологични свойства. Много структурни детайли са уникални за бактериите и не се срещат сред археите или еукариотите. Въпреки това, въпреки относителната простота на бактериите и лекотата на отглеждане на отделни щамове, много бактерии не могат да бъдат отгледани в лаборатория и техните структури често са твърде малки за изследване. Следователно, въпреки че някои принципи на структурата на бактериалните клетки са добре разбрани и дори приложени към други организми, повечето от уникалните характеристики и структури на бактериите все още са неизвестни.

клетъчна морфология

Повечето бактерии са или със сферична форма, така наречените коки (от гръцката дума кокос- зърно или зрънце), или пръчковидни, така наречените бацили (от латинската дума бацил- пръчка). Някои пръчковидни бактерии (вибриони) са донякъде огънати, докато други образуват спирални къдрици (спирохети). Цялото това разнообразие от бактериални форми се определя от структурата на тяхната клетъчна стена и цитоскелет. Тези форми са важни за бактериалната функция, защото могат да повлияят на способността на бактериите да получават хранителни вещества, да се прикрепят към повърхности, да се движат и да избягат от хищници.

Размер на бактериите

Бактериите могат да имат широка гама от форми и размери (или морфологии). По размер бактериалните клетки обикновено са 10 пъти по-малки от еукариотните клетки, като разбира се са само 0,5-5,0 µm при най-големия си размер, въпреки че гигантски бактерии като напр. Thiomargarita namibiensisИ Epulopiscium fishelsoni,може да нарасне до 0,5 мм и да се вижда с просто око. Най-малките свободно живеещи бактерии са микоплазмите, членове на рода Микоплазмасамо 0,3 микрона дължина, приблизително равна по размер на най-големите вируси.

Малкият размер е важен за бактериите, тъй като води до голямо съотношение на повърхността към обема, подпомагайки бързия транспорт на хранителни вещества и отделянето на отпадъци. Ниското съотношение на повърхността към обема, напротив, ограничава скоростта на метаболизма на микроба. Причината за съществуването на големи клетки е неизвестна, въпреки че изглежда, че големият обем се използва предимно за съхраняване на допълнителни хранителни вещества. Съществува обаче и най-малък размер свободно живееща бактерия. Според теоретичните изчисления, сферична клетка с диаметър по-малък от 0,15-0,20 микрона става неспособна за независимо възпроизвеждане, тъй като физически не съдържа всички необходими биополимери и структури в достатъчни количества. Напоследък нанобактериите (и подобни наночастициИ ултрамикробактерии),с размери по-малки от „допустимите“, въпреки че съществуването на такива бактерии все още е под въпрос. Те, за разлика от вирусите, са способни на независим растеж и възпроизвеждане, но изискват редица хранителни вещества, които не могат да синтезират от клетката гостоприемник.

Структура на клетъчната мембрана

Както при други организми, бактериалната клетъчна стена осигурява структурната цялост на клетката. При прокариотите основната функция на клетъчната стена е да защитава клетката от вътрешния тургор, причинен от много по-високи концентрации на протеини и други молекули вътре в клетката в сравнение с тези около нея. Бактериалната клетъчна стена се различава от стената на всички други организми по наличието на пептидогликан (роли-N-ацетилглюкозамин и N-ацетомурамова киселина), който се намира директно извън цитоплазмената мембрана. Пептидогликанът е отговорен за твърдостта на бактериалната клетъчна стена и отчасти за определяне на формата на клетката. Той е сравнително порест и не издържа на проникването на малки молекули. Повечето бактерии имат клетъчни стени (с няколко изключения, като микоплазма и сродни бактерии), но не всички клетъчни стени имат еднаква структура. Има два основни типа бактериални клетъчни стени, грам-положителни и грам-отрицателни бактерии, които се различават чрез оцветяване по Грам.

Клетъчна стена на грам-положителни бактерии

Клетъчната стена на Грам-положителните бактерии се характеризира с наличието на много дебел слой пептидогликан, който е отговорен за оцветяването на багрилото генциан виолет по време на процедурата на оцветяване по Грам. Такава стена се намира изключително в организми, принадлежащи към вида Actinobacteria (или грам-положителни бактерии с висок %G+C) и Firmicutes (или грам-положителни бактерии с нисък %G+C). Бактериите от групата Deinococcus-Thermus също могат да оцветяват положително за оцветяване по Грам, но съдържат някои структури на клетъчната стена, типични за Грам-отрицателни организми. Клетъчните стени на грам-положителните бактерии имат вградени полиалкохоли, наречени техоева киселина, някои от които се свързват с липиди, за да образуват липохоеви киселини. Тъй като липохоевите киселини се свързват ковалентно с липидите в цитоплазмената мембрана, те са отговорни за свързването на пептидогликана с мембраната. Техоевата киселина осигурява на грам-положителните бактерии положителна електрическа полза поради фосфодиестератните връзки между мономерите на техоевата киселина.

Клетъчна стена на грам-отрицателни бактерии

За разлика от Грам-положителните бактерии, Грам-отрицателните бактерии съдържат много тънък слой пептидогликан, който е отговорен за неспособността на клетъчните стени да съдържат кристално виолетово багрило по време на процедурата за оцветяване по Грам. В допълнение към пептидогликановия слой, грам-отрицателните бактерии имат втора, така наречената външна мембрана, разположена извън клетъчната стена и сглобява фосфолипиди и липополизахариди от външната си страна. Отрицателно зареденият липополизахарид също осигурява на клетката отрицателен електрически заряд. Химическата структура на липополизахарида на външната мембрана често е уникална за отделните щамове бактерии и често е отговорна за реакцията на антигени с членове на тези щамове.

външна мембрана

Като всеки фосфолипиден двуслой, външната мембрана е доста непропусклива за всички заредени молекули. Въпреки това, протеиновите канали (dip), налични във външната мембрана, позволяват пасивния транспорт на много йони, захари и аминокиселини през външната мембрана. По този начин тези молекули присъстват в периплазмата, слоят между външната и цитоплазмената мембрана. Периплазмата съдържа слой от пептидогликан и много протеини, които са отговорни за хидролизата и приемането на извънклетъчни сигнали. Чете се, че периплазмата е гелообразна, а не течна, поради високото съдържание на протеин и пептидогликан. Сигналите и жизнените вещества от периплазмената мембрана навлизат в клетъчната цитоплазма с помощта на транспортни протеини в цитоплазмената мембрана.

Бактериална цитоплазмена мембрана

Бактериалната цитоплазмена мембрана е съставена от двоен слой от фосфолипиди и следователно има всички общи функции на цитоплазмената мембрана, действайки като пропусклива бариера за повечето молекули и обхващайки транспортни протеини, които регулират транспорта на молекули в клетките. В допълнение към тези функции, енергийните циклични реакции също се случват върху бактериалните цитоплазмени мембрани. За разлика от еукариотите, бактериалните мембрани (с някои изключения, като микоплазми и метанотрофи) обикновено не съдържат стероли. Много бактерии обаче съдържат структурно свързани съединения, наречени хопаноиди, които вероятно изпълняват същата функция. За разлика от еукариотите, бактериите могат да имат голямо разнообразие от мастни киселини в мембраните си. Наред с типичните наситени и ненаситени мастни киселини, бактериите могат да съдържат мастни киселини с допълнителни метилови, хидрокси или дори циклични групи. Относителните пропорции на тези мастни киселини могат да се регулират от бактерията, за да се поддържа оптимална течливост на мембраната (например при промени в температурата).

Повърхностни структури на бактерии

Власинки и фимбрии

Власинки и фимбрии (пили, фимбрии)— ориенталски по структура повърхностните структури на бактериите. Първоначално тези термини бяха въведени отделно, но сега такива структури се класифицират като типове I, IV и полови вили, но много други видове остават некласифицирани.

Гениталните власинки са много дълги (5-20 микрона) и присъстват върху бактериалната клетка в малки количества. Те се използват за обмен на ДНК по време на бактериална конюгация.

Власинките или фимбриите от тип I са къси (1-5 микрона), простират се от външната мембрана в много посоки и имат тръбеста форма, присъстват в много членове на типа Proteobacteria. Тези влакна обикновено се използват за закрепване към повърхности.

Власинките или фимбриите от тип IV са със средна дължина (около 5 микрона), разположени на полюсите на бактериите. Власинките тип IV помагат да се прикрепят към повърхности (например по време на образуването на биофилми) или към други клетки (например животински клетки по време на патогенезата). Някои бактерии (напр. Myxococcus) използват въси тип IV като механизъм на движение.

Убиец

На повърхността, извън пептидигликановия слой или външната мембрана, често има протеинов S-слой. Въпреки че функцията на този слой не е напълно известна, се смята, че този слой осигурява химическа и физическа защита на клетъчната повърхност и може да служи като макромолекулна бариера. Смята се също, че S-слоевете могат да имат други функции, например, те могат да служат като патогенни фактори в Campylobacterи съдържа външни ензими в Bacillus stearothermophilus.

Капсули и слуз

Много бактерии секретират извънклетъчни полимери извън клетъчните си стени. Тези полимери обикновено са съставени от полизахариди и понякога протеини. Капсулите са относително непропускливи структури, които не могат да бъдат боядисани с много багрила. Те обикновено се използват за прикрепване на бактерии към други клетки или неживи повърхности при образуване на биофилми. Те имат разнообразна структура от неорганизиран лигавичен слой от клетъчни полимери до силно структурирани мембранни капсули. Понякога тези структури участват в защитата на клетките от поглъщане от еукариотни клетки, като макрофаги. Освен това отделянето на слуз има сигнална функция за бавно движещи се бактерии и вероятно се използва директно за движението на бактериите.

камшичета

Може би най-лесно разпознаваемата извънклетъчна структура на бактериална клетка е флагелата. Бактериалните флагели са нишковидни структури, които активно се въртят около оста си с помощта на флагеларен двигател и са отговорни за движението на много бактерии в течна среда. Местоположението на камшичетата зависи от вида на бактериите и има няколко вида. Клетъчните флагели са сложни структури, състоящи се от много протеини. Самата нишка е съставена от флагелин (FlaA), който образува нишка с тръбна форма. Базалният двигател е голям протеинов комплекс, който обхваща клетъчната стена и двете й мембрани (ако има), образувайки ротационния двигател. Този двигател се движи благодарение на електрическия потенциал на цитоплазмената мембрана.

системи за отделяне

Освен това в цитоплазмената мембрана и клетъчната мембрана са разположени специализирани секреторни системи, чиято структура зависи от вида на бактерията.

Вътрешна структура

В сравнение с еукариотите, вътреклетъчната структура на бактериалната клетка е малко по-проста. Бактериите почти не съдържат мембранни органели като еукариотите. Разбира се, хромозомата и рибозомите са единствените лесно видими вътреклетъчни структури, открити във всички бактерии. Въпреки че някои групи бактерии съдържат сложни, специализирани вътреклетъчни структури, някои от тях са обсъдени по-долу.

Цитоплазма и цитоскелет

Цялата вътрешност на бактериалната клетка в рамките на вътрешната мембрана се нарича цитоплазма. Хомогенната фракция на цитоплазмата, съдържаща набор от разтворима РНК, протеини, продукти и субстрати на метаболитни реакции, се нарича цитозол. Другата част на цитоплазмата е представена от различни структурни елементи, включително хромозома, рибозоми, бактериален цитоскелет и др. Доскоро се смяташе, че бактериите нямат цитоскелет, но сега в бактериите са открити ортолози или дори хомолози на всички видове еукариотни филаменти: микротубули (FtsZ), актин (MreB и ParM) и междинни филаменти (Crestentin). Цитоскелетът има много функции, често отговорни за формата на клетката и вътреклетъчния транспорт.

Бактериална хромозома и плазмиди

За разлика от еукариотите, бактериалната хромозома не е разположена във вътрешната част на мембранното ядро, а е разположена в цитоплазмата. Това означава, че трансферът на клетъчна информация чрез процесите на транслация, транскрипция и репликация се извършва в рамките на едно и също отделение и неговите компоненти могат да взаимодействат с други структури на цитоплазмата, по-специално рибозоми. Бактериалната хромозома не е опакована с помощта на хистони като еукариотите, а вместо това съществува като компактна, свръхнавита структура, наречена нуклеоид. Самите бактериални хромозоми са кръгли, въпреки че има примери за линейни хромозоми (например в Borrelia burgdorferi).Заедно с хромозомната ДНК, повечето бактерии също съдържат малки независими части от ДНК, наречени плазмиди, които често кодират отделни протеини, които са полезни, но с малко значение за бактерията гостоприемник. Плазмидите могат лесно да бъдат придобити или загубени от бактерии и могат да бъдат прехвърляни между бактерии като форма на хоризонтален генен трансфер.

Рибозоми и протеинови комплекси

В повечето бактерии множество вътреклетъчни структури са рибозоми, мястото на протеиновия синтез във всички живи организми. Бактериалните рибозоми също са малко по-различни от еукариотните и археалните рибозоми и имат седиментационна константа 70S (за разлика от 80S при еукариотите). Въпреки че рибозомата е най-често срещаният вътреклетъчен протеинов комплекс в бактериите, други големи комплекси понякога се наблюдават с помощта на електронна микроскопия, въпреки че в повечето случаи тяхната цел е неизвестна.

вътрешни мембрани

Една от основните разлики между бактериална клетка и еукариотна клетка е липсата на ядрена мембрана и често липсата на мембрани изобщо в рамките на цитоплазмата. Много важни биохимични реакции, като реакции на енергиен цикъл, възникват поради йонни градиенти през мембраните, създавайки потенциална разлика като батерия. Липсата на вътрешни мембрани в бактериите означава, че тези реакции, като трансфер на електрони при верижни реакции на транспорт на електрони, протичат през цитоплазмената мембрана, между цитоплазмата и периплазмата. При някои фотосинтезиращи бактерии обаче има развита мрежа от цитоплазмени фотосинтетични мембрани, получени от тях. В лилавите бактерии (напр. Rhodobacter)те са запазили връзка с цитоплазмената мембрана, която лесно се открива на срезове под електронен микроскоп, но при цианобактериите тази връзка е или трудна за намиране, или е изгубена в процеса на еволюцията.

гранули

Някои бактерии образуват вътреклетъчни гранули, за да съхраняват хранителни вещества като гликоген, полифосфат, сяра или полихидроксиалканоати, давайки на бактериите способността да съхраняват тези вещества за по-късна употреба.

газови везикули

Газовите везикули са вретеновидни структури, открити в някои плаващи бактерии, които осигуряват плаваемост на клетките на тези бактерии, намалявайки общата им плътност. Те се състоят от протеинова обвивка, която е много непропусклива за вода, но проникваща за повечето газове. Чрез регулиране на количеството газ, присъстващо в газовите везикули, бактерията може да увеличи или намали общата си плътност и по този начин да се движи нагоре или надолу във водния стълб, поддържайки се в среда, оптимална за растеж.

Карбоксизоми

Карбоксизомите са вътреклетъчни структури, открити в много автотрофни бактерии, като цианобактерии, азотни бактерии и нитробактерии. Това са протеинови структури, които приличат на вирусни частици по морфология и съдържат ензимите за фиксиране на въглероден диоксид в тези организми (особено рибулоза бифосфат карбоксилаза/оксигеназа, RuBisCO и карбоанхидраза). Смята се, че високата локална концентрация на ензими заедно с бързото превръщане на бикарбоната във въглеродна киселина от карбоанхидразата позволява по-бързо и по-ефективно фиксиране на въглеродния диоксид, отколкото е възможно в цитоплазмата.

Известно е, че такива структури съдържат коензим В12-съдържаща глицерол дехидратаза, ключов ензим при ферментацията на глицерол до 1,3-пропандиол в някои членове на семейство Enterobacteriaceae (напр. салмонела).

Магнетозоми

Добре познат клас мембранни органели в бактерии, които приличат повече на еукариотни органели, но могат също да бъдат свързани с цитоплазмената мембрана, са магнитозомите, присъстващи в магнитотактичните бактерии.

Бактерии във фермата

С участието на бактерии се получават ферментирали млечни продукти (кефир, сирене) и отзотична киселина. Някои групи бактерии се използват за производството на антибиотици и витамини. Използва се за мариноване на зеле и дъбене на кожи. А в селското стопанство бактериите се използват за производството и съхранението на зелена храна за животни.

Жалко е във фермата

Бактериите могат да развалят храната. Утаявайки се в продуктите, те произвеждат токсични вещества както за хората, така и за животните. Ако серумът и отровните лекарства НЕ бъдат приложени навреме, човек може да умре! Затова задължително измивайте зеленчуците и плодовете преди консумация!

Спори и неактивни форми на бактерии

Някои бактерии от вида Firmicutes са способни да образуват ендоспори, което им позволява да издържат на екстремни условия на околната среда и химични условия (например грам-положителни бацил, Anaerobacter, HeliobacteriumИ Clostridium).В почти всички случаи се образува една ендоспрора, така че това не е репродуктивен процес Анаеробактерможе да образува до седем ендоспори на клетка. Ендоспорите имат централно ядро, съставено от цитоплазма, съдържаща ДНК и рибозоми, заобиколена от слой запушалка и защитена от непроницаема и твърда мембрана. Ендоспорите не проявяват никакъв метаболизъм и могат да издържат на екстремен физикохимичен натиск, като високи нива на ултравиолетова радиация, гама радиация, детергенти, дезинфектанти, топлина, налягане и сушене. В това неактивно състояние тези организми в някои случаи могат да останат жизнеспособни милиони години и да оцелеят дори в открития космос. Ендоспорите могат да причинят заболявания, например антракс може да бъде причинен от вдишване на ендоспори Bacillus anthracis.

Метанокисляващи бактерии в род Метилозинуссъщо образуват спори, които са устойчиви на изсушаване, т.нар екзоспори,защото се образуват чрез пъпкуване в края на клетката. Екзоспорите не съдържат диаминопиколинова киселина, характерен компонент на ендоспорите. Кистите са други неактивни, дебелостенни структури, образувани от членовете на родовете Azotobacter, Бделловибрио (бделоцисти),И Myxococcus (миксоспори).Те са устойчиви на изсушаване и други вредни въздействия, но в по-малка степен от ендопорите. Когато се образуват кисти, представители Azotobacter,клетъчното делене завършва с образуването на дебела многослойна стена и мембрана, обграждащи клетката. Нишковидните актинобактерии образуват репродуктивни спори от две категории: кондиционоспори,които са вериги от спори, образувани от нишки, подобни на мицел, и спорангиоспори,които се образуват в специални торбички, спорангии.

Видео по темата

коки - топчета;
стрептококи – вериги;
бацили - пръчици;
vibrios - извити запетаи;
spirilla - спирали.

Външна структура на бактериите

Клетъчна стена

Клетъчната стена на бактериалната клетка е нейната защита и опора. Той придава на микроорганизма собствена специфична форма.
Клетъчната стена е пропусклива. Хранителните вещества преминават навътре и метаболитните продукти преминават през него.
Някои видове бактерии произвеждат специална слуз, която прилича на капсула, която ги предпазва от изсъхване.
Някои клетки имат флагели (един или повече) или власинки, които им помагат да се движат.
Бактериални клетки, които изглеждат розови при оцветяване по Грам ( грам-отрицателни), клетъчната стена е по-тънка и многослойна. Освобождават се ензими, които помагат за разграждането на хранителните вещества.
Бактерии, които изглеждат виолетови при оцветяване по Грам ( грам-положителен), клетъчната стена е дебела. Хранителните вещества, които влизат в клетката, се разграждат в периплазменото пространство (пространството между клетъчната стена и цитоплазмената мембрана) от хидролитични ензими.
На повърхността на клетъчната стена има множество рецептори. Към тях са прикрепени клетъчни убийци - фаги, колицини и химични съединения.
Стенните липопротеини в някои видове бактерии са антигени, наречени токсини.
При продължително лечение с антибиотици и по ред други причини някои клетки губят мембраните си, но запазват способността си да се възпроизвеждат. Те придобиват закръглена форма - Г-образна и могат да персистират в човешкото тяло дълго време (коки или туберкулозни бацили). Нестабилните L-форми имат способността да се връщат към първоначалната си форма (реверсия).

Капсула

Обвивка, подобна на капсула

Функциите на капсулата са разнообразни:

защита от агресивни условия на околната среда,
осигуряване на адхезия (залепване) към човешки клетки,
Притежавайки антигенни свойства, капсулата има токсичен ефект, когато се въведе в жив организъм.

Камшичета

Някои бактериални клетки имат флагели (един или повече) или власинки, които им помагат да се движат. Камшичетата съдържат контрактилния протеин флагелин.
Броят на камшичетата може да бъде различен - един, сноп камшичета, камшичета в различни краища на клетката или по цялата повърхност.
Движението (случайно или ротационно) се извършва в резултат на ротационното движение на камшичетата.
Антигенните свойства на камшичетата имат токсичен ефект при заболяване.
Бактериите, които нямат флагели, когато са покрити със слуз, могат да се плъзгат. Водните бактерии съдържат 40–60 вакуоли, пълни с азот.

Осигуряват гмуркане и изкачване. В почвата бактериалната клетка се движи през почвените канали.

пиех

Пили (вили, фимбрии) покриват повърхността на бактериалните клетки. Вилусът е спирално усукана тънка куха нишка с белтъчна природа.
Общ тип пиеосигуряват адхезия (залепване) към клетките гостоприемници. Броят им е огромен и варира от няколкостотин до няколко хиляди. От момента на прикрепването започва всеки инфекциозен процес.
Секс пиеулесняват трансфера на генетичен материал от донора към реципиента. Броят им е от 1 до 4 на клетка.

Цитоплазмена мембрана

Цитоплазмената мембрана е разположена под клетъчната стена и представлява липопротеин (до 30% липиди и до 70% протеини).
Различните бактериални клетки имат различен липиден състав на мембраната.
Мембранните протеини изпълняват много функции. Функционални протеиниса ензими, благодарение на които върху цитоплазмената мембрана се осъществява синтезът на различните му компоненти и др.
Цитоплазмената мембрана се състои от 3 слоя. Фосфолипидният двоен слой е пропит с глобулини, които осигуряват транспортирането на вещества в бактериалната клетка. Ако нейната функция е нарушена, клетката умира.
Цитоплазмената мембрана участва в спорулацията.

Вътрешна структура на бактериите

Цитоплазма

Гранули

Мезозоми

Нуклеоид

Плазмиди

Рибозоми

Включвания

Какво липсва в бактериалните клетки?

апаратът на Голджи, който помага на клетката, като натрупва ненужни вещества и впоследствие ги извежда от клетката;
пластидите, съдържащи се само в растителните клетки, определят техния цвят и също играят значителна роля във фотосинтезата;
лизозоми, които имат специални ензими и спомагат за разграждането на протеините;
митохондриите осигуряват на клетките необходимата енергия и също участват в репродукцията;
ендоплазмен ретикулум, който осигурява транспортирането на определени вещества в цитоплазмата;
клетъчен център.

Характеристики на бактериалните процеси

Най-интересните и завладяващи факти за бактериите

Стафилококовите бактерии жадуват за човешка кръв

Бактериите причиняват дъжд

Борба с бактериите, причиняващи акне

Бактериите по венците могат да доведат до сърдечни заболявания

Почвените бактерии подобряват ученето

Бактериални енергийни машини

СТРУКТУРА НА БАКТЕРИАЛНАТА КЛЕТКА

Структурните компоненти на клетката са бактериалната мембрана, състояща се от клетъчна стена, цитоплазмена мембрана и понякога капсула; цитоплазма; рибозоми; различни цитоплазмени включвания; нуклеоид (ядро). Някои видове бактерии също имат спори, флагели и реснички (пили, фимбрии) (фиг. 2).

Клетъчна стеназадължително образуване на бактерии от повечето видове. Структурата му зависи от вида и принадлежността
бактерии в групи, диференцирани чрез оцветяване по Грам. Масата на клетъчната стена е около 20% от сухата маса на цялата клетка, дебелината е от 15 до 80 nm.

Ориз. 3. Схема на структурата на бактериална клетка

1 - капсула; 2 - клетъчна стена; 3 - цитоплазмена мембрана; 4 - цитоплазма; 5 - мезозоми; 6 - рибозоми; 7 - нуклеоид; 8 - интрацитоплазмени мембранни образувания; 9 - мастни капки; 10 - полизахаридни гранули; 11 - полифосфатни гранули; 12 -- серни включвания; 13 - камшичета; 14 - базално тяло

Клетъчната стена има пори с диаметър до 1 nm, така че е полупропусклива мембрана, през която проникват хранителни вещества и се освобождават метаболитни продукти.

Тези вещества могат да проникнат в микробната клетка само след предварително хидролитично разцепване от специфични ензими, секретирани от бактерии във външната среда.

Химичният състав на клетъчната стена е разнороден, но е постоянен за определен вид бактерии, което се използва за идентификация. В клетъчната стена са открити азотни съединения, липиди, целулоза, полизахариди и пектинови вещества.

Най-важният химичен компонент на клетъчната стена е сложен полизахарид пептид. Нарича се още пептидогликан, гликопептид, муреин (от лат. мурус – стена).

Муреинът е структурен полимер, състоящ се от гликанови молекули, образувани от ацетилглюкозамин и ацетилмураминова киселина. Неговият синтез се осъществява в цитоплазмата на нивото на цитоплазмената мембрана.

Пептидогликанът на клетъчната стена на различни видове има специфичен аминокиселинен състав и в зависимост от това определен хемотип, който се взема предвид при идентифицирането на млечнокисели и други бактерии.

В клетъчната стена на грам-отрицателните бактерии пептидогликанът присъства в един слой, докато в стената на грам-положителните бактерии той образува няколко слоя.

През 1884 г. Грам предлага метод за оцветяване на тъкани, който се използва за оцветяване на прокариотни клетки. Ако по време на оцветяването по Грам фиксираните клетки се третират с алкохолен разтвор на кристално виолетово багрило и след това с йоден разтвор, тогава тези вещества образуват стабилен оцветен комплекс с муреин.

При хомоположителните микроорганизми оцветеният виолетов комплекс не се разтваря под въздействието на етанол и съответно не се обезцветява при оцветяване с фуксин (червена боя), клетките остават оцветени в тъмно виолетово.

При грам-отрицателни видове микроорганизми тинтява виолет се разтваря в етанол и се измива с вода, а при оцветяване с фуксин клетката става червена.

Способността на микроорганизмите да се оцветяват с аналинови багрила и метода на Грам се нарича тинкториални свойства . Те трябва да бъдат изследвани в млади (18-24 часа) култури, тъй като някои Грам-положителни бактерии в стари култури губят способността да се оцветяват положително с помощта на метода по Грам.

Значението на пептидогликана се състои в това, че благодарение на него клетъчната стена има твърдост, т.е. еластичност и е защитната рамка на бактериалната клетка.

Когато пептидогликанът се разруши, например от действието на лизозима, клетъчната стена губи твърдост и се срутва. Съдържанието на клетката (цитоплазмата), заедно с цитоплазмената мембрана, придобива сферична форма, т.е. става протопласт (сферопласт).

Много синтезиращи и разграждащи ензими са свързани с клетъчната стена. Компонентите на клетъчната стена се синтезират в цитоплазмената мембрана и след това се транспортират в клетъчната стена.

Цитоплазмена мембранасе намира под стената на клетката и прилепва плътно към вътрешната й повърхност. Представлява полупропусклива мембрана, обграждаща цитоплазмата и вътрешното съдържание на клетката - протопласта. Цитоплазмената мембрана е уплътненият външен слой на цитоплазмата.

Цитоплазмената мембрана е основната бариера между цитоплазмата и околната среда; нарушаването на нейната цялост води до клетъчна смърт. Състои се от протеини (50-75%), липиди (15-45%), а в много видове - въглехидрати (1-19%).

Основните липидни компоненти на мембраната са фосфо- и гликолипидите.

Цитоплазмената мембрана, с помощта на локализирани в нея ензими, изпълнява различни функции: синтезира мембранни липиди - компоненти на клетъчната стена; мембранни ензими - селективно транспортират различни органични и неорганични молекули и йони през мембраната; мембраната участва в трансформацията на клетъчната енергия, както и в репликацията на хромозомите, в преноса на електрохимична енергия и електрони.

По този начин цитоплазмената мембрана осигурява селективното навлизане и отстраняване от клетката на различни вещества и йони.

Производни на цитоплазмената мембрана са мезозоми . Това са сферични структури, образувани, когато мембраната е усукана на къдрица. Те са разположени от двете страни - на мястото на образуване на клетъчната преграда или близо до зоната на локализация на ядрената ДНК.

Мезозомите са функционално еквивалентни на митохондриите на клетките на висшите организми. Те участват в окислително-възстановителните реакции на бактериите и играят важна роля в синтеза на органични вещества и в образуването на клетъчната стена.

Капсулае производно на външния слой на клетъчната мембрана и представлява лигавица, обграждаща една или повече микробни клетки. Дебелината му може да достигне 10 микрона, което е многократно повече от дебелината на самата бактерия.

Капсулата изпълнява защитна функция. Химическият състав на бактериалната капсула е различен. В повечето случаи се състои от сложни полизахариди, мукополизахариди и понякога полипептиди.

Образуването на капсули обикновено е характеристика на вида. Въпреки това, появата на микрокапсула често зависи от условията на бактериална култура.

Цитоплазма- сложна колоидна система, съдържаща голямо количество вода (80-85%), в която са разпръснати протеини, въглехидрати, липиди, както и минерални съединения и други вещества.

Цитоплазмата е съдържанието на клетка, заобиколена от цитоплазмена мембрана. Разделен е на две функционални части.

Една част от цитоплазмата е в състояние на зол (разтвор), има хомогенна структура и съдържа набор от разтворими рибонуклеинови киселини, ензимни протеини и метаболитни продукти.

Другата част е представена от рибозоми, включвания от различно химично естество, генетичен апарат и други интрацитоплазмени структури.

Рибозоми- това са субмикроскопични гранули, които са сферични нуклеопротеинови частици с диаметър от 10 до 20 nm, молекулно тегло около 2-4 милиона.

Прокариотните рибозоми се състоят от 60% РНК (рибонуклеинова киселина), разположена в центъра, и 40 % протеин, който покрива външната страна на нуклеиновата киселина.

Цитоплазмени включванияТе са метаболитни продукти, както и резервни продукти, поради които клетката живее в условия на недостиг на хранителни вещества.

Генетичният материал на прокариотите се състои от двойна верига от дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) с компактна структура, разположена в централната част на цитоплазмата и не отделена от нея с мембрана. ДНК на бактериите не се различава по структура от ДНК на еукариотите, но тъй като не е отделена от цитоплазмата с мембрана, генетичният материал се нарича нуклеоидили генофор. Ядрените структури са сферични или подковообразни.

Споровебактериите са покойна, невъзпроизвеждаща се форма. Те се образуват вътре в клетката и представляват образувания с кръгла или овална форма. Спорите се образуват предимно от грам-положителни бактерии, пръчковидни с аеробно и анаеробно дишане в старите култури, както и при неблагоприятни условия на околната среда (липса на хранителни вещества и влага, натрупване на метаболитни продукти в околната среда, промени в pH и температурата на култивиране , наличие или отсъствие на атмосферен кислород и др.) могат да преминат към алтернативна програма за развитие, което води до образуване на спорове. В този случай в клетката се образува една спора. Това показва, че спорообразуването при бактериите е адаптация за запазване на вида (индивида), а не е начин за тяхното размножаване. Процесът на спорулация се случва, като правило, във външната среда в рамките на 18-24 часа.

Една зряла спора е приблизително 0,1 обема на майчината клетка. Спорите на различните бактерии се различават по форма, размер и местоположение в клетката.

Наричат се микроорганизми, при които диаметърът на спората не надвишава ширината на вегетативната клетка бацили, се наричат бактерии, които имат спори, чийто диаметър е 1,5-2 пъти по-голям от диаметъра на клетката клостридии.

Вътре в микробната клетка една спора може да бъде разположена в средата - централно положение, в края - крайно и между центъра и края на клетката - субтерминално положение.

Камшичетабактериите са локомоторни органи (органи за движение), с помощта на които бактериите могат да се движат със скорост до 50-60 µm/s. В този случай за 1 секунда бактериите покриват дължината на тялото си 50-100 пъти. Дължината на камшичетата надвишава дължината на бактериите 5-6 пъти. Дебелината на флагела е средно 12-30 nm.

Броят на флагелите, техният размер и местоположение са постоянни за някои видове прокариоти и затова се вземат предвид при идентифицирането им.

В зависимост от броя и разположението на камшичетата бактериите се делят на монотрихи (монополярни монотрихи) - клетки с един флагел в единия край, лофотрихи (монополярни политрихи) - в единия край е разположен сноп камшичета, амфитрихи (биполярни политрихи) - флагели са разположени на всеки полюс, перитрихи - флагели са разположени по цялата повърхност на клетката (фиг. 4) и атрихи - бактерии без флагели.

Характерът на движението на бактериите зависи от броя на камшичетата, възрастта, характеристиките на културата, температурата, наличието на различни химикали и други фактори. Монотриките имат най-голяма мобилност.

Камшичетата се срещат по-често в пръчковидни бактерии; те не са жизненоважни клетъчни структури, тъй като има варианти без флагели на подвижни бактериални видове.

Бактериите са най-старата група организми, съществуващи в момента на Земята. Първите бактерии вероятно са се появили преди повече от 3,5 милиарда години и почти милиард години са били единствените живи същества на нашата планета. Тъй като това бяха първите представители на живата природа, тялото им имаше примитивна структура.

С течение на времето тяхната структура се усложнява, но и до днес бактериите се считат за най-примитивните едноклетъчни организми. Интересно е, че някои бактерии все още запазват примитивните черти на своите древни предци. Това се наблюдава при бактерии, живеещи в горещи серни извори и аноксична кал на дъното на резервоари.

Повечето бактерии са безцветни. Само няколко са лилави или зелени. Но колониите на много бактерии имат ярък цвят, който се дължи на освобождаването на цветно вещество в околната среда или пигментацията на клетките.

Откривателят на света на бактериите е Антони Льовенхук, холандски натуралист от 17-ти век, който пръв създава перфектен увеличителен микроскоп, който увеличава обектите 160-270 пъти.

Бактериите се класифицират като прокариоти и се класифицират в отделно царство - Бактерии.

Форма на тялото

Бактериите са многобройни и разнообразни организми. Те се различават по форма.

Име на бактерията	Форма на бактерии	Изображение на бактерии
Коки		С форма на топка
Бацил		Пръчковидна
Вибрион		С форма на запетая
Спирилум		Спирала
Стрептококи		Верига от коки
Стафилококи		Клъстери от коки
Диплокок		Две кръгли бактерии, затворени в една лигавична капсула

Начини на транспортиране

Сред бактериите има подвижни и неподвижни форми. Мотилите се движат поради вълнообразни контракции или с помощта на флагели (усукани спирални нишки), които се състоят от специален протеин, наречен флагелин. Може да има един или повече флагели. При някои бактерии те са разположени в единия край на клетката, при други – в два или по цялата повърхност.

Но движението е присъщо и на много други бактерии, които нямат флагели. Така бактериите, покрити отвън със слуз, са способни да се плъзгат.

Някои водни и почвени бактерии без флагели имат газови вакуоли в цитоплазмата. В една клетка може да има 40-60 вакуоли. Всяка от тях е пълна с газ (вероятно азот). Чрез регулиране на количеството газ във вакуолите, водните бактерии могат да потънат във водния стълб или да се издигнат на повърхността му, а почвените бактерии могат да се движат в капилярите на почвата.

Среда на живот

Поради своята простота на организация и непретенциозност, бактериите са широко разпространени в природата. Бактериите се намират навсякъде: в една капка дори от най-чистата изворна вода, в зърната на почвата, във въздуха, върху скалите, в полярния сняг, пустинните пясъци, на океанското дъно, в нефта, извлечен от големи дълбочини, и дори в вода от горещи извори с температура около 80ºC. Те живеят върху растения, плодове, различни животни и при човека в червата, устната кухина, крайниците и по повърхността на тялото.

Бактериите са най-малките и най-многобройни живи същества. Поради малкия си размер те лесно проникват във всякакви пукнатини, цепнатини или пори. Много издръжлив и адаптиран към различни условия на живот. Те понасят изсушаване, силен студ и нагряване до 90ºC, без да губят жизнеспособността си.

На практика няма място на Земята, където да не се срещат бактерии, но в различни количества. Условията на живот на бактериите са разнообразни. Някои от тях се нуждаят от атмосферен кислород, други не се нуждаят от него и могат да живеят в безкислородна среда.

Във въздуха: бактериите се издигат до горните слоеве на атмосферата до 30 км. и още.

Особено много от тях има в почвата. 1 g почва може да съдържа стотици милиони бактерии.

Във вода: в повърхностните слоеве на водата в открити водоеми. Полезните водни бактерии минерализират органичните остатъци.

В живите организми: патогенните бактерии навлизат в тялото от външната среда, но само при благоприятни условия причиняват заболявания. Симбиотичните живеят в храносмилателните органи, помагат за разграждането и усвояването на храната и синтеза на витамини.

Външна структура

Бактериалната клетка е покрита със специална плътна обвивка - клетъчна стена, която изпълнява защитни и поддържащи функции, а също така придава на бактерията постоянна, характерна форма. Клетъчната стена на бактерията прилича на стената на растителна клетка. Той е пропусклив: през него хранителните вещества свободно преминават в клетката, а метаболитните продукти излизат в околната среда. Често бактериите произвеждат допълнителен защитен слой от слуз върху клетъчната стена - капсула. Дебелината на капсулата може да бъде многократно по-голяма от диаметъра на самата клетка, но може да бъде и много малка. Капсулата не е съществена част от клетката, тя се формира в зависимост от условията, в които се намират бактериите. Предпазва бактериите от изсъхване.

На повърхността на някои бактерии има дълги флагели (един, два или много) или къси тънки власинки. Дължината на камшичетата може да бъде многократно по-голяма от размера на тялото на бактерията. Бактериите се движат с помощта на флагели и власинки.

Вътрешна структура

Вътре в бактериалната клетка има плътна, неподвижна цитоплазма. Има слоеста структура, няма вакуоли, поради което различни протеини (ензими) и резервни хранителни вещества се намират в субстанцията на самата цитоплазма. Бактериалните клетки нямат ядро. В централната част на клетката им е концентрирано вещество, носещо наследствена информация. Бактерии, - нуклеинова киселина - ДНК. Но това вещество не се образува в ядро.

Вътрешната организация на бактериалната клетка е сложна и има свои специфични характеристики. Цитоплазмата е отделена от клетъчната стена от цитоплазмената мембрана. В цитоплазмата има основно вещество или матрица, рибозоми и малък брой мембранни структури, които изпълняват различни функции (аналози на митохондриите, ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи). Цитоплазмата на бактериалните клетки често съдържа гранули с различни форми и размери. Гранулите могат да бъдат съставени от съединения, които служат като източник на енергия и въглерод. Капчици мазнина също се намират в бактериалната клетка.

В централната част на клетката е локализирано ядреното вещество - ДНК, което не е ограничено от цитоплазмата с мембрана. Това е аналог на ядрото - нуклеоид. Нуклеоидът няма мембрана, ядро или набор от хромозоми.

Методи на хранене

Бактериите имат различни методи на хранене. Сред тях има автотрофи и хетеротрофи. Автотрофите са организми, които са способни самостоятелно да произвеждат органични вещества за своето хранене.

Растенията се нуждаят от азот, но не могат сами да абсорбират азот от въздуха. Някои бактерии комбинират азотни молекули във въздуха с други молекули, което води до вещества, които са достъпни за растенията.

Тези бактерии се установяват в клетките на младите корени, което води до образуване на удебеления по корените, наречени нодули. Такива нодули се образуват върху корените на растения от семейство Бобови и някои други растения.

Корените осигуряват въглехидрати на бактериите, а бактериите на корените осигуряват азотсъдържащи вещества, които могат да бъдат усвоени от растението. Съжителството им е взаимноизгодно.

Корените на растенията отделят много органични вещества (захари, аминокиселини и други), с които се хранят бактериите. Следователно особено много бактерии се установяват в почвения слой около корените. Тези бактерии превръщат мъртвите растителни остатъци в налични за растенията вещества. Този слой почва се нарича ризосфера.

Има няколко хипотези за проникването на нодулни бактерии в кореновата тъкан:

чрез увреждане на епидермалната и кортексната тъкан;
чрез коренови косми;
само през младата клетъчна мембрана;
благодарение на придружаващите бактерии, произвеждащи пектинолитични ензими;
поради стимулиране на синтеза на B-индолоцетна киселина от триптофан, винаги присъстващ в кореновите секрети на растенията.

Процесът на въвеждане на нодулни бактерии в кореновата тъкан се състои от две фази:

инфекция на кореновите косми;
процес на образуване на възли.

В повечето случаи инвазивната клетка активно се размножава, образува така наречените инфекциозни нишки и под формата на такива нишки се придвижва в растителната тъкан. Нодулните бактерии, излизащи от инфекциозната нишка, продължават да се размножават в тъканта на гостоприемника.

Растителните клетки, пълни с бързо размножаващи се клетки от нодулни бактерии, започват бързо да се делят. Връзката на млад възел с корена на бобово растение се осъществява благодарение на съдово-влакнести снопове. По време на периода на функциониране възлите обикновено са плътни. Докато настъпи оптимална активност, възлите придобиват розов цвят (благодарение на пигмента легхемоглобин). Само онези бактерии, които съдържат легхемоглобин, са способни да фиксират азот.

Нодулните бактерии създават десетки и стотици килограми азотен тор на хектар почва.

Метаболизъм

Бактериите се различават една от друга по своя метаболизъм. При едни протича с участието на кислород, при други – без него.

Повечето бактерии се хранят с готови органични вещества. Само няколко от тях (синьо-зелени или цианобактерии) са способни да създават органични вещества от неорганични. Те изиграха важна роля в натрупването на кислород в земната атмосфера.

Бактериите абсорбират вещества отвън, разкъсват молекулите си на парчета, сглобяват обвивката си от тези части и допълват съдържанието им (така растат) и изхвърлят ненужните молекули. Обвивката и мембраната на бактерията й позволяват да абсорбира само необходимите вещества.

Ако обвивката и мембраната на една бактерия бяха напълно непропускливи, никакви вещества не биха навлезли в клетката. Ако бяха пропускливи за всички вещества, съдържанието на клетката щеше да се смеси със средата – разтвора, в който живее бактерията. За да оцелеят, бактериите се нуждаят от обвивка, която позволява на необходимите вещества да преминават, но не и на ненужните вещества.

Бактерията абсорбира хранителни вещества, разположени в близост до нея. Какво се случва след това? Ако може да се движи самостоятелно (чрез преместване на флагел или изтласкване на слуз), тогава се движи, докато намери необходимите вещества.

Ако не може да се движи, тогава изчаква, докато дифузията (способността на молекулите на едно вещество да проникнат в гъсталака от молекули на друго вещество) донесе необходимите молекули до него.

Бактериите, заедно с други групи микроорганизми, извършват огромна химическа работа. Преобразувайки различни съединения, те получават енергията и хранителните вещества, необходими за живота им. Метаболитните процеси, начините за получаване на енергия и необходимостта от материали за изграждане на веществата на телата им са разнообразни при бактериите.

Други бактерии задоволяват всичките си нужди от въглерод, необходим за синтеза на органични вещества в организма, за сметка на неорганични съединения. Те се наричат автотрофи. Автотрофните бактерии са способни да синтезират органични вещества от неорганични. Сред тях са:

Хемосинтеза

Използването на лъчиста енергия е най-важният, но не и единственият начин за създаване на органична материя от въглероден диоксид и вода. Известно е, че бактериите не използват слънчевата светлина като източник на енергия за такъв синтез, а енергията на химичните връзки, възникващи в клетките на организмите по време на окисляването на някои неорганични съединения - сероводород, сяра, амоняк, водород, азотна киселина, железни съединения на желязо и манган. Те използват органичната материя, образувана с помощта на тази химическа енергия, за да изградят клетките на тялото си. Следователно този процес се нарича хемосинтеза.

Най-важната група хемосинтезиращи микроорганизми са нитрифициращите бактерии. Тези бактерии живеят в почвата и окисляват амоняка, образуван по време на разлагането на органични остатъци до азотна киселина. Последният реагира с минерални съединения на почвата, превръщайки се в соли на азотна киселина. Този процес протича в две фази.

Железните бактерии превръщат двувалентното желязо в железен оксид. Полученият железен хидроксид се утаява и образува така наречената блатна желязна руда.

Някои микроорганизми съществуват благодарение на окисляването на молекулярния водород, като по този начин осигуряват автотрофен метод на хранене.

Характерна особеност на водородните бактерии е способността им да преминават към хетеротрофен начин на живот, когато са снабдени с органични съединения и липсата на водород.

По този начин хемоавтотрофите са типични автотрофи, тъй като те самостоятелно синтезират необходимите органични съединения от неорганични вещества и не ги вземат готови от други организми, като хетеротрофите. Хемоавтотрофните бактерии се различават от фототрофните растения по своята пълна независимост от светлината като източник на енергия.

Бактериална фотосинтеза

Някои пигмент-съдържащи серни бактерии (лилави, зелени), съдържащи специфични пигменти - бактериохлорофили, могат да абсорбират слънчева енергия, с помощта на която сероводородът в телата им се разгражда и освобождава водородни атоми, за да възстанови съответните съединения. Този процес има много общо с фотосинтезата и се различава само по това, че в лилавите и зелените бактерии донорът на водород е сероводородът (понякога карбоксилни киселини), а в зелените растения е водата. И в двата отделянето и преносът на водород се извършва благодарение на енергията на погълнатите слънчеви лъчи.

Тази бактериална фотосинтеза, която протича без отделяне на кислород, се нарича фоторедукция. Фоторедуцирането на въглероден диоксид се свързва с преноса на водород не от вода, а от сероводород:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Биологичното значение на хемосинтезата и бактериалната фотосинтеза в планетарен мащаб е сравнително малко. Само хемосинтетичните бактерии играят значителна роля в процеса на кръговрат на сярата в природата. Абсорбирана от зелените растения под формата на соли на сярна киселина, сярата се редуцира и става част от протеиновите молекули. Освен това, когато мъртвите растителни и животински останки се унищожават от гнилостни бактерии, сярата се освобождава под формата на сероводород, който се окислява от серни бактерии до свободна сяра (или сярна киселина), образувайки сулфити в почвата, които са достъпни за растенията. Хемо- и фотоавтотрофните бактерии са от съществено значение в цикъла на азота и сярата.

Спорообразуване

Вътре в бактериалната клетка се образуват спори. По време на процеса на спорулация бактериалната клетка претърпява редица биохимични процеси. Количеството свободна вода в него намалява и ензимната активност намалява. Това осигурява устойчивостта на спорите към неблагоприятни условия на околната среда (висока температура, висока концентрация на сол, изсушаване и др.). Спорообразуването е характерно само за малка група бактерии.

Спорите са незадължителен етап от жизнения цикъл на бактериите. Спорулацията започва само при липса на хранителни вещества или натрупване на метаболитни продукти. Бактериите под формата на спори могат да останат латентни за дълго време. Бактериалните спори могат да издържат на продължително кипене и много дълго замразяване. При благоприятни условия спората покълва и става жизнеспособна. Бактериалните спори са адаптация за оцеляване при неблагоприятни условия.

Възпроизвеждане

Бактериите се размножават чрез разделяне на една клетка на две. След като достигне определен размер, бактерията се разделя на две еднакви бактерии. След това всеки от тях започва да се храни, расте, дели се и т.н.

След удължаване на клетката постепенно се образува напречна преграда и след това дъщерните клетки се отделят; При много бактерии при определени условия след делене клетките остават свързани в характерни групи. В този случай в зависимост от посоката на разделителната равнина и броя на деленията възникват различни форми. Размножаването чрез пъпкуване се среща по изключение при бактериите.

При благоприятни условия клетъчното делене в много бактерии става на всеки 20-30 минути. При такова бързо размножаване потомството на една бактерия за 5 дни е в състояние да образува маса, която може да изпълни всички морета и океани. Едно просто изчисление показва, че на ден могат да се образуват 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клетки). Ако се преобразува в тегло - 4720 тона. Това обаче не се случва в природата, тъй като повечето бактерии бързо умират под въздействието на слънчева светлина, изсушаване, липса на храна, нагряване до 65-100ºC, в резултат на борба между видовете и др.

Бактерията (1), погълнала достатъчно храна, се увеличава по размер (2) и започва да се подготвя за възпроизвеждане (клетъчно делене). Неговата ДНК (при една бактерия ДНК молекулата е затворена в пръстен) се удвоява (бактерията произвежда копие на тази молекула). И двете ДНК молекули (3,4) се оказват прикрепени към стената на бактерията и, докато бактерията се удължава, се раздалечават (5,6). Първо се дели нуклеотидът, а след това цитоплазмата.

След разминаването на две ДНК молекули върху бактерията се появява стеснение, което постепенно разделя тялото на бактерията на две части, всяка от които съдържа ДНК молекула (7).

Случва се (при Bacillus subtilis) две бактерии да се слепят и между тях да се образува мост (1,2).

Джъмперът транспортира ДНК от една бактерия към друга (3). Веднъж попаднали в една бактерия, ДНК молекулите се преплитат, слепват се на някои места (4) и след това обменят участъци (5).

Ролята на бактериите в природата

Gyre

Бактериите са най-важното звено в общия кръговрат на веществата в природата. Растенията създават сложни органични вещества от въглероден диоксид, вода и минерални соли в почвата. Тези вещества се връщат в почвата с мъртви гъби, растения и животински трупове. Бактериите разграждат сложните вещества до прости, които след това се използват от растенията.

Бактериите разрушават сложни органични вещества от мъртви растения и животински трупове, екскрети на живи организми и различни отпадъци. Хранейки се с тези органични вещества, сапрофитните бактерии на гниене ги превръщат в хумус. Това са един вид санитари на нашата планета. Така бактериите активно участват в кръговрата на веществата в природата.

Образуване на почвата

Тъй като бактериите са разпространени почти навсякъде и се срещат в огромни количества, те до голяма степен определят различни процеси, протичащи в природата. През есента листата на дърветата и храстите падат, надземните издънки на тревите умират, старите клони падат, а от време на време стволовете на старите дървета падат. Всичко това постепенно се превръща в хумус. В 1 см3. Повърхностният слой на горската почва съдържа стотици милиони сапрофитни почвени бактерии от няколко вида. Тези бактерии превръщат хумуса в различни минерали, които могат да бъдат абсорбирани от почвата от корените на растенията.

Някои почвени бактерии са в състояние да абсорбират азот от въздуха, като го използват в жизненоважни процеси. Тези азотфиксиращи бактерии живеят самостоятелно или се установяват в корените на бобовите растения. Прониквайки в корените на бобовите растения, тези бактерии причиняват растежа на кореновите клетки и образуването на възли върху тях.

Тези бактерии произвеждат азотни съединения, които растенията използват. Бактериите получават въглехидрати и минерални соли от растенията. По този начин съществува тясна връзка между бобовите растения и нодулните бактерии, което е полезно както за единия, така и за другия организъм. Това явление се нарича симбиоза.

Благодарение на симбиозата с нодулни бактерии, бобовите растения обогатяват почвата с азот, което спомага за увеличаване на добива.

Разпространение в природата

Микроорганизмите са повсеместни. Изключение правят само кратерите на активни вулкани и малки площи в епицентровете на взривени атомни бомби. Нито ниските температури на Антарктида, нито кипящите потоци от гейзери, нито наситените солни разтвори в солени басейни, нито силната изолация на планинските върхове, нито суровото облъчване на ядрените реактори пречат на съществуването и развитието на микрофлората. Всички живи същества постоянно взаимодействат с микроорганизмите, като често са не само техните хранилища, но и техни разпространители. Микроорганизмите са местни жители на нашата планета, активно изследващи най-невероятните естествени субстрати.

Почвена микрофлора

Броят на бактериите в почвата е изключително голям – стотици милиони и милиарди индивиди на грам. В почвата ги има много повече, отколкото във водата и въздуха. Общият брой на бактериите в почвата се променя. Броят на бактериите зависи от вида на почвата, тяхното състояние и дълбочината на слоевете.

На повърхността на почвените частици микроорганизмите са разположени в малки микроколонии (20-100 клетки всяка). Те често се развиват в дебелината на съсиреци от органична материя, върху живи и умиращи корени на растения, в тънки капиляри и вътрешни бучки.

Почвената микрофлора е много разнообразна. Тук има различни физиологични групи бактерии: гнилостни бактерии, нитрифициращи бактерии, азотфиксиращи бактерии, серни бактерии и др. Сред тях има аероби и анаероби, спорови и неспорови форми. Микрофлората е един от факторите за образуване на почвата.

Областта на развитие на микроорганизми в почвата е зоната, съседна на корените на живите растения. Нарича се ризосфера, а съвкупността от съдържащите се в нея микроорганизми се нарича ризосферна микрофлора.

Микрофлора на резервоари

Водата е естествена среда, в която микроорганизмите се развиват в големи количества. По-голямата част от тях навлизат във водата от почвата. Фактор, който определя броя на бактериите във водата и наличието на хранителни вещества в нея. Най-чисти са водите от артезиански кладенци и извори. Откритите водоеми и реки са много богати на бактерии. Най-голям брой бактерии се намират в повърхностните слоеве на водата, по-близо до брега. С отдалечаване от брега и увеличаване на дълбочината броят на бактериите намалява.

Чистата вода съдържа 100-200 бактерии на милилитър, а замърсената вода съдържа 100-300 хиляди или повече. В дънната утайка има много бактерии, особено в повърхностния слой, където бактериите образуват филм. Този филм съдържа много серни и железни бактерии, които окисляват сероводорода до сярна киселина и по този начин предотвратяват смъртта на рибата. В тинята има повече спорови форми, докато във водата преобладават неспоровите форми.

По видов състав микрофлората на водата е сходна с микрофлората на почвата, но има и специфични форми. Унищожавайки различни отпадъци, които попадат във водата, микроорганизмите постепенно извършват така нареченото биологично пречистване на водата.

Микрофлора на въздуха

Микрофлората на въздуха е по-малко на брой от микрофлората на почвата и водата. Бактериите се издигат във въздуха с прах, могат да останат там известно време и след това да се установят на повърхността на земята и да умрат от липса на хранене или под въздействието на ултравиолетови лъчи. Броят на микроорганизмите във въздуха зависи от географската зона, терена, времето на годината, замърсяването с прах и др. Всяка прашинка е носител на микроорганизми. Най-много бактерии има във въздуха над промишлени предприятия. Въздухът в селските райони е по-чист. Най-чистият въздух е над горите, планините и заснежените райони. Горните слоеве на въздуха съдържат по-малко микроби. Микрофлората на въздуха съдържа много пигментни и спороносни бактерии, които са по-устойчиви от останалите на ултравиолетовите лъчи.

Микрофлора на човешкото тяло

Човешкото тяло, дори напълно здраво, винаги е носител на микрофлора. Когато човешкото тяло влезе в контакт с въздуха и почвата, върху дрехите и кожата се заселват различни микроорганизми, включително патогенни (бацили на тетанус, газова гангрена и др.). Замърсени са най-често изложените части на човешкото тяло. Е. коли и стафилококи се откриват по ръцете. В устната кухина има над 100 вида микроби. Устата със своята температура, влажност и остатъци от хранителни вещества е отлична среда за развитие на микроорганизми.

Стомахът има кисела реакция, така че по-голямата част от микроорганизмите в него умират. Започвайки от тънките черва, реакцията става алкална, т.е. благоприятен за микробите. Микрофлората в дебелото черво е много разнообразна. Всеки възрастен отделя около 18 милиарда бактерии дневно с екскременти, т.е. повече индивиди, отколкото хора на земното кълбо.

Вътрешните органи, които не са свързани с външната среда (мозък, сърце, черен дроб, пикочен мехур и др.), обикновено са свободни от микроби. Микробите навлизат в тези органи само по време на заболяване.

Бактериите в кръговрата на веществата

Микроорганизмите като цяло и бактериите в частност играят голяма роля в биологично важните цикли на веществата на Земята, извършвайки химически трансформации, които са напълно недостъпни нито за растенията, нито за животните. Различните етапи от цикъла на елементите се извършват от организми от различни видове. Съществуването на всяка отделна група организми зависи от химическата трансформация на елементите, извършвана от други групи.

Цикъл на азота

Цикличната трансформация на азотните съединения играе основна роля в доставянето на необходимите форми на азот на организми от биосферата с различни хранителни нужди. Над 90% от общото фиксиране на азот се дължи на метаболитната активност на определени бактерии.

Въглероден цикъл

Биологичната трансформация на органичния въглерод във въглероден диоксид, придружена от редукция на молекулярен кислород, изисква съвместната метаболитна активност на различни микроорганизми. Много аеробни бактерии извършват пълно окисляване на органични вещества. При аеробни условия органичните съединения първоначално се разграждат чрез ферментация, а органичните крайни продукти на ферментацията се окисляват допълнително чрез анаеробно дишане, ако присъстват неорганични акцептори на водород (нитрат, сулфат или CO 2 ).

Цикъл на сярата

Сярата е достъпна за живите организми главно под формата на разтворими сулфати или редуцирани органични серни съединения.

Цикъл на желязо

Някои сладководни тела съдържат високи концентрации на редуцирани железни соли. На такива места се развива специфична бактериална микрофлора - железни бактерии, които окисляват редуцираното желязо. Те участват в образуването на блатни железни руди и водоизточници, богати на железни соли.

Бактериите са най-древните организми, появили се преди около 3,5 милиарда години в архея. В продължение на около 2,5 милиарда години те доминираха на Земята, образувайки биосферата и участваха в образуването на кислородната атмосфера.

Бактериите са едни от най-просто структурираните живи организми (с изключение на вирусите). Смята се, че те са първите организми, появили се на Земята.