Z punktu widzenia współczesnej nauki prokarioty mają prymitywną strukturę. Ale właśnie ta „bezpretensjonalność” pomaga im przetrwać w najbardziej nieoczekiwanych warunkach. Na przykład w źródłach siarkowodoru lub w miejscach testów jądrowych. Naukowcy obliczyli, że całkowita masa wszystkich mikroorganizmów lądowych wynosi 550 miliardów ton.

Bakterie mają strukturę jednokomórkową. Nie oznacza to jednak, że komórki bakteryjne ustępują komórkom zwierzęcym lub roślinnym. Mikrobiologia dysponuje już wiedzą na temat setek tysięcy gatunków mikroorganizmów. Niemniej jednak przedstawiciele nauki codziennie odkrywają ich nowe rodzaje i cechy.

Nic dziwnego, że aby w pełni zasiedlić powierzchnię Ziemi, mikroorganizmy muszą przybierać różne formy:

cocci - kulki;
paciorkowce – łańcuchy;
pałeczki - pręty;
vibrios - zakrzywione przecinki;
spirilla - spirale.

Wielkość bakterii mierzy się w nanometrach i mikrometrach. Ich średnia wartość wynosi 0,8 mikrona. Ale wśród nich są gigantyczne prokarioty, osiągające 125 mikronów i więcej. Prawdziwymi gigantami wśród liliputów są krętki o długości 250 mikronów. Teraz porównaj z nimi wielkość najmniejszej komórki prokariotycznej: mykoplazmy dość „rosną” i osiągają średnicę 0,1-0,15 mikrona.

Warto powiedzieć, że olbrzymim bakteriom nie jest łatwo przetrwać w środowisku. Trudno jest im znaleźć wystarczającą ilość składników odżywczych, aby skutecznie spełniały swoją funkcję. Nie są jednak łatwym łupem dla bakterii drapieżnych, które żywią się innymi jednokomórkowymi mikroorganizmami, „krążąc” i zjadając je.

Struktura zewnętrzna bakterii

Ściana komórkowa

Ściana komórkowa komórki bakteryjnej jest jej ochroną i wsparciem. Nadaje mikroorganizmowi własny, specyficzny kształt.
Ściana komórkowa jest przepuszczalna. Składniki odżywcze przedostają się do wewnątrz, a produkty przemiany materii przez nie.
Niektóre rodzaje bakterii wytwarzają specjalny śluz przypominający kapsułkę, która chroni je przed wysychaniem.
Niektóre komórki mają wici (jeden lub więcej) lub kosmki, które pomagają im się poruszać.
Komórki bakteryjne zabarwione na różowo metodą Grama ( Gram-ujemne), ściana komórkowa jest cieńsza i wielowarstwowa. Uwalniane są enzymy, które pomagają rozkładać składniki odżywcze.
Bakterie, które wydają się fioletowe w barwieniu metodą Grama ( Gram-dodatnie), ściana komórkowa jest gruba. Składniki odżywcze dostające się do komórki są rozkładane w przestrzeni peryplazmatycznej (przestrzeni między ścianą komórkową a błoną cytoplazmatyczną) przez enzymy hydrolityczne.
Na powierzchni ściany komórkowej znajduje się wiele receptorów. Przyłączone są do nich zabójcy komórek – fagi, kolicyny i związki chemiczne.
Lipoproteiny ścienne niektórych typów bakterii to antygeny zwane toksynami.
Przy długotrwałym leczeniu antybiotykami i z wielu innych powodów niektóre komórki tracą błony, ale zachowują zdolność do reprodukcji. Przybierają zaokrąglony kształt - kształt litery L i mogą utrzymywać się w organizmie człowieka przez długi czas (cocci lub prątki gruźlicy). Niestabilne formy L mają zdolność powrotu do pierwotnej formy (rewersja).

Kapsuła

W niesprzyjających warunkach środowiskowych bakterie tworzą otoczkę. Mikrokapsułka ściśle przylega do ścianki. Można go zobaczyć tylko w mikroskopie elektronowym. Makrokapsułkę często tworzą drobnoustroje chorobotwórcze (pneumokoki). U Klebsiella pneumoniae zawsze występuje makrokapsułka.

Powłoka przypominająca kapsułkę

Otoczka przypominająca kapsułkę jest formacją luźno związaną ze ścianą komórkową. Dzięki enzymom bakteryjnym otoczka przypominająca kapsułkę pokryta jest węglowodanami (egzopolisacharydami) ze środowiska zewnętrznego, co zapewnia przyczepność bakterii do różnych powierzchni, nawet całkowicie gładkich. Na przykład paciorkowce, dostając się do ludzkiego ciała, mogą przyklejać się do zębów i zastawek serca.

Funkcje kapsułki są zróżnicowane:

ochrona przed agresywnymi warunkami środowiska,
zapewnienie adhezji (przyklejania) do komórek ludzkich,
Kapsułka posiadająca właściwości antygenowe działa toksycznie po wprowadzeniu do organizmu żywego.

Wici

Niektóre komórki bakteryjne mają wici (jeden lub więcej) lub kosmki, które pomagają im się poruszać. Wici zawierają kurczliwe białko flagelinę.
Liczba wici może być różna - jedna, wiązka wici, wici na różnych końcach komórki lub na całej powierzchni.
Ruch (losowy lub obrotowy) odbywa się w wyniku ruchu obrotowego wici.
Właściwości antygenowe wici mają działanie toksyczne w chorobie.
Bakterie nieposiadające wici, pokryte śluzem, potrafią się ślizgać. Bakterie wodne zawierają 40–60 wakuoli wypełnionych azotem.

Zapewniają nurkowanie i wynurzanie. W glebie komórka bakteryjna przemieszcza się kanałami glebowymi.

Pił

Pili (kosmki, fimbrie) pokrywają powierzchnię komórek bakteryjnych. Kosmek to spiralnie skręcona, cienka, pusta nić o charakterze białkowym.
Typ ogólny pił zapewniają adhezję (przyklejanie) do komórek gospodarza. Ich liczba jest ogromna i waha się od kilkuset do kilku tysięcy. Od momentu przywiązania rozpoczyna się każdy proces zakaźny.
Seks pił ułatwić transfer materiału genetycznego od dawcy do biorcy. Ich liczba wynosi od 1 do 4 na komórkę.

Błona cytoplazmatyczna

Błona cytoplazmatyczna znajduje się pod ścianą komórkową i jest lipoproteiną (do 30% lipidów i do 70% białek).
Różne komórki bakteryjne mają różny skład lipidów błonowych.
Białka błonowe pełnią wiele funkcji. Białka funkcjonalne to enzymy, dzięki którym synteza różnych jego składników itp. zachodzi na błonie cytoplazmatycznej.
Błona cytoplazmatyczna składa się z 3 warstw. Podwójna warstwa fosfolipidów jest przesiąknięta globulinami, które zapewniają transport substancji do komórki bakteryjnej. Jeśli jej funkcja zostanie zakłócona, komórka umiera.
Błona cytoplazmatyczna bierze udział w sporulacji.

Struktura wewnętrzna bakterii

Cytoplazma

Całą zawartość komórki, z wyjątkiem jądra i ściany komórkowej, nazywa się cytoplazmą. Płynna, pozbawiona struktury faza cytoplazmy (macierzy) zawiera rybosomy, układy błonowe, mitochondria, plastydy i inne struktury, a także rezerwowe składniki odżywcze. Cytoplazma ma niezwykle złożoną, drobną strukturę (warstwowa, ziarnista). Za pomocą mikroskopu elektronowego odkryto wiele interesujących szczegółów struktury komórki.

Zewnętrzna warstwa lipoproteinowa protoplastu bakteryjnego, która ma szczególne właściwości fizyczne i chemiczne, nazywana jest błoną cytoplazmatyczną. Wewnątrz cytoplazmy znajdują się wszystkie istotne struktury i organelle. Błona cytoplazmatyczna pełni bardzo ważną rolę – reguluje wnikanie substancji do wnętrza komórki i uwalnianie produktów przemiany materii na zewnątrz. Przez błonę składniki odżywcze mogą przedostać się do komórki w wyniku aktywnego procesu biochemicznego z udziałem enzymów.

Ponadto w błonie zachodzi synteza niektórych składników komórki, głównie składników ściany komórkowej i torebki. Wreszcie błona cytoplazmatyczna zawiera najważniejsze enzymy (katalizatory biologiczne). Uporządkowane rozmieszczenie enzymów na błonach umożliwia regulację ich aktywności i zapobieganie niszczeniu jednych enzymów przez inne. Z błoną powiązane są rybosomy – cząstki strukturalne, na których syntetyzowane jest białko. Błona składa się z lipoprotein. Jest wystarczająco mocny i może zapewnić tymczasowe istnienie komórki bez powłoki. Błona cytoplazmatyczna stanowi do 20% suchej masy komórki.

Na elektronicznych zdjęciach cienkich skrawków bakterii błona cytoplazmatyczna pojawia się jako ciągła nić o grubości około 75 A, składająca się z jasnej warstwy (lipidów) umieszczonej pomiędzy dwiema ciemniejszymi (białkami). Każda warstwa ma szerokość 20–30 A. Taka membrana nazywana jest elementarną.

Granulki

Cytoplazma komórek bakteryjnych często zawiera granulki o różnych kształtach i rozmiarach. Ich obecności nie można jednak uważać za swego rodzaju trwałą oznakę obecności drobnoustroju, zazwyczaj jest ona w dużej mierze związana z warunkami fizyczno-chemicznymi środowiska.

Wiele inkluzji cytoplazmatycznych składa się ze związków, które służą jako źródło energii i węgla. Te substancje rezerwowe powstają, gdy organizm jest zaopatrzony w wystarczającą ilość składników odżywczych i odwrotnie, są wykorzystywane, gdy organizm znajduje się w mniej korzystnych warunkach żywieniowych.

U wielu bakterii granulki składają się ze skrobi lub innych polisacharydów - glikogenu i ziarnistości. Niektóre bakterie hodowane na podłożu bogatym w cukier zawierają wewnątrz komórki kropelki tłuszczu. Innym szeroko rozpowszechnionym typem wtrąceń ziarnistych jest wolutyna (granulki metachromatyny). Granulki te składają się z polimetafosforanu (substancji rezerwowej zawierającej reszty kwasu fosforowego). Polimetafosforan służy jako źródło grup fosforanowych i energii dla organizmu. Bakterie częściej gromadzą wolutynę w nietypowych warunkach żywieniowych, takich jak pożywki bezsiarkowe. W cytoplazmie niektórych bakterii siarkowych znajdują się kropelki siarki.

Mezosomy

Pomiędzy błoną plazmatyczną a ścianą komórkową istnieje połączenie w postaci desmoz - mostków. Błona cytoplazmatyczna często powoduje wgłębienia - występy do wnętrza komórki. Te inwazje tworzą w cytoplazmie specjalne struktury błonowe zwane mezosomami.

Niektóre typy mezosomów to ciała oddzielone od cytoplazmy własną błoną. Wewnątrz tych worków błonowych znajdują się liczne pęcherzyki i kanaliki. Struktury te pełnią u bakterii różnorodne funkcje. Niektóre z tych struktur są analogami mitochondriów.

Inne pełnią funkcje retikulum endoplazmatycznego lub aparatu Golgiego. Poprzez inwazję błony cytoplazmatycznej powstaje również aparat fotosyntetyczny bakterii. Po inwazji cytoplazmy błona nadal rośnie i tworzy stosy, które analogicznie do granulek chloroplastów roślinnych nazywane są stosami tylakoidów. W błonach tych, które często wypełniają większość cytoplazmy komórki bakteryjnej, zlokalizowane są pigmenty (bakteriochlorofil, karotenoidy) i enzymy (cytochromy), które realizują proces fotosyntezy.

Nukleoid

Bakterie nie mają takiego jądra jak organizmy wyższe (eukarionty), ale mają swój analog - „jądrowy odpowiednik” - nukleoid, który jest ewolucyjnie bardziej prymitywną formą organizacji materii jądrowej. Składa się z jednej dwuniciowej nici DNA zamkniętej w pierścieniu o długości 1,1–1,6 nm, która jest uważana za pojedynczy chromosom bakteryjny, czyli genofor. Nukleoid u prokariotów nie jest oddzielony od reszty komórki błoną – brakuje mu otoczki jądrowej.

Struktury nukleoidowe obejmują polimerazę RNA, białka zasadowe i nie zawierają histonów; chromosom jest zakotwiczony w błonie cytoplazmatycznej, a u bakterii Gram-dodatnich - w mezosomach. Chromosom bakteryjny replikuje się w sposób polikonserwatywny: podwójna helisa DNA macierzystego rozwija się, a na matrycy każdego łańcucha polinukleotydowego składa się nowy, komplementarny łańcuch. Nukleoid nie ma aparatu mitotycznego, a oddzielenie jąder potomnych zapewnia wzrost błony cytoplazmatycznej.

Rdzeń bakteryjny jest strukturą zróżnicowaną. W zależności od etapu rozwoju komórki nukleoid może być dyskretny (nieciągły) i składać się z pojedynczych fragmentów. Wynika to z faktu, że podział komórki bakteryjnej w czasie następuje po zakończeniu cyklu replikacji cząsteczki DNA i utworzeniu chromosomów potomnych.

Nukleoid zawiera większość informacji genetycznej komórki bakteryjnej. Oprócz nukleoidu w komórkach wielu bakterii znajdują się pozachromosomalne elementy genetyczne - plazmidy, które są małymi okrągłymi cząsteczkami DNA zdolnymi do autonomicznej replikacji.

Plazmidy

Plazmidy to autonomiczne cząsteczki zwinięte w pierścień dwuniciowego DNA. Ich masa jest znacznie mniejsza niż masa nukleotydu. Pomimo faktu, że informacje dziedziczne są zakodowane w DNA plazmidów, nie są one istotne i niezbędne dla komórki bakteryjnej.

Rybosomy

Cytoplazma bakterii zawiera rybosomy – cząsteczki syntetyzujące białka o średnicy 200A. W klatce jest ich ponad tysiąc. Rybosomy składają się z RNA i białka. U bakterii wiele rybosomów jest swobodnie rozmieszczonych w cytoplazmie, niektóre z nich mogą być związane z błonami.

Rybosomy są ośrodkami syntezy białek w komórce. Jednocześnie często łączą się ze sobą, tworząc agregaty zwane polirybosomami lub polisomami.

Inkluzje

Inkluzje są produktami metabolizmu komórek jądrowych i niejądrowych. Stanowią źródło składników odżywczych: glikogenu, skrobi, siarki, polifosforanu (walutyny) itp. Inkluzje często po pomalowaniu przyjmują inny wygląd niż kolor barwnika. Waluty można używać do diagnozowania prątka błonicy.

Czego brakuje komórkom bakterii?

Ponieważ bakteria jest mikroorganizmem prokariotycznym, komórkom bakteryjnym zawsze brakuje wielu organelli, które są nieodłączne dla organizmów eukariotycznych:

aparat Golgiego, który pomaga komórce gromadząc niepotrzebne substancje, a następnie usuwając je z komórki;
plastydy, zawarte wyłącznie w komórkach roślinnych, decydują o ich zabarwieniu, a także odgrywają znaczącą rolę w fotosyntezie;
lizosomy, które mają specjalne enzymy i pomagają rozkładać białka;
mitochondria dostarczają komórkom niezbędnej energii, a także biorą udział w rozmnażaniu;
retikulum endoplazmatyczne, które zapewnia transport niektórych substancji do cytoplazmy;
centrum komórkowe.

Warto również pamiętać, że bakterie nie mają ściany komórkowej, dlatego nie mogą zachodzić procesy takie jak pinocytoza i fagocytoza.

Cechy procesów bakteryjnych

Będąc szczególnymi mikroorganizmami, bakterie są przystosowane do życia w warunkach, w których może nie być tlenu. Ale samo ich oddychanie następuje z powodu mezosomów. Bardzo interesujące jest również to, że organizmy zielone potrafią przeprowadzać fotosyntezę podobnie jak rośliny. Należy jednak wziąć pod uwagę, że u roślin proces fotosyntezy zachodzi w chloroplastach, podczas gdy u bakterii zachodzi na błonach.

Rozmnażanie się w komórce bakteryjnej odbywa się w najbardziej prymitywny sposób. Dojrzała komórka dzieli się na dwie części, po pewnym czasie osiąga dojrzałość i proces ten się powtarza. W sprzyjających warunkach może nastąpić zmiana 70-80 pokoleń dziennie. Należy pamiętać, że bakterie ze względu na swoją budowę nie mają dostępu do metod rozmnażania takich jak mitoza i mejoza. Są charakterystyczne dla komórek eukariotycznych.

Wiadomo, że tworzenie zarodników jest jednym z kilku sposobów rozmnażania się grzybów i roślin. Ale bakterie są również zdolne do tworzenia zarodników, co jest charakterystyczne dla niewielu ich gatunków. Posiadają tę umiejętność, aby przetrwać szczególnie niesprzyjające warunki, które mogą stanowić zagrożenie dla życia.

Znane są gatunki, które potrafią przetrwać nawet w warunkach kosmicznych. Tego nie może powtórzyć żaden żywy organizm. Bakterie stały się przodkami życia na Ziemi ze względu na prostotę swojej budowy. Ale fakt, że istnieją do dziś, pokazuje, jak ważne są dla otaczającego nas świata. Z ich pomocą ludzie mogą jak najbardziej zbliżyć się do odpowiedzi na pytanie o pochodzenie życia na Ziemi, stale badając bakterie i ucząc się czegoś nowego.

Najciekawsze i fascynujące fakty na temat bakterii

Bakterie Staphylococcus pragną ludzkiej krwi

Staphylococcus aureus to powszechny rodzaj bakterii, który dotyka około 30 procent wszystkich ludzi. U niektórych osób stanowi część mikrobiomu (mikroflory) i występuje zarówno w organizmie, jak i na skórze lub w jamie ustnej. Chociaż istnieją nieszkodliwe szczepy gronkowca, inne, takie jak oporny na metycylinę Staphylococcus aureus, powodują poważne problemy zdrowotne, w tym infekcje skóry, choroby układu krążenia, zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych i choroby trawienne.

Naukowcy z Uniwersytetu Vanderbilt odkryli, że bakterie gronkowca wolą krew ludzką od krwi zwierzęcej. Bakterie te częściowo zawierają żelazo zawarte w hemoglobinie znajdującej się w czerwonych krwinkach. Staphylococcus aureus rozrywa komórki krwi, aby dostać się do znajdującego się w nich żelaza. Uważa się, że różnice genetyczne w hemoglobinie mogą sprawić, że niektórzy ludzie będą bardziej skłonni do zwalczania bakterii gronkowcowych niż inni.

Bakterie powodują deszcz

Naukowcy odkryli, że bakterie w atmosferze mogą odgrywać rolę w wytwarzaniu deszczu i innych form opadów. Proces ten rozpoczyna się, gdy bakterie z roślin przedostają się przez wiatr do atmosfery. Na wysokości wokół nich tworzy się lód i zaczynają rosnąć. Gdy zamrożone bakterie osiągną określony próg wzrostu, lód zaczyna się topić i powraca na ziemię w postaci deszczu. Bakterie z gatunku Psuedomonas syringae znaleziono nawet w środku dużych cząstek gradu. Wytwarzają w swoich błonach komórkowych specjalne białko, które pozwala im w unikalny sposób wiązać wodę, sprzyjając tworzeniu się lodu.

Walka z bakteriami wywołującymi trądzik

Naukowcy odkryli, że niektóre szczepy bakterii wywołujących trądzik mogą faktycznie pomóc w zapobieganiu trądzikowi. Bakteria powodująca trądzik, Propionibacterium Acnes, żyje w porach naszej skóry. Kiedy bakterie te wywołują odpowiedź immunologiczną, obszar skóry puchnie i tworzą się pryszcze.

Stwierdzono jednak, że niektóre szczepy bakterii rzadziej powodują trądzik. Te szczepy mogą być powodem, dla którego u osób o zdrowej skórze rzadko rozwija się trądzik. Badając geny szczepów Propionibacterium Acnes pobranych od osób z trądzikiem i zdrową skórą, naukowcy zidentyfikowali szczep, który był powszechny na jasnej skórze i rzadki na skórze z trądzikiem. Przyszłe badania będą obejmować wysiłki mające na celu opracowanie leku, który zabija jedynie wywołujące trądzik szczepy bakterii Propionibacterium Acnes.

Bakterie na dziąsłach mogą prowadzić do chorób serca

Kto by pomyślał, że regularne szczotkowanie zębów może pomóc w zapobieganiu chorobom serca? Poprzednie badania wykazały związek pomiędzy chorobami dziąseł i chorobami układu krążenia. Teraz naukowcy odkryli specyficzny związek między tymi chorobami.

Uważa się, że zarówno bakterie, jak i ludzie wytwarzają pewne rodzaje białek zwanych białkami stresu. Białka te powstają, gdy komórki doświadczają różnego rodzaju warunków stresowych. Kiedy dana osoba ma infekcję dziąseł, komórki układu odpornościowego zaczynają atakować bakterie. Bakterie wytwarzają białka stresu, gdy zostaną zaatakowane, a białe krwinki również atakują białka stresu.

Problem polega na tym, że białe krwinki nie potrafią rozróżnić białek stresu wytwarzanych przez bakterie od białek wytwarzanych przez organizm. W rezultacie komórki układu odpornościowego atakują również białka stresu wytwarzane przez organizm, powodując gromadzenie się białych krwinek w tętnicach i prowadząc do miażdżycy. Zwapnione serce jest główną przyczyną chorób układu krążenia.

Bakterie glebowe poprawiają uczenie się

Czy wiesz, że spędzanie czasu na ogrodnictwie lub ogrodnictwie może pomóc Ci lepiej się uczyć? Według naukowców bakteria glebowa Mycobacterium vaccae może usprawnić proces uczenia się u ssaków.

Bakterie te prawdopodobnie dostają się do naszego organizmu poprzez połknięcie lub oddychanie. Naukowcy sugerują, że bakteria Mycobacterium vaccae poprawia uczenie się poprzez stymulację wzrostu neuronów w mózgu, co prowadzi do zwiększenia poziomu serotoniny i zmniejszenia lęku.

Badanie przeprowadzono na myszach karmionych żywymi bakteriami Mycobacterium vaccae. Wyniki pokazały, że myszy, które zjadły bakterie, poruszały się po labiryncie znacznie szybciej i z mniejszym niepokojem niż myszy, które nie zjadły bakterii. Naukowcy sugerują, że Mycobacterium vaccae odgrywa rolę w lepszym rozwiązywaniu problemów i zmniejszaniu poziomu stresu.

Maszyny bakteryjne

Naukowcy z Argonne National Laboratory odkryli, że bakteria Bacillus subtilis ma zdolność obracania bardzo małych kół zębatych. Bakterie te są tlenowe, co oznacza, że potrzebują tlenu do wzrostu i rozwoju. Po umieszczeniu w roztworze zawierającym mikropęcherzyki powietrza bakterie unoszą się na zębach przekładni i powodują jej obrót w określonym kierunku.

Aby przekładnia zaczęła się obracać, potrzeba współdziałania kilkuset bakterii. Odkryto również, że bakterie potrafią włączyć kilka połączonych ze sobą kół zębatych. Naukowcy byli w stanie kontrolować prędkość, z jaką bakterie obracały tryby, dostosowując ilość tlenu w roztworze. Spadek tlenu spowodował spowolnienie bakterii. Usunięcie tlenu powoduje ich całkowite zatrzymanie.

Bakterie, pomimo pozornej prostoty, mają dobrze rozwiniętą strukturę komórkową, która odpowiada za wiele ich unikalnych właściwości biologicznych. Wiele szczegółów strukturalnych jest charakterystycznych dla bakterii i nie występuje wśród archeonów ani eukariontów. Jednak pomimo względnej prostoty bakterii i łatwości hodowli poszczególnych szczepów, wielu bakterii nie można hodować w laboratorium, a ich struktury są często zbyt małe, aby je badać. Dlatego chociaż niektóre zasady budowy komórek bakteryjnych są dobrze poznane i nawet stosowane w odniesieniu do innych organizmów, większość unikalnych cech i struktur bakterii jest nadal nieznana.

morfologia komórki

Większość bakterii ma kształt kulisty, tak zwane coci (od greckiego słowa kokko- ziarno lub jagoda) lub w kształcie pręta, tak zwane prątki (od łacińskiego słowa bakcyl- stick). Niektóre bakterie w kształcie pręcików (vibrios) są nieco wygięte, podczas gdy inne tworzą spiralne loki (krętki). Cała ta różnorodność form bakteryjnych jest zdeterminowana strukturą ich ściany komórkowej i cytoszkieletu. Formy te są ważne dla funkcjonowania bakterii, ponieważ mogą wpływać na zdolność bakterii do pozyskiwania składników odżywczych, przyczepiania się do powierzchni, poruszania się i ucieczki przed drapieżnikami.

Rozmiar bakterii

Bakterie mogą mieć szeroką gamę kształtów i rozmiarów (lub morfologii). Pod względem wielkości komórki bakteryjne są zazwyczaj 10 razy mniejsze niż komórki eukariotyczne, oczywiście w największym rozmiarze wynoszą jedynie 0,5–5,0 µm, chociaż bakterie olbrzymie, takie jak Thiomargarita namibiensis I Epulopiscium fishelsoni, mogą dorastać do 0,5 mm i być widoczne gołym okiem. Najmniejsze wolno żyjące bakterie to mykoplazmy, należące do rodzaju Mykoplazma mają tylko 0,3 mikrona długości, w przybliżeniu równe rozmiarom największych wirusów.

Mały rozmiar jest ważny dla bakterii, ponieważ skutkuje dużym stosunkiem powierzchni do objętości, co ułatwia szybki transport składników odżywczych i wydalanie odpadów. Z drugiej strony, niski stosunek powierzchni do objętości ogranicza tempo metabolizmu drobnoustroju. Przyczyna istnienia dużych komórek nie jest znana, chociaż wydaje się, że duża objętość służy przede wszystkim do przechowywania dodatkowych składników odżywczych. Istnieje jednak również najmniejszy rozmiar wolno żyjącej bakterii. Według obliczeń teoretycznych kulista komórka o średnicy mniejszej niż 0,15-0,20 mikrona staje się niezdolna do niezależnej reprodukcji, ponieważ fizycznie nie zawiera wszystkich niezbędnych biopolimerów i struktur w wystarczających ilościach. Ostatnio nanobakterie (i podobne nanoby I ultramikrobakterie), posiadające rozmiary mniejsze od „dopuszczalnych”, choć istnienie takich bakterii wciąż stoi pod znakiem zapytania. W przeciwieństwie do wirusów są one zdolne do niezależnego wzrostu i rozmnażania, ale wymagają szeregu składników odżywczych, których nie są w stanie syntetyzować z komórki gospodarza.

Struktura błony komórkowej

Podobnie jak w przypadku innych organizmów, ściana komórkowa bakterii zapewnia integralność strukturalną komórki. U prokariotów podstawową funkcją ściany komórkowej jest ochrona komórki przed wewnętrznym turgorem spowodowanym znacznie wyższym stężeniem białek i innych cząsteczek wewnątrz komórki w porównaniu z otaczającymi ją cząsteczkami. Ściana komórkowa bakterii różni się od ściany wszystkich innych organizmów obecnością peptydoglikanu (rolami N-acetyloglukozaminy i kwasu N-acetomuramowego), który znajduje się bezpośrednio na zewnątrz błony cytoplazmatycznej. Peptydoglikan odpowiada za sztywność ściany komórkowej bakterii i częściowo za określenie kształtu komórki. Jest stosunkowo porowaty i nie jest odporny na przenikanie małych cząsteczek. Większość bakterii ma ściany komórkowe (z kilkoma wyjątkami, takimi jak mykoplazma i bakterie pokrewne), ale nie wszystkie ściany komórkowe mają tę samą strukturę. Istnieją dwa główne typy bakteryjnych ścian komórkowych, bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne, które można odróżnić na podstawie barwienia metodą Grama.

Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich

Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich charakteryzuje się obecnością bardzo grubej warstwy peptydoglikanu, który odpowiada za barwienie fioletu goryczkowego podczas barwienia metodą Grama. Taka ściana występuje wyłącznie w organizmach należących do gromady Actinobacteria (lub bakterii Gram-dodatnich o wysokim %G+C) i Firmicutes (lub bakterii Gram-dodatnich o niskim %G+C). Bakterie z grupy Deinococcus-Thermus mogą również wybarwiać się dodatnio pod względem barwienia metodą Grama, ale zawierają pewne struktury ściany komórkowej typowe dla organizmów Gram-ujemnych. Ściany komórkowe bakterii Gram-dodatnich mają wbudowane polialkohole zwane kwasem techojowym, z których część wiąże się z lipidami, tworząc kwasy lipochojowe. Ponieważ kwasy lipochojowe wiążą się kowalencyjnie z lipidami w błonie cytoplazmatycznej, są odpowiedzialne za połączenie peptydoglikanu z błoną. Kwas techojowy zapewnia bakteriom gram-dodatnim dodatnie korzyści elektryczne dzięki wiązaniom fosfodiesterynowym pomiędzy monomerami kwasu techojowego.

Ściana komórkowa bakterii Gram-ujemnych

W przeciwieństwie do bakterii Gram-dodatnich, bakterie Gram-ujemne zawierają bardzo cienką warstwę peptydoglikanu, która jest odpowiedzialna za to, że ściany komórkowe nie mogą zawierać fioletu krystalicznego podczas procedury barwienia metodą Grama. Oprócz warstwy peptydoglikanu bakterie Gram-ujemne mają drugą, tak zwaną błonę zewnętrzną, zlokalizowaną na zewnątrz ściany komórkowej i gromadzącą po jej zewnętrznej stronie fosfolipidy i lipopolisacharydy. Ujemnie naładowany lipopolisacharyd zapewnia również komórce ujemny ładunek elektryczny. Struktura chemiczna lipopolisacharydu błony zewnętrznej jest często charakterystyczna dla poszczególnych szczepów bakterii i często jest odpowiedzialna za reakcję antygenów z przedstawicielami tych szczepów.

zewnętrzna męmbrana

Jak każda dwuwarstwa fosfolipidowa, błona zewnętrzna jest całkowicie nieprzepuszczalna dla wszystkich naładowanych cząsteczek. Jednakże kanały białkowe (dip) obecne w błonie zewnętrznej umożliwiają pasywny transport wielu jonów, cukrów i aminokwasów przez błonę zewnętrzną. Zatem cząsteczki te są obecne w peryplazmie, warstwie pomiędzy błoną zewnętrzną i cytoplazmatyczną. Peryplazma zawiera warstwę peptydoglikanu i wiele białek odpowiedzialnych za hydrolizę i odbiór sygnałów zewnątrzkomórkowych. Czyta się, że periplazma ma postać żelu, a nie cieczy, ze względu na wysoką zawartość białka i peptydoglikanu. Sygnały i substancje życiowe z błony peryplazmatycznej dostają się do cytoplazmy komórki za pomocą białek transportowych w błonie cytoplazmatycznej.

Bakteryjna błona cytoplazmatyczna

Bakteryjna błona cytoplazmatyczna składa się z dwuwarstwy fosfolipidów i dlatego pełni wszystkie ogólne funkcje błony cytoplazmatycznej, działając jako bariera przepuszczalności dla większości cząsteczek i otaczając białka transportowe, które regulują transport cząsteczek do komórek. Oprócz tych funkcji na błonach cytoplazmatycznych bakterii zachodzą również reakcje obiegu energii. W przeciwieństwie do eukariontów błony bakteryjne (z pewnymi wyjątkami, takimi jak mykoplazmy i metanotrofy) na ogół nie zawierają steroli. Jednak wiele bakterii zawiera związki o podobnej strukturze, zwane hopanoidami, które prawdopodobnie pełnią tę samą funkcję. W przeciwieństwie do eukariontów, bakterie mogą mieć w swoich błonach różnorodne kwasy tłuszczowe. Oprócz typowych nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych bakterie mogą zawierać kwasy tłuszczowe z dodatkowymi grupami metylowymi, hydroksylowymi lub nawet cyklicznymi. Bakteria może regulować względne proporcje tych kwasów tłuszczowych, aby utrzymać optymalną płynność błony (na przykład podczas zmian temperatury).

Struktury powierzchniowe bakterii

Kosmki i fimbrie

Kosmki i fimbrie (pili, fimbrie)— orientalne struktury powierzchniowe bakterii. Początkowo terminy te wprowadzano osobno, obecnie jednak takie struktury klasyfikuje się jako typy I, IV i kosmki płciowe, natomiast wiele innych typów pozostaje niesklasyfikowanych.

Kosmki narządów płciowych są bardzo długie (5-20 mikronów) i występują na komórce bakteryjnej w małych ilościach. Służą do wymiany DNA podczas koniugacji bakterii.

Kosmki lub fimbrie typu I są krótkie (1-5 mikronów), wystają z błony zewnętrznej w wielu kierunkach i mają kształt rurowy, obecne u wielu przedstawicieli typu Proteobacteria. Włókna te są zwykle używane do mocowania do powierzchni.

Kosmki lub fimbrie typu IV są średniej długości (około 5 mikronów) i znajdują się na biegunach bakterii. Kosmki typu IV pomagają przyczepiać się do powierzchni (na przykład podczas tworzenia biofilmu) lub do innych komórek (na przykład komórek zwierzęcych podczas patogenezy). Niektóre bakterie (np. Myxococcus) wykorzystują kosmki typu IV jako mechanizm ruchu.

Pogromca

Na powierzchni, poza warstwą peptydyglikanu lub błoną zewnętrzną, często znajduje się warstwa białka S. Chociaż funkcja tej warstwy nie jest w pełni znana, uważa się, że warstwa ta zapewnia chemiczną i fizyczną ochronę powierzchni komórki i może służyć jako bariera makromolekularna. Uważa się również, że warstwy S mogą pełnić inne funkcje, na przykład mogą służyć jako czynniki patogeniczności Campylobakter i zawierają zewnętrzne enzymy Bacillus stearothermophilus.

Kapsułki i śluz

Wiele bakterii wydziela pozakomórkowe polimery poza ścianami komórkowymi. Polimery te składają się zwykle z polisacharydów, a czasami z białek. Kapsułki są stosunkowo nieprzepuszczalnymi strukturami, których nie można barwić wieloma barwnikami. Zwykle stosuje się je do przyłączania bakterii do innych komórek lub powierzchni nieożywionych podczas tworzenia biofilmu. Mają zróżnicowaną strukturę, od zdezorganizowanej warstwy śluzowej polimerów komórkowych po wysoce ustrukturyzowane kapsułki błonowe. Czasami struktury te biorą udział w ochronie komórek przed pochłonięciem przez komórki eukariotyczne, takie jak makrofagi. Ponadto wydzielanie śluzu pełni funkcję sygnalizacyjną dla wolno poruszających się bakterii i prawdopodobnie jest wykorzystywane bezpośrednio do przemieszczania się bakterii.

wici

Być może najłatwiejszą do rozpoznania strukturą zewnątrzkomórkową komórki bakteryjnej jest wici. Wici bakteryjne to struktury nitkowate, które aktywnie obracają się wokół własnej osi za pomocą silnika wici i są odpowiedzialne za ruch wielu bakterii w płynnym środowisku. Lokalizacja wici zależy od rodzaju bakterii i jest ich kilka. Wici komórkowe to złożone struktury składające się z wielu białek. Samo włókno składa się z flageliny (FlaA), która tworzy włókno w kształcie rurki. Silnik podstawny to duży kompleks białkowy, który rozciąga się na ścianę komórkową i obie jej błony (jeśli występują), tworząc silnik obrotowy. Silnik ten porusza się pod wpływem potencjału elektrycznego na błonie cytoplazmatycznej.

systemy wydzielnicze

Ponadto w błonie cytoplazmatycznej i błonie komórkowej zlokalizowane są wyspecjalizowane układy wydzielnicze, których budowa zależy od rodzaju bakterii.

Struktura wewnętrzna

W porównaniu do eukariontów wewnątrzkomórkowa struktura komórki bakteryjnej jest nieco prostsza. Bakterie prawie nie zawierają organelli błonowych, jak eukarionty.Oczywiście chromosom i rybosomy to jedyne łatwo widoczne struktury wewnątrzkomórkowe występujące u wszystkich bakterii. Chociaż niektóre grupy bakterii zawierają złożone, wyspecjalizowane struktury wewnątrzkomórkowe, kilka z nich omówiono poniżej.

Cytoplazma i cytoszkielet

Całe wnętrze komórki bakteryjnej znajdujące się w błonie wewnętrznej nazywa się cytoplazmą. Jednorodna frakcja cytoplazmy, zawierająca zestaw rozpuszczalnego RNA, białek, produktów i substratów reakcji metabolicznych, nazywa się cytozolem. Druga część cytoplazmy jest reprezentowana przez różne elementy strukturalne, w tym chromosom, rybosomy, cytoszkielet bakteryjny i inne. Do niedawna uważano, że bakterie nie mają cytoszkieletu, obecnie w bakteriach odkryto ortologie, a nawet homologi wszystkich typów włókien eukariotycznych: mikrotubul (FtsZ), aktyny (MreB i ParM) oraz włókien pośrednich (Crestentin). Cytoszkielet pełni wiele funkcji, często odpowiedzialnych za kształt komórki i transport wewnątrzkomórkowy.

Chromosomy bakteryjne i plazmidy

W przeciwieństwie do eukariontów, chromosom bakteryjny nie jest zlokalizowany w wewnętrznej części jądra otoczonego błoną, lecz w cytoplazmie. Oznacza to, że transfer informacji komórkowej poprzez procesy translacji, transkrypcji i replikacji zachodzi w obrębie tego samego przedziału, a jego składniki mogą oddziaływać z innymi strukturami cytoplazmy, w szczególności z rybosomami. Chromosom bakteryjny nie jest upakowany przy użyciu histonów jak u eukariontów, ale zamiast tego istnieje w postaci zwartej, superskręconej struktury zwanej nukleoidem. Same chromosomy bakteryjne są okrągłe, chociaż istnieją przykłady chromosomów liniowych (na przykład w Borrelia burgdorferi). Oprócz chromosomalnego DNA większość bakterii zawiera również małe, niezależne fragmenty DNA zwane plazmidami, które często kodują pojedyncze białka, które są korzystne, ale mają niewielkie znaczenie dla bakterii gospodarza. Plazmidy mogą być łatwo nabyte lub utracone przez bakterie i mogą być przenoszone między bakteriami w formie poziomego transferu genów.

Rybosomy i kompleksy białkowe

U większości bakterii licznymi strukturami wewnątrzkomórkowymi są rybosomy, miejsca syntezy białek we wszystkich żywych organizmach. Rybosomy bakteryjne różnią się również nieco od rybosomów eukariotycznych i archeonowych i mają stałą sedymentacji 70S (w przeciwieństwie do 80S u eukariontów). Chociaż rybosom jest najpowszechniejszym wewnątrzkomórkowym kompleksem białkowym u bakterii, czasami za pomocą mikroskopii elektronowej obserwuje się inne duże kompleksy, chociaż w większości przypadków ich przeznaczenie jest nieznane.

membrany wewnętrzne

Jedną z głównych różnic między komórką bakteryjną a komórką eukariotyczną jest brak błony jądrowej, a często w ogóle brak błon w cytoplizmie. Wiele ważnych reakcji biochemicznych, takich jak reakcje cyklu energetycznego, zachodzi w wyniku gradientów jonowych na membranach, tworząc różnicę potencjałów niczym bateria. Brak błon wewnętrznych u bakterii powoduje, że reakcje te, takie jak transfer elektronów w reakcjach łańcuchowych transportu elektronów, zachodzą przez błonę cytoplazmatyczną, pomiędzy cytoplazmą a peryplazmą. Jednakże u niektórych bakterii fotosyntetyzujących istnieje rozwinięta sieć pochodzących z nich cytoplazmatycznych błon fotosyntetycznych. U bakterii fioletowych (np. Rhodobacter) zachowały połączenie z błoną cytoplazmatyczną, które można łatwo wykryć na skrawkach pod mikroskopem elektronowym, ale u cyjanobakterii połączenie to jest albo trudne do znalezienia, albo utracone w procesie ewolucji.

granulki

Niektóre bakterie tworzą wewnątrzkomórkowe granulki do przechowywania składników odżywczych, takich jak glikogen, polifosforan, siarka lub polihydroksyalkaniany, dzięki czemu bakterie mają zdolność przechowywania tych substancji do późniejszego wykorzystania.

pęcherzyki gazu

Pęcherzyki gazowe to wrzecionowate struktury występujące u niektórych pływających bakterii, które zapewniają komórkom tych bakterii pływalność, zmniejszając ich ogólną gęstość. Składają się z białkowej otoczki, która jest bardzo nieprzepuszczalna dla wody, ale przepuszczalna dla większości gazów. Dostosowując ilość gazu obecnego w pęcherzykach gazowych, bakteria może zwiększać lub zmniejszać swoją ogólną gęstość, a tym samym przemieszczać się w górę lub w dół w słupie wody, utrzymując się w środowisku optymalnym dla wzrostu.

Karboksysomy

Karboksysomy to struktury wewnątrzkomórkowe występujące u wielu bakterii autotroficznych, takich jak cyjanobakterie, bakterie azotowe i nitrobakterie. Są to struktury białkowe, które pod względem morfologii przypominają cząstki wirusowe i zawierają w tych organizmach enzymy wiążące dwutlenek węgla (zwłaszcza karboksylazę/oksygenazę rybulozobisfosforanową, RuBisCO i anhydrazę węglanową). Uważa się, że wysokie lokalne stężenie enzymów w połączeniu z szybką przemianą wodorowęglanu do kwasu węglowego przez anhydrazę węglanową pozwala na szybsze i skuteczniejsze wiązanie dwutlenku węgla niż jest to możliwe w cytoplazmie.

Wiadomo, że takie struktury zawierają dehydratazę glicerolową zawierającą koenzym B12, kluczowy enzym w fermentacji glicerolu do 1,3-propanodiolu u niektórych członków rodziny Enterobacteriaceae (np. Salmonelli).

Magnetosomy

Dobrze znaną klasą organelli błonowych bakterii, które bardziej przypominają organelle eukariotyczne, ale mogą być również związane z błoną cytoplazmatyczną, są magnetosomy obecne w bakteriach magnetotaktycznych.

Bakterie na farmie

Przy udziale bakterii otrzymuje się fermentowane produkty mleczne (kefir, ser) i kwas otsotowy. Pewne grupy bakterii wykorzystywane są do produkcji antybiotyków i witamin. Stosowany do marynowania kapusty i garbowania skór. Natomiast w rolnictwie bakterie wykorzystywane są do produkcji i przechowywania zielonej paszy dla zwierząt.

Szkoda, że na farmie

Bakterieii mogą zepsuć żywność. Osadzając się w produktach wytwarzają substancje toksyczne zarówno dla ludzi, jak i zwierząt.Jeśli serum i zatrute leki NIE zostaną w porę zastosowane, człowiek może umrzeć! Dlatego pamiętajcie o umyciu warzyw i owoców przed jedzeniem!

Zarodniki i nieaktywne formy bakterii

Niektóre bakterie z rodzaju Firmicutes są zdolne do tworzenia endospor, dzięki czemu są w stanie wytrzymać ekstremalne warunki środowiskowe i chemiczne (na przykład bakterie Gram-dodatnie Bakcyl, beztlenowce, Heliobakteria I Clostridium). Prawie we wszystkich przypadkach powstaje jedna endosprora, więc nie jest to jednak proces reprodukcyjny Anaerobakter mogą tworzyć do siedmiu endospor na komórkę. Endospory mają centralne jądro złożone z cytoplazmy zawierającej DNA i rybosomy, otoczone warstwą czopa i chronione nieprzeniknioną i sztywną membraną. Endospory nie wykazują żadnego metabolizmu i mogą wytrzymać ekstremalne ciśnienia fizykochemiczne, takie jak wysoki poziom promieniowania ultrafioletowego, promieniowania gamma, detergentów, środków dezynfekcyjnych, ciepła, ciśnienia i suszenia. W tym stanie nieaktywnym organizmy te w niektórych przypadkach mogą zachować żywotność przez miliony lat i przetrwać nawet w przestrzeni kosmicznej. Endospory mogą powodować choroby, na przykład wąglik może być spowodowany wdychaniem endospor Bacillus anthracis.

Bakterie utleniające metan z rodzaju Metylozyna Tworzą także zarodniki odporne na wysychanie, tzw egzospory, ponieważ powstają poprzez pączkowanie na końcu komórki. Egzospory nie zawierają kwasu diaminopikolinowego, charakterystycznego składnika endospor. Cysty to inne nieaktywne, grubościenne struktury utworzone przez przedstawicieli tego rodzaju Azotobakter, Bdellovibrio (bdelocysty), I Myksokoki (myksospory). Są odporne na wysychanie i inne szkodliwe działanie, jednak w mniejszym stopniu niż endopory. Kiedy tworzą się cysty, przedstawiciele Azotobakter, podział komórki kończy się utworzeniem grubej wielowarstwowej ściany i błony otaczającej komórkę. nitkowate promieniowce tworzą zarodniki rozrodcze dwóch kategorii: warunkujospory, które są łańcuchami zarodników utworzonymi z nici podobnych do grzybni i sporangiospory, które tworzą się w wyspecjalizowanych woreczkach, sporangia.

Wideo na ten temat

Nic dziwnego, że aby w pełni zasiedlić powierzchnię Ziemi, mikroorganizmy muszą przybierać różne formy:

cocci - kulki;
paciorkowce – łańcuchy;
pałeczki - pręty;
vibrios - zakrzywione przecinki;
spirilla - spirale.

Struktura zewnętrzna bakterii

Ściana komórkowa

Ściana komórkowa komórki bakteryjnej jest jej ochroną i wsparciem. Nadaje mikroorganizmowi własny, specyficzny kształt.
Ściana komórkowa jest przepuszczalna. Składniki odżywcze przedostają się do wewnątrz, a produkty przemiany materii przez nie.
Niektóre rodzaje bakterii wytwarzają specjalny śluz przypominający kapsułkę, która chroni je przed wysychaniem.
Niektóre komórki mają wici (jeden lub więcej) lub kosmki, które pomagają im się poruszać.
Komórki bakteryjne zabarwione na różowo metodą Grama ( Gram-ujemne), ściana komórkowa jest cieńsza i wielowarstwowa. Uwalniane są enzymy, które pomagają rozkładać składniki odżywcze.
Bakterie, które wydają się fioletowe w barwieniu metodą Grama ( Gram-dodatnie), ściana komórkowa jest gruba. Składniki odżywcze dostające się do komórki są rozkładane w przestrzeni peryplazmatycznej (przestrzeni między ścianą komórkową a błoną cytoplazmatyczną) przez enzymy hydrolityczne.
Na powierzchni ściany komórkowej znajduje się wiele receptorów. Przyłączone są do nich zabójcy komórek – fagi, kolicyny i związki chemiczne.
Lipoproteiny ścienne niektórych typów bakterii to antygeny zwane toksynami.
Przy długotrwałym leczeniu antybiotykami i z wielu innych powodów niektóre komórki tracą błony, ale zachowują zdolność do reprodukcji. Przybierają zaokrąglony kształt - kształt litery L i mogą utrzymywać się w organizmie człowieka przez długi czas (cocci lub prątki gruźlicy). Niestabilne formy L mają zdolność powrotu do pierwotnej formy (rewersja).

Kapsuła

Powłoka przypominająca kapsułkę

Funkcje kapsułki są zróżnicowane:

ochrona przed agresywnymi warunkami środowiska,
zapewnienie adhezji (przyklejania) do komórek ludzkich,
Kapsułka posiadająca właściwości antygenowe działa toksycznie po wprowadzeniu do organizmu żywego.

Wici

Niektóre komórki bakteryjne mają wici (jeden lub więcej) lub kosmki, które pomagają im się poruszać. Wici zawierają kurczliwe białko flagelinę.
Liczba wici może być różna - jedna, wiązka wici, wici na różnych końcach komórki lub na całej powierzchni.
Ruch (losowy lub obrotowy) odbywa się w wyniku ruchu obrotowego wici.
Właściwości antygenowe wici mają działanie toksyczne w chorobie.
Bakterie nieposiadające wici, pokryte śluzem, potrafią się ślizgać. Bakterie wodne zawierają 40–60 wakuoli wypełnionych azotem.

Zapewniają nurkowanie i wynurzanie. W glebie komórka bakteryjna przemieszcza się kanałami glebowymi.

Pił

Pili (kosmki, fimbrie) pokrywają powierzchnię komórek bakteryjnych. Kosmek to spiralnie skręcona, cienka, pusta nić o charakterze białkowym.
Typ ogólny pił zapewniają adhezję (przyklejanie) do komórek gospodarza. Ich liczba jest ogromna i waha się od kilkuset do kilku tysięcy. Od momentu przywiązania rozpoczyna się każdy proces zakaźny.
Seks pił ułatwić transfer materiału genetycznego od dawcy do biorcy. Ich liczba wynosi od 1 do 4 na komórkę.

Błona cytoplazmatyczna

Błona cytoplazmatyczna znajduje się pod ścianą komórkową i jest lipoproteiną (do 30% lipidów i do 70% białek).
Różne komórki bakteryjne mają różny skład lipidów błonowych.
Białka błonowe pełnią wiele funkcji. Białka funkcjonalne to enzymy, dzięki którym synteza różnych jego składników itp. zachodzi na błonie cytoplazmatycznej.
Błona cytoplazmatyczna składa się z 3 warstw. Podwójna warstwa fosfolipidów jest przesiąknięta globulinami, które zapewniają transport substancji do komórki bakteryjnej. Jeśli jej funkcja zostanie zakłócona, komórka umiera.
Błona cytoplazmatyczna bierze udział w sporulacji.

Struktura wewnętrzna bakterii

Cytoplazma

Granulki

Mezosomy

Nukleoid

Plazmidy

Rybosomy

Rybosomy są ośrodkami syntezy białek w komórce. Jednocześnie często łączą się ze sobą, tworząc agregaty zwane polirybosomami lub polisomami.

Inkluzje

Czego brakuje komórkom bakterii?

Ponieważ bakteria jest mikroorganizmem prokariotycznym, komórkom bakteryjnym zawsze brakuje wielu organelli, które są nieodłączne dla organizmów eukariotycznych:

aparat Golgiego, który pomaga komórce gromadząc niepotrzebne substancje, a następnie usuwając je z komórki;
plastydy, zawarte wyłącznie w komórkach roślinnych, decydują o ich zabarwieniu, a także odgrywają znaczącą rolę w fotosyntezie;
lizosomy, które mają specjalne enzymy i pomagają rozkładać białka;
mitochondria dostarczają komórkom niezbędnej energii, a także biorą udział w rozmnażaniu;
retikulum endoplazmatyczne, które zapewnia transport niektórych substancji do cytoplazmy;
centrum komórkowe.

Warto również pamiętać, że bakterie nie mają ściany komórkowej, dlatego nie mogą zachodzić procesy takie jak pinocytoza i fagocytoza.

Cechy procesów bakteryjnych

Najciekawsze i fascynujące fakty na temat bakterii

Bakterie Staphylococcus pragną ludzkiej krwi

Bakterie powodują deszcz

Walka z bakteriami wywołującymi trądzik

Bakterie na dziąsłach mogą prowadzić do chorób serca

Bakterie glebowe poprawiają uczenie się

Maszyny bakteryjne

STRUKTURA KOMÓRKI BAKTERYJNEJ

Elementy strukturalne komórki to błona bakteryjna, składająca się ze ściany komórkowej, błony cytoplazmatycznej i czasami kapsułki; cytoplazma; rybosomy; różne inkluzje cytoplazmatyczne; nukleoid (jądro). Niektóre typy bakterii mają również zarodniki, wici i rzęski (pili, fimbrie) (ryc. 2).

Ściana komórkowa obowiązkowe powstawanie bakterii większości gatunków. Jego struktura zależy od rodzaju i przynależności
bakterie na grupy zróżnicowane metodą barwienia metodą Grama. Masa ściany komórkowej stanowi około 20% suchej masy całej komórki, grubość wynosi od 15 do 80 nm.

Ryż. 3. Schemat budowy komórki bakteryjnej

1 - kapsułka; 2 - ściana komórkowa; 3 - błona cytoplazmatyczna; 4 - cytoplazma; 5 - mezosomy; 6 - rybosomy; 7 - nukleoid; 8 - formacje błony wewnątrzcytoplazmatycznej; 9 - krople tłuszczu; 10 - granulki polisacharydowe; 11 - granulki polifosforanowe; 12 – wtrącenia siarki; 13 - wici; 14 - ciało podstawowe

Ściana komórkowa posiada pory o średnicy do 1 nm, jest więc błoną półprzepuszczalną, przez którą wnikają składniki odżywcze i uwalniane są produkty przemiany materii.

Substancje te mogą przedostać się do komórki drobnoustroju dopiero po wstępnym rozszczepieniu hydrolitycznym przez specyficzne enzymy wydzielane przez bakterie do środowiska zewnętrznego.

Skład chemiczny ściany komórkowej jest niejednorodny, ale stały dla określonego rodzaju bakterii, który służy do identyfikacji. W ścianie komórkowej znaleziono związki azotu, lipidy, celulozę, polisacharydy i substancje pektynowe.

Najważniejszym składnikiem chemicznym ściany komórkowej jest złożony peptyd polisacharydowy. Nazywany jest także peptydoglikanem, glikopeptydem, mureiną (od łac. murus - ściana).

Mureina jest polimerem strukturalnym składającym się z cząsteczek glikanu utworzonych przez acetyloglukozaminę i kwas acetylomuraminowy. Jego synteza odbywa się w cytoplazmie na poziomie błony cytoplazmatycznej.

Peptydoglikan ściany komórkowej różnych gatunków ma specyficzny skład aminokwasowy i w zależności od tego określony chemotyp, który jest brany pod uwagę przy identyfikacji kwasu mlekowego i innych bakterii.

W ścianie komórkowej bakterii Gram-ujemnych peptydoglikan występuje w jednej warstwie, natomiast w ścianie bakterii Gram-dodatnich tworzy kilka warstw.

W 1884 roku Gram zaproponował metodę barwienia tkanek, którą stosowano do barwienia komórek prokariotycznych. Jeżeli podczas barwienia metodą Grama utrwalone komórki potraktuje się alkoholowym roztworem barwnika w postaci fioletu krystalicznego, a następnie roztworem jodu, wówczas substancje te tworzą z mureiną trwały, barwny kompleks.

W mikroorganizmach homopozytywnych barwny fioletowy kompleks nie rozpuszcza się pod wpływem etanolu i dlatego nie odbarwia się, po zabarwieniu fuksyną (czerwoną farbą) komórki pozostają w kolorze ciemnofioletowym.

U Gram-ujemnych gatunków mikroorganizmów fiolet goryczki rozpuszcza się w etanolu i przemywa wodą, a po zabarwieniu fuksyną komórka zmienia kolor na czerwony.

Nazywa się zdolność drobnoustrojów do barwienia barwnikami analinowymi i metodą Grama właściwości tynkarskie . Należy je badać w młodych (18–24 godzinnych) kulturach, ponieważ niektóre bakterie Gram-dodatnie w starych kulturach tracą zdolność do pozytywnego barwienia metodą Grama.

Znaczenie peptydoglikanu polega na tym, że dzięki niemu ściana komórkowa posiada sztywność, tj. elastyczność i stanowi szkielet ochronny komórki bakteryjnej.

Kiedy peptydoglikan ulega zniszczeniu, na przykład pod wpływem lizozymu, ściana komórkowa traci sztywność i zapada się. Zawartość komórki (cytoplazma) wraz z błoną cytoplazmatyczną przyjmuje kształt kulisty, czyli staje się protoplastem (sferoplastem).

Wiele enzymów syntetyzujących i rozkładających jest związanych ze ścianą komórkową. Składniki ściany komórkowej są syntetyzowane w błonie cytoplazmatycznej, a następnie transportowane do ściany komórkowej.

Błona cytoplazmatyczna Znajduje się pod ścianą komórkową i ściśle przylega do jej wewnętrznej powierzchni. Jest to półprzepuszczalna błona otaczająca cytoplazmę i wewnętrzną zawartość komórki – protoplast. Błona cytoplazmatyczna jest zwartą zewnętrzną warstwą cytoplazmy.

Błona cytoplazmatyczna jest główną barierą między cytoplazmą a środowiskiem, naruszenie jej integralności prowadzi do śmierci komórki. Składa się z białek (50-75%), lipidów (15-45%), a u wielu gatunków - węglowodanów (1-19%).

Głównymi składnikami lipidowymi błony są fosfo- i glikolipidy.

Błona cytoplazmatyczna przy pomocy zlokalizowanych w niej enzymów pełni różne funkcje: syntetyzuje lipidy błonowe - składniki ściany komórkowej; enzymy błonowe - selektywnie transportują różne organiczne i nieorganiczne cząsteczki oraz jony przez błonę, błona bierze udział w przemianie energii komórkowej, a także w replikacji chromosomów, w przenoszeniu energii elektrochemicznej i elektronów.

Zatem błona cytoplazmatyczna zapewnia selektywne wejście i usunięcie z komórki różnych substancji i jonów.

Pochodnymi błony cytoplazmatycznej są mezosomy . Są to struktury kuliste powstałe w wyniku skręcenia membrany w zawinięcie. Znajdują się po obu stronach - w miejscu tworzenia przegrody komórkowej lub w pobliżu strefy lokalizacji jądrowego DNA.

Mezosomy są funkcjonalnie równoważne mitochondriom komórek organizmów wyższych. Uczestniczą w reakcjach redoks bakterii, odgrywają ważną rolę w syntezie substancji organicznych i tworzeniu ściany komórkowej.

Kapsuła jest pochodną zewnętrznej warstwy błony komórkowej i jest błoną śluzową otaczającą jedną lub więcej komórek drobnoustrojów. Jego grubość może sięgać 10 mikronów, czyli wielokrotnie więcej niż grubość samej bakterii.

Kapsułka pełni funkcję ochronną. Skład chemiczny kapsułki bakteryjnej jest inny. W większości przypadków składa się ze złożonych polisacharydów, mukopolisacharydów, a czasami polipeptydów.

Tworzenie kapsułek jest zwykle cechą gatunkową. Jednakże wygląd mikrokapsułki często zależy od warunków hodowli bakterii.

Cytoplazma- złożony układ koloidalny zawierający dużą ilość wody (80-85%), w którym rozproszone są białka, węglowodany, lipidy, a także związki mineralne i inne substancje.

Cytoplazma to zawartość komórki otoczona błoną cytoplazmatyczną. Podzielony jest na dwie funkcjonalne części.

Jedna część cytoplazmy jest w stanie zolu (roztworu), ma jednorodną strukturę i zawiera zestaw rozpuszczalnych kwasów rybonukleinowych, białek enzymatycznych i produktów przemiany materii.

Drugą część reprezentują rybosomy, inkluzje o różnym charakterze chemicznym, aparat genetyczny i inne struktury wewnątrzcytoplazmatyczne.

Rybosomy- są to submikroskopowe granulki, czyli kuliste cząstki nukleoprotein o średnicy od 10 do 20 nm i masie cząsteczkowej około 2-4 milionów.

Rybosomy prokariotyczne składają się z 60% RNA (kwasu rybonukleinowego), zlokalizowanego w centrum i 40 % białko pokrywające zewnętrzną część kwasu nukleinowego.

Inkluzje cytoplazmatyczne Są to produkty przemiany materii, a także produkty rezerwowe, dzięki którym komórka żyje w warunkach braku składników odżywczych.

Materiał genetyczny prokariotów składa się z podwójnej nici kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) o zwartej strukturze, zlokalizowanej w centralnej części cytoplazmy i nieoddzielonej od niej błoną. DNA bakterii nie różni się budową od DNA eukariontów, ale ponieważ nie jest oddzielony od cytoplazmy błoną, materiał genetyczny nazywa się nukleoid Lub genofor. Struktury jądrowe mają kształt kulisty lub podkowy.

Spór bakterie są formą spoczynkową, nie rozmnażającą się. Tworzą się wewnątrz komórki i mają kształt okrągły lub owalny. Zarodniki powstają głównie przez bakterie Gram-dodatnie, pałeczki podczas oddychania tlenowego i beztlenowego w starych kulturach, a także w niesprzyjających warunkach środowiskowych (brak składników odżywczych i wilgoci, kumulacja produktów przemiany materii w środowisku, zmiany pH i temperatury uprawy) , obecność lub brak tlenu atmosferycznego itp.) mogą przejść na alternatywny program rozwoju, co może skutkować powstaniem sporów. W tym przypadku w komórce powstaje jeden zarodnik. Wskazuje to, że zarodnikowanie bakterii jest przystosowaniem do zachowania gatunku (osobnika), a nie sposobem na ich rozmnażanie. Proces sporulacji zachodzi z reguły w środowisku zewnętrznym w ciągu 18-24 godzin.

Dojrzały zarodnik stanowi około 0,1 objętości komórki macierzystej. Zarodniki różnych bakterii różnią się kształtem, rozmiarem i umiejscowieniem w komórce.

Nazywa się mikroorganizmy, w których średnica zarodników nie przekracza szerokości komórki wegetatywnej pałeczki, nazywane są bakterie posiadające zarodniki, których średnica jest 1,5-2 razy większa niż średnica komórki Clostridia.

Wewnątrz komórki drobnoustroju zarodnik może znajdować się w pozycji środkowej – centralnej, na końcu – końcowej oraz pomiędzy środkiem i końcem komórki – w pozycji subterminalnej.

Wici bakterie to narządy ruchu (narządy ruchu), za pomocą których bakterie mogą poruszać się z prędkością do 50-60 µm/s. W tym przypadku w ciągu 1 sekundy bakteria pokonuje długość swojego ciała 50-100 razy. Długość wici jest 5-6 razy większa od długości bakterii. Grubość wici wynosi średnio 12-30 nm.

Liczba wici, ich wielkość i lokalizacja są stałe dla niektórych typów prokariotów i dlatego są brane pod uwagę przy ich identyfikacji.

W zależności od liczby i umiejscowienia wici bakterie dzielą się na monotrichy (monopolar monotrichs) - komórki posiadające jedną wici na jednym końcu, lofotrich (monopolar Polytrichs) - wiązka wici znajduje się na jednym końcu, amphitrichs (bipolar Polytrichs) - wici znajdują się na każdym końcu, bieguny, peritrichs - wici znajdują się na całej powierzchni komórki (ryc. 4) i atrichs - bakterie pozbawione wici.

Charakter ruchu bakterii zależy od liczby wici, wieku, cech kultury, temperatury, obecności różnych substancji chemicznych i innych czynników. Największą mobilność mają monotrichy.

Wici częściej występują w bakteriach w kształcie pałeczek; nie są to istotne struktury komórkowe, ponieważ istnieją wolne od wici warianty ruchliwych gatunków bakterii.

Bakterie to najstarsza grupa organizmów występująca obecnie na Ziemi. Pierwsze bakterie pojawiły się prawdopodobnie ponad 3,5 miliarda lat temu i przez prawie miliard lat były jedynymi żywymi istotami na naszej planecie. Ponieważ byli to pierwsi przedstawiciele żywej natury, ich ciało miało prymitywną budowę.

Z biegiem czasu ich budowa stawała się coraz bardziej złożona, jednak do dziś bakterie uważane są za najbardziej prymitywne organizmy jednokomórkowe. Co ciekawe, niektóre bakterie nadal zachowują prymitywne cechy swoich starożytnych przodków. Obserwuje się to u bakterii żyjących w gorących źródłach siarkowych i beztlenowym błocie na dnie zbiorników.

Większość bakterii jest bezbarwna. Tylko nieliczne są fioletowe lub zielone. Ale kolonie wielu bakterii mają jasny kolor, co jest spowodowane uwolnieniem kolorowej substancji do środowiska lub pigmentacją komórek.

Odkrywcą świata bakterii był Antony Leeuwenhoek, holenderski przyrodnik z XVII wieku, który jako pierwszy stworzył doskonały mikroskop powiększający, powiększający przedmioty 160-270 razy.

Bakterie są klasyfikowane jako prokarioty i zaliczane do odrębnego królestwa – bakterii.

Figura

Bakterie to liczne i różnorodne organizmy. Różnią się kształtem.

Nazwa bakterii	Kształt bakterii	Obraz bakterii
Cocci		W kształcie kuli
Bakcyl		W kształcie pręta
Wibracja		W kształcie przecinka
Spirylla		Spirala
Streptokoki		Łańcuch ziarniaków
Gronkowiec		Skupiska ziarniaków
Diplokok		Dwie okrągłe bakterie zamknięte w jednej torebce śluzowej

Metody transportu

Wśród bakterii wyróżnia się formy mobilne i nieruchome. Ruchy poruszają się w wyniku skurczów przypominających fale lub za pomocą wici (skręconych spiralnych nici), które składają się ze specjalnego białka zwanego flageliną. Może występować jedna lub więcej wici. U niektórych bakterii znajdują się one na jednym końcu komórki, u innych na dwóch lub na całej powierzchni.

Ale ruch jest także nieodłączną cechą wielu innych bakterii, którym brakuje wici. W ten sposób bakterie pokryte na zewnątrz śluzem są zdolne do ruchu ślizgowego.

Niektóre bakterie wodne i glebowe pozbawione wici mają wakuole gazowe w cytoplazmie. W komórce może znajdować się 40-60 wakuoli. Każdy z nich wypełniony jest gazem (prawdopodobnie azotem). Regulując ilość gazu w wakuolach, bakterie wodne mogą zanurzyć się w słupie wody lub wydostać się na jego powierzchnię, a bakterie glebowe mogą przemieszczać się w kapilarach glebowych.

Siedlisko

Ze względu na prostotę organizacji i bezpretensjonalność bakterie są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Bakterie można znaleźć wszędzie: w kropli nawet najczystszej wody źródlanej, w ziarnach gleby, w powietrzu, na skałach, w polarnym śniegu, piaskach pustyni, na dnie oceanu, w ropie wydobywanej z dużych głębokości, a nawet w woda z gorących źródeł o temperaturze około 80°C. Żyją na roślinach, owocach, różnych zwierzętach oraz u ludzi w jelitach, jamie ustnej, kończynach i na powierzchni ciała.

Bakterie są najmniejszymi i najliczniejszymi żywymi stworzeniami. Dzięki swoim niewielkim rozmiarom z łatwością wnikają we wszelkie pęknięcia, szczeliny czy pory. Bardzo wytrzymały i przystosowany do różnych warunków życia. Tolerują suszenie, ekstremalne zimno i ogrzewanie do 90°C, nie tracąc przy tym swojej żywotności.

Praktycznie nie ma miejsca na Ziemi, gdzie nie występują bakterie, choć w zróżnicowanych ilościach. Warunki życia bakterii są zróżnicowane. Niektóre z nich wymagają tlenu atmosferycznego, inne go nie potrzebują i są w stanie żyć w środowisku beztlenowym.

W powietrzu: bakterie przedostają się do górnych warstw atmosfery na odległość do 30 km. i więcej.

Szczególnie dużo jest ich w glebie. 1 g gleby może zawierać setki milionów bakterii.

W wodzie: w powierzchniowych warstwach wody w zbiornikach otwartych. Pożyteczne bakterie wodne mineralizują pozostałości organiczne.

W organizmach żywych: bakterie chorobotwórcze dostają się do organizmu ze środowiska zewnętrznego, ale tylko w sprzyjających warunkach powodują choroby. Symbiotyki żyją w narządach trawiennych, pomagając rozkładać i wchłaniać pokarm oraz syntetyzować witaminy.

Struktura zewnętrzna

Komórka bakteryjna pokryta jest specjalną gęstą otoczką – ścianą komórkową, która pełni funkcje ochronne i podporowe, a także nadaje bakterii trwały, charakterystyczny kształt. Ściana komórkowa bakterii przypomina ścianę komórki roślinnej. Jest przepuszczalny: przez niego składniki odżywcze swobodnie przedostają się do komórki, a produkty przemiany materii wychodzą do środowiska. Często bakterie wytwarzają dodatkową warstwę ochronną śluzu na ścianie komórkowej - kapsułkę. Grubość kapsułki może być wielokrotnie większa niż średnica samej komórki, ale może być również bardzo mała. Kapsuła nie jest istotną częścią komórki, powstaje w zależności od warunków, w jakich znajdują się bakterie. Chroni bakterie przed wysychaniem.

Na powierzchni niektórych bakterii występują długie wici (jedna, dwie lub wiele) lub krótkie, cienkie kosmki. Długość wici może być wielokrotnie większa niż wielkość ciała bakterii. Bakterie poruszają się za pomocą wici i kosmków.

Struktura wewnętrzna

Wewnątrz komórki bakteryjnej znajduje się gęsta, nieruchoma cytoplazma. Ma strukturę warstwową, nie ma wakuoli, dlatego w samej substancji cytoplazmy znajdują się różne białka (enzymy) i rezerwowe składniki odżywcze. Komórki bakteryjne nie mają jądra. Substancja niosąca informację dziedziczną koncentruje się w centralnej części ich komórki. Bakterie, - kwas nukleinowy - DNA. Ale ta substancja nie tworzy się w jądrze.

Wewnętrzna organizacja komórki bakteryjnej jest złożona i ma swoje specyficzne cechy. Cytoplazma jest oddzielona od ściany komórkowej błoną cytoplazmatyczną. W cytoplazmie znajduje się główna substancja lub macierz, rybosomy i niewielka liczba struktur błonowych, które pełnią różnorodne funkcje (analogi mitochondriów, retikulum endoplazmatycznego, aparatu Golgiego). Cytoplazma komórek bakteryjnych często zawiera granulki o różnych kształtach i rozmiarach. Granulki mogą składać się ze związków, które służą jako źródło energii i węgla. Krople tłuszczu znajdują się także w komórce bakteryjnej.

W centralnej części komórki zlokalizowana jest substancja jądrowa - DNA, która nie jest oddzielona od cytoplazmy błoną. Jest to analog jądra - nukleoid. Nukleoid nie ma błony, jąderka ani zestawu chromosomów.

Metody jedzenia

Bakterie mają różne metody żywienia. Wśród nich są autotrofy i heterotrofy. Autotrofy to organizmy zdolne do samodzielnego wytwarzania substancji organicznych do odżywiania.

Rośliny potrzebują azotu, ale same nie mogą pobierać azotu z powietrza. Niektóre bakterie łączą cząsteczki azotu w powietrzu z innymi cząsteczkami, w wyniku czego powstają substancje dostępne dla roślin.

Bakterie te osadzają się w komórkach młodych korzeni, co prowadzi do powstawania zgrubień na korzeniach, zwanych guzkami. Takie guzki tworzą się na korzeniach roślin z rodziny strączkowych i niektórych innych roślin.

Korzenie dostarczają bakteriom węglowodanów, a bakterie dostarczają korzeniom substancji zawierających azot, które mogą być wchłaniane przez roślinę. Ich wspólne pożycie przynosi obopólne korzyści.

Korzenie roślin wydzielają wiele substancji organicznych (cukrów, aminokwasów i innych), którymi żywią się bakterie. Dlatego szczególnie wiele bakterii osadza się w warstwie gleby otaczającej korzenie. Bakterie te przekształcają martwe resztki roślin w substancje dostępne dla roślin. Ta warstwa gleby nazywa się ryzosferą.

Istnieje kilka hipotez dotyczących przenikania bakterii guzkowych do tkanki korzenia:

poprzez uszkodzenie tkanki naskórka i kory;
przez włośniki;
tylko przez młodą błonę komórkową;
dzięki bakteriom towarzyszącym wytwarzającym enzymy pektynolityczne;
poprzez stymulację syntezy kwasu B-indolooctowego z tryptofanu, zawsze obecnego w wydzielinach korzeni roślin.

Proces wprowadzania bakterii guzkowych do tkanki korzenia składa się z dwóch faz:

infekcja włośników;
proces powstawania guzków.

W większości przypadków atakująca komórka aktywnie się namnaża, tworzy tzw. nici infekcyjne i w postaci takich nici przedostaje się do tkanki roślinnej. Bakterie guzkowe wychodzące z nici infekcyjnej nadal namnażają się w tkance żywiciela.

Komórki roślinne wypełnione szybko namnażającymi się komórkami bakterii guzkowych zaczynają się szybko dzielić. Połączenie młodego guzka z korzeniem rośliny strączkowej odbywa się dzięki wiązkom naczyniowo-włóknistym. W okresie funkcjonowania guzki są zwykle gęste. Do czasu osiągnięcia optymalnej aktywności guzki przybierają różowy kolor (dzięki pigmentowi leghemoglobiny). Tylko te bakterie, które zawierają leghemoglobinę, są zdolne do wiązania azotu.

Bakterie brodawkowe wytwarzają dziesiątki i setki kilogramów nawozu azotowego na hektar gleby.

Metabolizm

Bakterie różnią się między sobą metabolizmem. U niektórych zachodzi przy udziale tlenu, u innych – bez niego.

Większość bakterii żywi się gotowymi substancjami organicznymi. Tylko nieliczne z nich (niebiesko-zielone lub sinice) są zdolne do tworzenia substancji organicznych z nieorganicznych. Odegrały ważną rolę w akumulacji tlenu w atmosferze ziemskiej.

Bakterie absorbują substancje z zewnątrz, rozrywają swoje cząsteczki na kawałki, składają z tych części otoczkę i uzupełniają ich zawartość (w ten sposób rosną) i wyrzucają niepotrzebne cząsteczki. Otoczka i błona bakterii pozwalają jej wchłonąć tylko niezbędne substancje.

Gdyby otoczka i błona bakterii były całkowicie nieprzepuszczalne, do komórki nie dostałyby się żadne substancje. Gdyby były przepuszczalne dla wszystkich substancji, zawartość komórki mieszałaby się z pożywką – roztworem, w którym żyje bakteria. Aby przetrwać, bakterie potrzebują otoczki, która umożliwia przedostanie się niezbędnych substancji, ale nie substancji niepotrzebnych.

Bakteria wchłania znajdujące się w jej pobliżu składniki odżywcze. Co się potem dzieje? Jeśli potrafi poruszać się samodzielnie (poruszając wicią lub odpychając śluz), to porusza się, aż znajdzie potrzebne substancje.

Jeśli nie może się poruszać, czeka, aż dyfuzja (zdolność cząsteczek jednej substancji do wnikania w gąszcz cząsteczek innej substancji) sprowadzi do niego niezbędne cząsteczki.

Bakterie wraz z innymi grupami mikroorganizmów wykonują ogromną pracę chemiczną. Przekształcając różne związki, otrzymują energię i składniki odżywcze niezbędne do życia. Procesy metaboliczne, sposoby pozyskiwania energii i zapotrzebowanie na materiały do budowy substancji ich ciał są u bakterii zróżnicowane.

Inne bakterie zaspokajają całe swoje zapotrzebowanie na węgiel niezbędny do syntezy substancji organicznych w organizmie kosztem związków nieorganicznych. Nazywa się je autotrofami. Bakterie autotroficzne potrafią syntetyzować substancje organiczne z nieorganicznych. Wśród nich są:

Chemosynteza

Wykorzystanie energii promienistej jest najważniejszym, ale nie jedynym sposobem wytworzenia materii organicznej z dwutlenku węgla i wody. Wiadomo, że bakterie do takiej syntezy jako źródło energii wykorzystują nie światło słoneczne, ale energię wiązań chemicznych zachodzących w komórkach organizmów podczas utleniania niektórych związków nieorganicznych - siarkowodoru, siarki, amoniaku, wodoru, kwasu azotowego, związków żelaza żelazo i mangan. Wykorzystują materię organiczną powstałą przy użyciu tej energii chemicznej do budowy komórek swojego ciała. Dlatego proces ten nazywa się chemosyntezą.

Najważniejszą grupą mikroorganizmów chemosyntetycznych są bakterie nitryfikacyjne. Bakterie te żyją w glebie i utleniają amoniak powstający podczas rozkładu pozostałości organicznych do kwasu azotowego. Ten ostatni reaguje ze związkami mineralnymi gleby, zamieniając się w sole kwasu azotowego. Proces ten odbywa się w dwóch fazach.

Bakterie żelazne przekształcają żelazo żelazne w żelazo tlenkowe. Powstały wodorotlenek żelaza osadza się i tworzy tzw. rudę darniową.

Niektóre mikroorganizmy istnieją w wyniku utleniania wodoru cząsteczkowego, zapewniając w ten sposób autotroficzną metodę odżywiania.

Charakterystyczną cechą bakterii wodorowych jest zdolność do przejścia na heterotroficzny tryb życia, gdy zapewnione są im związki organiczne i brak wodoru.

Zatem chemoautotrofy są typowymi autotrofami, ponieważ niezależnie syntetyzują niezbędne związki organiczne z substancji nieorganicznych i nie pobierają ich w postaci gotowej od innych organizmów, takich jak heterotrofy. Bakterie chemoautotroficzne różnią się od roślin fototroficznych całkowitą niezależnością od światła jako źródła energii.

Fotosynteza bakteryjna

Niektóre bakterie siarkowe zawierające pigmenty (fioletowe, zielone), zawierające specyficzne pigmenty - bakteriochlorofile, są w stanie absorbować energię słoneczną, za pomocą której siarkowodór w ich ciałach rozkłada się i uwalnia atomy wodoru w celu przywrócenia odpowiednich związków. Proces ten ma wiele wspólnego z fotosyntezą, a różni się jedynie tym, że u bakterii fioletowych i zielonych donorem wodoru jest siarkowodór (czasami kwasy karboksylowe), a u roślin zielonych woda. W obu przypadkach separacja i transfer wodoru odbywa się dzięki energii pochłoniętych promieni słonecznych.

Ta fotosynteza bakteryjna, która zachodzi bez uwalniania tlenu, nazywa się fotoredukcją. Fotoredukcja dwutlenku węgla wiąże się z przeniesieniem wodoru nie z wody, ale z siarkowodoru:

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

Biologiczne znaczenie chemosyntezy i fotosyntezy bakteryjnej w skali planetarnej jest stosunkowo niewielkie. Jedynie bakterie chemosyntetyzujące odgrywają znaczącą rolę w procesie obiegu siarki w przyrodzie. Wchłaniana przez rośliny zielone w postaci soli kwasu siarkowego, siarka ulega redukcji i staje się częścią cząsteczek białka. Co więcej, gdy martwe szczątki roślin i zwierząt zostaną zniszczone przez bakterie gnilne, siarka uwalnia się w postaci siarkowodoru, który jest utleniany przez bakterie siarkowe do wolnej siarki (lub kwasu siarkowego), tworząc w glebie siarczyny dostępne dla roślin. Bakterie chemo- i fotoautotroficzne są niezbędne w cyklu azotu i siarki.

Sporulacja

Zarodniki tworzą się wewnątrz komórki bakteryjnej. W procesie sporulacji komórka bakteryjna przechodzi szereg procesów biochemicznych. Zmniejsza się w nim ilość wolnej wody i zmniejsza się aktywność enzymatyczna. Zapewnia to odporność zarodników na niekorzystne warunki środowiskowe (wysoka temperatura, wysokie stężenie soli, suszenie itp.). Sporulacja jest charakterystyczna tylko dla niewielkiej grupy bakterii.

Zarodniki są opcjonalnym etapem cyklu życiowego bakterii. Sporulacja rozpoczyna się dopiero w przypadku braku składników odżywczych lub gromadzenia się produktów przemiany materii. Bakterie w postaci zarodników mogą pozostawać w stanie uśpienia przez długi czas. Zarodniki bakterii mogą wytrzymać długotrwałe gotowanie i bardzo długie zamrażanie. Gdy zaistnieją sprzyjające warunki, zarodnik kiełkuje i staje się żywotny. Zarodniki bakterii są przystosowaniem do przetrwania w niesprzyjających warunkach.

Reprodukcja

Bakterie rozmnażają się, dzieląc jedną komórkę na dwie. Po osiągnięciu określonej wielkości bakteria dzieli się na dwie identyczne bakterie. Następnie każdy z nich zaczyna żerować, rośnie, dzieli się i tak dalej.

Po wydłużeniu komórek stopniowo tworzy się przegroda poprzeczna, a następnie komórki potomne oddzielają się; U wielu bakterii w określonych warunkach komórki po podziale pozostają połączone w charakterystyczne grupy. W tym przypadku w zależności od kierunku płaszczyzny podziału i liczby podziałów powstają różne kształty. Rozmnażanie przez pączkowanie występuje u bakterii jako wyjątek.

W sprzyjających warunkach podział komórek u wielu bakterii następuje co 20-30 minut. Przy tak szybkiej reprodukcji potomstwo jednej bakterii w ciągu 5 dni jest w stanie uformować masę, która może wypełnić wszystkie morza i oceany. Z prostych obliczeń wynika, że dziennie mogą powstać 72 pokolenia (720 000 000 000 000 000 000 komórek). W przeliczeniu na masę - 4720 ton. Jednak w naturze tak się nie dzieje, gdyż większość bakterii szybko ginie pod wpływem światła słonecznego, suszenia, braku pożywienia, ogrzewania do 65-100°C, w wyniku walki między gatunkami itp.

Bakteria (1) po wchłonięciu wystarczającej ilości pożywienia zwiększa swój rozmiar (2) i zaczyna przygotowywać się do rozmnażania (podziału komórki). Jej DNA (w bakterii cząsteczka DNA jest zamknięta w pierścieniu) podwaja się (bakteria wytwarza kopię tej cząsteczki). Obie cząsteczki DNA (3,4) przyczepiają się do ściany bakterii i w miarę wydłużania się bakterii oddalają się od nich (5,6). Najpierw dzieli się nukleotyd, potem cytoplazma.

Po rozbieżności dwóch cząsteczek DNA na bakterii pojawia się zwężenie, które stopniowo dzieli organizm bakterii na dwie części, z których każda zawiera cząsteczkę DNA (7).

Zdarza się (u Bacillus subtilis), że dwie bakterie sklejają się ze sobą i tworzy się pomiędzy nimi most (1,2).

Skoczek transportuje DNA z jednej bakterii do drugiej (3). W jednej bakterii cząsteczki DNA przeplatają się, w niektórych miejscach sklejają (4), a następnie wymieniają odcinki (5).

Rola bakterii w przyrodzie

wir

Bakterie są najważniejszym ogniwem w ogólnym cyklu substancji w przyrodzie. Rośliny tworzą złożone substancje organiczne z dwutlenku węgla, wody i soli mineralnych znajdujących się w glebie. Substancje te wracają do gleby wraz z martwymi grzybami, roślinami i zwłokami zwierząt. Bakterie rozkładają złożone substancje na proste, które następnie są wykorzystywane przez rośliny.

Bakterie niszczą złożone substancje organiczne martwych roślin i zwłok zwierząt, wydaliny organizmów żywych i różne odpady. Żywiąc się tymi substancjami organicznymi, saprofityczne bakterie rozkładu zamieniają je w humus. To swego rodzaju sanitariusze naszej planety. W ten sposób bakterie aktywnie uczestniczą w cyklu substancji w przyrodzie.

Tworzenie gleby

Ponieważ bakterie są rozmieszczone niemal wszędzie i występują w ogromnych ilościach, w dużej mierze determinują różnorodne procesy zachodzące w przyrodzie. Jesienią opadają liście drzew i krzewów, zamierają nadziemne pędy traw, opadają stare gałęzie, a od czasu do czasu opadają pnie starych drzew. Wszystko to stopniowo zamienia się w humus. W 1 cm3. Powierzchniowa warstwa gleby leśnej zawiera setki milionów saprofitycznych bakterii glebowych kilku gatunków. Bakterie te przekształcają próchnicę w różne minerały, które mogą być wchłaniane z gleby przez korzenie roślin.

Niektóre bakterie glebowe potrafią pobierać azot z powietrza, wykorzystując go w procesach życiowych. Te bakterie wiążące azot żyją niezależnie lub osiedlają się w korzeniach roślin strączkowych. Bakterie te po wniknięciu do korzeni roślin strączkowych powodują wzrost komórek korzeni i powstawanie na nich guzków.

Bakterie te wytwarzają związki azotu wykorzystywane przez rośliny. Bakterie pozyskują z roślin węglowodany i sole mineralne. Zatem istnieje ścisły związek między rośliną strączkową a bakteriami brodawkowymi, co jest korzystne zarówno dla jednego, jak i drugiego organizmu. Zjawisko to nazywa się symbiozą.

Dzięki symbiozie z bakteriami brodawkowymi rośliny strączkowe wzbogacają glebę w azot, przyczyniając się do zwiększenia plonów.

Dystrybucja w przyrodzie

Mikroorganizmy są wszechobecne. Jedynymi wyjątkami są kratery aktywnych wulkanów i małe obszary w epicentrach eksplodowanych bomb atomowych. Ani niskie temperatury Antarktydy, ani wrzące strumienie gejzerów, ani nasycone roztwory soli w basenach solnych, ani silne nasłonecznienie szczytów górskich, ani ostre napromieniowanie reaktorów jądrowych nie zakłócają istnienia i rozwoju mikroflory. Wszystkie żywe istoty stale wchodzą w interakcję z mikroorganizmami, często będąc nie tylko ich magazynami, ale także ich dystrybutorami. Mikroorganizmy są mieszkańcami naszej planety i aktywnie eksplorują najbardziej niesamowite naturalne substraty.

Mikroflora gleby

Liczba bakterii w glebie jest niezwykle duża – setki milionów i miliardów osobników na gram. W glebie jest ich znacznie więcej niż w wodzie i powietrzu. Zmienia się całkowita liczba bakterii w glebie. Liczba bakterii zależy od rodzaju gleby, jej stanu i głębokości warstw.

Na powierzchni cząstek gleby mikroorganizmy gromadzą się w małych mikrokoloniach (po 20–100 komórek). Często rozwijają się w grubości skrzepów materii organicznej, na żywych i obumierających korzeniach roślin, w cienkich kapilarach i wewnątrz grudek.

Mikroflora glebowa jest bardzo zróżnicowana. Występują tu różne fizjologiczne grupy bakterii: bakterie gnilne, bakterie nitryfikacyjne, bakterie wiążące azot, bakterie siarkowe itp. Wśród nich są bakterie tlenowe i beztlenowe, formy zarodnikowe i niezarodnikowe. Mikroflora jest jednym z czynników tworzących glebę.

Obszarem rozwoju mikroorganizmów w glebie jest strefa sąsiadująca z korzeniami żywych roślin. Nazywa się to ryzosferą, a całość zawartych w niej mikroorganizmów nazywa się mikroflorą ryzosfery.

Mikroflora zbiorników wodnych

Woda jest naturalnym środowiskiem, w którym rozwijają się licznie mikroorganizmy. Większość z nich przedostaje się do wody z gleby. Czynnik decydujący o liczbie bakterii w wodzie i obecności w niej składników odżywczych. Najczystsza woda pochodzi ze studni artezyjskich i źródeł. Otwarte zbiorniki i rzeki są bardzo bogate w bakterie. Najwięcej bakterii występuje w powierzchniowych warstwach wody, bliżej brzegu. W miarę oddalania się od brzegu i zwiększania głębokości liczba bakterii maleje.

Czysta woda zawiera 100-200 bakterii na ml, a zanieczyszczona woda zawiera 100-300 tysięcy i więcej. W osadzie dennym znajduje się wiele bakterii, zwłaszcza w warstwie powierzchniowej, gdzie bakterie tworzą film. Film ten zawiera dużo bakterii siarkowych i żelaznych, które utleniają siarkowodór do kwasu siarkowego, zapobiegając w ten sposób umieraniu ryb. W mule występuje więcej form zarodnikotwórczych, natomiast w wodzie dominują formy niezarodnikowe.

Mikroflora wodna pod względem składu gatunkowego jest podobna do mikroflory glebowej, ale występują też formy specyficzne. Niszcząc różne odpady dostające się do wody, mikroorganizmy stopniowo dokonują tzw. biologicznego oczyszczania wody.

Mikroflora powietrza

Mikroflora powietrza jest mniej liczna niż mikroflora gleby i wody. Bakterie wraz z pyłem unoszą się w powietrzu, mogą tam pozostać przez pewien czas, a następnie osadzić się na powierzchni ziemi i ginąć z powodu braku pożywienia lub pod wpływem promieni ultrafioletowych. Liczba mikroorganizmów w powietrzu zależy od strefy geograficznej, ukształtowania terenu, pory roku, zanieczyszczenia pyłem itp. Każda cząstka kurzu jest nośnikiem mikroorganizmów. Większość bakterii znajduje się w powietrzu nad przedsiębiorstwami przemysłowymi. Powietrze na obszarach wiejskich jest czystsze. Najczystsze powietrze panuje nad lasami, górami i obszarami zaśnieżonymi. Górne warstwy powietrza zawierają mniej drobnoustrojów. Mikroflora powietrza zawiera wiele bakterii pigmentowanych i zarodnikowych, które są bardziej odporne na działanie promieni ultrafioletowych niż inne.

Mikroflora organizmu człowieka

Organizm ludzki, nawet całkowicie zdrowy, jest zawsze nośnikiem mikroflory. Kiedy organizm ludzki ma kontakt z powietrzem i glebą, na odzieży i skórze osadzają się różne mikroorganizmy, w tym chorobotwórcze (pałeczki tężca, zgorzel gazowa itp.). Zanieczyszczone są najczęściej narażone części ciała człowieka. Na rękach znajdują się E. coli i gronkowce. W jamie ustnej żyje ponad 100 rodzajów drobnoustrojów. Jama ustna ze swoją temperaturą, wilgotnością i pozostałościami składników odżywczych jest doskonałym środowiskiem do rozwoju mikroorganizmów.

Żołądek ma odczyn kwaśny, więc większość znajdujących się w nim mikroorganizmów umiera. Począwszy od jelita cienkiego, odczyn staje się zasadowy, tj. korzystne dla drobnoustrojów. Mikroflora w jelicie grubym jest bardzo zróżnicowana. Każdy dorosły człowiek wydala dziennie w odchodach około 18 miliardów bakterii, tj. więcej osób niż ludzi na świecie.

Narządy wewnętrzne, które nie są połączone ze środowiskiem zewnętrznym (mózg, serce, wątroba, pęcherz itp.), są zwykle wolne od drobnoustrojów. Drobnoustroje dostają się do tych narządów dopiero w czasie choroby.

Bakterie w obiegu substancji

Mikroorganizmy w ogóle, a bakterie w szczególności odgrywają dużą rolę w biologicznie ważnych cyklach substancji na Ziemi, dokonując przemian chemicznych całkowicie niedostępnych ani dla roślin, ani dla zwierząt. Różne etapy cyklu pierwiastków przeprowadzane są przez organizmy różnych typów. Istnienie poszczególnych grup organizmów zależy od przemian chemicznych pierwiastków przeprowadzanych przez inne grupy.

Cykl azotowy

Cykliczne przemiany związków azotowych odgrywają podstawową rolę w dostarczaniu niezbędnych form azotu organizmom biosfery o różnych potrzebach żywieniowych. Ponad 90% całkowitego wiązania azotu wynika z aktywności metabolicznej niektórych bakterii.

Obieg węgla

Biologiczna przemiana węgla organicznego w dwutlenek węgla, której towarzyszy redukcja tlenu cząsteczkowego, wymaga wspólnej aktywności metabolicznej różnych mikroorganizmów. Wiele bakterii tlenowych przeprowadza całkowite utlenianie substancji organicznych. W warunkach tlenowych związki organiczne są początkowo rozkładane w procesie fermentacji, a organiczne produkty końcowe fermentacji są dalej utleniane w procesie oddychania beztlenowego, jeśli obecne są nieorganiczne akceptory wodoru (azotany, siarczany lub CO2).

Cykl siarkowy

Siarka jest dostępna dla organizmów żywych głównie w postaci rozpuszczalnych siarczanów lub zredukowanych organicznych związków siarki.

Cykl żelaza

Niektóre zbiorniki słodkowodne zawierają wysokie stężenia zredukowanych soli żelaza. W takich miejscach rozwija się specyficzna mikroflora bakteryjna – bakterie żelazowe, które utleniają zredukowane żelazo. Biorą udział w powstawaniu rud darniowych i źródeł wód bogatych w sole żelaza.

Bakterie to najstarsze organizmy, które pojawiły się w Archaiku około 3,5 miliarda lat temu. Przez około 2,5 miliarda lat dominowały na Ziemi, tworząc biosferę i brały udział w tworzeniu atmosfery tlenowej.

Bakterie są jednymi z żywych organizmów o najprostszej strukturze (z wyjątkiem wirusów). Uważa się, że są to pierwsze organizmy, które pojawiły się na Ziemi.

Struktura zewnętrzna bakterii

Ściana komórkowa

Kapsuła

Powłoka przypominająca kapsułkę

Wici

Pił

Błona cytoplazmatyczna

Struktura wewnętrzna bakterii

Cytoplazma

Granulki

Mezosomy

Nukleoid

Plazmidy

Rybosomy

Inkluzje

Czego brakuje komórkom bakterii?

Cechy procesów bakteryjnych

Najciekawsze i fascynujące fakty na temat bakterii

Bakterie Staphylococcus pragną ludzkiej krwi

Bakterie powodują deszcz

Walka z bakteriami wywołującymi trądzik

Bakterie na dziąsłach mogą prowadzić do chorób serca

Bakterie glebowe poprawiają uczenie się

Maszyny bakteryjne

morfologia komórki

Rozmiar bakterii

Struktura błony komórkowej

Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich

Ściana komórkowa bakterii Gram-ujemnych

zewnętrzna męmbrana

Bakteryjna błona cytoplazmatyczna

Struktury powierzchniowe bakterii

Kosmki i fimbrie

Pogromca

Kapsułki i śluz

wici

systemy wydzielnicze

Struktura wewnętrzna

Cytoplazma i cytoszkielet

Chromosomy bakteryjne i plazmidy

Rybosomy i kompleksy białkowe

membrany wewnętrzne

granulki

pęcherzyki gazu

Karboksysomy

Magnetosomy

Bakterie na farmie

Szkoda, że ​​na farmie

Zarodniki i nieaktywne formy bakterii

Wideo na ten temat

Struktura zewnętrzna bakterii

Ściana komórkowa

Kapsuła

Powłoka przypominająca kapsułkę

Wici

Pił

Błona cytoplazmatyczna

Struktura wewnętrzna bakterii

Cytoplazma

Granulki

Mezosomy

Nukleoid

Plazmidy

Rybosomy

Inkluzje

Czego brakuje komórkom bakterii?

Cechy procesów bakteryjnych

Najciekawsze i fascynujące fakty na temat bakterii

Bakterie Staphylococcus pragną ludzkiej krwi

Bakterie powodują deszcz

Walka z bakteriami wywołującymi trądzik

Bakterie na dziąsłach mogą prowadzić do chorób serca

Bakterie glebowe poprawiają uczenie się

Maszyny bakteryjne

STRUKTURA KOMÓRKI BAKTERYJNEJ

Figura

Metody transportu

Siedlisko

Struktura zewnętrzna

Struktura wewnętrzna

Szkoda, że na farmie