A baktériumok elemei. A bakteriális sejt szerkezete

Adja hozzá az árat az adatbázishoz

Egy komment

A modern tudomány szempontjából a prokarióták primitív szerkezettel rendelkeznek. De éppen ez az „igénytelenség” segíti őket túlélni a legváratlanabb körülmények között is. Például hidrogén-szulfid forrásokban vagy nukleáris kísérleti helyszíneken. A tudósok számításai szerint az összes szárazföldi mikroorganizmus össztömege 550 milliárd tonna.

A baktériumok egysejtű szerkezetűek. De ez nem jelenti azt, hogy a baktériumsejtek megadják magukat az állati vagy növényi sejteknek. A mikrobiológia már több százezer mikroorganizmusfajról rendelkezik ismeretekkel. Ennek ellenére a tudomány képviselői nap mint nap felfedezik ezek új típusait és jellemzőit.

Nem csoda, hogy a Föld felszínének teljes megtelepedéséhez a mikroorganizmusoknak különféle formákat kell felvenniük:

• cocci - golyók;
• streptococcusok – láncok;
• bacillusok - rudak;
• vibrios - ívelt vesszők;
• spirilla - spirálok.

A baktériumok méretét nanométerben és mikrométerben mérik. Átlagos értékük 0,8 mikron. De köztük vannak óriási prokarióták, amelyek elérik a 125 mikront és még többet. A liliputiak igazi óriásai a 250 mikron hosszúságú spirocheták. Hasonlítsa össze velük a legkisebb prokarióta sejt méretét: a mikoplazmák eléggé „nőnek”, és elérik a 0,1-0,15 mikron átmérőt.

Érdemes elmondani, hogy az óriásbaktériumok számára nem olyan könnyű túlélni a környezetben. Nehezen találnak elegendő tápanyagot funkciójuk sikeres ellátásához. De nem könnyű prédák a ragadozóbaktériumoknak, amelyek egysejtű mikroorganizmustársaikkal táplálkoznak, „körbejárnak” és megeszik őket.

A baktériumok külső szerkezete

Sejtfal

• A baktériumsejt sejtfala annak védelme és támogatása. Ez adja a mikroorganizmusnak sajátos formáját.
• A sejtfal áteresztő. A tápanyagok befelé haladnak, az anyagcseretermékek pedig áthaladnak rajta.
• Egyes baktériumtípusok speciális nyálkát termelnek, amely olyan kapszulára emlékeztet, amely megvédi őket a kiszáradástól.
• Egyes sejtekben flagellák (egy vagy több) vagy bolyhok vannak, amelyek segítik a mozgást.
• Baktériumsejtek, amelyek rózsaszínűnek tűnnek, ha Gram-festéssel festik ( gramm negatív), a sejtfal vékonyabb és többrétegű. Felszabadulnak a tápanyagok lebontását segítő enzimek.
• Gram-festéskor ibolyának tűnő baktériumok ( gram-pozitív), a sejtfal vastag. A sejtbe jutó tápanyagokat a periplazmatikus térben (a sejtfal és a citoplazma membrán közötti térben) hidrolitikus enzimek bontják le.
• A sejtfal felszínén számos receptor található. Sejtölők – fágok, kolicinek és kémiai vegyületek – kapcsolódnak hozzájuk.
• A fali lipoproteinek bizonyos típusú baktériumokban antigének, úgynevezett toxinok.
• Hosszan tartó antibiotikum-kezelés és számos egyéb ok miatt egyes sejtek elvesztik membránjukat, de megtartják szaporodási képességüket. Lekerekített alakot kapnak - L-alakúak, és hosszú ideig megmaradhatnak az emberi testben (coccusok vagy tuberkulózisbacilusok). Az instabil L-formák képesek visszatérni eredeti formájukhoz (visszaállítás).

Kapszula

Kedvezőtlen környezeti viszonyok között a baktériumok kapszulát képeznek. A mikrokapszula szorosan tapad a falhoz. Csak elektronmikroszkóppal látható. A makrokapszulát gyakran patogén mikrobák (pneumococcusok) alkotják. A Klebsiella pneumoniae esetében a makrokapszula mindig megtalálható.

Kapszulaszerű héj

A kapszulaszerű héj a sejtfalhoz lazán kapcsolódó képződmény. A bakteriális enzimeknek köszönhetően a kapszulaszerű héjat a külső környezetből származó szénhidrátok (exopoliszacharidok) borítják, ami biztosítja a baktériumok tapadását a különböző, akár teljesen sima felületekre is. Például a streptococcusok az emberi testbe kerülve képesek a fogakhoz és a szívbillentyűkhöz tapadni.

A kapszula funkciói változatosak:

• védelem az agresszív környezeti feltételek ellen,
• az emberi sejtekhez való adhézió (ragadás) biztosítása,
• Az antigén tulajdonságokkal rendelkező kapszula élő szervezetbe kerülve toxikus hatást fejt ki.

Flagella

• Egyes bakteriális sejtekben flagellák (egy vagy több) vagy bolyhok vannak, amelyek segítik a mozgást. A flagellák tartalmazzák a flagellint összehúzó fehérjét.
• A flagellák száma eltérő lehet - egy, egy köteg flagella, flagella a sejt különböző végein vagy a teljes felületen.
• A mozgás (véletlenszerű vagy forgó) a flagella forgó mozgásának eredményeként történik.
• A flagellák antigén tulajdonságai toxikus hatással vannak a betegségekre.
• Azok a baktériumok, amelyeknek nincs flagellája, ha nyálka borítja, képesek siklani. A vízi baktériumok 40-60 nitrogénnel töltött vakuólumot tartalmaznak.

Búvárkodást és emelkedést biztosítanak. A talajban a baktériumsejt talajcsatornákon keresztül mozog.

Ittak

• Pili (villi, fimbriae) borítja a baktériumsejtek felszínét. A boholy egy spirálisan csavart vékony üreges fonal, fehérje természetű.
• Általános típus ivott adhéziót (tapadást) biztosítanak a gazdasejtekhez. Számuk hatalmas, több száztól több ezerig terjed. A kötődés pillanatától kezdve minden fertőző folyamat megkezdődik.
• Szexuális italozás elősegíti a genetikai anyag átvitelét a donortól a recipienshez. Számuk sejtenként 1-4.

Citoplazma membrán

• A citoplazmatikus membrán a sejtfal alatt található, és egy lipoprotein (legfeljebb 30% lipidek és legfeljebb 70% fehérjék).
• A különböző baktériumsejtek membrán lipidösszetétele eltérő.
• A membránfehérjék számos funkciót látnak el. Funkcionális fehérjék olyan enzimek, amelyeknek köszönhetően a citoplazma membránján különböző komponenseinek szintézise stb.
• A citoplazma membrán 3 rétegből áll. A foszfolipid kettős réteg globulinokkal van átitatva, amelyek biztosítják az anyagoknak a baktériumsejtbe történő szállítását. Ha működése megzavarodik, a sejt elpusztul.
• A citoplazma membrán részt vesz a sporulációban.

A baktériumok belső szerkezete

Citoplazma

A sejt teljes tartalmát, a sejtmag és a sejtfal kivételével citoplazmának nevezzük. A citoplazma (mátrix) folyékony, szerkezet nélküli fázisa riboszómákat, membránrendszereket, mitokondriumokat, plasztidokat és egyéb struktúrákat, valamint tartalék tápanyagokat tartalmaz. A citoplazma rendkívül összetett, finom szerkezetű (réteges, szemcsés). Elektronmikroszkóp segítségével számos érdekes részletet tártak fel a sejtszerkezetről.

A bakteriális protoplaszt külső lipoprotein rétegét, amely különleges fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, citoplazmatikus membránnak nevezik. A citoplazmában minden létfontosságú struktúra és organellum található. A citoplazmatikus membrán nagyon fontos szerepet játszik - szabályozza az anyagok bejutását a sejtbe és az anyagcseretermékek kijutását a külvilágba. A membránon keresztül a tápanyagok az enzimek bevonásával zajló aktív biokémiai folyamat eredményeként juthatnak be a sejtbe.

Ezen túlmenően, egyes sejtkomponensek szintézise a membránban történik, főként a sejtfal és a kapszula komponensei. Végül a citoplazmatikus membrán tartalmazza a legfontosabb enzimeket (biológiai katalizátorokat). Az enzimek rendezett elrendezése a membránokon lehetővé teszi azok aktivitásának szabályozását, és megakadályozza, hogy egyes enzimek más enzimek elpusztuljanak. A membránhoz riboszómák kapcsolódnak - olyan szerkezeti részecskék, amelyeken a fehérje szintetizálódik. A membrán lipoproteinekből áll. Elég erős, és képes biztosítani a héj nélküli sejt átmeneti létezését. A citoplazmatikus membrán a sejt száraz tömegének legfeljebb 20%-át teszi ki.

A baktériumok vékony metszetein készült elektronikus fényképeken a citoplazma membrán egy körülbelül 75 A vastagságú, folytonos szálként jelenik meg, amely egy világos rétegből (lipidek) áll, amelyek két sötétebb réteg (fehérjék) közé helyezkednek el. Mindegyik réteg 20-30 A széles. Az ilyen membránt eleminek nevezzük.

Granulátum

A baktériumsejtek citoplazmája gyakran tartalmaz különféle formájú és méretű szemcséket. Jelenlétük azonban nem tekinthető a mikroorganizmus valamiféle állandó jelének, általában nagymértékben összefügg a környezet fizikai és kémiai viszonyaival.

Sok citoplazmatikus zárvány olyan vegyületekből áll, amelyek energia- és szénforrásként szolgálnak. Ezek a tartalék anyagok akkor keletkeznek, ha a szervezetet elegendő tápanyaggal látják el, és fordítva, akkor hasznosulnak, ha a szervezet táplálkozási szempontból kedvezőtlenebb körülmények közé kerül.

Sok baktériumban a granulátum keményítőből vagy más poliszacharidokból áll - glikogénből és granulózából. Egyes baktériumok, ha cukorban gazdag táptalajban nőnek, zsírcseppeket tartalmaznak a sejtben. A szemcsés zárványok másik elterjedt típusa a volutin (metachromatin granulátum). Ezek a granulátumok polimetafoszfátból (foszforsav-maradványokat tartalmazó tartalékanyag) állnak. A polimetafoszfát foszfátcsoportok és energiaforrásként szolgál a szervezet számára. A baktériumok nagyobb valószínűséggel halmozzák fel a volutint szokatlan táplálkozási körülmények között, például kénmentes tápközegben. Egyes kénbaktériumok citoplazmájában kéncseppek találhatók.

Mezoszómák

A plazmamembrán és a sejtfal között dezmózisok - hidak - formájában van kapcsolat. A citoplazmatikus membrán gyakran invaginációkat - a sejtbe való kiemelkedéseket - okoz. Ezek az invaginációk speciális membránstruktúrákat képeznek a citoplazmában, amelyeket mezoszómáknak neveznek.

A mezoszómák bizonyos típusai olyan testek, amelyeket saját membránjuk választ el a citoplazmától. Számos hólyag és tubulus található ezekben a membrántasakokban. Ezek a struktúrák különféle funkciókat látnak el a baktériumokban. Ezen struktúrák némelyike ​​a mitokondrium analógja.

Mások az endoplazmatikus retikulum vagy a Golgi-készülék funkcióit látják el. A citoplazma membrán behatolásával a baktériumok fotoszintetikus apparátusa is kialakul. A citoplazma invaginációja után a membrán tovább növekszik, és halmokat képez, amelyeket a növényi kloroplaszt granulátumokkal analóg módon tilakoid halmoknak nevezünk. Ezekben a membránokban, amelyek gyakran kitöltik a baktériumsejt citoplazmájának nagy részét, a fotoszintézis folyamatát végző pigmentek (bakterioklorofill, karotinoidok) és enzimek (citokrómok) lokalizálódnak.

Nukleoid

A baktériumoknak nincs olyan magjuk, mint a magasabb rendű organizmusoknak (eukariótáknak), de van analógjuk - a „nukleáris egyenértékű” - a nukleoid, amely a nukleáris anyag evolúciósan primitívebb szerveződési formája. Egy gyűrűbe zárt, 1,1–1,6 nm hosszúságú kettős szálú DNS-szálból áll, amelyet egyetlen bakteriális kromoszómának vagy genofórnak tekintenek. A prokariótákban a nukleoidot nem határolja el membrán a sejt többi részétől - hiányzik a magburok.

A nukleoid struktúrák közé tartozik az RNS-polimeráz, a bázikus fehérjék és a hisztonok hiánya; a kromoszóma a citoplazma membránján, a gram-pozitív baktériumoknál pedig a mezoszómákon van rögzítve. A bakteriális kromoszóma polikonzervatív módon replikálódik: a szülő DNS kettős hélix feltekerődik, és minden polinukleotid lánc templátján új komplementer lánc épül fel. A nukleoid mitotikus apparátussal nem rendelkezik, a leánymagok elválasztását a citoplazmatikus membrán növekedése biztosítja.

A bakteriális mag egy differenciált szerkezet. A sejtfejlődés stádiumától függően a nukleoid lehet diszkrét (nem folytonos), és egyedi fragmentumokból állhat. Ennek oka az a tény, hogy a baktériumsejt időben történő osztódása a DNS-molekula replikációs ciklusának befejeződése és a leánykromoszómák kialakulása után következik be.

A nukleoid tartalmazza a baktériumsejt genetikai információinak nagy részét. A nukleoidon kívül számos baktérium sejtjében találhatók extrakromoszómális genetikai elemek - plazmidok, amelyek kis, körkörös DNS-molekulák, amelyek képesek autonóm replikációra.

Plazmidok

A plazmidok autonóm molekulák, amelyek kétszálú DNS gyűrűjébe tekerednek. Tömegük lényegesen kisebb, mint egy nukleotid tömege. Annak ellenére, hogy az örökletes információk a plazmidok DNS-ében vannak kódolva, nem létfontosságúak és nem szükségesek a baktériumsejt számára.

Riboszómák

A baktériumok citoplazmája riboszómákat tartalmaz - 200A átmérőjű fehérjeszintetizáló részecskéket. Egy ketrecben több mint ezren vannak. A riboszómák RNS-ből és fehérjéből állnak. A baktériumokban sok riboszóma szabadon helyezkedik el a citoplazmában, ezek egy része membránokhoz kapcsolódhat.

A riboszómák a fehérjeszintézis központjai a sejtben. Ugyanakkor gyakran kapcsolódnak egymáshoz, és poliriboszómáknak vagy poliszómáknak nevezett aggregátumokat képeznek.

Zárványok

A zárványok nukleáris és nem nukleáris sejtek anyagcseretermékei. Tápanyagkészletet képviselnek: glikogén, keményítő, kén, polifoszfát (valutin) stb. A zárványok festéskor gyakran más megjelenést kölcsönöznek, mint a festék színe. A pénznem használható diftéria bacilus diagnosztizálására.

Mi hiányzik a baktériumsejtekből?

Mivel a baktérium prokarióta mikroorganizmus, a baktériumsejtekből mindig hiányzik sok organellum, amelyek az eukarióta szervezetekben rejlenek:

• a Golgi apparátus, amely a felesleges anyagok felhalmozásával, majd a sejtből való eltávolításával segíti a sejtet;
• a csak növényi sejtekben található plasztidok határozzák meg színüket, és a fotoszintézisben is jelentős szerepet játszanak;
• lizoszómák, amelyek speciális enzimekkel rendelkeznek, és segítenek a fehérjék lebontásában;
• a mitokondriumok ellátják a sejteket a szükséges energiával, és részt vesznek a szaporodásban is;
• endoplazmatikus retikulum, amely biztosítja bizonyos anyagok szállítását a citoplazmába;
• sejtközpont.

Azt is érdemes megjegyezni, hogy a baktériumoknak nincs sejtfaluk, ezért nem léphetnek fel olyan folyamatok, mint a pinocitózis és a fagocitózis.

A bakteriális folyamatok jellemzői

Mivel speciális mikroorganizmusok, a baktériumok olyan körülmények között is alkalmazkodnak, ahol hiányzik az oxigén. De maga a légzésük a mezoszómák miatt következik be. Az is nagyon érdekes, hogy a zöld szervezetek ugyanúgy képesek fotoszintetizálni, mint a növények. De fontos figyelembe venni, hogy növényekben a fotoszintézis folyamata a kloroplasztiszokban, míg a baktériumokban a membránokon megy végbe.

A szaporodás a baktériumsejtben a legprimitívebb módon történik. Az érett sejt két részre osztódik, egy idő után elérik az érettséget, és ez a folyamat megismétlődik. Kedvező körülmények között napi 70-80 generációváltás is bekövetkezhet. Fontos megjegyezni, hogy a baktériumok szerkezetükből adódóan nem férnek hozzá az olyan szaporodási módszerekhez, mint a mitózis és a meiózis. Egyedülállóak az eukarióta sejtekre.

Ismeretes, hogy a spórák képződése a gombák és növények szaporodásának számos módja egyike. De a baktériumok is képesek spórákat képezni, ami kevés fajukra jellemző. Ezzel a képességgel rendelkeznek ahhoz, hogy túléljenek olyan különösen kedvezőtlen körülményeket, amelyek életveszélyesek lehetnek.

Vannak ismert fajok, amelyek még űrviszonyok között is túlélnek. Ezt egyetlen élő szervezet sem tudja megismételni. A baktériumok szerkezetük egyszerűsége miatt váltak a földi élet elődjévé. De az a tény, hogy a mai napig léteznek, mutatja, mennyire fontosak a minket körülvevő világ számára. Segítségükkel az emberek a lehető legközelebb juthatnak a válaszhoz a földi élet eredetének kérdésére, folyamatosan tanulmányozva a baktériumokat és tanulva valami újat.

A legérdekesebb és legérdekesebb tények a baktériumokról

A Staphylococcus baktériumok szomjaznak az emberi vérre

A Staphylococcus aureus egy gyakori baktériumtípus, amely az összes ember körülbelül 30 százalékát érinti. Egyes embereknél a mikrobiom (mikroflóra) része, és a testben, a bőrön vagy a szájban egyaránt megtalálható. Míg vannak ártalmatlan staph törzsek, mások, például a meticillinrezisztens Staphylococcus aureus súlyos egészségügyi problémákat okoznak, beleértve a bőrfertőzéseket, szív- és érrendszeri betegségeket, agyhártyagyulladást és emésztőrendszeri betegségeket.

A Vanderbilt Egyetem kutatói felfedezték, hogy a staph baktériumok jobban kedvelik az emberi vért, mint az állati vért. Ezek a baktériumok részben vasat tartalmaznak, amely a vörösvértestekben található hemoglobinban található. A Staphylococcus aureus felszakítja a vérsejteket, hogy a bennük lévő vashoz jusson. Úgy gondolják, hogy a hemoglobin genetikai variációi miatt egyesek jobban szeretik a staph baktériumokat, mint mások.

A baktériumok esőt okoznak

A kutatók felfedezték, hogy a légkörben lévő baktériumok szerepet játszhatnak az eső és más csapadékképződésben. Ez a folyamat akkor kezdődik, amikor a növényekből származó baktériumokat a szél a légkörbe juttatja. A magasságban jég képződik körülöttük, és növekedni kezdenek. Amint a megfagyott baktériumok elérnek egy bizonyos növekedési küszöböt, a jég olvadni kezd, és esőként visszatér a földre. A Psuedomonas syringae fajba tartozó baktériumokat még a nagy jégeső részecskék közepén is találták. Egy speciális fehérjét termelnek a sejtmembránjukban, amely lehetővé teszi számukra, hogy egyedülálló módon megkötik a vizet, elősegítve a jégképződést.

Harc a pattanást okozó baktériumok ellen

A kutatók azt találták, hogy az aknét okozó baktériumok bizonyos törzsei valóban segíthetnek megelőzni a pattanásokat. A pattanást okozó baktérium, a Propionibacterium acnes bőrünk pórusaiban él. Amikor ezek a baktériumok immunválaszt váltanak ki, a bőrfelület megduzzad és pattanások képződnek.

Azonban bizonyos baktériumtörzsek kisebb valószínűséggel okoznak pattanásokat. Ezek a törzsek lehetnek az oka annak, hogy az egészséges bőrű embereknél ritkán alakul ki akne. Az aknés és egészséges bőrű emberektől gyűjtött Propionibacterium acnes törzsek génjeinek tanulmányozásával a kutatók azonosítottak egy olyan törzset, amely tiszta bőrön gyakori, aknés bőrön pedig ritka. A jövőbeli kutatások olyan gyógyszer kifejlesztésére fognak irányulni, amely csak a Propionibacterium acnes baktérium aknét okozó törzseit pusztítja el.

Az ínyen lévő baktériumok szívbetegséghez vezethetnek

Ki gondolta volna, hogy a rendszeres fogmosás segíthet megelőzni a szívbetegségeket? Korábbi tanulmányok összefüggést találtak az ínybetegség és a szív- és érrendszeri betegségek között. Most a tudósok sajátos kapcsolatot találtak e betegségek között.

Úgy gondolják, hogy a baktériumok és az emberek is termelnek bizonyos típusú fehérjéket, amelyeket stresszfehérjéknek neveznek. Ezek a fehérjék akkor képződnek, amikor a sejtek különféle stresszhelyzeteket tapasztalnak. Amikor egy személy ínyfertőzést szenved, az immunrendszer sejtjei elkezdik megtámadni a baktériumokat. A baktériumok stresszfehérjéket termelnek, amikor megtámadják, és a fehérvérsejtek is megtámadják a stresszfehérjéket.

A probléma az, hogy a fehérvérsejtek nem tudnak különbséget tenni a baktériumok és a szervezet által termelt stresszfehérjék között. Ennek eredményeként az immunrendszer sejtjei a szervezet által termelt stresszfehérjéket is megtámadják, fehérvérsejtek felhalmozódását okozva az artériákban, és érelmeszesedéshez vezet. A meszesedő szív a szív- és érrendszeri betegségek vezető oka.

A talajbaktériumok javítják a tanulást

Tudtad, hogy a kertészkedéssel vagy kertészkedéssel eltöltött idő segíthet a tanulásban? A kutatók szerint a Mycobacterium vaccae talajbaktérium javíthatja az emlősök tanulását.

Ezek a baktériumok valószínűleg lenyelés vagy légzés útján jutnak be a szervezetünkbe. A tudósok szerint a Mycobacterium vaccae baktérium javítja a tanulást azáltal, hogy serkenti a neuronok növekedését az agyban, ami megnövekedett szerotoninszinthez és csökkent szorongáshoz vezet.

A vizsgálatot élő Mycobacterium vaccae baktériumokkal táplált egerekkel végezték. Az eredmények azt mutatták, hogy az egerek, amelyek megették a baktériumokat, sokkal gyorsabban és kevesebb szorongással mozogtak a labirintusban, mint azok az egerek, amelyek nem ették meg a baktériumokat. A tudósok szerint a Mycobacterium vaccae szerepet játszik a problémamegoldás javításában és a stresszszint csökkentésében.

Bakteriális erőgépek

Az Argonne National Laboratory kutatói felfedezték, hogy a Bacillus subtilis baktérium nagyon kicsi fogaskerekeket képes forgatni. Ezek a baktériumok aerobok, ami azt jelenti, hogy oxigénre van szükségük a növekedéshez és fejlődéshez. Amikor mikro-levegőbuborékos oldatba helyezik őket, a baktériumok a fogaskerekek fogain lebegnek, és egy bizonyos irányba elfordulnak.

A fogaskerék forgásának elindításához több száz baktérium kell, hogy egyhangúan működjenek. Azt is felfedezték, hogy a baktériumok több egymáshoz kapcsolódó fogaskereket is képesek forgatni. A kutatók az oldatban lévő oxigén mennyiségének beállításával szabályozni tudták azt a sebességet, amellyel a baktériumok forgatták a fogaskerekeket. Az oxigén csökkenése a baktériumok lelassulását okozta. Az oxigén eltávolítása miatt teljesen leállnak a mozgásuk.

A baktériumsejt szerkezetének látszólagos egyszerűsége ellenére nagyon összetett szervezet, amelyet minden élőlényre jellemző folyamatok jellemeznek. A baktériumsejtet sűrű membrán borítja, amely sejtfalból, citoplazmatikus membránból és egyes fajoknál kapszulából áll.

Sejtfal– a baktériumsejt szerkezetének egyik fő eleme a citoplazma membránon kívül elhelyezkedő felületi réteg. A fal védő és támasztó funkciót lát el, emellett állandó, jellegzetes formát ad a sejtnek (például rúd vagy coccus formát), mert van egy bizonyos merevsége (merevsége), és a sejt külső vázát képviseli. A baktériumsejt belsejében az ozmotikus nyomás többszöröse, néha tízszerese is, mint a külső környezetben. Ezért a sejt gyorsan megrepedne, ha nem védené olyan sűrű, merev szerkezet, mint a sejtfal. A falak fő szerkezeti összetevője, merev szerkezetük alapja szinte minden eddig vizsgált baktériumban, a murein. Egyes rúd alakú baktériumok sejtfalának felületét kiemelkedések, tüskék vagy dudorok borítják. A Christian Gram által először 1884-ben javasolt festési módszer segítségével a baktériumokat két csoportra lehet osztani: Gram-pozitívra és Gram-negatívra. A sejtfal felelős a baktériumok Gram-festődéséért. A Gram általi festődés képessége vagy képtelensége a bakteriális sejtfalak kémiai összetételének különbségeivel van összefüggésben. A sejtfal áteresztő: rajta keresztül a tápanyagok szabadon bejutnak a sejtbe, az anyagcseretermékek pedig a környezetbe. A nagy molekulatömegű nagy molekulák nem jutnak át a héjon.

A citoplazma külső rétege szorosan szomszédos a baktériumsejt sejtfalával - citoplazmatikus membrán, amely általában egy kettős lipidrétegből áll, amelyek mindegyik felületét monomolekuláris fehérjeréteg borítja. A membrán a sejt lipideinek körülbelül 8-15%-át teszi ki. A membrán teljes vastagsága körülbelül 9 nm. A citoplazmatikus membrán ozmotikus gát szerepét tölti be, amely szabályozza az anyagoknak a baktériumsejtbe és onnan történő szállítását.

Számos baktérium sejtfalát felül egy nyálkahártya-réteg veszi körül - kapszula. A kapszula vastagsága sokszorosa lehet magának a sejtnek az átmérőjénél, és néha olyan vékony, hogy csak elektronmikroszkópon – mikrokapszulán – keresztül lehet látni. A kapszula nem lényeges része a sejtnek, a baktériumok körülményeitől függően alakul ki. Védőburkolatként szolgál a sejt számára, részt vesz a vízanyagcserében, védi a sejtet a kiszáradástól.

A citoplazmatikus membrán alatt baktériumokban van a itoplazma, a sejtmag és a sejtfal kivételével a sejt teljes tartalmát reprezentálja. A baktériumok citoplazmája kolloidok diszpergált keveréke, amely vízből, fehérjékből, szénhidrátokból, lipidekből, ásványi vegyületekből és egyéb anyagokból áll. A citoplazma (mátrix) folyékony szerkezet nélküli fázisa riboszómákat, membránrendszereket, plasztidokat és egyéb struktúrákat, valamint tartalék tápanyagokat tartalmaz.

A baktériumoknak nincs olyan magjuk, mint a magasabb rendű organizmusoknak, de van analóg „nukleáris megfelelőjük” - nukleoid, amely a nukleáris anyag evolúciósan primitívebb szerveződési formája. A baktériumsejt nukleoidja a központi részében található.

Egy nyugvó baktériumsejt általában egy nukleoidot tartalmaz; az osztódás előtti fázisban lévő sejteknek két nukleoidja van; a logaritmikus növekedés fázisában - szaporodás - legfeljebb négy vagy több nukleoid. A baktériumsejt citoplazmája a nukleoidon kívül több százszor rövidebb DNS-szálat is tartalmazhat - az öröklődés úgynevezett extrakromoszómális faktorait, ún. plazmid. Mint kiderült, a plazmidok nem feltétlenül vannak jelen a baktériumokban, de további, számára előnyös tulajdonságokat adnak a szervezetnek, különös tekintettel a szaporodásra, a gyógyszerrezisztenciára, a patogenitásra stb.

Egyes baktériumok felületén függelék struktúrák vannak; közülük a legelterjedtebbek flagella – a baktériumok mozgásának szervei. A baktériumoknak egy, két vagy több flagellája lehet. Elhelyezkedésük eltérő: a cella egyik végén, kettőnél, a teljes felületen stb.

Az egy flagellummal rendelkező baktériumot ún monotrichoma; egy baktérium egy köteg flagella a sejt egyik végén - lophotrichoma; mindkét végén - kétéltű; a sejt teljes felületén elhelyezkedő flagellákkal rendelkező baktériumot nevezzük peritrichome. A flagellák száma különböző típusú baktériumokban változik, és elérheti a 100-at is. A flagellák vastagsága 10-20 nm, hossza - 3-15 µm, és ugyanazon baktériumsejt esetében a hossza a a kultúra állapota és a környezeti tényezők.

Az első baktériumok valószínűleg több mint 3,5 milliárd éve jelentek meg, és csaknem egymilliárd évig ők voltak az egyetlen élőlények bolygónkon. Jelenleg mindenütt jelen vannak, és meghatározzák a természetben előforduló különféle folyamatokat.

A baktériumok alakja és mérete

A baktériumok egysejtű mikroszkopikus szervezetek. Botok, golyók, spirálok alakúak. Egyes fajok több ezer sejtből álló klasztereket alkotnak. A pálcika alakú baktériumok hossza 0,002-0,003 mm. Ezért az egyes baktériumokat még mikroszkóppal is nagyon nehéz látni. Azonban szabad szemmel könnyen észrevehetők, amikor nagy számban fejlődnek és kolóniákat alkotnak. Laboratóriumi körülmények között baktériumtelepeket nevelnek speciális táptalajokon, amelyek a szükséges tápanyagokat tartalmazzák.

A baktériumsejt felépítése

A baktériumsejtet, akárcsak a növényi és állati sejteket, plazmamembrán borítja. De velük ellentétben egy sűrű sejtmembrán található a membrán külső oldalán. Tartós anyagból áll, védő és támasztó funkciót is ellát, így a sejtnek állandó formát kölcsönöz. A sejtmembránon keresztül a tápanyagok szabadon jutnak be a sejtbe, és szükségtelen anyagok kerülnek a környezetbe. Gyakran a baktériumok további védő nyálkaréteget termelnek a sejtmembrán tetején - egy kapszulát.

Egyes baktériumok sejtmembránjának felületén kinövések vannak - hosszú flagellák (egy, kettő vagy több) vagy rövid vékony bolyhok. Segítségükkel a baktériumok mozognak. A baktériumsejt citoplazmájában van egy nukleáris anyag - egy nukleoid, amely örökletes információt hordoz. A nukleáris anyag, ellentétben a sejtmaggal, nem válik el a citoplazmától. A kialakult sejtmag és egyéb jellemzők hiánya miatt az összes baktérium az élő természet külön birodalmába - a baktériumok birodalmába - egyesül.

A baktériumok elterjedése és szerepük a természetben

A baktériumok a leggyakoribb élőlények a Földön. Mindenhol élnek: vízben, levegőben, talajban. A baktériumok még ott is képesek megélni, ahol más élőlények nem tudnak életben maradni: forró forrásokban, az Antarktisz jegében, földalatti olajmezőkön és még az atomreaktorok belsejében is. Minden baktériumsejt nagyon kicsi, de a baktériumok teljes száma a Földön óriási. Ez
magas bakteriális arányhoz kapcsolódik. A baktériumok sokféle funkciót látnak el a természetben.

A baktériumok szerepe az üzemanyag ásványi anyagok képződésében nagy. Évmilliókon át lebontották a tengeri élőlények és szárazföldi növények maradványait. A baktériumok létfontosságú tevékenysége következtében olaj-, földgáz- és szénlerakódások keletkeztek.

A baktériumok a Földön jelenleg létező legrégebbi organizmuscsoport. Az első baktériumok valószínűleg több mint 3,5 milliárd éve jelentek meg, és csaknem egymilliárd évig ők voltak az egyetlen élőlények bolygónkon. Mivel ezek voltak az élő természet első képviselői, testük primitív szerkezetű volt.

Idővel szerkezetük összetettebbé vált, de a mai napig a baktériumokat tartják a legprimitívebb egysejtű szervezeteknek. Érdekes, hogy egyes baktériumok még mindig megőrzik ősi őseik primitív vonásait. Ez a forró kénes forrásokban és a tározók alján található anoxikus iszapban élő baktériumoknál figyelhető meg.

A legtöbb baktérium színtelen. Csak néhány lila vagy zöld. De sok baktérium kolóniája élénk színű, amelyet egy színes anyag környezetbe jutása vagy a sejtek pigmentációja okoz.

A baktériumok világának felfedezője Antony Leeuwenhoek, a 17. századi holland természettudós volt, aki először alkotott meg tökéletes nagyítómikroszkópot, amely 160-270-szeresre nagyítja a tárgyakat.

A baktériumokat a prokarióták közé sorolják, és egy külön birodalomba - Baktériumokba - sorolják.

Testalkat

A baktériumok számos és változatos organizmus. Változó alakúak.

A baktérium neve	A baktériumok alakja	Baktérium kép
Cocci		Golyó alakú
Bacilus		Rúd alakú
Vibrió baktérium		Vessző alakú
Spirillum		Spirál
Streptococcusok		Coccusok lánca
Staphylococcus		Coccusok klaszterei
Diplococcus		Két kerek baktérium egy nyálkahártya-kapszulába zárva

Szállítási módok

A baktériumok között vannak mozgékony és immobil formák. A mozgások hullámszerű összehúzódások hatására vagy flagellák (csavart spirális szálak) segítségével mozognak, amelyek egy speciális flagellin fehérjéből állnak. Egy vagy több flagella lehet. Egyes baktériumokban a sejt egyik végén, másokban kettőben vagy a teljes felületen helyezkednek el.

De a mozgás sok más baktériumban is benne rejlik, amelyekből hiányzik a flagella. Így a kívülről nyálkahártyával borított baktériumok siklómozgásra képesek.

Egyes vízi és talajbaktériumok, amelyekben nincsenek flagellák, gázvakuolákat tartalmaznak a citoplazmában. Egy sejtben 40-60 vakuólum lehet. Mindegyik gázzal (feltehetően nitrogénnel) van töltve. A vakuólumokban lévő gáz mennyiségének szabályozásával a vízi baktériumok a vízoszlopba süllyedhetnek, vagy annak felszínére emelkedhetnek, a talajbaktériumok pedig a talajkapillárisokban mozoghatnak.

Élőhely

Szervezeti egyszerűségük és igénytelenségük miatt a baktériumok széles körben elterjedtek a természetben. A baktériumok mindenhol megtalálhatók: a legtisztább forrásvíz cseppjeiben is, talajszemekben, levegőben, sziklákon, sarki hóban, sivatagi homokban, az óceán fenekén, nagy mélységből kitermelt olajban, sőt körülbelül 80°C hőmérsékletű melegforrások vize. Növényeken, gyümölcsökön, különféle állatokon és emberben a belekben, a szájüregben, a végtagokban és a test felszínén élnek.

A baktériumok a legkisebb és legnagyobb számú élőlények. Kis méretüknek köszönhetően könnyen behatolnak bármilyen repedésbe, résbe vagy pórusba. Nagyon strapabíró és alkalmazkodott a különféle életkörülményekhez. Elviselik a szárítást, az extrém hideget és a 90°C-ig történő melegítést anélkül, hogy elveszítenék életképességüket.

Gyakorlatilag nincs olyan hely a Földön, ahol ne lennének baktériumok, de változó mennyiségben. A baktériumok életkörülményei változatosak. Némelyikük légköri oxigént igényel, másoknak nincs rá szükségük, és képesek oxigénmentes környezetben élni.

A levegőben: a baktériumok 30 km-re emelkednek a felső légkörbe. és több.

Különösen sok van belőlük a talajban. 1 g talaj több száz millió baktériumot tartalmazhat.

Vízben: nyílt tározókban a víz felszíni rétegeiben. A jótékony vízi baktériumok mineralizálják a szerves maradványokat.

Élő szervezetekben: a külső környezetből patogén baktériumok jutnak be a szervezetbe, de csak kedvező körülmények között okoznak betegségeket. A szimbiotikusok az emésztőszervekben élnek, segítik a táplálék lebontását és felszívódását, valamint a vitaminok szintetizálását.

Külső szerkezet

A baktériumsejtet speciális sűrű héj – sejtfal – borítja, amely védő- és támasztó funkciókat lát el, emellett állandó, jellegzetes formát ad a baktériumnak. A baktérium sejtfala a növényi sejt falához hasonlít. Átjárható: rajta keresztül a tápanyagok szabadon bejutnak a sejtbe, az anyagcseretermékek pedig a környezetbe. Gyakran a baktériumok további védő nyálkaréteget termelnek a sejtfal tetején - egy kapszulát. A kapszula vastagsága sokszorosa lehet magának a cellának az átmérőjének, de lehet nagyon kicsi is. A kapszula nem lényeges része a sejtnek, a baktériumok körülményeitől függően alakul ki. Megvédi a baktériumokat a kiszáradástól.

Egyes baktériumok felszínén hosszú flagellák (egy, kettő vagy sok) vagy rövid vékony bolyhok találhatók. A flagella hossza sokszorosa lehet a baktérium testének méretének. A baktériumok a flagellák és a bolyhok segítségével mozognak.

Belső szerkezet

A baktériumsejt belsejében sűrű, mozdulatlan citoplazma található. Réteges felépítésű, nincsenek vakuolák, ezért magában a citoplazmában találhatók különböző fehérjék (enzimek) és tartalék tápanyagok. A baktériumsejteknek nincs magjuk. Egy örökletes információt hordozó anyag sejtjük központi részében koncentrálódik. Baktériumok, - nukleinsav - DNS. De ez az anyag nem alakul atommaggá.

A baktériumsejt belső szervezete összetett, és megvannak a maga sajátos jellemzői. A citoplazmát a citoplazmatikus membrán választja el a sejtfaltól. A citoplazmában van egy fő anyag vagy mátrix, riboszómák és kis számú membránstruktúra, amelyek különféle funkciókat látnak el (a mitokondriumok analógjai, az endoplazmatikus retikulum, a Golgi-készülék). A baktériumsejtek citoplazmája gyakran tartalmaz különféle formájú és méretű szemcséket. A granulátumok olyan vegyületekből állhatnak, amelyek energia- és szénforrásként szolgálnak. A baktériumsejtben zsírcseppek is találhatók.

A sejt központi részében a nukleáris anyag lokalizálódik - a DNS, amelyet membrán nem határol el a citoplazmától. Ez a mag analógja - egy nukleoid. A nukleoidnak nincs membránja, magja vagy kromoszómakészlete.

Étkezési módszerek

A baktériumok különböző táplálkozási módokkal rendelkeznek. Ezek között vannak autotrófok és heterotrófok. Az autotrófok olyan organizmusok, amelyek önállóan képesek szerves anyagokat előállítani táplálkozásukhoz.

A növényeknek nitrogénre van szükségük, de maguk nem tudják felvenni a nitrogént a levegőből. Egyes baktériumok a levegőben lévő nitrogénmolekulákat más molekulákkal kombinálják, így a növények számára hozzáférhető anyagok keletkeznek.

Ezek a baktériumok megtelepednek a fiatal gyökerek sejtjeiben, ami a gyökereken megvastagodásokhoz, úgynevezett csomókhoz vezet. Az ilyen csomók a hüvelyesek családjába tartozó növények és néhány más növény gyökerein alakulnak ki.

A gyökerek szénhidráttal látják el a baktériumokat, a baktériumok pedig nitrogéntartalmú anyagokat, amelyeket a növény fel tud venni. Az együttélésük kölcsönösen előnyös.

A növényi gyökerek sok szerves anyagot (cukrokat, aminosavakat és másokat) választanak ki, amelyekkel a baktériumok táplálkoznak. Ezért különösen sok baktérium telepszik meg a gyökereket körülvevő talajrétegben. Ezek a baktériumok az elhalt növényi törmeléket növényi anyagokká alakítják át. Ezt a talajréteget rizoszférának nevezik.

Számos hipotézis létezik a csomóbaktériumok gyökérszövetbe való behatolásával kapcsolatban:

• az epidermális és a kéregszövet károsodása révén;
• gyökérszőrszálakon keresztül;
• csak a fiatal sejtmembránon keresztül;
• a pektinolitikus enzimeket termelő társbaktériumoknak köszönhetően;
• a B-indol-ecetsav triptofánból történő szintézisének stimulálása miatt, amely mindig jelen van a növényi gyökérváladékban.

A csomóbaktériumok gyökérszövetbe való bejuttatásának folyamata két fázisból áll:

• gyökérszőrök fertőzése;
• csomóképződés folyamata.

A legtöbb esetben a behatoló sejt aktívan szaporodik, úgynevezett fertőzési szálakat képez, és ilyen szálak formájában beköltözik a növényi szövetbe. A fertőzési fonalból kilépő csomóbaktériumok tovább szaporodnak a gazdaszövetben.

A gyorsan szaporodó gócbaktériumok sejtjeivel teli növényi sejtek gyorsan osztódnak. A fiatal csomó és a hüvelyes növény gyökerének összekapcsolása ér-rostos kötegeknek köszönhetően történik. A működés ideje alatt a csomók általában sűrűek. Mire az optimális aktivitás bekövetkezik, a csomók rózsaszínűvé válnak (a leghemoglobin pigmentnek köszönhetően). Csak azok a baktériumok képesek megkötni a nitrogént, amelyek leghemoglobint tartalmaznak.

A csomóbaktériumok hektáronként több tíz és száz kilogramm nitrogénműtrágyát hoznak létre.

Anyagcsere

A baktériumok anyagcseréjükben különböznek egymástól. Egyesek számára oxigén részvételével történik, mások számára - anélkül.

A legtöbb baktérium kész szerves anyagokkal táplálkozik. Közülük csak néhány (kék-zöld vagy cianobaktérium) képes szervetlen anyagokból szerves anyagokat létrehozni. Fontos szerepet játszottak az oxigén felhalmozódásában a Föld légkörében.

A baktériumok kívülről szívják fel az anyagokat, darabokra szaggatják molekuláikat, ezekből a részekből rakják össze a héjukat és feltöltik a tartalmukat (így nőnek), és kidobják a felesleges molekulákat. A baktérium héja és membránja lehetővé teszi, hogy csak a szükséges anyagokat szívja fel.

Ha egy baktérium héja és membránja teljesen át nem eresztő lenne, semmilyen anyag nem jutna be a sejtbe. Ha minden anyag számára átjárhatóak lennének, a sejt tartalma összekeveredne a tápközeggel - azzal az oldattal, amelyben a baktérium él. A túléléshez a baktériumoknak héjra van szükségük, amely átengedi a szükséges anyagokat, de nem a felesleges anyagokat.

A baktérium felszívja a közelében található tápanyagokat. Mi történik ezután? Ha önállóan tud mozogni (egy flagellum mozgatásával vagy a nyálka visszaszorításával), akkor addig mozog, amíg meg nem találja a szükséges anyagokat.

Ha nem tud mozogni, akkor megvárja, amíg a diffúzió (az egyik anyag molekuláinak azon képessége, hogy behatolnak egy másik anyag molekuláinak sűrűjébe) elhozza a szükséges molekulákat.

A baktériumok más mikroorganizmuscsoportokkal együtt óriási kémiai munkát végeznek. Különféle vegyületek átalakításával megkapják az életükhöz szükséges energiát és tápanyagokat. Az anyagcsere-folyamatok, az energiaszerzés módjai és a szervezetük anyagainak felépítéséhez szükséges anyagok változatosak a baktériumokban.

Más baktériumok a szervezetben a szerves anyagok szintéziséhez szükséges összes szénszükségletüket a szervetlen vegyületek rovására elégítik ki. Autotrófoknak nevezik őket. Az autotróf baktériumok képesek szerves anyagokat szintetizálni szervetlenekből. Ezek közé tartozik:

Kemoszintézis

A sugárzási energia felhasználása a legfontosabb, de nem az egyetlen módja annak, hogy szén-dioxidból és vízből szerves anyagot hozzunk létre. Ismeretesek olyan baktériumok, amelyek nem a napfényt használják energiaforrásként az ilyen szintézishez, hanem az egyes szervetlen vegyületek - kénhidrogén, kén, ammónia, hidrogén, salétromsav, vasvegyületek - oxidációja során az élőlények sejtjeiben keletkező kémiai kötések energiáját. vas és mangán. Az ezzel a kémiai energiával képződött szerves anyagot testük sejtjeinek felépítésére használják fel. Ezért ezt a folyamatot kemoszintézisnek nevezik.

A kemoszintetikus mikroorganizmusok legfontosabb csoportja a nitrifikáló baktériumok. Ezek a baktériumok a talajban élnek, és a szerves maradványok bomlása során keletkező ammóniát salétromsavvá oxidálják. Ez utóbbi reakcióba lép a talaj ásványi vegyületeivel, salétromsav sóivá alakulva. Ez a folyamat két szakaszban zajlik.

A vasbaktériumok a vasvasat vas-oxiddá alakítják. A keletkező vas-hidroxid ülepedik, és úgynevezett mocsári vasércet képez.

Egyes mikroorganizmusok a molekuláris hidrogén oxidációja miatt léteznek, és ezáltal autotróf táplálkozási módszert biztosítanak.

A hidrogénbaktériumok jellemző tulajdonsága, hogy szerves vegyületekkel és hidrogén hiányával heterotróf életmódra váltanak.

Így a kemoautotrófok tipikus autotrófok, mivel önállóan szintetizálják a szükséges szerves vegyületeket szervetlen anyagokból, és nem veszik őket készen más élőlényekből, például heterotrófokból. A kemoautotróf baktériumok abban különböznek a fototróf növényektől, hogy teljesen függetlenek a fénytől mint energiaforrástól.

Bakteriális fotoszintézis

Egyes pigmenttartalmú kénbaktériumok (lila, zöld), specifikus pigmenteket - bakterioklorofillokat - képesek elnyelni a napenergiát, melynek segítségével szervezetükben a hidrogén-szulfid lebomlik és hidrogénatomokat szabadít fel a megfelelő vegyületek helyreállítására. Ez a folyamat sokban hasonlít a fotoszintézishez, és csak abban különbözik, hogy a lila és zöld baktériumokban a hidrogéndonor a hidrogén-szulfid (esetenként karbonsavak), a zöld növényekben pedig a víz. Mindkettőben az elnyelt napsugarak energiája miatt történik a hidrogén leválasztása és átvitele.

Ezt a bakteriális fotoszintézist, amely oxigén felszabadulása nélkül megy végbe, fotoredukciónak nevezik. A szén-dioxid fotoredukciója a hidrogénnek nem a vízből, hanem a hidrogén-szulfidból való átadásával jár:

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

A kemoszintézis és a bakteriális fotoszintézis biológiai jelentősége bolygóléptékben viszonylag kicsi. Csak a kemoszintetikus baktériumok játszanak jelentős szerepet a kén körforgásában a természetben. A zöld növények kénsavsók formájában felszívják, a kén redukálódik, és a fehérjemolekulák részévé válik. Továbbá, amikor a rothadó baktériumok elpusztítják az elhalt növényi és állati maradványokat, kén hidrogén-szulfid formájában szabadul fel, amelyet a kénbaktériumok szabad kénné (vagy kénsavvá) oxidálnak, így a talajban a növények számára hozzáférhető szulfitok keletkeznek. A kemo- és fotoautotróf baktériumok nélkülözhetetlenek a nitrogén- és kénciklusban.

Sporuláció

A spórák a baktériumsejt belsejében képződnek. A sporuláció folyamata során a baktériumsejt számos biokémiai folyamaton megy keresztül. Csökken a benne lévő szabad víz mennyisége és csökken az enzimaktivitás. Ez biztosítja a spórák ellenállását a kedvezőtlen környezeti feltételekkel szemben (magas hőmérséklet, magas sókoncentráció, szárítás stb.). A sporuláció csak a baktériumok egy kis csoportjára jellemző.

A spórák a baktériumok életciklusának opcionális szakaszai. A sporuláció csak a tápanyagok hiányával vagy az anyagcseretermékek felhalmozódásával kezdődik. A spóra formájú baktériumok hosszú ideig alvó állapotban maradhatnak. A baktériumspórák ellenállnak a hosszan tartó forralásnak és a nagyon hosszú fagyasztásnak. Kedvező körülmények esetén a spóra kicsírázik és életképessé válik. A baktériumspórák a kedvezőtlen körülmények közötti túléléshez való alkalmazkodás.

Reprodukció

A baktériumok úgy szaporodnak, hogy egy sejtet két részre osztanak. Egy bizonyos méretet elérve a baktérium két azonos baktériumra oszlik. Aztán mindegyik elkezd táplálkozni, nő, osztódik stb.

A sejtmegnyúlás után fokozatosan keresztirányú septum képződik, majd a leánysejtek szétválnak; Sok baktériumban bizonyos körülmények között, osztódás után a sejtek jellemző csoportokba kapcsolva maradnak. Ilyenkor az osztássík irányától és az osztások számától függően különböző alakzatok keletkeznek. A bimbózással történő szaporodás kivételként a baktériumokban fordul elő.

Kedvező körülmények között számos baktérium sejtosztódása 20-30 percenként történik. Ilyen gyors szaporodás mellett egy baktérium utódai 5 nap alatt olyan tömeget alkothatnak, amely minden tengert és óceánt betölt. Egy egyszerű számítás azt mutatja, hogy naponta 72 generáció (720 000 000 000 000 000 000 sejt) képződhet. Súlyra átszámítva - 4720 tonna. Ez azonban nem fordul elő a természetben, mivel a legtöbb baktérium gyorsan elpusztul napfény hatására, kiszáradásra, táplálékhiányra, 65-100ºC-ra melegítésre, fajok közötti küzdelem stb.

A baktérium (1), miután elegendő táplálékot felszívott, megnövekszik (2) és elkezd felkészülni a szaporodásra (sejtosztódás). DNS-e (a baktériumban a DNS-molekula gyűrűbe záródik) megkétszereződik (a baktérium ennek a molekulának a másolatát állítja elő). Mindkét DNS-molekula (3, 4) a baktérium falához tapad, és ahogy a baktérium megnyúlik, eltávolodik egymástól (5, 6). Először a nukleotid osztódik, majd a citoplazma.

Két DNS-molekula divergenciája után a baktériumon egy szűkület jelenik meg, amely fokozatosan két részre osztja a baktérium testét, amelyek mindegyike tartalmaz egy DNS-molekulát (7).

Előfordul (a Bacillus subtilisben), hogy két baktérium összetapad, és híd képződik közöttük (1,2).

A jumper a DNS-t egyik baktériumból a másikba szállítja (3). Miután egy baktériumba került, a DNS-molekulák összefonódnak, egyes helyeken összetapadnak (4), majd kicserélik a részeket (5).

A baktériumok szerepe a természetben

Forgás

A baktériumok a legfontosabb láncszem a természetben előforduló anyagok általános körforgásában. A növények a talajban lévő szén-dioxidból, vízből és ásványi sókból összetett szerves anyagokat hoznak létre. Ezek az anyagok elhalt gombákkal, növényekkel és állati tetemekkel visszakerülnek a talajba. A baktériumok az összetett anyagokat egyszerű anyagokra bontják, amelyeket aztán a növények felhasználnak.

A baktériumok elpusztítják az elhalt növények és állati tetemek összetett szerves anyagait, az élő szervezetek ürülékét és a különféle hulladékokat. Ezekkel a szerves anyagokkal táplálkozva a bomlás szaprofita baktériumai humuszsá alakítják őket. Ezek bolygónk egyfajta rendjei. Így a baktériumok aktívan részt vesznek a természetben lévő anyagok körforgásában.

Talajképződés

Mivel a baktériumok szinte mindenhol elterjedtek és hatalmas számban fordulnak elő, nagymértékben meghatározzák a természetben előforduló különféle folyamatokat. Ősszel lehullanak a fák, cserjék levelei, elhalnak a fűfélék föld feletti hajtásai, lehullanak az öreg ágak, időnként lehullanak az öreg fák törzsei. Mindez fokozatosan humuszsá válik. 1 cm3-ben. Az erdőtalaj felszíni rétege több százmillió szaprofita talajbaktériumot tartalmaz több fajból. Ezek a baktériumok a humuszt különféle ásványi anyagokká alakítják, amelyeket a növény gyökerei fel tudnak venni a talajból.

Egyes talajbaktériumok képesek felvenni a nitrogént a levegőből, felhasználva azt létfontosságú folyamatokban. Ezek a nitrogénmegkötő baktériumok önállóan élnek, vagy megtelepednek a hüvelyes növények gyökereiben. A hüvelyesek gyökereibe behatolva ezek a baktériumok a gyökérsejtek növekedését és csomók képződését okozzák rajtuk.

Ezek a baktériumok nitrogénvegyületeket termelnek, amelyeket a növények felhasználnak. A baktériumok szénhidrátokat és ásványi sókat nyernek a növényekből. Így a hüvelyes növény és a csomóbaktériumok között szoros kapcsolat áll fenn, ami mind az egyik, mind a másik szervezet számára előnyös. Ezt a jelenséget szimbiózisnak nevezik.

A gombócbaktériumokkal való szimbiózisnak köszönhetően a hüvelyesek nitrogénnel gazdagítják a talajt, segítve a termésnövelést.

Elterjedés a természetben

A mikroorganizmusok mindenütt jelen vannak. Az egyetlen kivételt az aktív vulkánok kráterei és a felrobbant atombombák epicentrumában lévő kis területek jelentik. Sem az Antarktisz alacsony hőmérséklete, sem a gejzírek forrásban lévő patakjai, sem a sómedencékben lévő telített sóoldatok, sem a hegycsúcsok erős besugárzása, sem az atomreaktorok durva besugárzása nem zavarja a mikroflóra létét és fejlődését. Minden élőlény folyamatosan kölcsönhatásba lép a mikroorganizmusokkal, gyakran nemcsak tárolóik, hanem terjesztőik is. A mikroorganizmusok bolygónk őshonosai, aktívan kutatják a leghihetetlenebb természetes szubsztrátokat.

Talaj mikroflóra

A talajban található baktériumok száma rendkívül nagy – grammonként százmillió és milliárd egyed. Sokkal több van belőlük a talajban, mint a vízben és a levegőben. A talajban lévő baktériumok teljes száma megváltozik. A baktériumok száma a talaj típusától, állapotától és a rétegek mélységétől függ.

A talajrészecskék felszínén a mikroorganizmusok kis mikrokolóniákban (egyenként 20-100 sejt) helyezkednek el. Gyakran szervesanyag-rögök vastagságában, élő és haldokló növényi gyökereken, vékony kapillárisokban és csomók belsejében alakulnak ki.

A talaj mikroflórája nagyon változatos. Itt a baktériumok különböző fiziológiai csoportjai vannak: rothadó baktériumok, nitrifikáló baktériumok, nitrogénmegkötő baktériumok, kénbaktériumok stb. Ezek között vannak aerobok és anaerobok, spórás és nem spórás formák. A talajképződés egyik tényezője a mikroflóra.

A talajban lévő mikroorganizmusok fejlődési területe az élő növények gyökereivel szomszédos zóna. Rizoszférának hívják, a benne található mikroorganizmusok összességét pedig rizoszféra mikroflórának.

A tározók mikroflórája

A víz természetes környezet, ahol a mikroorganizmusok nagy számban fejlődnek. Ezek nagy része a talajból kerül a vízbe. Egy tényező, amely meghatározza a vízben lévő baktériumok számát és a tápanyagok jelenlétét. A legtisztább vizek artézi kutakból és forrásokból származnak. A nyílt víztározók és folyók nagyon gazdagok baktériumokban. A legtöbb baktérium a víz felszíni rétegeiben, a parthoz közelebb található. Ahogy távolodsz a parttól és nő a mélység, a baktériumok száma csökken.

A tiszta víz 100-200 baktériumot tartalmaz milliliterenként, a szennyezett víz pedig 100-300 ezret vagy még többet. A fenékiszapban sok baktérium található, különösen a felszíni rétegben, ahol a baktériumok filmréteget képeznek. Ez a film sok kén- és vasbaktériumot tartalmaz, amelyek a hidrogén-szulfidot kénsavvá oxidálják, és ezáltal megakadályozzák a halak pusztulását. Az iszapban több a spórás forma, míg a vízben a nem spórás formák dominálnak.

Fajösszetételét tekintve a víz mikroflórája hasonló a talaj mikroflórájához, de vannak sajátos formák is. A vízbe kerülő különféle hulladékok megsemmisítésével a mikroorganizmusok fokozatosan végzik el a víz úgynevezett biológiai tisztítását.

Levegő mikroflóra

A levegő mikroflórája kisebb, mint a talaj és a víz mikroflórája. A baktériumok a porral a levegőbe emelkednek, ott maradhatnak egy ideig, majd megtelepednek a föld felszínén, és elpusztulnak a táplálkozás hiányában vagy az ultraibolya sugárzás hatására. A levegőben lévő mikroorganizmusok száma a földrajzi zónától, a tereptől, az évszaktól, a porszennyezettségtől stb. függ. Minden porszem a mikroorganizmusok hordozója. A legtöbb baktérium a levegőben van az ipari vállalatok felett. Vidéken tisztább a levegő. A legtisztább levegő az erdők, hegyek és havas területek felett van. A levegő felső rétegei kevesebb mikrobát tartalmaznak. A levegő mikroflórája sok pigmentált és spórás baktériumot tartalmaz, amelyek másoknál jobban ellenállnak az ultraibolya sugárzásnak.

Az emberi test mikroflórája

Az emberi test, még a teljesen egészséges is, mindig a mikroflóra hordozója. Amikor az emberi szervezet levegővel és talajjal érintkezik, különféle mikroorganizmusok, köztük kórokozók (tetanuszbacilusok, gáz gangréna stb.) megtelepednek a ruházaton és a bőrön. Az emberi test leggyakrabban kitett részei szennyezettek. E. coli és staphylococcusok találhatók a kezeken. A szájüregben több mint 100 féle mikroba található. A száj hőmérsékletével, páratartalmával, tápanyagmaradványaival kiváló környezet a mikroorganizmusok fejlődéséhez.

A gyomor savas reakciót vált ki, ezért a benne lévő mikroorganizmusok többsége elpusztul. A vékonybélből kiindulva a reakció lúgossá válik, azaz. kedvező a mikrobák számára. A vastagbél mikroflórája nagyon változatos. Minden felnőtt körülbelül 18 milliárd baktériumot választ ki naponta az ürülékben, i.e. több egyén, mint ember a világon.

A külső környezethez nem kapcsolódó belső szervek (agy, szív, máj, hólyag stb.) általában mikrobáktól mentesek. A mikrobák csak betegség során jutnak be ezekbe a szervekbe.

Baktériumok az anyagok körforgásában

A mikroorganizmusok általában, és különösen a baktériumok nagy szerepet játszanak a Földön lévő anyagok biológiailag fontos körforgásában, olyan kémiai átalakulásokat hajtanak végre, amelyek sem növények, sem állatok számára teljesen hozzáférhetetlenek. Az elemek körforgásának különböző szakaszait különböző típusú organizmusok hajtják végre. Az egyes élőlénycsoportok létezése az elemek más csoportok által végrehajtott kémiai átalakulásától függ.

Nitrogén ciklus

A nitrogéntartalmú vegyületek ciklikus átalakulása elsődleges szerepet játszik a bioszféra különböző táplálkozási igényű élőlényeinek a szükséges nitrogénformák ellátásában. A teljes nitrogénkötés több mint 90%-a bizonyos baktériumok metabolikus aktivitásának köszönhető.

Szénciklus

A szerves szén szén-dioxiddá való biológiai átalakulása, amely a molekuláris oxigén redukciójával jár együtt, különféle mikroorganizmusok együttes anyagcsere-tevékenységét igényli. Sok aerob baktérium végzi a szerves anyagok teljes oxidációját. Aerob körülmények között a szerves vegyületek kezdetben fermentáció útján lebomlanak, a fermentáció szerves végtermékei pedig anaerob légzéssel tovább oxidálódnak, ha szervetlen hidrogénmegkötők (nitrát, szulfát vagy CO 2 ) vannak jelen.

Kén ciklus

A kén az élő szervezetek számára főként oldható szulfátok vagy redukált szerves kénvegyületek formájában érhető el.

Vas ciklus

Egyes édesvíztestek nagy koncentrációban tartalmaznak redukált vassókat. Az ilyen helyeken sajátos bakteriális mikroflóra alakul ki - vasbaktériumok, amelyek oxidálják a redukált vasat. Részt vesznek a mocsári vasércek és a vassókban gazdag vízforrások kialakulásában.

A baktériumok a legősibb élőlények, körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg az Archeánban. Körülbelül 2,5 milliárd évig uralták a Földet, létrehozták a bioszférát, és részt vettek az oxigén légkör kialakulásában.

A baktériumok az egyik legegyszerűbb szerkezetű élőlények (a vírusok kivételével). Úgy gondolják, hogy ők az első élőlények, amelyek megjelentek a Földön.

Az élő természet 5 birodalmán kívül van még két szuperbirodalom: a prokarióták és az eukarióták. Ezért, ha figyelembe vesszük a baktériumok szisztematikus helyzetét, akkor ez a következő lesz:

Miért sorolják ezeket a szervezeteket külön taxonok közé? A helyzet az, hogy a baktériumsejtet bizonyos tulajdonságok jelenléte jellemzi, amelyek nyomot hagynak élettevékenységében és más lényekkel és emberekkel való interakciójában.

A baktériumok felfedezése

A riboszómák apró struktúrák, amelyek nagy számban vannak szétszórva a citoplazmában. Természetüket RNS-molekulák képviselik. Ezek a granulátumok azok az anyagok, amelyek alapján egy adott baktériumtípus rokonsági foka és szisztematikus helyzete meghatározható. Feladatuk a fehérjemolekulák összeállítása.

Kapszula

A baktériumsejtet védő nyálkahártyák jelenléte jellemzi, amelyek összetételét poliszacharidok vagy polipeptidek határozzák meg. Az ilyen szerkezeteket kapszuláknak nevezik. Vannak mikro- és makrokapszulák. Ez a szerkezet nem minden fajnál, de túlnyomó többségénél alakul ki, vagyis nem kötelező.

Mitől védi a kapszula a baktériumsejtet? A gazda antitestei által okozott fagocitózistól, ha a baktérium patogén. Vagy a kiszáradástól és a káros anyagoknak való kitettségtől, ha más típusokról beszélünk.

Nyálka és zárványok

A baktériumok opcionális szerkezetei is. A nyálka vagy a glikokalix kémiailag nyálkahártya poliszacharidon alapul. A sejten belül és külső enzimek hatására egyaránt kialakulhat. Vízben jól oldódik. Cél: baktériumok rögzítése az aljzathoz - tapadás.

A zárványok különböző kémiai természetű mikrogranulátumok a citoplazmában. Ezek lehetnek fehérjék, aminosavak, nukleinsavak vagy poliszacharidok.

A mozgás organoidjai

A baktériumsejt sajátosságai mozgásában is megnyilvánulnak. Ebből a célból flagellák vannak jelen, amelyek különböző számban lehetnek (sejtenként egytől több százig). Mindegyik flagellum alapja a flagellin fehérje. A rugalmas összehúzódásoknak és az oldalról a másikra ritmikus mozgásoknak köszönhetően a baktérium mozoghat a térben. A flagellum a citoplazma membránhoz kapcsolódik. A helyszín fajonként is változhat.

Ittak

Még a flagelláknál is vékonyabbak azok a szerkezetek, amelyek részt vesznek:

• rögzítés az aljzathoz;
• víz-só táplálkozás;
• szexuális szaporodás.

Fehérje pilinből állnak, számuk sejtenként több százat is elérhet.

Hasonlóságok a növényi sejtekkel

Bakteriális és egy tagadhatatlan hasonlóságuk van - a sejtfal jelenléte. Míg azonban a növényekben kétségtelenül megvan, addig a baktériumokban nem minden fajban, vagyis opcionális szerkezetről van szó.

A bakteriális sejtfal kémiai összetétele:

• peptidoglikán murein;
• poliszacharidok;
• lipidek;
• fehérjék.

Ennek a szerkezetnek általában kettős rétege van: külső és belső. Ugyanazokat a funkciókat látja el, mint a növények. Fenntartja és meghatározza a test állandó formáját és mechanikai védelmet nyújt.

Oktatási vita

Részletesen megvizsgáltuk a baktériumsejt felépítését. Csak meg kell említeni, hogy a baktériumok hogyan képesek túlélni a kedvezőtlen körülményeket anélkül, hogy nagyon hosszú ideig elveszítenék életképességüket.

Ezt úgy teszik, hogy egy vitának nevezett struktúrát alakítanak ki. Semmi köze a szaporodáshoz, és csak a baktériumokat védi meg a kedvezőtlen körülményektől. A viták formája eltérő lehet. Amikor a normális környezeti feltételek helyreállnak, a spóra beindul és aktív baktériummá nő.