Бактерії

ПЛАН:

Введение

БУДОВА І ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ БАКТЕРИЙ.

Строение.

Сенсорні функції і поведение.

Розмноження і генетика МЕТАБОЛИЗМ.

Питание.

Головні джерела энергии.

Подих БАКТЕРІЇ І ПРОМИСЛОВІСТЬ БОРОТЬБА З БАКТЕРІЯМИ У ПРОМИСЛОВОСТІ Литература Введение.

БАКТЕРІЇ, велика група одноклітинних мікроорганізмів, що характеризуються відсутністю оточеного оболонкою клітинного ядра. Разом про те генетичний матеріал бактерії (дезоксирибонуклеиновая кислота, чи ДНК) посідає у клітині цілком певне місце — зону, звану нуклеоидом. Організми з такою будовою клітин називаються прокариотами («доядерными») на відміну решти — эукариот («істинно ядерних»), ДНК яких міститься в оточеному оболонкою ядре.

Бактерії, які раніше мікроскопічними рослинами, зараз виділено на самостійну царство Monera — одна з п’яти у системі класифікації поруч із рослинами, тваринами, грибами і протистами.

БУДОВА І ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ БАКТЕРИЙ.

Бактерії набагато дрібніший від клітин багатоклітинних рослин та тварин. Товщина їх зазвичай становить 0,5−2,0 мкм, а довжина — 1,0−8,0 мкм. Відчути деякі форми ледь дозволяє що дозволяє здатність стандартних світлових мікроскопів (приблизно 0,3 мкм), але відомий і види довжиною понад десять мкм і завширшки, також виходить за зазначені рамки, а ряд дуже тонких бактерій може перевищувати завдовжки 50 мкм. На поверхні, відповідної поставленої олівцем точці, уміститься чверть мільйона середніх за величиною представників цього царства.

Будова. По особливостям морфології виділяють такі групи бактерій: кокки (більш-менш сферичні), бацили (палички чи циліндри з закругленими кінцями), спириллы (жорсткі спіралі) і спирохеты (тонкі і гнучкі волосовидные форми). Деякі автори схильні об'єднувати дві групи до однієї - спириллы.

Прокаріоти від эукариот переважно відсутністю оформленого ядра і наявністю в типовому випадку лише однієї хромосоми — дуже довгою кільцевої молекули ДНК, прикріпленій лише у точці до клітинної мембрані. У прокариот немає і оточених мембранами внутрішньоклітинних органел, званих митохондриями і хлоропластами. У эукариот мітохондрії виробляють енергію у процесі дихання, а хлоропластах йде фотосинтез (див. також КЛІТИНА). У прокариот вся клітина повністю (й у першу чергу — клітинна мембрана) перебирає функцію мітохондрії, а й у фотосинтезирующих форм — і хлоропласта. Як і в эукариот, всередині бактерії перебувають дрібні нуклеопротеиновые структури — рибосоми, необхідних синтезу білка, але вони пов’язані з будь-якими мембранами. За дуже деякими винятками, бактерії неспроможні синтезувати стеролы — важливі компоненти мембран эукариотической клетки.

Зовні від клітинної мембрани більшість бактерій одягнено клітинної стінкою, кілька нагадує целлюлозную стінку рослинних клітин, але що з інших полімерів (до складу входять як вуглеводи, а й амінокислоти і специфічні для бактерій речовини). Ця оболонка це не дає бактеріальної клітині лопнути, як у неї з допомогою осмосу надходить вода. Поверх клітинної стінки часто перебуває захисна слизова капсула. Багато бактерії обладнані жгутиками, з допомогою що вони активно плавають. Жгутики бактерій влаштовані простіше й дещо інакше, ніж аналогічні структури эукариот.

[pic].

Сенсорні функції і поведінку. Багато бактерії мають хімічними рецепторами, які реєструють зміни кислотності середовища проживання і концентрація різноманітних речовин, наприклад цукрів, амінокислот, кисню і діоксиду вуглецю. До кожного речовини є своя тип таких «смакових» рецепторів, і втрата котрогось із них же в результаті мутації призводить до часткової «смакової сліпоти». Багато рухливі бактерії реагують на коливання температури, а фотосинтезирующие види — на зміни освітленості. Деякі бактерії сприймають напрям силових ліній магнітного поля, зокрема магнітного поля Землі, з допомогою присутніх у тому клітинах частинок магнетита (магнітного залізняку — Fe3O4). У воді бактерії використовують це своє здатність у тому, щоб плисти вздовж силових ліній у пошуках сприятливою среды.

Умовні рефлекси у бактерій невідомі, але певного роду примітивна пам’ять вони мають. Плаваючи, вони порівнюють сприйняту інтенсивність стимулу з її колишнім значенням, тобто. визначають, стала більша за діаметром менше, і, виходячи з того, зберігають собі напрямок руху чи змінюють его.

Розмноження і генетика. Бактерії розмножуються безстатевим шляхом: ДНК у тому клітині реплицируется (подвоюється), клітина ділиться надвоє, й кожна дочірня клітина отримує за однією копії батьківської ДНК. Бактеріальна ДНК може передаватися й між неделящимися клітинами. У цьому їх злиття (як в эукариот) немає, число особин не збільшується, і звичайно до іншої клітину переноситься лише невелика частина геному (повного набору генів), на відміну «справжнього» статевого процесу, у якому нащадок отримує по повного комплекту генів від кожної родителя.

Такий перенесення ДНК може здійснюватися трьома шляхами. При трансформації бактерія поглинає із довкілля «голу» ДНК, що туди за руйнуванні інших бактерій чи свідомо «підсунуту» експериментатором. Процес називається трансформацією, оскільки у ранніх стадіях вивчення основна увага приділялася перетворенню (трансформації) у такий спосіб нешкідливих організмів у вирулентные. Фрагменти ДНК можуть також переноситися від бактерії до бактерії особливими вірусами — бактеріофагами. Це називається трансдукцией. Відомий також процес, нагадує запліднення і званий конъюгацией: бактерії з'єднуються друг з одним тимчасовими трубчастими виростами (копуляционными фимбриями), якими ДНК переходить з «чоловічої» клітини в «женскую».

Іноді в бактерії присутні дуже малі додаткові хромосоми — плазмідами, що можуть переноситися від особини до особини. Якщо за цьому плазміди містять гени, що зумовлюють резистентність до антибіотиків, говорять про інфекційної резистентності. Вона важлива з погляду, оскільки не може поширюватися між різними краєвидами та навіть пологами бактерій, у результаті вся бактеріальна флора, скажімо кишечника, стає стійкою до дії певних лікарських препаратов.

МЕТАБОЛИЗМ.

Почасти з дрібних розмірів бактерій інтенсивність їх метаболізму значно вищий, ніж в эукариот. При найсприятливіших умовах деякі бактерії можуть подвоювати свою загальну масу чуток і чисельність приблизно кожні 20 хв. Це тим, що кілька їх найважливіших ферментних систем функціонує з дуже високою швидкістю. Так, кролику для синтезу білкової молекули потрібні лічені хвилини, а бактерії - секунди. Однак у природному середовищі, наприклад, у грунті, більшість бактерій перебуває «на голодній пайці», тож коли їх клітини, і діляться, то ми не кожні 20 хв, а разів у кілька дней.

Харчування. Бактерії бувають автотрофами і гетеротрофами. Автотрофы («самі себе котрі живлять») не потребують речовинах, вироблених іншими організмами. Як головний чи єдиного джерела вуглецю вони користуються ним діоксид (CO2). Включаючи CO2 та інші неорганічні речовини, зокрема аміак (NH3), нітрати (NO-3) й різні сполуки сірки, у скрутні хімічні реакції, вони синтезують всі необхідні їм біохімічні продукты.

Гетеротрофы («які харчуються іншим») використовують як основне джерело вуглецю (деяких видах потрібен і CO2) органічні (углеродсодержащие) речовини, синтезовані іншими організмами, зокрема цукру. Окисляючи, ці сполуки поставляють енергію та молекули, необхідних розвитку і життєдіяльності клітин. У цьому сенсі гетеротрофные бактерії, куди входить переважна більшість прокариот, подібні з человеком.

Головні джерела. Якщо освіти (синтезу) клітинних компонентів використовують у основному світлова енергія (фотони), то процес називається фотосинтезом, а здатні щодо нього види — фототрофами. Фототрофные бактерії діляться на фотогетеротрофов і фотоавтотрофов залежно від того, які сполуки — органічні чи неорганічні - служать їм головним джерелом углерода.

Фотоавтотрофные ціанобактерії (синьо-зелені водорості), як і зелені рослини, з допомогою світловий енергії розщеплюють молекули води (H2O). У цьому виділяється вільний кисень (½O2) й утворюється водень (2H+), який, можна сказати, перетворює діоксид вуглецю (CO2) в вуглеводи. У зелені і пурпурних сірчаних бактерій світлова енергія використовується для розщеплення не води, інших неорганічних молекул, наприклад сірководню (H2S). Через війну також утворюється водень, який відновлює діоксид вуглецю, але кисень не виділяється. Такий фотосинтез називається аноксигенным.

Фотогетеротрофные бактерії, наприклад пурпурні несерные, використовують світлову енергію щоб одержати водню із органічних речовин, зокрема изопропанола, та його джерелом вони може й газоподібний H2.

Якщо основна генератор у клітині - окислювання хімічних речовин, бактерії називаються хемогетеротрофами чи хемоавтотрофами залежно від цього, які молекули служать головним джерелом вуглецю — органічні чи неорганічні. Перші органіка дає як енергію, і вуглець. Хемоавтотрофы отримують енергію при окислюванні неорганічних речовин, наприклад водню (до води: 2H4 + O2 > 2H2O), заліза (Fe2+ > Fe3+) чи сірки (2S + 3O2 + 2H2O > 2SO42- + 4H+), а вуглець — з СO2. Ці організми називають також хемолитотрофами, підкреслюючи цим, що вони «харчуються» гірськими породами.

Подих. Клітинне подих — процес вивільнення хімічної енергії, запасеної в «харчових» молекулах, на її використання в життєво важливих реакціях. Подих то, можливо аэробным і анаэробным. У першому випадку йому необхідний кисень. Він потрібен до роботи т.зв. электронотранспортной системи: електрони переходять від однієї молекули в іншу (у своїй виділяється енергія) й у остаточному підсумку приєднуються до кисню разом із іонами водню — утворюється вода.

Анаэробным організмам кисень непотрібен, а деяких видів цієї групи він навіть уїдливий. Высвобождающиеся під час дихання електрони приєднуються решти неорганічним акцепторам, наприклад нітрату, сульфату чи карбонатові, чи (при одній з форм такого дихання — бродінні) до визначеної органічної молекулі, зокрема до глюкозе.

БАКТЕРІЇ І ПРОМЫШЛЕННОСТЬ.

З огляду на розмаїтість катализируемых бактеріями хімічних реакцій, не дивно, що вони широко використовують у виробництві, часом з глибокої давнини. Славу таких мікроскопічних помічників людини прокаріоти поділяють із грибами, насамперед — дріжджами, що забезпечують більшу частину процесів спиртового бродіння, наприклад під час виготовлення провина, і пива. Зараз, коли всі можливим вводити в бактерії корисні гени, примушуючи їх синтезувати цінні речовини, наприклад інсулін, промислове застосування цих живих лабораторій одержало новий потужний стимул.

Харчова промисловість. Нині бактерії застосовуються цієї галуззю основному задля виробництва сирів, інших кисломолочних продуктів і оцту. Головні хімічні реакції тут — освіту кислот. Так, при отриманні оцту бактерії роду Acetobacter окисляют етиловий спирт, який міститься у сидрі чи інших рідинах, до оцтової кислоти. Аналогічні процеси відбуваються при квашении капусти: анаэробные бактерії зброджують які у листі цього рослини цукру до молочної кислоти, і навіть оцтової кислоти і різних спиртов.

БОРОТЬБА З БАКТЕРІЯМИ У ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

Бактерії приносять як користь; боротьби з їх масовим розмноженням, наприклад, у харчові продукти чи водних системах целлюлознопаперових підприємств, перетворилася на цілий напрям деятельности.

Їжа псується під впливом бактерій, грибів і власних викликають автолиз («самопереваривание») ферментів, а то й инактивировать їх нагріванням чи іншими засобами. Оскільки таки головною причиною псування все-таки бактерії, розробка систем ефективного зберігання продовольства вимагає знання меж витривалості цих микроорганизмов.

Одною з найбільш поширених технологій — пастеризація молока, вбиває бактерії, що викликають, наприклад, туберкульоз і бруцельоз. Молоко витримують при 61−63° З за тридцяти мін або при 72−73° З всього 15 з. Не погіршує смаку продукту, але інактивує хвороботворні бактерії. Пастеризуйте можна також ознайомитися вино, пиво і фруктові соки.

Давно відома користь зберігання продуктів харчування на холоді. Низькі температури не вбивають бактерій, але з дають їм вона зростатиме і розмножуватися. Щоправда, при заморожуванні, наприклад, до -25° З чисельність бактерій кілька місяців знижується, проте дуже багато цих мікроорганізмів все-таки виживає. При температурі трохи нижче нуля бактерії продовжують розмножуватися, проте не вельми повільно. Їх життєздатні культури можна зберігати майже як довго після лиофилизации (заморожування — высушивания) серед, що містить білок, наприклад, у сироватці крови.

До іншим відомим методам зберігання продуктів харчування ставляться висушування (вяление і копчення), добавка великих кількостей солі чи цукру, що фізіологічно еквівалентно зневоднення, і маринування, тобто. приміщення в концентрований розчин кислоти. При кислотності середовища, відповідної pH 4 і від, життєдіяльність бактерій зазвичай сильно гальмується чи прекращается.