Бактерии
Люди — редкое исключение в мире бактерий.
Бактерии (греч. bakterion — палочка) — простые одноклеточные микроскопические организмы, принадлежащие к прокариотам. В пищевых цепях они играют важнейшую роль редуцентов: разлагают органические вещества мертвых животных и растений.
Бактерии обладают исключительной устойчивостью: их можно обнаружить даже на стенках ядерного реактора. Такая способность связана с их быстрым размножением — при благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. При изменении условий внешней среды (за счет мутаций) выживают и размножаются те формы, которые устойчивы к действию того или иного фактора (к примеру, радиации).
Строение бактерий
Бактерии имеют клеточную стенку, состоящую из муреина (пептидогликана) и выполняющую защитную функцию. У бактерий (прокариот, доядерных) отсутствуют мембранные органоиды. В их клетке можно найти только немембранные: рибосомы, жгутики, пили. Пили — поверхностные структуры, которые служат для прикрепления бактерии к субстрату.
Наследственный материал находится прямо в цитоплазме (не в ядре, как у эукариот) в виде нуклеоида. Нуклеоид (лат. nucleus — ядро + греч. eidos вид) — одна сложная кольцевидная молекула ДНК, не ограниченная мембранами от остальной части клетки.
Долгое время выделяли «особый органоид» бактерий — мезосомы, считали, что они могут участвовать в некоторых клеточных процессах.
Спешу сообщить, что на данный момент установлено однозначно: мезосомы это складки цитоплазматический мембраны, образующиеся только лишь при подготовке бактерий к электронной микроскопии (это артефакты, в живой бактерии их нет).
При наступлении неблагоприятных для жизни условий бактерии образуют защитную оболочку — спору. При образовании споры клетка частично теряет воду, уменьшаясь при этом в объеме. В таком состоянии бактерии могут сохраняться тысячи лет!
В состоянии споры бактерии очень устойчивы к изменениям температуры, механическим и химическим факторам. При изменении условий среды на благоприятные, бактерии покидают спору и приступают к размножению.
Энергетический обмен бактерий
Бактерии получают энергию за счет окисления веществ. Существуют аэробные бактерии, живущие в воздушной среде, и анаэробные бактерии, которые могут жить только в условиях отсутствия кислорода.
К аэробным бактериям относят многочисленных редуцентов, которые разлагают органические вещества мертвых растений и животных. Анаэробные бактерии составляют микрофлору нашего кишечника — бескислородную среду обитания.
Получают энергию бактерии путем хемо- или фотосинтеза. Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии.
Важно заметить, что клубеньковые бактерии (азотфиксирующие) не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам.
Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями (сине-зеленым водорослям). Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания (поглощение кислорода), которым мы сейчас с вами пользуемся 🙂
Что касается бактерий гетеротрофов, то их способ питания основан на разложении останков животных и растений — сапротрофы (редуценты), либо же они питаются органами и тканями животных и растений — паразиты.
Биотехнология
Бактерии широко применяются в направлении биотехнологии — генной инженерии. Их используют для получения различных химических веществ (белков).
В ДНК бактерии вставляют нужный ген (к примеру, ген, кодирующий белковый гормон — инсулин), бактерия принимает новый участок гена за свой собственный, в результате чего начинает синтезировать белок с данного участка. На рибосомах подобных бактерий синтезируется инсулин, который человек собирает, обрабатывает и использует как лекарство.
Бактерии используются для получения антибиотиков (тетрациклина, стрептомицина, грамицидина), широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков.
Классификация бактерий по форме
При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий.
По форме бактериальные клетки подразделяются на:
- Стафилококки — их скопления похожи на виноградные грозди
- Диплококки — округлой формы, расположенные попарно
- Стрептококки — объединяются в цепочки, напоминающие нити жемчуга
- Палочки
- Вибрионы — изогнутые в виде запятой
- Спириллы — спирально извитые палочки
- Спирохеты — сильно извитые (до 10-15 витков) палочки
Размножение бактерий
Бактерии, как прокариоты (доядерные организмы), не могут делиться митозом, так как основное условие митоза — наличие ядра. Бактерии делятся бинарным делением клетки.
В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии.
При размножении в лабораторных условиях бактерии образуют колонии. Колонии — видимые невооруженным глазом скопления клеток, образуемые в процессе роста и размножения микроорганизмов на питательном субстрате. Колонии выращиваются в чашках Петри.
Бактериальные инфекции
Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека. На настоящий момент при бактериальных инфекциях применяются антибиотики, дающие хороший эффект.
От некоторых болезней: дифтерия, коклюш и т.д. разработаны вакцины, дающие стойкий пожизненный иммунитет. После вакцинации образуются антитела к возбудителю, вследствие чего организм становится защищен от подобных инфекций: при встрече с возбудителем человек не заболевает, или переносит болезнь в легкой форме.
К бактериальным инфекциям относятся: чума, дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, брюшной тиф, сальмонеллез, дизентерия, холера. Ниже вы можете видеть возбудителей данных заболеваний и место их локализации в организме.
Для борьбы с бактериями, вирусами и грибами в медицинских учреждениях (уже часто и в домашних условиях) используется кварцевание. Кварцевание — процесс обеззараживания помещения, суть которого в лампе, испускающей ультрафиолетовое излучение, губительное для микроорганизмов.
При проведении медицинских процедур локального кварцевания (облучения УФ отдельных участков) тела следует надевать защитные очки для избежания ожога сетчатки глаза. При кварцевании помещений следует покинуть их по той же причине.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
Урок Бесплатно Бактерии
Введение
Бактерии — самые многочисленные и древние обитатели нашей планеты.
Относятся к царству Монер.
Без бактерий наша жизнь была бы невозможна. В это же время бактерии, как и вирусы, могут лишить нас жизни в считанные часы.
Невидимые невооруженным глазом, они присутствуют повсеместно, их живучесть и способность приспосабливаться поражает!
Они существовали до нас, но прекрасно себя чувствуют сегодня с нами и без проблем переживут любой всемирный катаклизм, даже если он уничтожит на планете все остальные формы жизни.
Второе, привычное для многих, название бактерий — микробы.
И именно из-за них мы должны так часто мыть руки, особенно перед едой.
Предполагают, что количество бактерий на Земле может составлять около миллиона, но учеными описаны около десяти тысяч видов.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
В XIV веке от пандемии бубонной чумы («чёрной смерти») скончалось 75 миллионов человек , в том числе примерно 30 млн в Европе, что составляло больше половины её населения.
Опасность бактериальных заболеваний была сильно снижена в конце XIX века с изобретением метода вакцинации, а в середине XX века с открытием антибиотиков.
Основные особенности бактерий:
- имеют клеточное строение
- относятся к прокариотам, то есть доядерным микроорганизмам
- отсутствует выраженное ядро
- ядерное вещество свободно расположено в цитоплазме — не в ядре и без ядерной оболочки
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Учеными-микробиологами на данный момент описано уже более двух тысяч различных бактерий.
И они действительно есть повсюду!
Отдельные их виды встречаются в вечной мерзлоте Антарктиды при температуре -80°С и в горячих источниках, температура воды в которых достигает 90°С!
Больше всего бактерий находится в почве: в одном килограмме земли их намного больше, чем людей на всей нашей планете.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Многообразие бактерий
Разнообразие бактерий по типу дыхания
По типу дыхания микроорганизмы классифицируют на четыре группы:
- облигатные (безусловные) аэробы — растут и размножаются при наличии кислорода
- микроаэрофильные бактерии — развиваются при очень низком содержании кислорода (менее 1%)
- факультативные анаэробы — развиваются как при наличии кислорода, так и в его отсутствии. Это свойство им обеспечивают ферменты, способные работать в среде как с кислородом, так и без него
- облигатные анаэробы — для их роста кислород не нужен
Анаэробные и аэробные бактерии можно определить и выделить на жидкой питательной среде, наблюдая, какие зоны в пробирке они занимают:
1. облигатные аэробные бактерии, в основном, собираются в верхней части пробирки, чтобы поглощать максимальное количество кислорода
2. микроаэрофилы собираются в верхней части пробирки так как могут расти при малом количестве кислорода
3. факультативные анаэробные бактерии собираются в основном в верхнем слое, однако могут быть найдены и на всем протяжении среды, так как их рост от наличия кислорода не зависит
4. облигатные анаэробные бактерии собираются в нижней части, там где нет кислорода, либо вообще не растут
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Брожение — это анаэробный метаболический распад молекул питательных веществ (например, глюкозы).
Гниение — разложение белков по действием ферментов с образованием веществ, обладающих неприятным запахом и даже ядовитых.
Гниение может происходить в присутствии кислорода и без него.
Гниение и брожение — два взаимно противоположных процесса. Вызывающие эти процессы бактерии не могут жить совместно друг с другом.
Благодаря бродильным процессам предотвращается гниение квашенных овощей и молочных продуктов.
Разнообразие бактерий по способам питания
У бактерий наблюдаются разные способы питания.
Автотрофы (от греч. «аутос»- сам и «трофе»- пища) — организмы, которые способны самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.
Это самое начало пищевой цепочки всего живого на Земле, ведь именно автотрофы производят органические вещества, которыми в последующем питаются более высшие организмы.
В качестве источника энергии автотрофы используют:
- свет, и называются фотоавтотрофы (пример: цианобактерии, пурпурные бактерии, зеленые бактерии)
Цианобактерии считаются одними из самых древнейших организмов на Земле.
Возраст некоторых представителей, остатки которых были обнаружены на Земле, составляет более 3,5 млрд. лет.
Это единственные бактерии, способные к фотосинтезу.
Цианобактерии имеют наиболее сложное строение по сравнению с остальными прокариотами. Они обладают полноценным фотосинтетическим аппаратом. Это предки хлоропластов.
Цианобактерии отличает чрезвычайно развитая система внутриклеточных впячиваний цитоплазматической мембраны «бактериальные тилакоиды» с фотосинтезирующими пигментами, где и осуществляется световая фаза фотосинтеза, а темновая фаза протекает в цитоплазме клетки.
Так выглядит культура цианобактерий на чашке Петри:
- Химическую энергию окисления неорганических веществ (такие бактерии называются хемоавтотрофы). К ним относятся серобактерии, железобактерии, нитрифицирующие бактерии.
Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором происходят реакции окисления неорганических соединений с целью получения энергии, которая необходима для синтеза органических веществ.
Посмотрите на завораживающе красивый слой серобактерий в озере парка Йеллоустоун:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
С.Н. Виноградский впервые выделил и описал микробов, живущих в водной среде и почве, использующих для осуществления питания энергию окисления неорганических соединений железа.
Они способны окислять двухвалентное железо (Fe 2+ ) до трёхвалентного (Fe 3+ ) и использовать освобождающуюся при этом энергию для усвоения углерода из углекислого газа или карбонатов.
Железо откладывается на поверхности самих клеток в виде окиси гидрата, имеющего красноватый оттенок:
Гетеротрофы (от греч. «гетерос»- другой и «трофе»- пища) — это организмы, которые используют для своего питания готовые органические вещества.
Гетеротрофные бактерии делятся на:
- сапрофитов
- симбионтов
- паразитов
Бактерии-сапрофиты (от греч. «сапрос»- гнилой, «фитон»- растение) питаются органическими веществами гниющего или мертвого органического продукта.
Процесс его переваривания сапрофитами выглядит следующим образом. Внутри клетки бактерии образуются особые ферменты, которые она выделяет в ту среду, где находится. Ферменты разрушают эту среду и бактерия свободно перерабатывает продукты.
Бактерии-симбионты (от греч. «симбионтос» — сожительствующий) живут вместе с другими организмами, причем в этом союзе может быть взаимная польза.
Например, бактерии, которые живут в клубеньках растений семейства бобовых, из воздуха забирают азот, являющийся удобрением для растения.
Клубеньковые бактерии снабжают бобовые растения азотом, преобразуют азот в доступную для растений форму, а растение, в свою очередь использует этот связанный азот и доставляет клубеньковым бактериям органические вещества (сахар, крахмал).
Некоторые бактерии живут в кишечнике более высших животных (и человек здесь не исключение), вырабатывают витамины группы B и K, что очень полезно для хозяина.
Клубеньковые бактерии на корнях фасоли:
Бактерии-паразиты (от греч. « паразитос »- нахлебник)
Пожалуй, самые вредные из прокариот. Активно размножаясь в тканях жертвы они наносят ощутимый вред своему хозяину, что может привести даже к его смерти.
Заболевания, вызываемые такими паразитами, называются бактериозы, а сами бактерии патогенными (от греч. « патос» — страдание).
Известно, что туберкулезная палочка:
- аэробная бактерия нуждается в наличие кислорода
- микроскопических размеров — размеры организма составляют в длину 1–10 мкм, а в диаметре 0,2–0,6 мкм
- патогенная бактерия, которая вызывает поражение внутренних органов человека
Так устроено, что, для того чтобы бактерии завоевывали как можно больше территории своей среды обитания, их кто- то должен переносить или транспортировать.
Роль таких «перевозчиков» выполняют другие организмы (клещи, мыши, комары, птицы и прочие животные).
Растение, пораженное паразитической бактериальной инфекцией. Правда, неприятное зрелище!
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Многие бактерии, живущие на коже или в полостях тела животных, являются безопасными, но в случае нарушения иммунитета или общего ослабления организма могут выступать в качестве патогенов
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Строение бактерий
Основные особенности бактерий:
- имеют клеточное строение
- относятся к прокариотам, то есть доядерным микроорганизмам
- отсутствует выраженное ядро
- ядерное вещество свободно расположено в цитоплазме — не в ядре и без ядерной оболочки
Учеными-микробиологами на данный момент описано уже более двух тысяч различных бактерий.
И они действительно есть повсюду!
Отдельные виды встречаются в вечной мерзлоте Антарктиды при температуре -80°С и в горячих источниках, температура которых достигает 90°С!
Больше всего бактерий находится в почве: в одном килограмме земли их намного больше, чем людей на всей нашей планете.
Формы бактерий
По форме клеток бактерии бывают:
1. Кокки (округлые). Различают следующие разновидности кокков:
- Стафилококки (похожи на гроздь винограда). Вызывают пищевые отравления, воспаления легких и другие болезни
- Стрептококки (это цепочки из круглых кокков). Некоторые из стрептококков инфицируют дыхательные пути (вызывая ангину и скарлатину), кожу и пр. А есть безобидные стрептококки, которых применяют для приятного вкуса продуктов
- Диплококки (состоят из двух шариков- кокков, которые окружены капсулой). Так устроены пневмококки, которые вызывают пневмонию
2. Бациллы— палочковидные бактерии. Среди них различают:
- Одиночные палочки. Например, Escherichia colli живет в кишечнике человека и помогает переваривать пищe
- Палочки, выстроенные в цепочки. Примером служит возбудитель сибирской язвы — смертельно опасного заболевания
- Бациллы со спорами. Такое строение имеют опаснейшие бациллы — возбудители столбняка и ботулизма
3. Вибрионы (в форме запятой), имеют один жгутик. Пример — возбудитель холеры
4. Спириллы. Из названия понятно, что они выглядят в виде спирали. На одном конце имеют жгутик. Так устроен возбудитель лептоспироза
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Оболочка бактерии
В сравнении с ядерными клетками, то есть эукариотами, бактерии имеют более простое строение и состоят из наружной оболочки и внутреннего содержимого.
Наружная часть бактерий называется оболочка, или клеточная стенка.
Она жесткая, обеспечивает защиту от внешних факторов и определяет форму бактерии.
Оболочка бактерии состоит из:
- ворсинок(синонимы: пили или фимбрии) —необходимы для прикрепления к поверхностям или другим клеткам
- жгутиков — необходимы для движения бактерии; они движутся не беспорядочно и волнообразно, а как бы вкручивается в среду и подтягивает за собой бактерию
- капсулы — выполняет опорную функцию, благодаря особому веществу муреину
- цитоплазматической мембраны (по-другому, плазматическая мембрана) — обладает избирательной проницаемостью, через нее внутрь поступают питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности, а также выводятся продукты обмена веществ (как мы уже изучали она состоит из двойного слоя фосфолипидов)
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Внутреннее содержимое бактерий
Цитоплазма — это внутренняя среда бактерии, она содержит следующие элементы:
- Нуклеоид — контролирует ход всех внутриклеточных процессов. Он подобен ядру более высших организмов, но это еще не ядро, а ядерная область, в которой находится генетический материал — нуклеотиды (ДНК) замкнутой кольцевой формы
- Плазмиды — тоже кольцевая молекула ДНК, только меньше чем нуклеотид. Их может быть несколько. Содержат гены, вырабатывающие ферменты, которые помогают защищаться от внешних воздействий. Например, обеспечивают устойчивость к антибиотикам, разрушая их
- Пищеварительная вакуоль — служит для расщепления питательных веществ на аминокислоты
- Рибосомы — синтезируют из аминокислот белки, необходимые для жизнедеятельности бактерии
- Вакуоли — содержат и накапливают различные вещества для деятельности бактерии. Например, газовая вакуоль обеспечивает плавучесть. Фотосинтетическая вакуоль содержит соответствующие пигменты
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Бактерии могут иметь один или несколько жгутиков (до 50 штук!), при помощи которых они осуществляют движение в нужном направлении.
Эти жгутики располагаются на одном конце бактерии, с двух противоположных сторон или по всей поверхности.
Также отдельные виды бактерий (почвенные и водные) для перемещения используют специальные газовые вакуоли. Наполняя их, они поднимаются на поверхность, а опорожняя — погружаются. Точно такой же принцип используют подводные лодки, когда набирают или выпускают воду из балластных цистерн.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Источник
