Бактерии, их строение и жизнедеятельность

Несмотря на кажущуюся примитивность, бактерии не так уж просто устроены!

Похожие вопросы

Играют ли гены отца при формировании личности ребенка? eva Биология

30 Дек

0 Ответить Что засоряет кровеносные сосуды? eva Биология

30 Дек

0 Ответить Структуры листа, через которые происходит выделение у растений: 1) Чечевички 2) Эпидермис 3) устьица 4) Хлоропласты… eva Биология

30 Дек

0 Ответить Значение изменения кислотности среды в различных отделах пищеварительного канала… eva Биология

30 Дек

0 Ответить Задача по биологии!!! У фермера было два сына. Первый родился, когда фермер был еще молод, и вырос красивым и… eva Биология

30 Дек

0 Ответить Вопрос по ботанике!!! Если длиннокорневищная жизненная форма, то какая корневая система? eva Биология

29 Дек

1 Ответить Сравните и найдите отличия эритроцитов человека и эритроцитов лягушки ,_, eva Биология

29 Дек

0 Ответить

Показать ещё

Строение бактерий

Все тело бактерии состоит из одной полноценной клетки, которая по своему строению относится к простейшим. Клетку бактерии относят к простым (примитивным) микроорганизмам потому, что у нее как у большинства клеток других живых организмов нет ядра. Такие безъядерные клетки ученые называют  прокариотами. Вероятней всего такое строение бактерий обусловлено тем, что они являются самыми древними существами на Земном шаре. Клетки других живых существ, которые со временем появились в процессе эволюции, имеют более сложное многоклеточное строение. Наследственная информация самой бактерии содержится не в ядре, как в других клетках живых организмов, а в специальной зоне и представлена она генами. Такая специальная зона клетки, где находятся гены, называется нуклеоид.

1 – клеточная оболочка; 2 – цитоплазма; 3 – цитоплазматическая мембрана; 4 – нукленоид; 5 – рибосомы; 6 – жировые капельки; 7 – мезосома; 8 – капсула; 9 – гранулы полисахарида; 10 – ворсинки.

Строение бактерий

Снаружи клетка бактерии покрыта плотной оболочкой, которая защищает ее от внешних факторов и придает постоянную форму. Данная оболочка имеет пористую структуру, через которую проникают различные питательные вещества, необходимые для поддержания жизнедеятельности самой бактерии. Также через нее выводятся наружу ненужные, уже  отработанные вещества. В зависимости от среды обитания часто на поверхностном слое плотной оболочки бактерии вырабатывается слизь, которую называют капсулой. Данная капсула предохраняет бактерию от пересыхания. Как видно из рисунка поверх плотной оболочки бактерии расположены длинные белковые ворсинки. При помощи ворсинок, бактерия может перемещаться. Число ворсинок и их расположение бывает разным. Учитывая данный факт принято разделять бактерии по типу: — монотрихи – с одной ворсинкой — лофотрихи – пучок ворсинок на конце — перитрихи – множество ворсинок, которые покрывают всю поверхность бактерии Всю полость клетки бактерии заполняет цитоплазма, главной составляющей которой является белок. В цитоплазме присутствуют и запасные питательные вещества в виде жироподобных веществ, а также имеется рибосомы и мезосомы.  Синтез новых белков осуществляется в рибосомах. Для воспроизводства необходимого  количества белков в цитоплазме бактерии содержится около 5-50 тысяч рибосом, в  сосредоточено примерно 80% всей РНК клетки. Производство необходимой энергии для жизнедеятельности бактерии осуществляется в мезосомах, в которых сконцентрированы окислительно-восстановительные ферменты.

Разновидности бактерий

По форме бактерии различают как шаровидные, палочковидные и извитые. Бактерии, которые имеют шаровидную форму, называют кокками. Данные бактерии имеют диаметр от 0,5 до 1 микрона. Кокки бывают одиночными (микрококки или кокки), диплококки – соединенные попарно, тетракокки – образуют группы по четыре штуки, стрептококки – шаровидные бактерии, которые связаны в цепочку, стафилококки – скопление бесформенное шаровидных бактерий.

Строение бактерий

Палочковидные бактерии разделяют на два вида (бактерии и бациллы) по их способности к спорообразованию. Бациллы – палочкообразные бактерии, которые образуют споры. Другой вид палочкообразных бактерий – бактерии, которые не обладают способностью образовывать споры. Палочкообразные бактерии могут соединяться в цепочку или попарно и имеют длину от 1 до 7 микрона.

Извитые бактерии характеризуются тем, что имеют изогнутую форму в виде завитков. Поэтому по форме завитков и количеству витков их подразделяют на вибрионы, спириллы и спирохеты. Вибрионы имеют форму в виде запятой. Они являются возбудителями холеры. Спириллы имеют два или три завитка, спирохеты – шаровидные бактерии имеющие множество витков.

Как размножаются бактерии

Строение бактерий

Одноклеточные микроорганизмы бактерии размножаются путем деления клетки пополам. У разного вида бактерий деление происходит по разному к примеру, у шаровидных  — делятся по диаметру, извитые и палочковидные – делятся поперек, спирохеты – вдоль клетки. Скорость размножения бактерий зависит от состояния окружающей среды. При благоприятных условиях (соответствующая температура, питательная среда) бактерии способны размножаться через 20-30 минут. А вот при наступлении неблагоприятных условий, при которых жизненные функции сведены к минимуму бациллы образуют споры. Споры бактерий характерны тем, что они практически не нуждаются ни в пище ни в воде, погибают при температуре около 120°С и сохраняют жизнеспособность сотни лет. Прорастают при наступлении благоприятных условий.

Сахарный след

Многие бактерии выделяют наружу сахара. Смешиваясь с водой, сахара образуют слизь. Слизь облегчает движение клеток по твердой поверхности при использовании жгутиков.

Читайте также:  Причины появления и лечение кокковой инфекции у женщин

Однако и сама слизь может быть источником движения. Представьте себе, что вы надуваете воздушный шарик. Внезапно шар вырывается из ваших рук и улетает под силой струи воздуха, резко выходящей из шарика. Подобным образом могут толкать себя и бактерии.

Бактерии вида Oscillatoria princeps (рис. 3, слева) живут, объединяясь в длинные нити. Хотя каждая клетка представляет собой самостоятельный организм, они соединены вместе внешней прозрачной капсулой, которая тоже производится из сахаров. На клетках возле места их соединения друг с другом есть контактные поры, расположенные под углом к поверхности нити (рис. 3, справа). Часть из них повернута к одному концу нити, другая половина к другому. Слизь подается в одном направлении и поступает в канал, образованный из белков на поверхности клеток. Канал оборачивается вокруг клеток по спирали, текущая по нему слизь запускает вращение клеток, и вся нить скользит по твердой поверхности, подобно штопору — такой способ движения называется «подвижность с помощью реактивной струи».

Рисунок 3. Oscillatoria princeps. Слева: Бактерии вида Oscillatoria princeps образуют нить. Справа: Большие поры на поверхности бактерии.

сайт и Envelope structure of four gliding filamentous cyanobacteria

Выделение сахаров из специальных пор или биение жгутиков — это активные способы передвижения клетки. Бактерия взаимодействует с окружающей средой и активно отталкивается от воды или твердой поверхности. Но существует и пассивная подвижность, когда изменения внутри клетки приводят к ее перемещению благодаря внешним силам, например, току воды.

фактов о жизни внутри нас

1. Число микробов и бактерий в организме превышает количество клеток тела человека

Человеческий организм буквально кишит микробами: по некоторым сведениям, внутри нас клеток бактерий примерно в десять раз больше, чем клеток тела. Как заявил в интервью «LiveScience» Мартин Блейзер: «Конечно, никто не будет считать, сколько бактерий живёт в человеке, точное количество не имеет значения, но ясно одно — бактерий гораздо больше, чем клеток, из которых мы состоим».

Развитие бактерий, населяющих наш «внутренний мир», происходило на протяжении всей эволюции человека и продолжается до сих пор. Ожидается, что в 2013-м году завершится масштабный 5-летний проект по каталогизации и классификации микробиома человека — над ним трудились сотни учёных по всему миру.

Читайте также:  Инъекции для лица — виды, преимущества и недостатки процедуры

2. Люди появляются на свет без бактерий

Зная, какую важную роль микроорганизмы играют в жизнеобеспечении, можно подумать, что бактерии появляются на свет вместе с человеком. Однако, как выяснилось, это не так: согласно Блейзеру, люди рождаются без бактерий и обзаводятся ими в течение нескольких первых лет жизни.

Первую «порцию» микробов младенец получает при прохождении через родовые пути матери, если же малыш появился на свет с помощью кесарева сечения, то он не получает этой доли микроорганизмов, из-за чего у него может быть повышен риск возникновения некоторых видов аллергии, а также ожирения.

Большая часть микробиома ребёнка формируется к трём годам — это период интенсивного развития всех систем организма.

3. Одна бактерия способна приносить как пользу, так и вред

Helicobacter Pylori

Некоторые микробы вызывают недуги, другие способны от них защитить, а иногда одна и та же бактерия может и навредить и оказать положительное влияние.

Например, Helicobacter Pylori — когда-то эти бактерии были широко распространены, обитая в телах практически всех людей на Земле, но сейчас они есть лишь у половины человечества. Большинство из этих бактерий не доставляют их «хозяевам» никаких неприятностей, но в некоторых случаях могут способствовать образованию болезненных язв в пищеварительном тракте (за работы по изучению влияния Helicobacter Pylori на возникновение гастрита и язвы желудка и двенадцатиперстной кишки австралийский врач Маршалл Барри в 2005-м году получил Нобелевскую премию).

Победить негативное влияние бактерии можно с помощью антибиотиков, но Блейзер и его коллеги обнаружили, что отсутствие этого микроорганизма может вызвать рефлюкс-эзофагит (повреждение слизистой оболочки) и даже рак пищевода.

Таким образом, некоторые бактерии могут быть как полезными, так и смертельно опасными.

4. Лечение антибиотиками может спровоцировать астму и ожирение

Золотистый стафилококк

В 1928-м году Александр Флемминг изобрёл пенициллин, и это был грандиозный прорыв в медицине. Во всём мире антибиотики широко применяются в борьбе с самыми разнообразными заболеваниями, однако, как показывают последние исследования, использование антибиотиков может увеличить риск развития астмы, воспалительных заболеваний кишечника и даже ожирения. Кроме того, микробы научились приспосабливаться к антибиотикам: к примеру, метициллин-резистентный золотистый стафилококк способен вызвать тяжёлые заболевания вроде пневмонии или сепсиса.

Конечно, бывают случаи, когда лечение антибиотиками необходимо, но, как заявил «LiveScience» Мартин Блейзер, иногда стоит воздержаться от их использования: некоторые детские инфекционные заболевания ушей или горла могут пройти сами по себе.

5. Пробиотики не так хороши, как считается

В последнее время во всём мире наблюдается повальное увлечение пробиотическими (состоящими из микроорганизмов) добавками к пище: многие принимают их после курса лечения антибиотиками, полагая, что это дарует им здоровье. Насколько их применение оправдано?

«Сама концепция восстановления микрофлоры после использования антибиотиков хороша, — считает Блейзер. — Но наивно считать, что принимая пробиотики, содержащие один или несколько видов микроорганизмов, можно добиться впечатляющих результатов — у нас в организме тысячи разновидностей!». Учёный считает, что продавцы пробиотиков преувеличивают положительный эффект от своих препаратов.

«Возможно, в будущем у нас появятся пробиотики, способные побеждать болезни, но до этого пока далеко — эта отрасль слишком молода», — подытоживает микробиолог.

Поведение

Движение

Многие бактерии подвижны и перемещаются за счёт разных механизмов. Чаще всего для движения используются жгутики — длинные филаменты, которые вращаются, подобно пропеллеру[122], за счёт особого мотора у их основания. Движущей силой для мотора является электрохимический градиент клеточной мембраны[123]. В состав бактериального жгутика входят около 20 белков, а ещё 30 белков необходимы для регуляции его работы и сборки[122].

Поведение

Различные варианты расположения жгутиков у бактерий: А — монотрих, B — лофотрих, C — амфитрих, D — перитрих

Читайте также:  Грибок на ногтях ног лечение народными средствами

С помощью жгутиков бактерии могут двигаться по-разному. Многие бактерии, например, кишечная палочка Escherichia coli, могут двигаться вперёд или кувыркаться. За счёт кувыркания клетка меняет направление своего движения, которое представляет собой случайное блуждание в трёхмерном пространстве[124]. Количество и расположение жгутиков различно у разных видов.

У некоторых бактерий есть всего один жгутик (монотрихи), у других два жгутика располагаются на двух противоположных концах клетки (амфитрихи), у третьих на полюсах клетки находятся пучки жгутиков (лофотрихи), а у четвёртых жгутики покрывают всю поверхность клетки (перитрихи). У спирохет жгутик находится в периплазматическом пространстве между двумя мембранами. Клетки спирохет имеют характерную извитую форму, которая меняется при движении[122].

Некоторые бактерии способны к так называемым подёргиваниям[en] (англ. twitching) за счёт пилей IV типа[125], а также скольжению. При подёргивании на клетке имеется палочковидный пиль, который связывается с субстратом и сокращается, проталкивая клетку вперёд[126].

Поведение

Для подвижных бактерий характерно движение, направленное навстречу какому-либо стимулу или, напротив, от него — таксис. К числу таких поведенческих программ относятся хемотаксис, фототаксис, энергетический таксис и магнитотаксис[127][128][129]. Клетки бактерий могут кооперироваться с образованием единого скопления за счёт чувства кворума, как, например, миксобактерии при образовании плодовых тел.

Некоторые виды родов внутриклеточных паразитов[en]Listeria и Shigella движутся внутри клетки-хозяина, используя её цитоскелет, который обычно используется для перемещения клеточных органелл. Стимулируя полимеризациюактина у одного из полюсов своих клеток, эти бактерии формируют своего рода актиновый хвост, который проталкивает их вперёд[130].

Коммуникация

У некоторых бактерий имеются химические системы, испускающие свет. Способность к биолюминесценции часто имеется у бактерий, живущих в симбиозе с глубоководными рыбами, и свет, производимый бактериями, привлекает рыб друг к другу или более крупных животных к рыбам[131].

Поведение

Бактерии часто формируют многоклеточные скопления, известные как биоплёнки, обмениваясь разнообразными химическими сигналами, за счёт которых их движение становится координированным[132][133]. Формирование многоклеточных скоплений даёт бактериям ряд преимуществ: в них наблюдаются разделение труда между клетками и появление различных функциональных типов клеток, питательные вещества усваиваются более эффективно, обеспечивается более надёжная защита от естественных врагов. Например, бактерии в составе биоплёнок в 500 раз более устойчивы к антибиотикам, чем одиночные планктонные клетки того же вида[133].

Координированное поведение клеток одного и того же вида бактерий часто осуществляется за счёт особых химических веществ. На основе локальной концентрации этих веществ бактерия определяет плотность клеток-сородичей вокруг себя (чувство кворума). За счёт чувства кворума бактерии могут координировать экспрессию генов и начинают выделять и улавливать аутоиндукторы[en] или феромоны, концентрация которых повышается по мере роста популяции[134].

Осмотическое давление в клетке

Осмотическое давление — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос). Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.

Мера градиента осмотического давления, то есть различия водного потенциала двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной, называется тоничностью. Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.

Тургор тканей — напряжённое состояние оболочек живых клеток. Тургорное давление — внутреннее давление, которое развивается в растительной клетке, когда в неё в результате осмоса входит вода и цитоплазма прижимается к клеточной стенке; это давление препятствует дальнейшему проникновению воды в клетку.

Осмотическое давление в клетке

Тургор обуславливается тремя факторами: внутренним осмотическим давлением клетки, которое вызывает напряжение клеточной оболочки, внешним осмотическим давлением, а также упругостью клеточной оболочки.

Рисунок 11. Взаимодействие эритроцитов и растительной клетки с растворами.