Будова бактерії: особливості. Життєдіяльність і будова бактерій

Будова бактерії: особливості. Життєдіяльність і будова бактерій

Говорячи про бактерії, найчастіше ми представляємо щось негативне. А тим часом знаємо ми про них дуже мало. Будова і життєдіяльність бактерій досить примітивні, але це, за припущеннями деяких вчених, найдавніші мешканці Землі, і за стільки років вони не зникли і не вимерли. Багато видів таких мікроорганізмів людина використовує для свого блага, інші ж є причиною серйозних захворювань і навіть епідемій. Але шкода одних бактерій часом не співмірна з користю інших. Давайте поговоримо про ці дивовижні мікроорганізми і познайомимося з їх будовою, фізіологією і класифікацією.

Царство бактерій

Це без 'ядерні, найчастіше одноклітинні мікроорганізми. Їх відкриття в 1676 році - заслуга голландського вченого А. Левенгука, який вперше розгледів крихітні бактерії під лупою мікроскопа. А ось вивчати їхню природу, фізіологію і роль у житті людини вперше почав французький хімік і мікробіолог Луї Пастер у 1850-х роках. Будова бактерії стала активно досліджуватися з появою електронних мікроскопів. Її клітина складається з цитоплазматичної мембрани, рибосоми і нуклеотиду. ДНК бактерії зосереджена в одному місці (нуклеоплазмі) і являє собою клубок з тонких ниток. Цитоплазма відокремлена від клітинної стінки цитоплазматичною мембраною, в ній знаходяться нуклеотид, різні мембранні системи, клітинні включення. Рибосома бактерії складається на 60% з РНК, решта - білок. На фото нижче зображено будову сальмонели.

Клітинна стінка та її компоненти

Бактерії мають клітинну будову. Стінка клітини володіє товщиною близько 20 нм і, на відміну від вищих рослин, не має фібрилярної структури. Її міцність забезпечується спеціальним покровом, званим мішком. Він складається переважно з полімерної речовини - муреїну. Його компоненти (суб 'єдиниці) з' єднані в певній послідовності в особливі полігліканові тяжі. Вони спільно з короткими пептидами утворюють макромолекулу, що нагадує мережу. Це і є муреїновий мішок.

Органи пересування

Ці мікроорганізми здатні до активного пересування. Здійснюється воно за рахунок плазматичних джгутиків, що мають гвинтоподібну будову. Бактерії можуть пересуватися зі швидкістю до 200 мкм на секунду і обертатися навколо своєї осі за секунду 13 разів. Здатність джгутиків до руху забезпечується спеціальним скоротним білком - флагеліном (аналог міозину в м 'язових клітинах).

Розміри вони мають такі: довжина - до 20 мкм, діаметр - 10-20 нм. Кожен джгутик відходить від базального тільця, яке занурене в оболонку клітини бактерії. Органи пересування можуть бути поодинокими або розташовуватися цілими пучками, як, наприклад, у спірилли. Кількість джгутиків може залежати від умов зовнішнього середовища. Наприклад, Протеус вульгарис при бідному харчуванні має всього два субполярних джгутика, тоді як при нормальних умовах розвитку в пучках їх може бути від 2 до 50.

Рух мікроорганізмів

Будова бактерії (схема нижче) така, що вона може досить активно пересуватися. Рух у більшості випадків відбувається за рахунок поштовху і здійснюється в основному в рідкому або вологому середовищі. Залежно від чинного фактора, іншими словами - вигляду зовнішнього подразника, воно може являти собою:

  • хемотаксис - це спрямований рух бактерії до поживних речовин або, навпаки, від будь-яких токсинів;
  • аеротаксис - рух до кисню (у аеробів) або від нього (у анаеробів);
  • фототаксис - реакція на світло, що проявляється в русі, характерна насамперед для фототрофів;
  • магнітотаксис - реакція на зміни в магнітному полі, пояснюється наявністю у деяких мікроорганізмів спеціальних частинок (магнетосом).

Одним з перелічених способів бактерії, особливості будови клітини яких дозволяють їм пересуватися, можуть створювати скупчення в місцях з оптимальними умовами для їх життєдіяльності. Крім джгутиків, деякі види мають численні більш тонкі нитки - їх називають "" фімбрії "" або "" пили "", але їх функція в достатній мірі ще не вивчена. Бактерії, які не мають спеціальних джгутиків, здатні до ковзного руху, щоправда, воно характеризується дуже низькою швидкістю: приблизно 250 мкм на хвилину.

Декілька слів про фізіологію

Для активної життєдіяльності мікроорганізмам потрібна енергія. Її джерелом можуть служити найрізноманітніші органічні та неорганічні речовини, а також сонячне світло. Більшість бактерій - гетеротрофи. Вони не можуть синтезувати з неорганічних сполук органічні за допомогою фото- або хемосинтезу, тому використовують гниючий органічний матеріал, паразитують або виступають симбіонтами.

Друга нечисленна група бактерій - автотрофи. Вони здатні синтезувати з неорганічних речовин органічні, частково можуть засвоювати атмосферний вуглекислий газ і є хемотрофами. Ці бактерії займають дуже важливе місце в круговороті хімічних елементів в природі.

Також існують дві групи справжніх фототрофів. Особливості будови бактерій цієї категорії полягають у тому, що вони містять речовину (пігмент) бактеріохлорофіл, родинну за природою рослинному хлорофіллу, а оскільки у них відсутня фотосистема II, фотосинтез протікає без виділення кисню.

Розмноження поділом

Основний спосіб розмноження - це поділ вихідної материнської клітини надвоє (амітоз). У форм, що мають витягнуту форму, це завжди відбувається перпендикулярно поздовжньої осі. Будова бактерії зазнає при цьому короткочасних змін: від краю клітини до середини утворюється поперечна перегородка, по якій потім і розділяється материнський організм. Це пояснює стару назву царства - Дробянки. Клітини після поділу можуть залишатися з 'єднаними в нестійкі, пухкі ланцюжки.

Ось такі можна виділити відмінні особливості будови бактерій деяких видів, наприклад, стрептококів.

Спороутворення і статеве розмноження

Другий спосіб розмноження - спороосвіта. Воно безпосередньо пов 'язане з прагненням пристосуватися до несприятливих умов і спрямоване на те, щоб їх пережити. У деяких паличковидних бактерій суперечки утворюються ендогенно, тобто всередині клітини. Вони дуже стійкі до нагрівання і можуть зберігатися навіть при тривалому кип 'ятінні. Освіта суперечка починається з різних хімічних реакцій в материнській клітці, при цьому розкладається близько 75% всіх її білків. Потім відбувається поділ. При цьому утворюються дві дочірні клітини. Одна з них (менша) покривається товстою оболонкою, яка за обсягом може займати до 50% - це і є суперечки. Вона зберігає життєздатність і готовність до проростання протягом 200-300 років.

Деякі види здатні до статевого розмноження. Вперше цей процес відкрили в 1946 році, коли вивчали будову клітини бактерії Ешеріхія колі. Виявилося, що можливе часткове перенесення генетичного матеріалу. Тобто фрагменти ДНК передаються від однієї клітини (донора) до іншої (реципієнта) в процесі кон 'югації. Здійснюється це за допомогою бактеріофагів або шляхом трансформації.

Будова бактерії та особливості її фізіології такі, що в ідеальних умовах процес ділення відбувається постійно і дуже швидко (кожні 20-30 хвилин). Але в природному середовищі він обмежений різними факторами (сонячним світлом, живильним середовищем, температурою тощо).

В основу класифікації цих мікроорганізмів покладено різну будову клітинної стінки бактерій, яка обумовлює збереження анилінового барвника в клітці або його вимивання. Це було виявлено Х.К. Грамом, а згодом, відповідно до його імені були виділені два великих відділу мікроорганізмів, про які ми поговоримо нижче.

Грамположні бактерії: особливості будови і життєдіяльності

Ці мікроорганізми мають багатошаровий муреїновий покрив (30-70% від всієї сухої маси клітинної стінки), завдяки чому з клітин не вимивається аниліновий барвник (на фото вище ліворуч схематично зображено будову грампольожної бактерії, а праворуч - грамограмотрицької). Їх особливістю є і те, що діамінопімелінова кислота часто замінюється лізином. Вміст білка значно менший, а полісахариди відсутні або пов 'язані ковалентними зв' язками. Всі бактерії цього відділу розділені на кілька груп:

  1. Грампольожні кокки. Вони представляють собою одиночні клітини або групи по дві, чотири і більше клітин (до 64), скріплених між собою целюлозою. За типом харчування це, як правило, облігатні або факультативні анаероби, наприклад, молочнокислі бактерії з сімейства Стрептококові, але можуть бути і аероби.
  2. Неспороутворюючі палички. За назвою вже можна зрозуміти будову клітини бактерії. До цієї групи відносять анаеробні або факультативно аеробні молочнокислі види з сімейства Лактобацили.
  3. Спороутворюючі палички. Вони представлені всього одним сімейством - Клострідії. Це облігатні анаероби, здатні утворювати суперечки. Багато з них формують характерні ланцюжки або нитки з окремих клітин.
  4. Коринеморфні мікроорганізми. Зовнішня будова клітини бактерії цієї групи може значно змінюватися. Так, палички можуть ставати булавовидними, короткими, кокками або слабо розгалуженими формами. Ендоспори вони не утворюють. До них належать пропіоновокислі, стрептоміцетові бактерії тощо.
  5. Мікоплазми. Якщо звернути увагу на будову бактерії (схема на малюнку нижче - стрілка вказує на ланцюжок ДНК), то можна зазначити, що вона не має клітинної стінки (замість неї є цитоплазматична мембрана) і, отже, не пофарбовується аниліновим барвником, тому її не можна віднести до цього відділу на підставі фарбування по Граму. Але за останніми дослідженнями мікоплазми сталися від грамположних мікроорганізмів.

Грамотрицькі бактерії: функції, будова

У таких мікроорганізмів мережа муреїну дуже тонка, її частка від сухої маси всієї клітинної стінки становить всього лише 10%, інша частина - це ліпопротеїни, ліпополісахариди т. д. Речовини, що надходять при фарбуванні за методом Грама, легко вимиваються. За типом харчування грамотрицькі бактерії - фототрофи або хемотрофи, деякі види здатні до фотосинтезу. Класифікація всередині відділу знаходиться в процесі формування, різні сімейства об 'єднують у 12 груп, виходячи з особливостей морфології, обміну речовин та інших факторів.

  1. Анаеробні кокки і палички. Зовнішній вигляд - це вібріони (у вигляді коми) або спірили.
  2. Факультативно анаеробні палички. До них, зокрема, належить сімейство ентеробактерій. А ось види з роду фотобактерій пристосувалися до життя в морській воді і відомі своїм люмінесцентним світінням.
  3. Аеробні кокки і палички. Велика група бактерій, яка, наприклад, включає відомі азотфіксуючі або клубенькові види роду Різобіум.
  4. Спірілли. Це жорсткі палички, що мають форму спіралі. За типом харчування найчастіше вони аероби, рідше - факультативні анаероби.
  5. Спірохети. Зовнішня будова бактерії (фото нижче) схожа з тим, яку мають представники попередньої групи. Головна відмінність спірохет - в їх гнучкості і здатності до активного руху.
  6. Бактерії з придатками. Це форми, що мають різне споріднення, при поділі вони дають дві дочірні клітини різної величини, а також утворюють придатки у вигляді паличок і виростів.
  7. Хламідобактерії. Вони мають характерні чохли у вигляді трубки, що сприяє утриманню клітин разом, і в результаті можуть утворюватися цілі колонії. Найбільш яскравий представник - гриб стічних вод. Це бактерія, що мешкає в сильно забрудненій воді. Такі мікроорганізми утворюють величезні скупчення, що сприяє забиванню труб і стічних канав.
  8. Ковзні бактерії. Вони свою назву отримали через властивий їм спосіб пересування.
  9. Міксобактерії. Мають комплексну організацію, при якій одноклітинні форми можуть утворювати плодові тіла.
  10. Облігатно паразитичні бактерії. Вони не можуть культивуватися поза живими клітинами.
  11. Хемолітотрофні бактерії.
  12. Фотоавтотрофні бактерії. Мають різноманітні фотосинтетичні пігменти і каротини, які надають їм яскраве забарвлення: пурпурово-фіолетову, червону, коричневу, оливково-зелену.

Значення бактерій для людини

Незважаючи на свою, здавалося б, непомітність, бактерії мають величезне значення для людини, як позитивне, так і негативне. Виробництво багатьох харчових продуктів неможливе без участі окремих представників цього царства. Будова і життєдіяльність бактерій дозволяють отримувати нам багато молочних продуктів (сири, йогурти, кефір і багато іншого). Ці мікроорганізми беруть участь у процесах квашення, бродіння.

Численні види бактерій є збудниками хвороб у тварин і людини, таких як сибірка, правець, дифтерія, туберкульоз, чума тощо. Але в той же час мікроорганізми беруть участь у різних промислових виробництвах: це генна інженерія, отримання антибіотиків, ферментів та інших білків, штучне розкладання відходів (наприклад, метанове збражування стічних вод), збагачення металів. Деякі бактерії ростуть на субстратах, багатих нафтопродуктами, і це служить індикатором при пошуку і розробці нових родовищ.