Будова бактерії: особливості. Життєдіяльність і будова бактерій

Говорячи про бактерій, найчастіше ми представляємо щось негативне. А між тим 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 співмірний з користю інших. Давайте поговоримо про ці дивовижні мікроорганізмах і познайомимося з їх будовою, фізіологією і класифікацією.

Будова бактерії.

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 от вивчати їх природу, фізіологію і роль в житті людини вперше почав французький хімік і мікробіолог Луї Пастер в 1850-х роках. Будова бактерії стало 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 цитоплазматичної 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 завтовшки близько 20 нм і, на відміну від вищих рослин, не має фибриллярной структури. Її міцність забезпечується спеціальним покривом, званим мішком. Він складається переважно з полімерної речовини - муреіна. Його компоненти (субодиниці) з'єднані в певній послідовності в особливі поліглікановие тяжі. Вони спільно з короткими пептидами утворюють макромолекул, що нагадує мережу. Це і є муреіновий мішок.

Органи пересування

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

Будова і життєдіяльність бактерій.

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

Рух мікроорганізмів

Будова бактерії (схема нижче) таке, що вона може досить активно пересуватися. Рух в більшості випадків відбувається за рахунок поштовху і здійснюється в основному в рідкій або вологому середовищі. В залежності від діючого фактора, іншими словами - виду зовнішнього подразника, воно може являти собою:

хемотаксис - це спрямований рух бактерії до живильних речовин або, навпаки, від будь-яких токсинів;
аеротаксіс - рух до кисню (у аеробів) або від нього (у анаеробів);
фототаксис - реакція на світло, що виявляється в русі, характерна передусім для фототрофов;
Магнетотаксис - реакція на зміни в магнітному полі, пояснюється наявністю у деяких мікроорганізмів спеціальних частинок (магнетосом).

Бактерії: особливості будови і життєдіяльності.

Одним з перерахованих 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 "фимбрии" або "пили", але їх функція в достатній мірі ще не вивчена. Бактерії, які не мають спеціальних джгутиків, здатні до ковзаючого руху, правда, воно характеризується дуже низькою швидкістю: приблизно 250 мкм на хвилину.

Кілька слів про фізіологію

Для активної життєдіяльності мікроорганізмів 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 симбионтами.

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

Також існують дві групи справжніх фототрофов. Особливості будови бактерій цієї категорії полягають в тому, що вони містять речовину (пігмент) бактеріохлорофіл, споріднене за природою рослинному хлорофілу, а так як у них відсутня фотосистема II, фотосинтез протікає без виділення кисню.

Розмноження поділом

Бактерії: особливості будови клітини.

Основний спосіб розмноження - це поділ вихідної материнської клітини надвоє (амитоз). У форм, що мають витягнуту форму, це завжди відбувається перпендикулярно поздовжньої осі. Будова бактерії зазнає при цьому короткочасні зміни: від краю клітини до середини утворюється поперечна перегородка, за якою потім і розділяється материнський організм. Це пояснює стара назва царства - дробянки. Клітини після поділу можуть залишатися з'єднаними в нестійкі, пухкі ланцюжка.

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

Спорообразование і статеве розмноження

Другий спосіб розмноження - спорообразование. Воно безпосередньо пов'язане з прагненням пристосуватися до несприятливих умов і спрямоване на те, щоб їх пережити. У деяких паличковидних бактерій спори 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 клітині, 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.

Будова бактерії.

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

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

Будова клітини бактерії.

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

Грампозитивні бактерії: особливості будови і життєдіяльності

Ці мікроорганізми мають багатошаровий муреіновий покрив (30-70% від усієї сухої маси клітинної стінки), завдяки чому з кліток не вимивається аніліновий барвник (на фото вище зліва схематично зображено будову грамположительной бактерії, а праворуч - грамограмотріцательной). Їх особливістю є і те, що діамінопімеліновая кислота часто замінюється на лізин. Вміст білка значно менше, а полісахариди відсутні або пов'язані ковалентними зв'язками. Всі бактерії цього відділу розділені на кілька груп:

Грампозитивні коки. Вони являють собою поодинокі 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.
Неспорообразующие палички. За назвою вже можна зрозуміти будову клітини бактерії. До цієї групи відносять анаеробні або факультативно аеробні молочнокислі види з сімейства Лактобацили.
Спороутворюючі палички. Вони представлені всього одним сімейством - Клостридії. Це облігатні анаероби, здатні утворювати спори. Багато хто з них формують характерні ланцюжки або нитки з окремих клітин.
Корінеморфние мікроорганізми. Зовнішня будова клітини бактерії цієї групи може значно змінюватися. Так, палички можуть ставати булавовидними, короткими, коками або слабо розгалуженими формами. Ендоспори вони не утворюють. До них відносяться пропіоновокислі, стрептоміцетовие бактерії і т. Д.
Мікоплазми. Якщо звернути увагу на будову бактерії (схема на малюнку нижче - стрілка вказує на ланцюжок ДНК), то можна відзначити, що вона не має клітинної стінки (замість неї є цитоплазматична мембрана) і, отже, не забарвлюється аніліновими барвниками, тому її не можна віднести до даного відділу на підставі фарбування по Граму. Але згідно з останніми дослідженнями мікоплазми походять від грампозитивних мікроорганізмів.

Грамнегативнібактерії: функції, будова

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

Анаеробні коки і палички. За зовнішнім виглядом являють собою вібріони (у вигляді коми) або спірили.
Факультативно анаеробні палички. До них, зокрема, відноситься сімейство ентеробактерій. А ось види з роду фотобактерій пристосувалися до життя в морській воді і відомі своїм люмінесцентним світінням.
Аеробні коки і палички. Велика група бактерій, яка, наприклад, включає відомі азотфиксирующие або бульбочкові види роду Різобіум.
Спірили. Це жорсткі палички, що мають форму спіралі. За типом харчування найчастіше вони аероби, рідше - факультативні анаероби.
Спірохети. Зовнішня будова бактерії (фото нижче) схоже з тим, яке мають представники попередньої групи. Головна відмінність спирохет - в їх гнучкості та здатності до активного руху.
Бактерії з придатками. Це форми, що мають різне спорідненість, при діленні вони дають дві дочірні клітини різної величини, а також утворюють придатки у вигляді паличок і виростів.
Хламідобактеріі. Вони володіють характерними чохлами 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 забивання труб і стічних канав.
Ковзаючі бактерії. Вони свою назву отримали через властивого їм способу пересування.
Миксобактерии. Мають комплексну організацію, при якій одноклітинні форми можуть утворювати плодові тіла.
Облігатно паразитичні бактерії. Вони не можуть культивуватися поза живих клітин.
Хемолітотрофние бактерії.
Фотоавтотрофні бактерії. Мають різноманітні фотосинтетические пігменти і каротини, які надають їм яскраве забарвлення: пурпурно-фіолетове, 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 молочні продукти (сири, йогурти, кефір і багато іншого). Ці мікроорганізми беруть участь у процесах квашення, бродіння.

Бактерії: функції, будова.

Численні види бактерій є збудниками хвороб у тварин і людини, таких як сибірська виразка, правець, дифтерія, туберкульоз, чума і т. д. 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 зброджування стічних вод), збагачення металів . Деякі бактерії ростуть на субстратах, багатих нафтопродуктами, і це служить індикатором при пошуку і розробки нових родовищ.

Особистість