Бактерии. особенности строения и функционирования

Бактерии

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

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.

Строение бактерии

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).

Мезосомы

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.

Спора бактерии

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.

Бактерии аэробы и анаэробы

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.

Бактерии автотрофы и гетеротрофы

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.

Получение инсулина с помощью бактерий

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.

  • 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

Формы бактерий

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.

Колонии бактерий, бинарное деление бактерий

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.

Бактериальные инфекции

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.

Кварцевание

© 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.

Микробиология: конспект лекций

Данная книга предназначена студентам медицинских образовательных учреждений. Это краткое пособие поможет при подготовке и сдаче экзамена по микробиологии. Материал изложен в очень удобной и запоминающейся форме и поможет студентам за сжатый срок детально освоить основные концепции и понятия курса, а также конкретизировать и систематизировать знания.

Оглавление

  • ЛЕКЦИЯ № 1. Введение в микробиологию
  • ЛЕКЦИЯ № 2. Морфология и ультраструктура бактерий
  • ЛЕКЦИЯ № 3. Физиология бактерий

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Микробиология: конспект лекций предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

ЛЕКЦИЯ № 2. Морфология и ультраструктура бактерий

1. Особенности строения бактериальной клетки. Основные органеллы и их функции

Отличия бактерий от других клеток

1. Бактерии относятся к прокариотам, т. е. не имеют обособленного ядра.

2. В клеточной стенке бактерий содержится особый пептидогликан — муреин.

3. В бактериальной клетке отсутствуют аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть, митохондрии.

4. Роль митохондрий выполняют мезосомы — инвагинации цитоплазматической мембраны.

5. В бактериальной клетке много рибосом.

6. У бактерий могут быть специальные органеллы движения — жгутики.

7. Размеры бактерий колеблются от 0,3–0,5 до 5—10 мкм.

По форме клеток бактерии подразделяются на кокки, палочки и извитые.

В бактериальной клетке различают:

1) основные органеллы:

г) цитоплазматическую мембрану;

д) клеточную стенку;

2) дополнительные органеллы:

Цитоплазма представляет собой сложную коллоидную систему, состоящую из воды (75 %), минеральных соединений, белков, РНК и ДНК, которые входят в состав органелл нуклеоида, рибосом, мезосом, включений.

Нуклеоид — ядерное вещество, распыленное в цитоплазме клетки. Не имеет ядерной мембраны, ядрышек. В нем локализуется ДНК, представленная двухцепочечной спиралью. Обычно замкнута в кольцо и прикреплена к цитоплазматической мембране. Содержит около 60 млн пар оснований. Это чистая ДНК, она не cодержит белков гистонов. Их защитную функцию выполняют метилированные азотистые основания. В нуклеоиде закодирована основная генетическая информация, т. е. геном клетки.

Наряду с нуклеоидом в цитоплазме могут находиться автономные кольцевые молекулы ДНК с меньшей молекулярной массой — плазмиды. В них также закодирована наследственная информация, но она не является жизненно необходимой для бактериальной клетки.

Рибосомы представляют собой рибонуклеопротеиновые частицы размером 20 нм, состоящие из двух субъединиц — 30 S и 50 S. Рибосомы отвечают за синтез белка. Перед началом синтеза белка происходит объединение этих субъединиц в одну — 70 S. В отличие от клеток эукариотов рибосомы бактерий не объединены в эндоплазматическую сеть.

Мезосомы являются производными цитоплазматической мембраны. Мезосомы могут быть в виде концентрических мембран, пузырьков, трубочек, в форме петли. Мезосомы связаны с нуклеоидом. Они участвуют в делении клетки и спорообразовании.

Включения являются продуктами метаболизма микроорганизмов, которые располагаются в их цитоплазме и используются в качестве запасных питательных веществ. К ним относятся включения гликогена, крахмала, серы, полифосфата (волютина) и др.

2. Строение клеточной стенки и цитоплазматической мембраны

Клеточная стенка — упругое ригидное образование толщиной 150–200 ангстрем. Выполняет следующие функции:

1) защитную, осуществление фагоцитоза;

2) регуляцию осмотического давления;

4) принимает участие в процессах питания деления клетки;

5) антигенную (определяется продукцией эндотоксина — основного соматического антигена бактерий);

6) стабилизирует форму и размер бактерий;

7) обеспечивает систему коммуникаций с внешней средой;

8) косвенно участвует в регуляции роста и деления клетки.

Клеточная стенка при обычных способах окраски не видна, но если клетку поместить в гипертонический раствор (при опыте плазмолиза), то она становится видимой.

Клеточная стенка вплотную примыкает к цитоплазматической мембране у грамположительных бактерий, у грамотрицательных бактерий клеточная стенка отделена от цитоплазматической мембраны периплазматическим пространством.

Клеточная стенка имеет два слоя:

1) наружный — пластичный;

2) внутренний — ригидный, состоящий из муреина.

В зависимости от содержания муреина в клеточной стенке различают грамположительные и грамотрицательные бактерии (по отношению к окраске по Грамму).

У грамположительных бактерий муреиновый слой составляет 80 % от массы клеточной стенки. По Грамму, они окрашиваются в синий цвет. У грамположительных бактерий муреиновый слой составляет 20 % от массы клеточной стенки, по Грамму, они окрашиваются в красный цвет.

У грамположительных бактерий наружный слой клеточной стенки содержит липопротеиды, гликопротеиды, тейхоевые кислоты, у них отсутствует липополисахаридный слой. Клеточная стенка выглядит аморфной, она не структурирована. Поэтому при разрушении муреинового каркаса бактерии полностью теряют клеточную стенку (становятся протопластами), не способны к размножению.

У грамотрицательных бактерий наружный пластический слой четко выражен, содержит липопротеиды, липополисахаридный слой, состоящий из липида А (эндотоксина) и полисахарида (О-антигена). При разрушении грамотрицательных бактерий образуются сферопласты — бактерии с частично сохраненной клеточной стенкой, не способные к размножению.

К клеточной стенке прилегает цитоплазматическая мембрана. Она обладает избирательной проницаемостью, принимает участие в транспорте питательных веществ, выведении экзотоксинов, энергетическом обмене клетки, является осмотическим барьером, участвует в регуляции роста и деления, репликации ДНК, является стабилизатором рибосом.

Имеет обычное строение: два слоя фосфолипидов (25–40 %) и белки.

По функции мембранные белки разделяют на:

2) пермиазы — белки транспортных систем;

3) энзимы — ферменты.

Липидный состав мембран непостоянен. Он может меняться в зависимости от условий культивирования и возраста культуры. Разные виды бактерий отличаются друг от друга по липидному составу своих мембран.

3. Дополнительные органеллы бактерий

Ворсинки (пили, фимбрии) — это тонкие белковые выросты на поверхности клеточной стенки. Функционально они различны. Различают комон-пили и секс-пили. Комон-пили отвечают за адгезию бактерий на поверхности клеток макроорганизма. Они характерны для грамположительных бактерий. Секс-пили обеспечивают контакт между мужскими и женскими бактериальными клетками в процессе конъюгации. Через них идет обмен генетической информацией от донора к реципиенту. Донор — мужская клетка — обладает секс-пили. Женская клетка — реципиент — не имеет секc-пили. Белок секс-пили колируется генами F-плазмиды.

Жгутики — органеллы движения. Есть у подвижных бактерий. Это особые белковые выросты на поверхности бактериальной клетки, содержащие белок — флагелин. Количество и расположение жгутиков может быть различным.

1) монотрихи (имеют один жгутик);

2) лофотрихи (имеют пучок жгутиков на одном конце клетки);

3) амфитрихи (имеют по одному жгутику на каждом конце);

4) перитрихи (имеют несколько жгутиков, расположенных по периметру).

О подвижности бактерий судят, рассматривая живые микроорганизмы, либо косвенно — по характеру роста в среде Пешкова (полужидком агаре). Неподвижные бактерии растут строго по уколу, а подвижные дают диффузный рост.

Капсулы представляют собой дополнительную поверхностную оболочку. Они образуются при попадании микроорганизма в макроорганизм. Функция капсулы — защита от фагоцитоза и антител.

Различают макро — и микрокапсулы. Макрокапсулу можно выявить, используя специальные методы окраски, сочетая позитивные и негативные методы окраски. Микрокапсула — утолщение верхних слоев клеточной стенки. Обнаружить ее можно только при электронной микроскопии. Микрокапсулы характерны для вирулентных бактерий.

Среди бактерий различают:

1) истиннокапсульные бактерии (род Klebsiella) — сохраняют капсулообразование и при росте на питательных средах, а не только в макроорганизме;

2) ложнокапсульные — образуют капсулу только при попадании в макроорганизм.

Капсулы могут быть полисахаридными и белковыми. Они играют роль антигена, могут быть фактором вирулентности.

Споры — это особые формы существования некоторых бактерий при неблагоприятных условиях внешней среды. Спорообразование присуще грамположительным бактериям. В отличие от вегетативных форм споры более устойчивы к действию химических, термических факторов.

Чаще всего споры образуют бактерии рода Bacillus и Clostridium.

Процесс спорообразования заключается в утолщении всех оболочек клетки. Они пропитываются солями дипикалината кальция, становятся плотными, клетка теряет воду, замедляются все ее пластические процессы. При попадании споры в благоприятные условия она прорастает в вегетативную форму.

У грамотрицательных бактерий также обнаружена способность сохраняться в неблагоприятных условиях в виде некультивируемых форм. При этом нет типичного спорообразования, но в таких клетках замедлены метаболические процессы, невозможно сразу получить рост на питательной среде. Но при попадании в макроорганизм они превращаются в исходные формы.

Бактерии — общая характеристика. Классификация, строение, питание и роль бактерий в природе

Бактерии это самый древний организм на земле, а также самый простой в своем строении. Он состоит всего из одной клетки, которую можно увидеть и изучить только под микроскопом. Характерным признаком бактерий является отсутствие ядра, вот почему бактерии относят к прокариотам.

Некоторые виды образовывают небольшие группы клеток, такие скопления могут быть окружены капсулой (чехлом). Размер, форма и цвет бактерии сильно зависит от окружающей среды.

По форме бактерии различаются на: палочковидные (бациллы), сферические (кокки) и извитые (спириллы). Встречаются и видоизмененные – кубические, С-образные, звездчатые. Их размеры колеблются от 1 до 10мкм. Отдельные виды бактерий могут активно передвигаться при помощи жгутиков. Последние иногда превышают размер самой бактерии в два раза.

Читайте также:  Гинофлор Э: инструкция по применению таблеток

Формы бактерий

Для движения бактерии используют жгутики, количество которых бывает различное – один, пара, пучок жгутиков. Расположение жгутиков также бывает разным – с одной стороны клетки, по бокам или равномерно распределены по всей плоскости. Также одним из способов передвижения считается скольжение благодаря слизи, которой покрыт прокариот. У большинства внутри цитоплазмы есть вакуоли. Регулировка ёмкости газа в вакуолях помогает им двигаться в жидкости вверх или вниз, а также перемещаться по воздушных каналах почвы.

Ученые открыли более 10 тысяч разновидностей бактерий, но по предположениям научных исследователей в мире существует их более миллиона видов. Общая характеристика бактерий дает возможность определиться с их ролью в биосфере, а также изучить строение, виды и классификацию царства бактерий.

Места обитания

Простота строения и быстрота адаптации к окружающим условиям помогла бактериям распространиться в широком диапазоне нашей планеты. Они существуют везде: вода, почва, воздух, живые организмы – всё это максимально приемлемое место обитания для прокариотов.

Бактерии находили как на южном полюсе, так и в гейзерах. Они есть на океанском дне, а также в верхних слоях воздушной оболочки Земли. Бактерии живут везде, но их количество зависит от благоприятных условий. К примеру, большая численность видов бактерий проживает в открытых водоемах, а также почве.

Особенности строения

Клетка бактерии отличается не только тем, что в ней нет ядра, но и отсутствием митохондрий и пластид. ДНК данного прокариота находится в специальной ядерной зоне и имеет вид замкнутого в кольцо нуклеоида. У бактерии строение клетки состоит из клеточной стенки, капсулы, капсулоподобной оболочки, жгутиков, пили и цитоплазматичной мембраны. Внутреннее строение оформляют цитоплазма, гранулы, мезосомы, рибосомы, плазмиды, включения и нуклеоид.

Строение бактерии

Клеточная стенка бактерии выполняет функцию обороны и опоры. Вещества могут свободно протекать сквозь неё, благодаря проницаемости. Данная оболочка имеет в своем составе пектин и гемицеллюлозу. Некоторые бактерии выделяют особую слизь, которая может помочь защититься от пересыхания. Слизь формирует капсулу – полисахарид по химическому составу. В такой форме бактерия способна переносить даже очень большие температуры. Также она выполняет и другие функции, к примеру слипание с любыми поверхностями.

На поверхности клетки бактерии находятся тонкие белковые ворсинки – пили. Их может быть большая численность. Пили помогают клетке передавать генетический материал, а также обеспечивают слипание с другими клетками.

Под плоскостью стенки находится трехслойная цитоплазматичная мембрана. Она гарантирует транспорт веществ, а также имеет немалую роль в образовании спор.

Цитоплазма бактерий на 75 процентов произведена из воды. Состав цитоплазмы:

  • Рыбосомы;
  • мезосомы;
  • аминокислоты;
  • ферменты;
  • пигменты;
  • сахар;
  • гранулы и включения;
  • нуклеоид.

Обмен веществ у прокариотов возможен, как с участием кислорода, так и без его него. Большая их часть питаются уже готовыми питательными веществами органического происхождения. Очень мало видов способны сами синтезировать органические вещества из неорганических. Это сине-зеленые бактерии и цианобактерии, которые отыграли немалую роль в формировании атмосферы и насыщении её кислородом.

Размножение

В условиях, благоприятных для размножения, оно осуществляется почкованием или вегетативно. Бесполое размножение происходит в такой последовательности:

  1. Клетка бактерии достигает максимального объема и содержит необходимый запас питательных веществ.
  2. Клетка удлиняется, посередине появляется перегородка.
  3. Внутри клетки происходит дележ нуклеотида.
  4. ДНК основная и отделенная расходятся.
  5. Клетка делится пополам.
  6. Остаточное формирование дочерних клеток.

При таком способе размножения нету обмена генетической информацией, поэтому все дочерние клетки будут точной копией материнской.

Процесс размножения бактерий в неблагоприятных условиях более интересен. О способности полового размножения бактерий ученые узнали сравнительно недавно – в 1946 году. У бактерий нет разделения на женские и половые клетки. Но ДНК у них встречается разнополое. Две такие клетки при приближении друг к другу образовывают канал для передачи ДНК, происходит обмен участками – рекомбинация. Процесс довольно длительный, результатом которого являются две совершенно новые особи.

Большинство бактерий очень сложно увидеть под микроскопом, так как они не имеют своей окраски. Немногие разновидности имеют пурпурный или зеленый окрас, благодаря содержанию в них бактериохлорофилла и бактериопурпурина. Хотя если рассматривать некоторые колонии бактерий, становится ясно, что они выделяют окрашиваемые вещества в среду обитания и приобретают яркую окраску. Для того, чтобы подробней изучать прокариотов, их окрашивают.

Фотографии бактерий под микроскопом

Фотографии бактерий под микроскопом

Классификация

Классификация бактерий может быть основана на таких показателях, как:

  • Форма
  • способ передвижения;
  • способ получения энергии;
  • продукты жизнедеятельности;
  • степень опасности.

По способу питания бывают бактерии автотрофы или гетеротрофы. Автотрофные бактерии пребывают в основном в почве. Гетеротрофы различают такие, как: симбионты, паразиты и сапрофиты.

Классификация бактерий по способу питания

Бактерии симбионты живут в содружестве с иными организмами.

Бактерии паразиты ничего не производят, поэтому питаются тем, что произвел организм хозяина, либо питается тканями другого организма.

Бактерии сапрофиты проживают на уже отмерших организмах, продуктах и органических отходах. Они способствуют процессам гниения и брожения.

Гниение очищает природу от трупов и других отходов органического происхождения. Без процесса гниения не было бы круговорота веществ в природе. Так в чем же состоит роль бактерий в круговороте веществ?

Бактерии гниения — это помощник в процессе расщепления белковых соединений, а также жиров и других соединений, содержащих в себе азот. Проведя сложную химическую реакцию, они разрывают связи между молекулами органических организмов и захватывают молекулы белка, аминокислот. Расщепляясь, молекулы высвобождают аммиак, сероводород и другие вредные вещества. Они ядовиты и могут вызывать отравление у людей и животных.

Бактерии гниения быстро размножаются в благоприятных для них условиях. Так как это не только полезные бактерии, но и вредные, то чтобы не допустить преждевременного гниения у продуктов, люди научились их обрабатывать: сушить, мариновать, солить, коптить. Все эти способы обработки убивают бактерии и не дают им размножаться.

Бактерии брожения при помощи ферментов способны расщеплять углеводы. Эту способность люди заметили еще в древние времена и используют такие бактерии для изготовления молочнокислых продуктов, уксусов, а также других продуктов питания до сих пор.

Кроме полезных, существуют также и патогенные бактерии. Их жизнедеятельность базируется на паразитизме в организме животных, растений и даже человека. Они вызывают серьезные инфекционные болезни, примером может служить туберкулез, сифилис, язву (сибирскую и язву желудка), дифтерию, чуму и многие другие не менее тяжелые заболевания.

Бактерии, трудясь в совокупности с другими организмами, делают очень важную химическую работу. Очень важно знать какие есть виды бактерий и какую пользу или вред приносят для природы.

Значение в природе и для человека

Выше уже отмечалось большое значение многих видов бактерий (при процессах гниения и различных типах брожения), т.е. выполнение санитарной роли на Земле.

Бактерии также играют огромную роль в круговороте углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора, серы, кальция и других элементов. Многие виды бактерий способствуют активной фиксации атмосферного азота и переводят его в органическую форму, способствуя повышению плодородия почв. Особо важное значение имеют те бактерии, которые разлагают целлюлозу, являющиеся основным источником углерода для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.

Сульфатредуцирующие бактерии участвуют в образовании нефти и сероводорода в лечебных грязях, почвах и морях. Так, насыщенный сероводородом слой воды в Черном море является результатом жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий. Деятельность этих бактерий в почвах приводит к образованию соды и содового засоления почвы. Сульфатредуцирующие бактерии переводят питательные вещества в почвах рисовых плантаций в такую форму, которая становится доступной для корней этой культуры. Эти бактерии могут вызывать коррозию металлических подземных и подводных сооружений.

Благодаря жизнедеятельности бактерий почва освобождается от многих продуктов и вредных организмов и насыщается ценными питательными веществами. Бактерицидные препараты успешно используются для борьбы с многими видами насекомых-вредителей (кукурузным мотыльком и др.).

Многие виды бактерий используются в различных отраслях промышленности для получения ацетона, этилового и бутилового спиртов, уксусной кислоты, ферментов, гормонов, витаминов, антибиотиков, белково-витаминных препаратов и т.д.

Без бактерий невозможны процессы при дублении кожи, сушке листьев табака, выработке шелка, каучука, обработке какао, кофе, мочении конопли, льна и других лубоволокнистых растений, квашении капусты, очистке сточных вод, выщелачивании металлов и т.д.

Царство Бактерии: строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе

Царство Бактерии иди Дробянки объединяет солидную группу микроорганизмов. Их связывают некоторые общие черты, но есть и отличительные особенности: процессы жизнедеятельности, образ жизни и нюансы строения. Маленькие живые организмы, несмотря на простую организацию, доставляют человеку много хлопот, вызывая болезни, против которых ежегодно создаются сотни новых препаратов.

Царство Бактерии, строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе

Разновидность бактерии

Рис. 1 Одна из разновидностей бактерии

Бактерии образуют три подцарства:

  1. Архебактерии;
  2. Настоящие бактерии (эубактерии);
  3. Цианобактерии (сине-зеленые водоросли).

Архебактерии представляют собой одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл, со свойственным им биохимическим составом и физиологическими особенностями (образованы 40 видами). Многочисленная группа – это эубактерии, которые характеризуются общим строением.

Бактерии открыл Антони ванн Левенгук, который с помощью оптического микроскопа увидел и описал удивительные мелкие организмы. Это событие произошло в 17 веке. А в 19 веке Луи Пастер выяснил, что микробы подразделяются на полезные и вредные. Дальнейшее развитие микробиологии стало возможно благодаря трудам Роберта Коха.

Характерные внешние черты бактерий

Отличительные внешние черты бактериальных микроорганизмов состоят в следующем:

  1. Клеточная стенка строится из гликопептида муреина. Грамположительные бактерии отличают толстой стенкой, а у грамотрицательных бактерий она в 10 раз тоньше.
  2. Образуют на поверхности слизистую капсулу, которая создает устойчивость к фагоцитозу и клетки крови не могут их поглотить. Бактерии беспрепятственно перемещаются по кровеносному руслу, размножаются и вызывают воспалительные процессы. Слизистая капсула защищает микроорганизм от пересыхания во внешней среде.
  3. Внутри клетка наполнена цитоплазмой – полувязким веществом, в котором «плавает» незначительное количество органоидов. Цитоплазма накапливает некоторые вещества: крахмал, гликоген, жиры, полифосфаты в качестве запасов для питания.
  4. Большинство форм без жгутиков, но некоторые бактерии снабжены ими для передвижения.
  5. ДНК образовано одной нитью – это замкнутый в кольцо нуклеотид. Деление клетки происходит за счет обмена наследственной информацией: в центре бактерии образуется перетяжка, которая разделяет ее на две дочерние клетки.

Таблица «Строение бактерий»

Органоиды

Строение и функции

Оболочка

Состоит из двух слоев: мембраны и клеточной стенки из муреина. Некоторые формируют третий слой – слизистую капсулу.

Цитоплазма

Объединяет органоиды и обеспечивает приток питательных веществ.

Ядерное вещество

Одноцепочечная кольцевая ДНК. Она не всегда присутствует в одном экземпляре. В клетку способны встраиваться плазмиды – дополнительные маленькие кольцевые молекулы ДНК.

Рибосомы

Обеспечивают синтез белковых молекул.

Клеточные включения

Дополнительный источник питания: крахмал, гликоген, жиры, гранулы волютина.

Жгутик

Сформирован как вырост одноклеточной оболочки и позволяет клетке перемещаться в пространстве. Бактерия формирует от 1 до 1000 жгутиков (в зависимости от конкретного вида). Жгутики подразделяются на одиночные, расположенные в виде пучка или равномерно распределенные по поверхности. Иногда образуются ворсинки – приспособление для прикрепления к субстрату.

  • На заметку:Бактерии относятся к прокариотам (доядерным организмам). Они устроены просто и уступают по уровню развития клеткам эукариот. Несмотря на примитивное строение, они отлично приспособлены к жизни во внешней среде и вольготно чувствуют себя в организме человека.

Форма простейших микроорганизмов

Бактерии в зависимости от вида различаются формой и размерами.

Внешний вид микроорганизмов

Различие бактерий по типу питания

Живой мир приспособился получать энергию тремя способами. Их освоили простейшие микроорганизмы: это процессы дыхания, брожения и фотосинтеза. Но в эти химические превращения они включают некоторые соединения, недоступные для других видов организмов

Схема «Особенности питания бактерий»

Особенности питания бактерий

По способу питания бактерии разделяют на две группы:

  1. Гетеротрофы— они не способны синтезировать органическое вещество, а питаются готовым.
  2. Автотрофы — способны синтезировать органические вещества из неорганических.
    • сапрофиты — бактерии, которые питаются органическими веществами отмерших организмов (молочно-кислые бактерии, бактерии гниения);
    • паразиты — бактерии, которые питаются органическими веществами живых организмов (менингококки, гонококки);
    • симбионты — тесное сожительство бактерий с живыми организмами, приносящие пользу друг другу (клубеньковые бактерии на корнях бобовых).

Гетеротрофы окисляют органику для построения тела двумя основными способами:

  • при участии кислорода в процессе дыхания;
  • в результате брожения без доступа кислорода (анаэробные условия).

Благодаря микроорганизмам происходит спиртовое, молочнокислое, масляное и другие виды брожений. Спирты и органические кислоты, метанобразующие микроорганизмы превращают в метан и углекислоту.

Эти свойства «мельчайших тружеников» люди используют в хозяйственной деятельности и в одном из направлений науки – биотехнологии. Микробы помогают бороться с вредными насекомыми, сорными травами, очищают сточные воды и зараженный грунт, «съедают» нефтяные пятна.

Значение в природе

Большинство бактерий задействовано в круговороте веществ. В цепи питания играют роль редуцентов, разлагающих продуты жизнедеятельности других организмов, поэтому в основной своей массе они содержатся в почве. На 1 г почвы приходится до 200-500 млн. бактерий гниения. Это группы азотфиксирующих, нитрифицирующих, серобактерий и других микроорганизмов.

Бактерии населяют моря и водоемы. Их обилие наблюдается в прибрежной зоне, где больше питательных веществ. В воздухе микробы поднимаются с потоками воздуха или пылью. Тела большинства живых организмов являются «домом» для маленьких обитателей планеты, которые выполняют в теле хозяина разрушительную или созидательную функцию.

Известны хищные представители этой группы микробов. Их способность пожирать «собратьев» ученые пытаются направить на истребление болезнетворных бактерий. Бактерии Bdellovibrio bacteriovorus работают в качестве «живого антибиотика» против некоторых опасных «собратьев». Этот вид относится к быстро плавающим, который ставит своеобразные рекорды по скорости среди прокариот. Bdellovibrio настигают другие бактерии, пожирая их изнутри, и готовясь к очередному делению. Они «работают» без побочных эффектов.

  • На заметку:Хищные бактерии, способные бороться с болезнетворными формами, помогают найти выход из сложившейся ситуации. Современные болезнетворные бактерии устойчивы к линии антибиотиков, что делает их неуязвимыми и опасными паразитами. Биохимики не успевают разрабатывать лекарства против вновь возникающих опасных штаммов.

Пути размножения

Микроорганизмы этого царства способны к делению следующими способами.

Схема Пути разножения

Схема «Пути размножения»

  1. Деление пополам или удвоение, которое может повторяться неоднократно и привести к образованию до 1000 и более особей за короткий промежуток времени.
  2. Почкование – это способность отделения части материнской клетки с цитоплазмой и органоидами.
  3. Споры – бактериальные клетки, покрытые плотной оболочкой. Образуются из материнской клетки в больших количествах. В таком виде существуют в окружающей среде продолжительно, так как защищены плотной оболочкой от внешних неблагоприятных условий: кипячения, УФ-лучей; радиации, ультразвукового воздействия.

Несмотря на бесполое размножение бактерии способны к изменчивости. Это связано не только с мутациями (перестройкой ДНК по определенным причинам), но и с процессом конъюгации, когда клетки обмениваются участками и даже целыми хромосомами. Иногда они поглощают ДНК, найденное во внешней среде.

  • К сведению:Размер клеток бактерий уступает клеткам других организмов. Это мелкие живые существа от 0,5 до 10 мкм (1 мкм=1/1000мм) и за счет небольших параметров отличаются высокой скоростью деления. При наличии питательного субстрата они размножаются каждые 15-20 мин. Процессы метаболизма в маленьких клетках происходят быстрее.
Читайте также:  Глазные капли Бетоптик

Бактерии – возбудители заболеваний

К вызывающим заболевания или патогенным бактериям относятся паразитические разновидности. Среди шаровидных бактерий известны болезнетворные кокки:

  1. Стафилококки, которые образуют скопления, похожие на виноградные гроздья. Среди них наиболее опасен золотистый стафилококк – источник гнойных воспалений и пищевых отравлений.
  2. Стрептококки представляют собой цепочку клеток, которая сохраняется после деления. Вызывают серьезные воспалительные инфекции: ангину, отит, эндокардит и другие.

Бактерии в форме палочек образуют бациллы, окруженные плотной оболочкой. Способны вызывать ряд опасных заболеваний: сибирскую язву, дифтерию, ботулизм, столбняк, сальмонеллез. Микробы в форме спирали в большинстве безопасны. Известны также условно-патогенные микробы, которые живут в организме человека и никак себя не проявляют до тех пор, пока не ослабнут иммунные, защитные силы организма. С этого момента они становятся источником реальной опасности.

Чума, туберкулез, холера, гонорея, сифилис и другие опасные патологии возникают по вине бактерий. В древности от бактериальных инфекций гибли целые города и царства. Открытие антибиотиков и вакцинация стали спасением человечества от «мелких паразитов». Но антибиотики – не панацея. Даже их наличие не гарантирует 100% избавления от инфекции.

  • К сведению:Человеческий организм представляет собой вместилище для всевозможных видов бактерий: патогенных, условно-патогенных и симбионтов, которые помогают вытеснить колонии вредных микробов, участвуют в переваривании углеводов и синтезе витаминов.

Профилактика заболеваний, вызываемых бактериями

Бактерии населяют окружающий мир и избежать контакта с ними невозможно. Но свести к минимуму их внедрение в организм реально при соблюдении ряда профилактических правил:

  1. Чаще принимать водные процедуры. На поверхности грязной кожи скапливаются бактерии. Это «виновники» неприятного запаха, исходящего от грязного тела.
  2. Промывать продукты (овощи, фрукты, зелень), которые не подвергаются термической обработке. Употреблять свежие продукты и только что приготовленные блюда (особенно это касается десертов и скоропортящихся продуктов).
  3. Избегать контакта с больными людьми, так как большая часть микробов передается контактным и воздушно-капельным путем. Если в доме находится больной, то важна периодическая дезинфекция квартиры.
  4. Стараться избегать скопления людей в период распространения бактериальных инфекций.
  5. Вовремя проводить вакцинации, исходя из графика прививочной карты.

Серьезная защита от бактерий – это крепкий иммунитет. Когда человек закален, физически крепок и ведет подвижный образ жизни, то инфекции отступают. Попавшие в организм бактерии гибнут под воздействием защитного барьера, который организм ставит как преграду на пути инфекций. Но бактерии становятся приспособленными к любым неблагоприятным факторам, а организм человека слабеет с каждым поколением, поэтому победить «невидимого врага» становится труднее.

Строение бактерий

Организм бактерии представлен одной единственной клеткой. Формы бактерий разнообразны. Строение бактерий отличается от строения клеток животных и растений.

В клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды. Носитель наследственной информации ДНК, расположена в центре клетки в свернутом виде. Микроорганизмы, которые не имеют настоящего ядра, относятся к прокариотам. Все бактерии — прокариоты.

Предполагается, что на земле существует свыше миллиона видов этих удивительных организмов. К настоящему времени описано около 10 тыс. видов.

Бактериальная клетка имеет стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с включениями и нуклеотид. Из дополнительных структур некоторые клетки имеют жгутики, пили (механизм для слипания и удержания на поверхности) и капсулу. При неблагоприятных условиях некоторые бактериальные клетки способны образовывать споры. Средний размер бактерий 0,5-5 мкм.

Внешнее строение бактерий

бактериальная клетка - строение

Рис. 1. Строение бактериальной клетки.

Клеточная стенка

  • Клеточная стенка бактериальной клетки является для нее защитой и опорой. Она придает микроорганизму свою, специфическую форму.
  • Клеточная стенка проницаема. Через нее проходят питательные вещества внутрь и продукты обмена (метаболизма) наружу.
  • Некоторые виды бактерий вырабатывают специальную слизь, которая напоминает капсулу, предохраняющую их от высыхания.
  • У некоторых клеток имеются жгутики (один или несколько) или ворсинки, которые помогают им передвигаться.
  • У бактериальных клеток, которые при окрашивании по Граму приобретают розовую окраску (грамотрицательные), клеточная стенка более тонкая, многослойная. Ферменты, благодаря которым происходит расщепление питательных веществ, выделяются наружу.
  • У бактерий, которые при окрашивании по Граму приобретают фиолетовую окраску (грамположительные), клеточная стенка толстая. Питательные вещества, которые поступают в клетку, расщепляются в периплазматическом пространстве (пространство между клеточной стенкой и мембраной цитоплазмы) гидролитическими ферментами.
  • На поверхности клеточной стенки имеются многочисленные рецепторы. К ним прикрепляются убийцы клеток — фаги, колицины и химические соединения.
  • Липопротеиды стенки у некоторых видов бактерий являются антигенами, которые называются токсинами.
  • При длительном лечении антибиотиками и по ряду других причин некоторые клетки теряют оболочку, но сохраняют способность к размножению. Они приобретают округлую форму — L-форму и могут длительно сохраняться в организме человека (кокки или палочки туберкулеза). Нестабильные L-формы обладают способностью принимать первоначальный вид (реверсия).

строение бактериальной стенки грамположительных и грамотрицательных

Рис. 2. На фото строение бактериальной стенки грамотрицательных бактерий (слева) и грамположительных (справа).

Капсула

При неблагоприятных условиях внешней среды бактерии образуют капсулу. Микрокапсула плотно прилегает к стенке. Ее можно увидеть только в электронном микроскопе. Макрокапсулу часто образуют патогенные микробы (пневмококки). У клебсиеллы пневмонии макрокапсула обнаруживаются всегда.

пневмококк

Рис. 3. На фото пневмококк. Стрелками указана капсула (электронограмма ультратонкого среза).

Капсулоподобная оболочка

Капсулоподобная оболочка представляет собой образование, непрочно связанное с клеточной стенкой. Благодаря бактериальным ферментам капсулоподобная оболочка покрывается углеводами (экзополисахаридами) внешней среды, благодаря чему обеспечивается слипание бактерий с разными поверхностями, даже совершенно гладкими.

Например, стрептококки, попадая в организм человека, способны слипаться с зубами и сердечными клапанами.

Функции капсулы многообразны:

  • защита от агрессивных условий внешней среды,
  • обеспечение адгезии (слипанию) с клетками человека,
  • обладая антигенными свойствами, капсула оказывает токсический эффект при внедрении в живой организм.

стрептококки способны вызывать кариес

Рис. 4. Стрептококки способны слипаться с эмалью зубов и вместе с другими микробами являются причиной кариеса.

поражение митрального клапана при ревматизме

Рис. 5. На фото поражение митрального клапана при ревматизме. Причина — стрептококки.

Жгутики

  • У некоторых бактериальных клеток имеются жгутики (один или несколько) или ворсинки, которые помогают передвигаться. В составе жгутиков находится сократительный белок флагелин.
  • Количество жгутиков может быть разным — один, пучок жгутиков, жгутики на разных концах клетки или по всей поверхности.
  • Движение (беспорядочное или вращательное) осуществляется в результате вращательного движения жгутиков.
  • Антигенные свойства жгутиков оказывают токсический эффект при заболевании.
  • Бактерии, не имеющие жгутиков, покрываясь слизью, способны скользить. У водных бактерий содержатся вакуоли в количестве 40 — 60, наполненные азотом.

Они обеспечивают погружение и всплытие. В почве бактериальная клетка передвигается по почвенным каналам.

жгутик бактерий

Рис. 6. Схема прикрепления и работы жгутика.

разные типы жгутиковых микробов

Рис. 7. На фото разные типы жгутиковых микробов.

типы жгутиковых микробов

Рис. 8. На фото разные типы жгутиковых микробов.

  • Пили (ворсинки, фимбрии) покрывают поверхность бактериальных клеток. Ворсинка представляет собой винтообразно скрученную тонкую полую нить белковой природы.
  • Пили общего типа обеспечивают адгезию (слипание) с клетками хозяина. Их количество огромно и составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч. С момента прикрепления начинается любой инфекционный процесс.
  • Половые пили способствуют переносу генетического материала от донора реципиенту. Их количество от 1 до 4-х на одну клетку.

кишечная палочка

Рис. 9. На фото кишечная палочка. Видны жгутики и пили. Фото сделано при помощи туннельного микроскопа (СТМ).

многочисленные пили у кокков

Рис. 10. На фото видны многочисленные пили (фимбрии) у кокков.

бактериальная клетка с фимбриями

Рис. 11. На фото бактериальная клетка с фимбриями.

Цитоплазматическая мембрана

  • Цитоплазматическая мембрана располагается под клеточной стенкой и представляет собой липопротеин (до 30% липидов и до 70% протеинов).
  • У разных бактериальных клеток разный липидный состав мембран.
  • Мембранные белки выполняют множество функций. Функциональные белки представляют собой ферменты, благодаря которым на цитоплазматической мембране происходит синтез разных ее компонентов и др.
  • Цитоплазматическая мембрана состоит из 3-х слоев. Двойной фосфолипидный слой пронизан глобулинами, которые обеспечивают транспорт веществ в бактериальную клетку. При нарушении ее работы клетка погибает.
  • Цитоплазматическая мембрана принимает участие в спорообразовании.

строение клетки бактерий

Рис. 12. На фото отчетливо видна тонкая клеточная стенка (КС), цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) и нуклеотид в центре (бактерия Neisseria catarrhalis).

Внутреннее строение бактерий

строение бактериальной клетки

Рис. 13. На фото строение бактериальной клетки. Строение клетки бактерии отличается от строения клеток животных и растений — в клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды.

Цитоплазма

Цитоплазма на 75% состоит из воды, остальные 25% приходится на минеральные соединения, белки, РНК и ДНК. Цитоплазма всегда густая и неподвижная. В ней содержатся ферменты, некоторые пигменты, сахара, аминокислоты, запас питательных веществ, рибосомы, мезосомы, гранулы и всевозможные другие включения. В центре клетки концентрируется вещество, которое несет наследственную информацию — нуклеоид.

Гранулы

Гранулы состоят из соединений, которые являются источником энергии и углерода.

Мезосомы

Мезосомы — производные клетки. Имеют разную форму — концентрические мембраны, пузырьки, трубочки, петли и др. Мезосомы имеют связь с нуклеоидом. Участие в делении клетки и спорообразовании — их основное предназначение.

Нуклеоид

Нуклеоид является аналогом ядра. Он расположен в центре клетки. В нем локализована ДНК — носитель наследственной информации в свернутом виде. Раскрученная ДНК достигает в длину 1 мм. Ядерное вещество бактериальной клетки не имеет мембраны, ядрышка и набора хромосом, не делится митозом. Перед делением нуклеотид удваивается. Во время деления число нуклеотидов увеличивается до 4-х.

срез бактериальной клетки

Рис. 14. На фото срез бактериальной клетки. В центральной части виден нуклеотид.

Плазмиды

Плазмиды представляют собой автономные молекулы, свернутые в кольцо, двунитевой ДНК. Их масса значительно меньше массы нуклеотида. Несмотря на то, что в ДНК плазмид закодирована наследственная информация, они не являются жизненно важными и необходимыми для бактериальной клетки.

бактериальная плазмида

Рис. 15. На фото бактериальная плазмида. Фото сделано с помощью электронного микроскопа.

Рибосомы

Рибосомы бактериальной клетки участвуют в синтезе белка из аминокислот. Рибосомы бактериальных клеток не объединены в эндоплазматическую сеть, как у клеток, имеющих ядро. Именно рибосомы часто становятся «мишенью» для многих антибактериальных препаратов.

Включения

Включения — продукты метаболизма ядерных и безъядерных клеток. Представляют собой запас питательных веществ: гликоген, крахмал, сера, полифосфат (валютин) и др. Включения часто при окраске приобретают иной вид, чем цвет красителя. По валютину можно диагностировать дифтерийную палочку.

Формы бактерий

Форма бактериальной клетки и ее размер имеет большое значение при их идентификации (распознании). Самые распространенные формы — шаровидная, палочковидная и извитая.

основные формы бактерий

Таблица 1. Основные формы бактерий.

Шаровидные бактерии

Шаровидные бактерии называют кокками (от греческого coccus — зерно). Располагаются по одному, по двое (диплококки), пакетами, цепочками и как гроздья винограда. Данное расположение зависит от способа деления клетки. Самые вредные микробы — стафилококки и стрептококки.

микрококки

Рис. 16. На фото микрококки. Бактерии круглые, гладкие, имеют белую, желтую и красную окраску. В природе микрококки распространены повсеместно. Живут в разных полостях человеческого организма.

 бактерии диплококки

Рис. 17. На фото бактерии диплококки — Streptococcus pneumoniae.

бактерии сарцины

Рис. 18. На фото бактерии сарцины. Кокковидные бактерии соединяются в пакеты.

бактерии стрептококки

Рис. 19. На фото бактерии стрептококки (от греческого «стрептос» — цепочка).

Располагаются цепочками. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.

 бактерии «золотистые» стафилококки

Рис. 20. На фото бактерии «золотистые» стафилококки. Располагаются, как «гроздья винограда». Скопления имеют золотистую окраску. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.

Палочковидные бактерии

Палочковидные бактерии, образующие споры, называются бациллами. Они имеют цилиндрическую форму. Самым ярким представителем этой группы является бацилла сибирской язвы. К бациллам относятся чумные и гемофильные палочки. Концы палочковидных бактерий могут быть заострены, закруглены, обрублены, расширены или расщеплены. Форма самих палочек может быть правильной и неправильной. Они могут располагаться по одной, по две или образовывать цепочки. Некоторые бациллы называют коккобациллами, так как они имеют округлую форму. Но, все же, их длина превышает ширину.

Диплобациллы — сдвоенные палочки. Сибиреязвенные палочки образовывают длинные нити (цепочки).

Образование спор изменяет форму бацилл. В центре бацилл споры образуются у маслянокислых бактериях, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах бацилл, придавая им вид барабанных палочек.

бактериальная клетка палочковидной формы

Рис. 21. На фото бактериальная клетка палочковидной формы. Видны множественные жгутики. Фото сделано с помощью электронного микроскопа. Негатив.

бактерии палочковидной формы

Рис. 22. На фото бактерии палочковидной формы, образующие цепочки (сибиреязвенные палочки).

 палочковидная бактерия рода протей

Рис. 23. На фото клетка бактерии палочковидной формы рода протей.

маслянокислые бациллы

Рис. 24. У маслянокислых бацилл споры образуются в центре, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах, придавая им вид барабанных палочек.

Извитые бактерии

Не более одного оборота имеют изгиб клетки холерных вибрионов. Несколько (два, три и более) — кампилобактерии. Спирохеты имеют своеобразный вид, который отображен в их названии — «спира» — изгиб и «хатэ» — грива. Лептоспиры («лептос» — узкий и «спера» — извилина) представляют собой длинные нити с тесно расположенными завитками. Бактерии напоминают извитую спираль.

холерный вибрион

Рис. 25. На фото холерный вибрион.

бактерии спирохеты

Рис. 26. На фото бактерии спирохеты. Они имеют своеобразный вид, который отображен в их названии — «спира» — изгиб и «хатэ» — грива.

бактериальная клетка спиралеподобной формы

Рис. 27. На фото бактериальная клетка спиралеподобной формы — возбудитель «болезни укуса крыс».

бактерии лептоспиры

Рис. 28. На фото бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний.

бактерии лептоспиры

Рис. 29. На фото бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний.

Булавовидные

Булавовидную форму имеют коринебактерии — возбудители дифтерии и листериоза. Такую форму бактерии придает расположение метахроматических зерен на ее полюсах.

коринебактерии

Рис. 30. На фото коринебактерии.

Подробно о бактерияx читай в статьях:

Бактерии живут на планете Земля более 3,5 млрд. лет. За это время они многому научились и ко многому приспособились. Суммарная масса бактерий огромна. Она составляет около 500 миллиардов тонн. Бактерии освоили практически все известные биохимические процессы. Формы бактерий разнообразны. Строение бактерий за миллионы лет достаточно усложнилось, но и сегодня они считаются наиболее просто устроенными одноклеточными организмами.

Бактериальная клетка – особенности строения, состав и функции

С развитием науки люди узнают всё больше об окружающем мире. Микробиология позволяет проникнуть в тайны жизни и использовать полученные знания во благо человечества. В классах средней школы учеников знакомят с самыми мелкими организмами, существующими на Земле. Изучение строения бактериальной клетки будет увлекательным исследованием для молодого поколения.

  • Размер и форма
  • Клеточная стенка
  • Цитоплазматическая мембрана
  • Другие внеклеточные структуры
  • Компоненты цитоплазмы
  • Деление клеток

Исследование бактериальной клетки

Размер и форма

Бактерии, которые относятся к прокариотам, считаются самыми мелкими живыми организмами, известными сегодня науке. Они могут иметь разные формы тела, которые влияют на процессы их жизнедеятельности. Их составляющие делятся на постоянные и непостоянные. Структурные компоненты прокариотов отличаются от растительных и животных клеток. В учебниках биологии часто приводятся таблицы и рисунки с обозначениями структур, по которым можно найти различия между разными организмами.

Читайте также:  Фокальная эпилепсия

Размер бактерий варьируется в пределах 0,2−10 мкм. Но есть разновидности, достигающие до 600 мкм в длину и 100 мкм в диаметре, которые можно увидеть невооружённым глазом. Микроорганизмы с размером тела меньше 0,5 мкм называются нанобактериями. Они могут проходить через мембранные фильтры. Многим из них, например, микоплазмам и хламидиям, характерен паразитический образ жизни. А есть такие, что относятся к хищным разновидностям.

Разделяют бактериальные клетки по форме:

  • сферические (кокки);
  • палочковидные (бациллы);
  • изогнутые (вибрионы);
  • спиралевидные (спириллы);
  • спирально извитые (спирохеты).

Бактериальная клетка и другие внешние образования

Коккобациллы отличаются формой, промежуточной между сферической и палочковидной. Бактерии могут образовывать устойчивые комбинации в виде пары палочек (диплобациллы) или кокков (диплококки), которые можно рассмотреть в микроскоп. Цепочки палочек называются стрептобациллами, а сочетания кокков — стрептококки. Некоторые организмы соединяются в розетки, гроздья или сети. Среди необычных форм встречаются звёздчатые варианты. Существуют прокариоты, которые в течение жизненного цикла меняют морфологию. Некоторые микроорганизмы включают клетки, несущие стебельки и иные придатки.

Клеточная стенка

Микроорганизмы группируют на грамположительные и грамотрицательные, в зависимости от особенностей строения. Бактериальная клетка окружена жёсткой клеточной стенкой, которая состоит из пептидогликана (муреина). Этот полимер представляет собой полисахаридные цепи, соединённые пептидными сшивками.

Клеточная стенка считается жизненно важной частью для бактерий, поскольку любые антибиотики не дают им формироваться. Неправильный рост грамотрицательных видов способствует образованию сферопластов. Эти структурные единицы лишены клеточной стенки или могут быть покрыты дефектным слоем. Однако они могут размножаться, взаимодействовать с бактериофагами, а при благоприятной среде восстанавливаться до нормальной структуры.

Клеточная стенка обеспечивает механическую прочность клетки и противостоит её внутреннему давлению, поддерживает форму бактерии. Через небольшие отверстия муреина могут проходить только молекулы массой до 50 кДа. При необходимости для белков жгутиков, пилей и ДНК отверстия для их прохождения расширяются, благодаря специфическим гидролазам пептидогликана.

Цитоплазматическая мембрана

Следующий обязательный слой бактериальной клетки — мембрана. Её покрывает клеточная стенка, что видно на схеме.

Бактериальная клетка, варианты форм структур

Клеточную мембрану также именуют цитоплазматической. Она представлена липидным бислоем, через который внутрь клетки поступают питательные вещества.

Мембрана поддерживает осморегуляцию прокариота, обеспечивает секрецию белков и участвует в формировании клеточной стенки. Она поддерживает биосинтез внеклеточных полимеров, получает регуляторные сигналы из внешней среды. Цитоплазматическая мембрана участвует в передаче ДНК, синтезе и разделении дочерних хромосом при размножении бактерий.

Липидный бислой включает разные белки. Его химический состав разнообразнее мембран эукариотических составляющих. В бактериях цитоплазматический слой меняет свойства, варьируя жирные кислоты в составе липидов. Мембрана содержит гопаноиды, которые заменяют стероиды. Пентациклические соединения на основе гопана участвуют в нормализации физических свойств липидного бислоя.

Другие внеклеточные структуры

Внешние структуры бактериальной клетки представлены не только клеточной стенкой и мембраной. У многих видов этих микроорганизмов есть капсула из экзополисахаридов. В ней содержатся линейные или разветвлённые полигликаны и полипептиды. Капсула защищает клетки непатогенных бактерий от высыхания. У патогенных видов она увеличивает вирулентность, поэтому иммунной системе сложно их подавить и уничтожить.

Бактериальные клетки могут иметь и другие внеклеточные структуры:

Особенности строения бактериальной клетки и функции её компонентов

  1. S-слой состоит из упорядоченных белковых субъединиц. Присутствует не у всех микроорганизмов. Есть бактерии, у которых он выступает единственной плотной оболочкой. S-слой не участвует в образовании формы бактерий. Он защищает их тела от внешних факторов и препятствует попаданию экзогенных молекул.
  2. Жгутик. Подвижность бактерий обусловлена наличием одного или нескольких жгутиков, которые расположены на поверхности. Белковые структуры могут находиться на противоположных полюсах тельца или быть собраны в пучки. У некоторых бактерий они разбросаны по всей поверхности. Клетка движется, когда жгутик начинает вращаться по часовой стрелке или против неё.
  3. Пили (фимбрии). Белковые структуры в виде ворсинок расположены на поверхности большинства бактерий. Пили участвуют в конъюгации микроорганизмов, прикреплении их к субстрату и иным клеткам. Они помогают адаптироваться прокариотам к новым условиям. Фимбрии могут быть тонкими и напоминать нити. Встречаются клетки, у которых пили представляют собой толстые палочкообразные структуры с осевыми отверстиями.

У разных видов бактерий могут быть дополнительные внеклеточные образования. Если слизистая структура покрывает не отдельную бактерию, а скопление структурных единиц, её называют чехлом. Такая оболочка встречается у хламидий и цианобактерий.

Бактериальная клетка под микроскопом

Некоторые грамотрицательные бактерии обладают шипами, которые представляют собой полые белковые структуры. Они состоят из спирально уложенных молекул спинина и прикреплены к мембране. Шипы могут быть конической или конусообразно-цилиндрической формы.

Есть виды бактерий, которые характеризуются газовыми вакуолями. Объёмные структуры, наполненные газом, имеют сферическую, игольчатую или цилиндрическую форму. Они прикрепляются к поверхности клетки и содержат запасной кислород, если в окружающей среде его очень мало.

Компоненты цитоплазмы

Внутри цитоплазматической мембраны заключена сложная динамическая система, называемая цитоплазмой. Она представляет собой специфический водный раствор с различными включениями.

Компоненты цитоплазмы:

Свойства клеток

  • Рибосомы. Размер круглых органоидов варьируется в пределах 15−20 нм. Рибосомы синтезируют белок из аминокислот. Это основная функция структуры. Рибосома также соединяет белоксинтезирующую систему и транспортирует РНК.
  • Мезосомы. Мембранное образование характерно для большинства прокариотов. Структуры характеризуются формой трубочек, пузырьков или петель. Главная функция мезосом — создание энергии. Частицы участвуют в делении бактериальных клеток и формировании спор.
  • Гранулы. Эти частицы выступают дополнительным источником энергии для бактерий. В них содержатся полисахариды, небольшой объём жира и крахмал. Гранулы могут быть любой формы.

В центре прокариотов находится нуклеоид, который заменяет ядро. Он хранит основную часть клеточной информации микроорганизма. Нуклеоид представлен кольцом из молекулы ДНК длиной примерно 1 мкм. Он способен сохранить до 1000 признаков. С помощью этой структуры признаки и свойства передаются от бактерии потомству.

Деление бактериальной клетки

Плазмиды напоминают молекулы ДНК, но в них отсутствуют хромосомные факторы наследственности. Основная функция внутриклеточных структур — передача их свойств другим микроорганизмам. Плазмиды способны сохранять генетическую устойчивость к антибиотикам. Также они устойчивы к ультрафиолету и тяжёлым металлам. Обычно обладают кольцевой формой, но не исключена и линейная.

Деление клеток

Размножение одноклеточных микроорганизмов, в том числе и бактерий, происходит путём деления клетки. Сначала она удлиняется, а внутри неё появляется поперечная перегородка. Затем структура разделяется на 2 равные по размеру дочерние клетки, которые потом расходятся.

Внутренние компоненты, деление микроорганизмов

Главное отличие размножения клетки бактерий в том, что в процессе размножения участвует реплицированная ДНК. При бинарном делении образуется перегородка под названием септа. Она помогает разделить дочерние части, постепенно расслаиваясь в середине материнской клетки.

Также у некоторых микроорганизмов может наблюдаться неравноценное деление. Например, у грамотрицательной бактерии Caulobacter crescentus одна дочерняя структурная единица подвижная и обладает жгутиком для хемотаксиса. А вторая клетка остаётся прикреплённой к субстрату с помощью стебелька. Подвижные микроорганизмы сначала пребывают в свободном плавании, а потом делятся на части. Репликация хромосом и размножение бактерий происходит на стадии прикреплённой клетки.

При благоприятных условиях микроорганизмы быстро растут и размножаются. Популяция некоторых видов бактерий может удваиваться через каждые 10 минут.

Строение бактериальных клеток довольно простое, хотя за много лет существования их структура достаточно усложнилась. Учёные открыли больше 10 тыс. этих видов прокариотов, однако они считают, что на планете есть ещё много нераскрытых микроорганизмов.

Царство бактерий: особенности строения и жизнедеятельности

Что такое бактерии, знают многие. Это группа доядерных одноклеточных организмов, которая является, пожалуй, самой древней из всех живых организмов на нашей планете. Это царство бактерий, особенности строения и жизнедеятельности которых будут рассмотрены ниже, огромно – порядка 10 000 их видов разбросано по всему свету. А вот вирусы не могут «похвастаться» таким разнообразием. Бактерии являются самыми примитивными организмами, однако их роль в природе и в жизни людей велика. И хотя в окружающем мире много и других мельчайших организмов, например, вирусов, но бактериальные микроорганизмы более распространены как во внешнем мире, так и внутри живых существ.

среда обитания бактерий

Эти доядерные организмы, как правило, бесцветны, и лишь немногие из них могут «похвастаться» яркой пурпурной или зеленой окраской. Встретить их в природе можно в воде, в воздухе, в почве, внутри животных и, конечно, в организмах людей. Одни виды этих микробов могут существовать в природе только при наличии кислорода в атмосфере, другие прекрасно обходятся без него в процессе своей жизнедеятельности.

В тело человека или животных эти микробы попадают из внешнего мира с дыханием или с пищей. Одни бактерии прекрасно существуют во внутренних органах живых существ, другие обитают только на коже и других частях тела человека и животных. А вот вирусы не могут жить и размножаться в природе, а только в клетках живых существ. Это одно из основных различий между бактериями и вирусами.

отличия бактерий и вирусов

Изучает виды бактерий, особенности их строения и жизнедеятельности такая наука, как бактериология.

Форма тела бактерий, способы передвижения и размножения

В природе существует множество разновидностей этих доядерных микроорганизмов. Их роль в жизни всей планеты велика. Различаются они, например, по форме:

  • кокки имеют шарообразную форму;
  • стрептококки – это цепочка из отдельных кокков;
  • стафилококки встречаются в виде гроздей кокков;
  • диплококки – это сдвоенные бактерии, помещенные в одну капсулу со слизью;
  • бациллы похожи на палочки;
  • вибрионы изогнуты, как запятые;
  • спириллы имеют спиралевидную форму.

Все эти виды микробов передвигаются с помощью специальных жгутиков, состоящих из флагеллина. Этот орган передвижения может находиться с одной стороны клетки, с двух сторон или по всех поверхности. Главная функция жгутиков – осуществлять передвижение этих микроорганизмов как в природе, так и внутри живых существ. А вот у вирусов подобных «помощников» для передвижения нет.

Строение бактериального жгутика

Практически все эти микробы размножаются путем клеточного деления, однако есть некоторые виды (небольшое количество), размножение которых происходит исключительно почкованием. Спорообразование, присущее бациллам и клостридиуму, играет защитную роль при неблагоприятных условиях окружающего мира и является одним из способов сохранения вида.

Как выглядит клетка бактерии в разрезе

Очень любопытно посмотреть, каковы особенности строения одной клетки в разрезе. Снаружи она окружена специальной защитной оболочкой, носящей название стенки. Именно эта оболочка, достаточно плотная, является защитным барьером, преградой для негативных внешних воздействий. Другой главной функцией клеточной стенки является опорная. Именно оболочка придает всем разновидностям бактерий их своеобразную форму.

Строение бактериальной клетки

Защитная стенка клеток бактерий по своему строению похожа на оболочки клеток растений. Именно через эти стенки питательные вещества проникают в цитоплазму, а продукты их распада выводятся наружу. Если есть необходимость, то вокруг защитной стенки возникает капсула из слизи. Роль такой капсулы – уберечь бактерию от высыхания.

Жгутики или ворсинки встречаются на поверхности многих разновидностей этих мельчайших микробов. Их роль в жизнедеятельности бактерий огромна – именно с помощью таких приспособлений такие доядерные микроорганизмы передвигаются. Таковы наиболее важные особенности строения бактерий.

Особенности внутреннего строения

Теперь необходимо рассказать об основных особенностях строения бактериальной клетки. Внутри она заполнена цитоплазмой. Эта полужидкая субстанция содержит в себе различные ферменты, а также дополнительные вещества, необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов. Клетки любых бактерий лишены ядра. Основная генетическая информация находится в центре клетки. Это главные особенности строения клетки такого микроба.

К особенностям строения клетки бактерии можно отнести и то, что между клеточной стенкой и самой цитоплазмой располагается специальная мембрана. В состав вещества, заполняющего клетку, входят белки, различные другие включения, а также рибосомы – маленькие гранулы, с помощью которых в ней происходит синтезирование белков.

Также в состав цитоплазмы входят другие запасные питательные вещества – полисахариды, гликоген, полифосфаты. Эти «запасы» данные микробы расходуют в процессе питания или при передвижениях.

Таковы основные особенности строения и жизнедеятельности бактерий. Но необходимо напомнить и некоторые другие основные интересные детали, связанные с этой большой группой микроорганизмов.

Грамположительные и грамотрицательные разновидности

В конце ΧΙΧ века врач из Дании Г.К. Грам предложил специальный метод исследования бактерий по их свойствам с помощью окраски клеток специальными веществами.

Согласно этому методу, производится окраска клеток метиловым фиолетовым красителем (или другими аналогичными анилиновыми красителями), а для фиксации цвета в краситель добавляется йодовый раствор.

Затем препараты бактерий промываются спиртовым раствором. Те бактерии, у которых краска не смывается, считаются грамположительными. Если же после промывания препараты опять становятся бесцветными, то их называют грамотрицательными.

грамотрицательные и грамположительные бактерии

Данный метод позволяет разделить все существующие разновидности этих микроорганизмов на два типа, в зависимости от внутреннего строения клеточных стенок. Очень важно уметь клиническим способом разделять грамположительные и грамотрицательные бактерии, чтобы правильно поставить диагноз при инфекционном заболевании. Ведь именно к грамположительным бактериям относятся стафилококки и стрептококки – возбудители очень серьезных болезней у людей. Бактериальные клетки могут проникать в организм человека с дыханием, с пищей или через предметы общего пользования с больным человеком. А вот вирусы попадают на слизистые оболочки людей в основном воздушно-капельным путем.

Значение микробов в нашей жизни

Основное отличие бактерий от вирусов в том, что первые могут не только причинять вред живым существам, но и активно помогать им. Роль этих одноклеточных организмов и их жизнедеятельности в жизни человека нельзя недооценивать. «Плохие» бактериальные микроорганизмы вызывают различные по степени тяжести заболевания у животных и растений. А «хорошие» бактерии благодаря своей жизнедеятельности:

  • улучшают работу желудочно-кишечного тракта,
  • сдерживают размножение патогенных форм бактерий и грибков.

бактерии-помощники

В природе различные виды этих микроорганизмов благодаря особенностям своей жизнедеятельности помогают в разложении органики, отмерших тканей растений, трупов животных. Результатом таких процессов является образование различных соединений (аммиака, двуокиси углерода и т. д.), которые затем принимают участие в круговороте в природе неорганических веществ. Таким образом, бактерии играют большую роль и в круговороте неорганических веществ в окружающей нас природе.

Молочнокислые живые бактерии используются для приготовления различных видов продуктов питания на основе молока домашних животных. В состав дрожжей, активно использующихся при выпечке большинства сдобной хлебобулочной продукции, также входят эти полезные бактерии. Благодаря активной жизнедеятельности этих одноклеточных хорошо подходит дрожжевое тесто, сквашивается молоко и т. д. А вот у вирусов никаких полезных для человека свойств не обнаружено.

хлебопекарные дрожжи

Перечислять полезные и вредные особенности этих микробов можно очень долго. Но однозначно можно сказать, что роль этих одноклеточных в нормальном существовании всего живого и неживого на нашей планете огромна.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

Ссылка на основную публикацию