Подцарство настоящие бактерии - НАДЦАРСТВО ДОЯДЕРНЫЕ ОРГАНИЗМЫ (ПРОКАРИОТЫ).ЦАРСТВО ДРОБЯНКИ - БОТАНИКА

Бактерии — это в основном одноклеточные и колониальные организмы. Условно их относят к царству растений, однако связь бактерий с высшими растениями или водорослями не доказана.

Существуют следующие морфологические типы бактерий.

1. Кокки (сферические формы):

а) диплококки (располагаются попарно);

б) стрептококки (образуют цепочки);

в) стафилококки (скопление в виде грозди винограда);

г) сарцины (образуют скопления кубической формы).

2. Бациллы (палочковидные формы):

а) диплобациллы (располагаются попарно);

б) стрептобациллы (образуют цепочки).

3. Спириллы (спиральные формы — негнущиеся и состоящие из одного или большого числа витков спирали).

4. Вибрионы (негнущиеся, представляющие собой лишь часть витка спирали).

5. Спирохеты (спиральные формы — изгибающиеся и состоящие из нескольких витков) (рис. 4.25).

Рис. 4.25. Различные формы бактерий: а — кокки: 1 — кокки; 2 — стрептококки (многие виды вызывают инфекционные заболевания верхних дыхательных путей); 3 — стафилококки (разные штаммы вызывают фурункулез, воспаление легких, пищевые отравления); 4 — диплококки (две клетки в одной капсуле, например, пневмококк — возбудитель пневмонии); б — бациллы (палочковидные): 1 — одиночные палочки (возбудитель брюшного тифа); 2 — бациллы с эндоспорами (например, возбудитель столбняка); 3 — палочки, образующие цепочки клеток (возбудитель сибирской язвы); в — спириллы (спиралевидные) — спиральная палочка с одним жгутиком. По форме клеток на спириллы похожи спирохеты, но. есть различия по способу передвижения, например, возбудитель сифилиса; г — вибрионы — короткие палочки, всегда изогнутые в виде запятой (возбудитель холеры)

Строение. Совокупность всех веществ, составляющих содержимое клетки, называется протопластом. К первичным производным протопласта относится клеточная оболочка и вакуоль. Снаружи протопласт одет цитоплазматической мембраной. Цитоплазма бактерий имеет зернистый вид. В химическом отношении цитоплазма представляет собой сложную смесь белков, жиров, углеводов, многочисленных других органических соединений, минеральных веществ и воды. Значительная часть органических веществ находится в коллоидном состоянии, причем они всегда тесно перемешаны.

Ядерный аппарат бактерий обычно называют нуклеоидом. Генетический материал представлен одной гигантской молекулой ДНК. Нить ДНК у бактерий прикрепляется какой-либо частью к цитоплазматической мембране или ее выростам с помощью специфических белков. Таким образом, цитоплазматическая мембрана у бактерий принимает участие в делении нуклеоида. Кроме рибосом в цитоплазме бактерий можно обнаружить сложные мембранные структуры в виде самостоятельных телец — мезосом. Мезосомы выполняют функцию аппарата Гольджи.

Плазматическая мембрана бактерий сверху покрыта клеточной оболочкой. В составе клеточной стенки бактерий отсутствует хитин и целлюлоза, характерные для грибных и растительных клеток. Опорный каркас стенок образован гликопептидом (мукопротеидом) муреином. Поверх клеточной оболочки располагается капсула или слизистый слой. Эта часть клеточной стенки, являясь дополнительной защитой бактерий, также служит дни формирования колоний из отдельных клеток.

Многие бактерии подвижны. Органами движения у них служат жгутики и тонкие палочковидные белковые выросты — пили, или фимбрии. Жгутики берут свое начало под цитоплазматической мембраной, закрепляясь там с помощью пары дисков (рис. 4.26).

Рис. 4.26. Обобщенная схема строения палочковидной бактерии: 1 — жгутик; 2 — капсула; 3 — клеточная стенка; 4 — плазматическая мембрана; 5 — фотосинтетические мембраны; 6 — рибосомы; 7 — запасные питательные вещества; 8— пили, или фимбрии; 9 — цитоплазма; 10 — кольцевая молекула ДНК; 11 — мезосома

Колонии большинства бактерий, растущих на неокрашенных средах, бывают сероватыми или беловатыми; иногда они полупрозрачны, а иногда совсем непрозрачны. Однако для некоторых видов характерно образование самых разнообразных пигментов (бактериохлорофилл, цитохромы, липохромы и др.).

По типу питания бактерии подразделяются на автотрофы (хемосинтетики) и гетеротрофы (сапрофиты, симбионты, паразиты).

По типу дыхания бактерии бывают анаэробами (столбнячная палочка) и аэробами (туберкулезная палочка).

Бесполое размножение бактерий. После достижения определенных (критических) размеров клетка подвергается делению. Дня подавляющего большинства прокариот характерно равновеликое бинарное поперечное деление, приводящее к образованию двух одинаковых дочерних клеток. Весь цикл деления прокариот можно разделить на три стадии:

1. Редупликация (начинается в точке прикрепления кольцевой хромосомы к цитоплазматической мембране, которая определяет начало и конец ее репликации).

2. Синтез мембраны в области контакта ДНК с цитоплазматической мембраной. Это приводит к разделению (растаскиванию) дочерних молекул ДНК и оформлению обособленных хромосом.

3. Образование поперечной перегородки. Синтез поперечной перегородки идет от периферии к центру. Она разделяет две дочерние хромосомы, каждая из которых прикреплена к цитоплазматической мембране (рис. 4.27).

Рис. 4.27. Схема деления бактериальной клетки при бесполом размножении: 1 — материнская клетка; 2 — редупликация; 3 — синтез мембраны; 4 — образование поперечной перегородки

Простое деление клетки в благоприятных условиях наступает каждые 15 — 20 мин.

Половое размножение бактерий. При равновеликом бинарном делении материнская клетка, делясь, дает начало двум дочерним клеткам, и сама, таким образом, исчезает.

У некоторых бактерий известен половой процесс, при котором происходит лишь генетический обмен между клетками, но не происходит образования новых клеток. Он состоит в прямом контакте двух клеток, при этом формируется (клеткой-донором, выполняющей мужские функции) специальный вырост — копуляционный канал, по которому генетический материал (ДНК) передается в клетку-реципиент (имеющую женскую потенцию). Такой процесс называется конъюгацией. Очень часто наблюдается передача не всей молекулы ДНК, а только ее фрагментов.

У бактерий имеются и другие способы передачи наследственного материала. Это трансформация и трансдукция. Первая осуществляется путем внесения ДНК разрушенных клеток одной культуры в живую культуру другой бактерии. Трансдукция проявляется в переносе генетического материала от одной культуры к другой с помощью бактериофагов. Эти способы передачи наследственного материала расцениваются как хромосомные мутации.

Значение бактерий.

1. Участвуют в экосистемах в разрушении мертвого органического материала и тем самым принимают непосредственное участие в круговороте углерода, азота, фосфора, серы, железа и других элементов.

2. С активностью бактерий связаны такие важнейшие процессы в природе, как симбиотическая (клубеньковые бактерии) и несимбиотическая (азотобактерии) фиксации молекулярного азота.

3. Многие виды бактерий человек использует в народном хозяйстве: получение органических продуктов в результате брожения (уксуснокислые, лактобактерии).

4. Служат источником для получения антибиотиков (стрептомицин, грамицидин).

5. Бактерии используются для создания новых способов получения важнейших для промышленности веществ, в том числе спиртов, органических кислот, сахаров, полимеров, аминокислот и ряда ферментов.

6. Симбиотические бактерии кишечника млекопитающих (микрофлора) участвуют в синтезе ряда витаминов группы В и витамина К, а также расщепляют клетчатку.

7. На основе знаний генетики и молекулярной биологии работы на микроорганизмах проводятся с помощью манипуляций с индивидуальными генами (генетическая инженерия). И настоящее время удалось успешно перенести гены человеческого инсулина в геном кишечной палочки, и уже началось промышленное получение этого гормона.

8. Многие виды бактерий служат причиной болезни растений и животных, в том числе человека.