Будова та хімічний склад бактеріальної клітини

Бактерії набагато більші за вірусів, та все одно побачити їх можна лише під мікроскопом. Звідси – їх назва – мікроби. Наука яка вивчає мікроорганізми, зокрема бактерії називається мікробіологією.

Бактерії - це найдавніші організми, які належать до царства Дроб'янки надцарства Прокаріоти. Вони з'явилися на Землі понад 4,5 млрд років тому і збереглися до нашого часу.

Бактерії - велика група одноклітинних мікроорганізмів, які характеризуються відсутністю оточеного оболонкою клітинного ядра. Клітини відрізняються одна від одної розміром, формою, походженням, особливостями організації.

Вперше бактерії спостерігав Антоній ван Левенгук в 1674 році, використовуючи мікроскоп, який сконструював сам. Назва «бактерія» з'явилося пізніше, вона була запропонована Крістіаном Ернбергом в 1828, виведене з грецького слова bakterion, яке означало «маленька паличка».

Хоча й існують бактеріальні скам'янілості, наприклад строматоліти, відсутність у них відмітної морфології перешкоджає їх використання для отримання даних щодо минулої історії бактеріальної еволюції, або датувати час походження бактерій.

Хоча в 19 столітті вже було відомо, що бактерії - причина багатьох хвороб, не існувало ніяких ефективних засобів антибактеріального лікування.

У 1910 році Пауль Ерліх створив перший антибіотик, модифікувавши фарбник, який вибірково фарбував бактерію Treponema pallidum - спірохету, що викликає сифіліс - у речовину, яка вибірково вбиває патоген.

Ерліх був також нагороджений Нобелівською премією за свою роботу з імунології та відкриття використання фарбників для виявлення та ідентифікації бактерій, його робота стала основою для створення фарбування за Грамом і фарбування за Зіль-Нельсеном.

Важливий крок вперед у вивченні бактерій був зроблений в 1977 році Карлом Воузом, який встановив, що археї - окрема від бактерій лінія еволюційного розвитку. Ця нова філогенетична таксономія була заснована на встановленні послідовності 16S рибосомної РНК і поділила прокаріоти на два окремих групи, як частину системи трьох доменів.

По формі клітин бактерій поділяються на 3 групи:

- сферичні (мікрококи, диплококи, стрептококи, стафілококи і сарцини);

- паличкоподібні (рикетсії, хламідії, мікоплазми, актиноміцети);

- звивисті (спірохети, лептоспіри).

Бактерії - це найпоширеніша група організмів. Вони присутні у ґрунті, воді, повітрі та як симбіонти у інших організмах. Наприклад, в грамі ґрунту міститься біля 40 млн бактеріальних клітин. Бактерії (можливо, разом з археями) складають більше половини біомаси Землі, зокрема половину органічного вуглецю і більш ніж 90% органічних фосфору та азоту.

Планктонні бактерії відповідають за від 50% до 90% (за різними оцінками) світового виробництва кисню.

В організмі людини звичайно міститься в 10 разів більше бактерій, ніж людських клітин, найбільша кількість цих бактерій знаходиться на шкірі і в травному тракті. Багато з них патогенні, тобто викликають хвороби. Загалом, бактерії критичні для існування всіх земних екосистем, вони незамінні на багатьох кроках кругообігу речовин у природі, наприклад, у переробці залишків вищих організмів та фіксації атмосферного азоту.

А ще бактерій робить “непереможними” надзвичайна різноманітність у способах живлення. Переважна більшість їх удовольняється готовими органічними речовинами, але є й такі що містячи пігмент бактеріохлорофіл, самі виробляють органічні речовини з участю сонячної енергії, а деякі пристосувалися використовувати енергію хімічних зв'язків неорганічних молекул сполук сірки, заліза та аміаку.

Оболонка.

а) Зовнішня - клітинна стінка - тонка, еластична. До складу входить муреїн, який придає бактеріальній клітині певну форму, захищає склад клітини від дії факторів навколишнього середовища і виконує інші функції.

б) Напівпроникна плазматична мембрана забезпечує вибіркове поступлення речовин у клітину і виділення в навколишнє середовище продуктів обміну, а також утворює вп'ячування - вирости всередину цитоплазми - мезосоми.
На мембранах мезосом розміщуються ферменти, а у форосинтетиків пігменти, що можуть виконувати функції мітохондрій, хлоропластів або апарату Гольджі. Багато бактерій зовні клітинної стінки утворюють слизову капсулу.

2. Цитоплазма, в якій містяться:

а) Нуклеотид - ядерна ділянка зі спадковими матеріалами (кільцева молекула ДНК), який контролює всі внутрішньоклітинні процеси. Ядерець немає.

б) Рибосоми - велика кількість - до 20 тис., за будовою подібні до рибосом еукаріот, але дрібніші за розмірами.

в) У деяких бактерій є газові вакуолі (бактерії водойм і ґрунтів). За допомогою цих вакуолей бактерії можуть переміщуватись у водному середовищі з мінімальними втратами енергії.

г) Запасні поживні речовини, що містяться в цитоплазмі: вуглеводи, глікоген і крохмаль), жири, білки, поліфосфати, сірка та інші мінеральні речовини.

д) У деяких бактерій можуть міститись пігменти (ціанобактерії) - бактеріохлорофіл, бактеріолуркурин, бактеріофікоеритрин, та більшість бактерій - безбарвні.

3. Органами руху є джгутики (один - кілька). Складається з однієї молекули специфічного білка. Можуть бути у декілька разів довші за саму клітину, але незначного діаметру. Чимало бактерій спроможні активно пересуватися за допомогою джгутиків, побудованих із речовини, яка в еукаріотів не трапляється. Обертаються вони як колесо – ще одна ознака яка притаманна лише бактеріям. Ці біологічні організми пересуваються з великою швидкістю: за секунду долають відстань, яка в 20 разів перевищує розмір їхнього тіла.

4. Пілі(фімбрії) - ниткоподібні утвори з білків чи полісахаридів - сприяють прикріпленню клітин до субстрату (середовища) або беруть участь у статевому процесі.

Дихання: Дихають бактерії всією поверхнею клітини, за відношенням до кисню бактерії поділяються на: аероби - використовують кисень; анаероби - живуть без кисню.

Живлення: За характером живлення бактерії поділяють на автотрофні і гетеротрофні.

1. Автотрофні бактерії,що синтезують органічні речовини в результаті фотосинтезу (фототрофи) і хемосинтезу (хемотрофи). Хемосинтез у бактерій відкрив Виноградський у 1887 р. Хемотрофні - живляться за рахунок хемосинтезу, тобто енергію отримують при хімічних реакціях (нітрифікуючі, залізо- і сірко-бактерії). Фототрофні - пурпурні і зелені сіркобактерії. Використовують світлову енергію.

2. Гетеротрофи - живляться готовими органічними речовинами:

а) Сапротрофи - (сапрофіти) живляться органічними рештками відмерлих рослин і тварин, продуктами живлення людини. Викликають гниття і бродіння (ферментацію органічних речовин) - бактерії молочно-кислого та оцтово-кислого бродіння. Бактерії гниття. Гниття - це розщеплення білків, жирів та інших азотовмісних сполук під дією гнильних бактерій з виділенням сполук неприємного запаху.

б) Симбіотичні бактерії - азотфіксуючі бактерії (бульбочкові - мутуалізм) поглинають азот з ґрунту і повітря, збагачують ґрунт сполуками азоту, що доступні бобовим рослинам, які в свою чергу дають бактеріям поживні речовини.

в) Паразити - живуть за рахунок інших організмів - хвороботворні (патогенні).

Розмноження:

Нестатеве розмноження поділом - амітоз, перед цим клітина збільшується в розмірах, подвоюється молекула ДНК, подальше розходження їх в дочірні клітини і ділиться навпіл через кожні 20-30 хвилин.

Статевий процес - кон’югація, коли дві клітини обмінюються спадковою інформацією (у вигляді фрагментів молекули ДНК) через цитоплазматичний місток або пілі. Це явище підвищує спадкову мінливість і має ще одну назву - генетична рекомбінація (кишкова паличка - Escherichia coli).

Але всі бактерії можуть еволюціонувати шляхом змін їх генетичного матеріалу (ДНК) при мутаціях. Зміни бактеріального генома, а отже, і властивостей бактерій можуть відбуватися в результаті мутацій і рекомбінації.

Академік В.І. Вернадський у своїй праці "Очерки геохимии" наводить приклад, що "за сприятливих умов одна бактерія за 4-5 днів може утворити 1036 особин, об'єм яких дорівнює океанові".

Рух: а) за рахунок джгутиків;