Cuando las condiciones son favorables, la célula bacteriana se multiplica. La principal forma en que las bacterias se reproducen es simplemente dividiendo la célula por la mitad (fisión binaria). Al comienzo de la división, la célula se alarga y luego el nucleoide se divide. El nucleoide está representado por una molécula de ADN autorreplicante superenrollada y muy empaquetada: un replicón. Los plásmidos también son replicones. La replicación del ADN se lleva a cabo con la participación de enzimas ADN polimerasas. El proceso comienza en un punto específico del ADN y ocurre simultáneamente en dos direcciones opuestas. La replicación también termina en un lugar específico del ADN. Como resultado de la replicación, la cantidad de ADN en la célula se duplica. Las moléculas de ADN recién sintetizadas, que constan de una cadena madre y una hebra recién sintetizada, se dispersan gradualmente en las células hijas resultantes. Se cree que la replicación del ADN ocupa casi el 80% del tiempo total que dedica una célula bacteriana a dividirse. Una vez que se completa la replicación del ADN, comienza el proceso de división celular. Primero, se sintetiza una membrana citoplasmática de dos capas, luego se sintetiza peptidoglicano entre las capas de la membrana. El proceso finaliza con la formación de una partición.

Durante la replicación del ADN y la formación de un tabique divisorio, la célula del microorganismo crece continuamente. Durante este período, la célula tiene lugar activamente los siguientes procesos: síntesis de peptidoglicano de la pared celular y componentes de la membrana citoplasmática, formación de nuevos ribosomas y otros orgánulos. En la última etapa de la división, las células hijas se separan entre sí, pero en algunos tipos de bacterias el proceso no se completa, como resultado de lo cual se forman cadenas de células (estreptococos, tetracocos, etc.). Cuando las bacterias con forma de bastón se dividen, las células primero crecen en longitud. Cuando la bacteria se vuelve dos veces más larga, la varilla se estrecha un poco en el medio y luego se divide en dos células.

Algunas bacterias se caracterizan por otro método de reproducción: la gemación, que es un tipo de fisión binaria. Las bacterias de los géneros se reproducen por gemación. hipomicrobio,pedomicrobio y otros, unidos en el grupo de las bacterias en ciernes. Estos organismos tienen la apariencia de bastones alargados, a veces en forma de pera, que terminan en hifas. La reproducción en estas bacterias comienza con la formación de una yema al final de la hifa o directamente sobre la célula madre. La yema se convierte en una célula hija, forma un flagelo y se separa de la célula madre. Al alcanzar un estado maduro, el flagelo se pierde y se repite el proceso de desarrollo. A veces las bacterias experimentan un proceso sexual llamado conjugación.

Como resultado del crecimiento y la reproducción, se forma una colonia de sus descendientes a partir de una célula de un microorganismo. Los microorganismos se caracterizan por una alta tasa de reproducción, estimada por tiempo generacional, es decir. el tiempo durante el cual se produce la división celular: en 24 horas, a veces cambian tantas generaciones como lo hace una persona en cinco mil años. La tasa de reproducción depende de varias condiciones y puede ser bastante diferente para cada tipo de bacteria. Si el medio cuenta con los nutrientes necesarios, una temperatura favorable y una reacción óptima del entorno, la división de cada célula, por ejemplo en E. coli, se puede repetir cada 20-30 minutos. A este ritmo de reproducción, una célula puede producir 472 · 10 · 19 células por día (72 generaciones). Si suponemos que mil millones de células bacterianas pesan 1 mg, entonces 472 10 19 células pesarán 4720 toneladas. Tal masa de materia viva podría obtenerse en presencia de condiciones ideales que excluyan la muerte celular.

La alta intensidad de reproducción asegura la preservación de los microorganismos en la superficie terrestre: cuando ocurren condiciones desfavorables, mueren en masa, pero basta con que unas pocas células sobrevivan en algún lugar, y en condiciones óptimas volverán a dar lugar a una gran cantidad. de organismos.

Una de las funciones vitales de los procariotas, como cualquier otro ser vivo, es la reproducción. En esencia, el proceso de reproducción bacteriana se puede caracterizar como un aumento en el número de individuos, que se produce debido a la división de las bacterias.

La microbiología moderna ha descrito los patrones de mitosis, meiosis y amitosis: así es como los eucariotas se dividen y los procariotas se reproducen por división directa.

Los procariotas se reproducen principalmente dividiendo la célula bacteriana madre en 2 células hijas idénticas. En condiciones favorables, la fisión binaria ocurre cada 20 minutos, y si las condiciones ambientales se deterioran, aumenta el tiempo necesario para que la célula crezca y se divida. En caso de condiciones externas desfavorables, los procariotas dejan de reproducirse por un tiempo o por completo.

El proceso de división de la célula por la mitad está precedido inmediatamente por un período de crecimiento del citoplasma y replicación (duplicación) del cromosoma bacteriano, como en la foto.

Replicación del cromosoma bacteriano circular.

El aumento del tamaño celular se produce como resultado de una serie de procesos biosintéticos coordinados y estrechamente controlados. El proceso de crecimiento bacteriano no es interminable: una vez que los procariotas alcanzan un tamaño crítico determinado, se produce la división.

Mecanismo de replicación del ADN bacteriano.

Al duplicar el ADN de un nucleoide (análogo del núcleo en una célula bacteriana), se implementa el siguiente esquema:

• iniciación: el comienzo de la división del ADN bajo la acción de un replicón (un aparato enzimático, una sección de ADN que contiene información sobre la duplicación);
• alargamiento: alargamiento, crecimiento de la cadena cromosómica;
• terminación: finalización del crecimiento de la cadena y la hélice del ADN durante la replicación.

Paralelamente a la replicación del ADN, la propia célula crece y la distancia entre los dos nuevos cromosomas unidos a través de mesosomas a la membrana citoplasmática aumenta gradualmente. Una célula procariótica comienza a dividirse algún tiempo después de la replicación. Obviamente, es la duplicación del ADN la que inicia el proceso de separación.

Un proceso similar no existe en la meiosis eucariota. El proceso de meiosis se diferencia en muchos aspectos de la reproducción de los procariotas. Además, la división de la célula madre en dos partes para bacterias grampositivas y gramnegativas tiene sus propias características.

Reproducción de bacterias gramnegativas.

Las bacterias gramnegativas tienen una pared celular relativamente delgada, en la que aproximadamente en el centro se encuentra un orgánulo anular, el anillo septal. La separación de las bacterias se produce por la contracción del orgánulo y la formación de una constricción entre las células hijas, como se puede ver en la foto.

El anillo septal es un complejo proteico complejo que incluye más de 12 proteínas diferentes. Se forma uniendo secuencialmente proteínas entre sí en una secuencia estricta.

Las proteínas del anillo septal realizan las siguientes funciones necesarias para la reproducción:

• modelar la unión de filamentos (proteínas anulares) en una secuencia determinada al anillo Z (forma inmadura del orgánulo anular);
• proporcionar unión del anillo Z a la membrana;
• coordinar la formación de un orgánulo en anillo con la segregación (separación) del cromosoma;
• sintetizar peptidoglicano, el componente más importante de la pared celular bacteriana, que proporciona protección osmótica;
• Llevar a cabo la hidrólisis del peptidoglicano para separar nuevas células.

La constricción en las bacterias gramnegativas cubre todas las membranas celulares: las membranas citoplasmáticas (interiores) y externas, así como una fina capa de peptidoglicano asociada a ellas por lipoproteína.

Durante la meiosis de los eucariotas, no se produce un método similar de división celular por constricción.

Reproducción de bacterias grampositivas.

El espesor de la pared de una bacteria grampositiva es más del doble que el de una bacteria gramnegativa.

El proceso de reproducción de una bacteria grampositiva no es similar a la mitosis y difiere de la meiosis en eucariotas. Al final del proceso de replicación del ADN, las bacterias grampositivas no crean una constricción, sino que sintetizan un tabique transversal, como en la foto. Durante el proceso de síntesis, como en las bacterias gramnegativas durante la formación de una constricción, participan los mesosomas, formando una partición desde el borde hasta el centro de la estructura celular.

La división binaria transversal de una célula procariota bacteriana es siempre simétrica longitudinal y transversalmente, lo cual es otra diferencia entre el proceso y la meiosis de la estructura celular de los eucariotas.

En condiciones favorables, la división binaria directa de las células bacterianas puede ocurrir en uno o varios planos, lo que es imposible para la meiosis. En el caso de que las células no diverjan después de la separación, se forman asociaciones de diferentes formas:

• cuando se corta una célula en un plano, se forman cadenas de células esféricas o en forma de bastón (diplococos esféricos, una cadena de bacterias en forma de bastón, como en la foto);
• cuando se separan en diferentes planos se observan acumulaciones de células de diversas formas (cadenas de estreptococos, paquetes de sarcina, racimos de estafilococos).

La variedad de formas de procariotas, que se ve en la foto, es completamente imposible para la meiosis de las células nucleares.

Esta división transversal es característica no sólo de las bacterias grampositivas, sino también de las cianobacterias filamentosas.

Fisión múltiple de cianobacterias.

Uno de los tipos de reproducción binaria de los procariotas es la formación múltiple de procariotas hijos a partir de la célula madre, típica de las cianobacterias y completamente atípica de la meiosis.

A - reproducción de cianobacterias del género Dermocarpa.
B - reproducción de cianobacterias del género Chroococcidiopsis

Inicialmente se produce el crecimiento citoplasmático y la replicación cromosómica. Luego, como se puede ver en el vídeo, dentro de la capa fibrilar adicional del cuerpo de la madre se producen sucesivas divisiones binarias que conducen a la formación de baeocitos (células pequeñas). Su número puede oscilar entre 4 y 1000 unidades y está asociado al tipo de cianobacteria. Los baeocitos se liberan después de que se rompe la pared del procariota madre, como se ve en el vídeo.

Además de la separación igualitaria, algunas bacterias se reproducen por gemación.

La gemación como un caso especial de fisión binaria

En foto y quimiotrofos, independientemente de la fuente de alimento (autótrofos o heterótrofos), es posible reproducir el organismo mediante gemación.

El mecanismo del proceso es el siguiente:

• se forma una yema en el polo de la célula madre;
• el riñón crece hasta el tamaño del cuerpo de la madre (esto se puede ver en la foto) y se sintetiza una nueva pared celular para el riñón;
• una célula hija de pleno derecho se separa de la célula madre.

Si el proceso de división binaria no tiene restricciones, como en el caso de la meiosis

para los eucariotas, la gemación depende del envejecimiento procariótico. En promedio, la célula madre no produce más de 4 yemas.

La gemación tiene sus propias características específicas:

• sólo se conserva la simetría longitudinal (claramente visible en la foto);
• después de la gemación, se obtienen células madre e hijas, mientras que después de la división binaria no queda ninguna célula madre: hay dos células hijas equivalentes;
• los organismos materno e hijo no son idénticos, las diferencias entre ellos son claramente visibles: se observa el proceso de envejecimiento.

En condiciones fisicoquímicas favorables, los procariotas pueden dividirse exponencialmente y llenar el mundo entero. Sin embargo, en realidad esto no sucede, ya que existen factores que inhiben la división bacteriana.

Factores que limitan la división

A pesar de toda la diversidad y adaptabilidad de las especies, las bacterias no se multiplican indefinidamente. Las investigaciones han demostrado que el crecimiento de la población bacteriana se produce de acuerdo con la ley de reproducción de los microorganismos y se puede describir numérica y gráficamente.

El crecimiento poblacional asociado con la división bacteriana consta de varias fases:

• fase de retraso: un período de adaptación en el que se necesita tiempo para adaptarse a las nuevas condiciones de vida; la división no es de gran importancia;
• fase logarítmica – el período con mayor número de divisiones y crecimiento exponencial de la población;
• fase estacionaria: el momento en que el crecimiento de una colonia bacteriana tiende a cero, la división de las bacterias se iguala con el número de muertes debido a los recursos alimentarios limitados;
• desaceleración del crecimiento: se produce debido a una reducción significativa de los recursos alimentarios y la acumulación de productos de desecho tóxicos.

Las condiciones desfavorables provocan el cese de la división bacteriana y, como consecuencia, la inevitable muerte de la población.

Trabajo como médico veterinario. Me interesan los bailes de salón, los deportes y el yoga. Priorizo ​​el desarrollo personal y el dominio de las prácticas espirituales. Temas favoritos: medicina veterinaria, biología, construcción, reparaciones, viajes. Tabúes: derecho, política, tecnologías informáticas y juegos de ordenador.

Las bacterias son el grupo de organismos más antiguo que existe actualmente en la Tierra. Las primeras bacterias probablemente aparecieron hace más de 3.500 millones de años y durante casi mil millones de años fueron los únicos seres vivos en nuestro planeta. Como fueron los primeros representantes de la naturaleza viva, su cuerpo tenía una estructura primitiva.

Con el tiempo, su estructura se volvió más compleja, pero hasta el día de hoy las bacterias se consideran los organismos unicelulares más primitivos. Es interesante que algunas bacterias aún conservan las características primitivas de sus ancestros antiguos. Esto se observa en las bacterias que viven en manantiales de azufre calientes y en lodos anóxicos en el fondo de los embalses.

La mayoría de las bacterias son incoloras. Sólo unos pocos son morados o verdes. Pero las colonias de muchas bacterias tienen un color brillante, causado por la liberación de una sustancia coloreada al medio ambiente o la pigmentación de las células.

El descubridor del mundo de las bacterias fue Antony Leeuwenhoek, un naturalista holandés del siglo XVII, que creó por primera vez un microscopio de aumento perfecto que aumenta los objetos entre 160 y 270 veces.

Las bacterias se clasifican como procariotas y se clasifican en un reino separado: las bacterias.

Forma del cuerpo

Las bacterias son organismos numerosos y diversos. Varían en forma.

Nombre de la bacteria	Forma de bacterias	Imagen de bacterias
cocos		En forma de bola
Bacilo		En forma de varilla
vibrio		En forma de coma
espirilo		Espiral
Estreptococos		cadena de cocos
Estafilococo		Racimos de cocos
Diplococo		Dos bacterias redondas encerradas en una cápsula mucosa.

Métodos de transporte

Entre las bacterias existen formas móviles e inmóviles. Los móviles se mueven debido a contracciones onduladas o con la ayuda de flagelos (hilos helicoidales retorcidos), que consisten en una proteína especial llamada flagelina. Puede haber uno o más flagelos. En algunas bacterias, se encuentran en un extremo de la célula, en otras, en dos o en toda la superficie.

Pero el movimiento también es inherente a muchas otras bacterias que carecen de flagelos. Así, las bacterias cubiertas por fuera de moco son capaces de realizar movimientos deslizantes.

Algunas bacterias acuáticas y del suelo que carecen de flagelos tienen vacuolas de gas en el citoplasma. Puede haber entre 40 y 60 vacuolas en una célula. Cada uno de ellos está lleno de gas (presumiblemente nitrógeno). Al regular la cantidad de gas en las vacuolas, las bacterias acuáticas pueden hundirse en la columna de agua o subir a su superficie, y las bacterias del suelo pueden moverse en los capilares del suelo.

Hábitat

Debido a su simplicidad de organización y sencillez, las bacterias están muy extendidas en la naturaleza. Las bacterias se encuentran en todas partes: incluso en una gota del agua de manantial más pura, en los granos de tierra, en el aire, en las rocas, en la nieve polar, en las arenas del desierto, en el fondo del océano, en el petróleo extraído de grandes profundidades e incluso en el agua de manantiales termales con una temperatura de unos 80ºC. Viven en plantas, frutas, diversos animales y en los humanos en los intestinos, la cavidad bucal, las extremidades y en la superficie del cuerpo.

Las bacterias son los seres vivos más pequeños y numerosos. Debido a su pequeño tamaño, penetran fácilmente en grietas, hendiduras o poros. Muy resistente y adaptado a diversas condiciones de vida. Toleran el secado, el frío extremo y el calentamiento hasta 90ºC sin perder su viabilidad.

Prácticamente no hay lugar en la Tierra donde no se encuentren bacterias, pero en cantidades variables. Las condiciones de vida de las bacterias son variadas. Algunos de ellos necesitan oxígeno atmosférico, otros no lo necesitan y pueden vivir en un ambiente libre de oxígeno.

En el aire: las bacterias ascienden a la atmósfera superior hasta 30 km. y más.

Especialmente hay muchos de ellos en el suelo. 1 g de suelo puede contener cientos de millones de bacterias.

En agua: en las capas superficiales del agua en embalses abiertos. Las bacterias acuáticas beneficiosas mineralizan los residuos orgánicos.

En los organismos vivos: las bacterias patógenas ingresan al cuerpo desde el ambiente externo, pero solo en condiciones favorables causan enfermedades. Los simbióticos viven en los órganos digestivos, ayudando a descomponer y absorber los alimentos y a sintetizar vitaminas.

Estructura externa

La célula bacteriana está cubierta por una capa densa especial: una pared celular que realiza funciones protectoras y de apoyo y también le da a la bacteria una forma característica y permanente. La pared celular de una bacteria se parece a la pared de una célula vegetal. Es permeable: a través de él, los nutrientes pasan libremente a la célula y los productos metabólicos salen al medio ambiente. A menudo, las bacterias producen una capa protectora adicional de moco encima de la pared celular: una cápsula. El grosor de la cápsula puede ser muchas veces mayor que el diámetro de la propia célula, pero también puede ser muy pequeño. La cápsula no es una parte esencial de la célula, se forma dependiendo de las condiciones en las que se encuentran las bacterias. Protege a las bacterias de la desecación.

En la superficie de algunas bacterias hay flagelos largos (uno, dos o muchos) o vellosidades cortas y delgadas. La longitud de los flagelos puede ser muchas veces mayor que el tamaño del cuerpo de la bacteria. Las bacterias se mueven con la ayuda de flagelos y vellosidades.

Estructura interna

Dentro de la célula bacteriana hay un citoplasma denso e inmóvil. Tiene una estructura en capas, no hay vacuolas, por lo que varias proteínas (enzimas) y nutrientes de reserva se encuentran en la sustancia del propio citoplasma. Las células bacterianas no tienen núcleo. Una sustancia que transporta información hereditaria se concentra en la parte central de su célula. Bacterias, - ácido nucleico - ADN. Pero esta sustancia no se transforma en núcleo.

La organización interna de una célula bacteriana es compleja y tiene características específicas. El citoplasma está separado de la pared celular por la membrana citoplasmática. En el citoplasma hay una sustancia principal, o matriz, ribosomas y una pequeña cantidad de estructuras de membrana que realizan una variedad de funciones (análogos de mitocondrias, retículo endoplásmico, aparato de Golgi). El citoplasma de las células bacterianas suele contener gránulos de diversas formas y tamaños. Los gránulos pueden estar compuestos de compuestos que sirven como fuente de energía y carbono. También se encuentran gotitas de grasa en la célula bacteriana.

En la parte central de la célula se localiza la sustancia nuclear: el ADN, que no está delimitado del citoplasma por una membrana. Este es un análogo del núcleo: un nucleoide. El nucleoide no tiene membrana, nucléolo ni conjunto de cromosomas.

Métodos de alimentación

Las bacterias tienen diferentes métodos de alimentación. Entre ellos se encuentran los autótrofos y los heterótrofos. Los autótrofos son organismos que son capaces de producir de forma independiente sustancias orgánicas para su nutrición.

Las plantas necesitan nitrógeno, pero no pueden absorberlo del aire por sí mismas. Algunas bacterias combinan las moléculas de nitrógeno del aire con otras moléculas, lo que da como resultado sustancias que están disponibles para las plantas.

Estas bacterias se asientan en las células de las raíces jóvenes, lo que provoca la formación de engrosamientos en las raíces, llamados nódulos. Estos nódulos se forman en las raíces de las plantas de la familia de las leguminosas y en algunas otras plantas.

Las raíces proporcionan carbohidratos a las bacterias, y las bacterias a las raíces proporcionan sustancias que contienen nitrógeno que pueden ser absorbidas por la planta. Su convivencia es mutuamente beneficiosa.

Las raíces de las plantas secretan una gran cantidad de sustancias orgánicas (azúcares, aminoácidos y otras) de las que se alimentan las bacterias. Por lo tanto, especialmente muchas bacterias se asientan en la capa de suelo que rodea las raíces. Estas bacterias convierten los restos de plantas muertas en sustancias disponibles para las plantas. Esta capa de suelo se llama rizosfera.

Existen varias hipótesis sobre la penetración de bacterias nódulos en el tejido radicular:

• por daño al tejido epidérmico y de la corteza;
• a través de pelos radiculares;
• sólo a través de la membrana celular joven;
• gracias a bacterias compañeras que producen enzimas pectinolíticas;
• debido a la estimulación de la síntesis de ácido B-indolacético a partir del triptófano, siempre presente en las secreciones de las raíces de las plantas.

El proceso de introducción de bacterias nódulos en el tejido radicular consta de dos fases:

• infección de pelos radiculares;
• proceso de formación de nódulos.

En la mayoría de los casos, la célula invasora se multiplica activamente, forma los llamados hilos infecciosos y, en forma de dichos hilos, penetra en el tejido vegetal. Las bacterias de los nódulos que emergen del hilo infectado continúan multiplicándose en el tejido del huésped.

Las células vegetales llenas de células de bacterias nódulos que se multiplican rápidamente comienzan a dividirse rápidamente. La conexión de un nódulo joven con la raíz de una leguminosa se realiza gracias a haces vasculares y fibrosos. Durante el período de funcionamiento, los nódulos suelen ser densos. Cuando se produce la actividad óptima, los nódulos adquieren un color rosado (gracias al pigmento leghemoglobina). Sólo aquellas bacterias que contienen leghemoglobina son capaces de fijar nitrógeno.

Las bacterias de los nódulos producen decenas y cientos de kilogramos de fertilizante nitrogenado por hectárea de suelo.

Metabolismo

Las bacterias se diferencian entre sí en su metabolismo. En algunos ocurre con la participación de oxígeno, en otros, sin él.

La mayoría de las bacterias se alimentan de sustancias orgánicas preparadas. Solo unos pocos de ellos (azul-verde o cianobacterias) son capaces de crear sustancias orgánicas a partir de inorgánicas. Desempeñaron un papel importante en la acumulación de oxígeno en la atmósfera terrestre.

Las bacterias absorben sustancias del exterior, rompen sus moléculas en pedazos, ensamblan su caparazón a partir de estas partes y reponen su contenido (así es como crecen) y arrojan moléculas innecesarias. La cáscara y la membrana de la bacteria le permiten absorber solo las sustancias necesarias.

Si la cáscara y la membrana de una bacteria fueran completamente impermeables, ninguna sustancia entraría en la célula. Si fueran permeables a todas las sustancias, el contenido de la célula se mezclaría con el medio, la solución en la que vive la bacteria. Para sobrevivir, las bacterias necesitan una capa que permita el paso de las sustancias necesarias, pero no de las innecesarias.

La bacteria absorbe los nutrientes que se encuentran cerca de ella. ¿Qué pasa después? Si puede moverse de forma independiente (moviendo un flagelo o empujando la mucosidad hacia atrás), se mueve hasta que encuentra las sustancias necesarias.

Si no puede moverse, espera hasta que la difusión (la capacidad de las moléculas de una sustancia para penetrar en la maraña de moléculas de otra sustancia) le traiga las moléculas necesarias.

Las bacterias, junto con otros grupos de microorganismos, realizan un enorme trabajo químico. Al convertir varios compuestos, reciben la energía y los nutrientes necesarios para su vida. Los procesos metabólicos, los métodos de obtención de energía y la necesidad de materiales para construir las sustancias de su organismo son diversos en las bacterias.

Otras bacterias satisfacen todas sus necesidades de carbono necesario para la síntesis de sustancias orgánicas en el organismo a expensas de compuestos inorgánicos. Se les llama autótrofos. Las bacterias autótrofas son capaces de sintetizar sustancias orgánicas a partir de inorgánicas. Entre ellos están:

Quimiosíntesis

El uso de energía radiante es la forma más importante, pero no la única, de crear materia orgánica a partir de dióxido de carbono y agua. Se sabe que las bacterias no utilizan la luz solar como fuente de energía para dicha síntesis, sino la energía de los enlaces químicos que se producen en las células de los organismos durante la oxidación de ciertos compuestos inorgánicos: sulfuro de hidrógeno, azufre, amoníaco, hidrógeno, ácido nítrico, compuestos ferrosos de hierro y manganeso. Utilizan la materia orgánica formada con esta energía química para construir las células de su cuerpo. Por tanto, este proceso se llama quimiosíntesis.

El grupo más importante de microorganismos quimiosintéticos son las bacterias nitrificantes. Estas bacterias viven en el suelo y oxidan el amoníaco formado durante la descomposición de residuos orgánicos en ácido nítrico. Este último reacciona con los compuestos minerales del suelo, convirtiéndose en sales de ácido nítrico. Este proceso se desarrolla en dos fases.

Las bacterias del hierro convierten el hierro ferroso en óxido de hierro. El hidróxido de hierro resultante se sedimenta y forma el llamado mineral de hierro de pantano.

Algunos microorganismos existen debido a la oxidación del hidrógeno molecular, proporcionando así un método de nutrición autótrofo.

Un rasgo característico de las bacterias del hidrógeno es la capacidad de cambiar a un estilo de vida heterótrofo cuando se les proporcionan compuestos orgánicos y la ausencia de hidrógeno.

Por tanto, los quimioautótrofos son autótrofos típicos, ya que sintetizan de forma independiente los compuestos orgánicos necesarios a partir de sustancias inorgánicas y no los toman ya preparados de otros organismos, como los heterótrofos. Las bacterias quimioautótrofas se diferencian de las plantas fototróficas por su total independencia de la luz como fuente de energía.

Fotosíntesis bacteriana

Algunas bacterias de azufre que contienen pigmentos (púrpura, verde), que contienen pigmentos específicos: bacterioclorofilas, pueden absorber la energía solar, con la ayuda de la cual el sulfuro de hidrógeno en sus cuerpos se descompone y libera átomos de hidrógeno para restaurar los compuestos correspondientes. Este proceso tiene mucho en común con la fotosíntesis y solo se diferencia en que en las bacterias violetas y verdes el donante de hidrógeno es el sulfuro de hidrógeno (ocasionalmente ácidos carboxílicos), y en las plantas verdes es el agua. En ambos la separación y transferencia de hidrógeno se realiza gracias a la energía de los rayos solares absorbidos.

Esta fotosíntesis bacteriana, que se produce sin liberación de oxígeno, se llama fotorreducción. La fotorreducción del dióxido de carbono está asociada con la transferencia de hidrógeno no del agua, sino del sulfuro de hidrógeno:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

La importancia biológica de la quimiosíntesis y la fotosíntesis bacteriana a escala planetaria es relativamente pequeña. Sólo las bacterias quimiosintéticas desempeñan un papel importante en el proceso del ciclo del azufre en la naturaleza. Absorbido por las plantas verdes en forma de sales de ácido sulfúrico, el azufre se reduce y pasa a formar parte de las moléculas de proteínas. Además, cuando las bacterias putrefactas destruyen los restos de plantas y animales muertos, se libera azufre en forma de sulfuro de hidrógeno, que las bacterias del azufre oxidan para liberar azufre (o ácido sulfúrico), formando sulfitos en el suelo que son accesibles para las plantas. Las bacterias quimio y fotoautótrofas son esenciales en el ciclo del nitrógeno y el azufre.

esporulación

Las esporas se forman dentro de la célula bacteriana. Durante el proceso de esporulación, la célula bacteriana sufre una serie de procesos bioquímicos. La cantidad de agua libre que contiene disminuye y la actividad enzimática disminuye. Esto asegura la resistencia de las esporas a condiciones ambientales desfavorables (alta temperatura, alta concentración de sal, secado, etc.). La esporulación es característica sólo de un pequeño grupo de bacterias.

Las esporas son una etapa opcional en el ciclo de vida de las bacterias. La esporulación comienza solo con falta de nutrientes o acumulación de productos metabólicos. Las bacterias en forma de esporas pueden permanecer latentes durante mucho tiempo. Las esporas bacterianas pueden resistir una ebullición prolongada y una congelación muy prolongada. Cuando se presentan condiciones favorables, la espora germina y se vuelve viable. Las esporas bacterianas son una adaptación para sobrevivir en condiciones desfavorables.

Reproducción

Las bacterias se reproducen dividiendo una célula en dos. Al alcanzar un cierto tamaño, la bacteria se divide en dos bacterias idénticas. Luego, cada uno de ellos comienza a alimentarse, crece, se divide, etc.

Después del alargamiento celular, se forma gradualmente un tabique transversal y luego las células hijas se separan; En muchas bacterias, bajo ciertas condiciones, después de dividirse, las células permanecen conectadas en grupos característicos. En este caso, dependiendo de la dirección del plano de división y del número de divisiones, surgen diferentes formas. La reproducción por gemación ocurre como excepción en las bacterias.

En condiciones favorables, la división celular en muchas bacterias ocurre cada 20 a 30 minutos. Con una reproducción tan rápida, la descendencia de una bacteria en 5 días es capaz de formar una masa que puede llenar todos los mares y océanos. Un cálculo sencillo muestra que se pueden formar 72 generaciones (720.000.000.000.000.000.000 de células) por día. Si se convierte en peso: 4720 toneladas. Sin embargo, esto no sucede en la naturaleza, ya que la mayoría de las bacterias mueren rápidamente bajo la influencia de la luz solar, el secado, la falta de alimento, el calentamiento a 65-100ºC, como resultado de la lucha entre especies, etc.

La bacteria (1), habiendo absorbido suficiente alimento, aumenta de tamaño (2) y comienza a prepararse para la reproducción (división celular). Su ADN (en una bacteria la molécula de ADN está cerrada en un anillo) se duplica (la bacteria produce una copia de esta molécula). Ambas moléculas de ADN (3,4) se encuentran adheridas a la pared de la bacteria y, a medida que la bacteria se alarga, se separan (5,6). Primero se divide el nucleótido y luego el citoplasma.

Después de la divergencia de dos moléculas de ADN, aparece una constricción en la bacteria, que divide gradualmente el cuerpo de la bacteria en dos partes, cada una de las cuales contiene una molécula de ADN (7).

Sucede (en Bacillus subtilis) que dos bacterias se pegan y se forma un puente entre ellas (1,2).

El saltador transporta ADN de una bacteria a otra (3). Una vez en una bacteria, las moléculas de ADN se entrelazan, se pegan en algunos lugares (4) y luego intercambian secciones (5).

El papel de las bacterias en la naturaleza.

Giro

Las bacterias son el eslabón más importante del ciclo general de sustancias en la naturaleza. Las plantas crean sustancias orgánicas complejas a partir del dióxido de carbono, el agua y las sales minerales del suelo. Estas sustancias regresan al suelo con hongos muertos, plantas y cadáveres de animales. Las bacterias descomponen sustancias complejas en otras simples, que luego son utilizadas por las plantas.

Las bacterias destruyen sustancias orgánicas complejas de plantas muertas y cadáveres de animales, excreciones de organismos vivos y diversos desechos. Al alimentarse de estas sustancias orgánicas, las bacterias saprofitas de la descomposición las convierten en humus. Estos son una especie de ordenanzas de nuestro planeta. Así, las bacterias participan activamente en el ciclo de las sustancias en la naturaleza.

Formación del suelo

Dado que las bacterias están distribuidas por casi todas partes y se encuentran en grandes cantidades, determinan en gran medida diversos procesos que ocurren en la naturaleza. En otoño, las hojas de los árboles y arbustos caen, los brotes de hierba que se encuentran sobre el suelo mueren, las ramas viejas se caen y, de vez en cuando, caen los troncos de los árboles viejos. Todo esto se convierte poco a poco en humus. En 1cm3. La capa superficial del suelo forestal contiene cientos de millones de bacterias saprofitas del suelo de varias especies. Estas bacterias convierten el humus en diversos minerales que las raíces de las plantas pueden absorber del suelo.

Algunas bacterias del suelo son capaces de absorber nitrógeno del aire y utilizarlo en procesos vitales. Estas bacterias fijadoras de nitrógeno viven de forma independiente o se asientan en las raíces de las leguminosas. Al penetrar en las raíces de las legumbres, estas bacterias provocan el crecimiento de las células de las raíces y la formación de nódulos en ellas.

Estas bacterias producen compuestos nitrogenados que utilizan las plantas. Las bacterias obtienen carbohidratos y sales minerales de las plantas. Así, existe una estrecha relación entre la planta leguminosa y la bacteria nódulo, lo que resulta beneficioso tanto para uno como para otro organismo. Este fenómeno se llama simbiosis.

Gracias a la simbiosis con las bacterias nódulos, las leguminosas enriquecen el suelo con nitrógeno, lo que ayuda a aumentar el rendimiento.

Distribución en la naturaleza

Los microorganismos son omnipresentes. Las únicas excepciones son los cráteres de volcanes activos y pequeñas áreas en los epicentros de bombas atómicas que explotaron. Ni las bajas temperaturas de la Antártida, ni las corrientes hirvientes de los géiseres, ni las soluciones salinas saturadas en los estanques de sal, ni la fuerte insolación de los picos de las montañas, ni la dura irradiación de los reactores nucleares interfieren con la existencia y el desarrollo de la microflora. Todos los seres vivos interactúan constantemente con los microorganismos, siendo muchas veces no sólo sus depositarios, sino también sus distribuidores. Los microorganismos son nativos de nuestro planeta y exploran activamente los sustratos naturales más increíbles.

Microflora del suelo

La cantidad de bacterias en el suelo es extremadamente grande: cientos de millones y miles de millones de individuos por gramo. Hay muchos más en el suelo que en el agua y el aire. El número total de bacterias en el suelo cambia. La cantidad de bacterias depende del tipo de suelo, su condición y la profundidad de las capas.

En la superficie de las partículas del suelo, los microorganismos se ubican en pequeñas microcolonias (de 20 a 100 células cada una). A menudo se desarrollan en el espesor de coágulos de materia orgánica, en raíces de plantas vivas y moribundas, en capilares finos y en el interior de grumos.

La microflora del suelo es muy diversa. Aquí existen diferentes grupos fisiológicos de bacterias: bacterias de putrefacción, bacterias nitrificantes, bacterias fijadoras de nitrógeno, bacterias del azufre, etc. entre ellas se encuentran las aerobias y anaerobias, las formas esporadas y no esporadas. La microflora es uno de los factores en la formación del suelo.

El área de desarrollo de microorganismos en el suelo es la zona adyacente a las raíces de las plantas vivas. Se llama rizosfera y el conjunto de microorganismos que contiene se llama microflora de rizosfera.

Microflora de embalses.

El agua es un entorno natural donde los microorganismos se desarrollan en gran número. La mayor parte de ellos ingresa al agua desde el suelo. Un factor que determina la cantidad de bacterias en el agua y la presencia de nutrientes en ella. Las aguas más limpias provienen de pozos y manantiales artesianos. Los embalses y ríos abiertos son muy ricos en bacterias. La mayor cantidad de bacterias se encuentra en las capas superficiales del agua, más cercanas a la costa. A medida que se aleja de la orilla y aumenta la profundidad, la cantidad de bacterias disminuye.

El agua limpia contiene entre 100 y 200 bacterias por ml y el agua contaminada, entre 100 y 300 mil o más. Hay muchas bacterias en el lodo del fondo, especialmente en la capa superficial, donde las bacterias forman una película. Esta película contiene muchas bacterias de azufre y hierro, que oxidan el sulfuro de hidrógeno a ácido sulfúrico y evitan así la muerte de los peces. Hay más formas que contienen esporas en el limo, mientras que en el agua predominan las formas que no contienen esporas.

En términos de composición de especies, la microflora del agua es similar a la microflora del suelo, pero también existen formas específicas. Al destruir diversos desechos que caen al agua, los microorganismos llevan a cabo gradualmente la llamada depuración biológica del agua.

Microflora del aire

La microflora del aire es menos numerosa que la microflora del suelo y el agua. Las bacterias se elevan al aire junto con el polvo, pueden permanecer allí durante algún tiempo y luego asentarse en la superficie de la tierra y morir por falta de nutrición o bajo la influencia de los rayos ultravioleta. La cantidad de microorganismos en el aire depende de la zona geográfica, el terreno, la época del año, la contaminación del polvo, etc. cada mota de polvo es portador de microorganismos. La mayoría de las bacterias se encuentran en el aire sobre las empresas industriales. El aire en las zonas rurales es más limpio. El aire más limpio se encuentra en los bosques, las montañas y las zonas nevadas. Las capas superiores de aire contienen menos microbios. La microflora del aire contiene muchas bacterias pigmentadas y portadoras de esporas, que son más resistentes que otras a los rayos ultravioleta.

Microflora del cuerpo humano.

El cuerpo humano, incluso uno completamente sano, es siempre portador de microflora. Cuando el cuerpo humano entra en contacto con el aire y el suelo, diversos microorganismos, incluidos los patógenos (bacilos del tétanos, gangrena gaseosa, etc.), se depositan en la ropa y la piel. Las partes del cuerpo humano más frecuentemente expuestas están contaminadas. En las manos se encuentran E. coli y estafilococos. Hay más de 100 tipos de microbios en la cavidad bucal. La boca, con su temperatura, humedad y residuos de nutrientes, es un entorno excelente para el desarrollo de microorganismos.

El estómago tiene una reacción ácida, por lo que la mayoría de los microorganismos que contiene mueren. A partir del intestino delgado, la reacción se vuelve alcalina, es decir favorable para los microbios. La microflora del intestino grueso es muy diversa. Cada adulto excreta diariamente alrededor de 18 mil millones de bacterias en los excrementos, es decir. hay más individuos que personas en el mundo.

Los órganos internos que no están conectados con el entorno externo (cerebro, corazón, hígado, vejiga, etc.) suelen estar libres de microbios. Los microbios ingresan a estos órganos solo durante la enfermedad.

Bacterias en el ciclo de sustancias.

Los microorganismos en general, y las bacterias en particular, desempeñan un papel importante en los ciclos biológicamente importantes de las sustancias en la Tierra, llevando a cabo transformaciones químicas que son completamente inaccesibles tanto para las plantas como para los animales. Las diferentes etapas del ciclo de los elementos las llevan a cabo organismos de diferentes tipos. La existencia de cada grupo individual de organismos depende de la transformación química de elementos llevada a cabo por otros grupos.

Ciclo del nitrógeno

La transformación cíclica de compuestos nitrogenados desempeña un papel primordial en el suministro de las formas necesarias de nitrógeno a los organismos de la biosfera con diferentes necesidades nutricionales. Más del 90% de la fijación total de nitrógeno se debe a la actividad metabólica de determinadas bacterias.

Ciclo del carbono

La transformación biológica del carbono orgánico en dióxido de carbono, acompañada de la reducción del oxígeno molecular, requiere la actividad metabólica conjunta de varios microorganismos. Muchas bacterias aeróbicas oxidan completamente las sustancias orgánicas. En condiciones aeróbicas, los compuestos orgánicos se descomponen inicialmente mediante fermentación y los productos orgánicos finales de la fermentación se oxidan aún más mediante respiración anaeróbica si están presentes aceptores de hidrógeno inorgánicos (nitrato, sulfato o CO2).

ciclo del azufre

El azufre está disponible para los organismos vivos principalmente en forma de sulfatos solubles o compuestos orgánicos reducidos de azufre.

ciclo del hierro

Algunos cuerpos de agua dulce contienen altas concentraciones de sales de hierro reducidas. En tales lugares, se desarrolla una microflora bacteriana específica: las bacterias del hierro, que oxidan el hierro reducido. Participan en la formación de minerales de hierro de turberas y fuentes de agua ricas en sales de hierro.

Las bacterias son los organismos más antiguos y aparecieron hace unos 3.500 millones de años en el Arcaico. Durante unos 2.500 millones de años dominaron la Tierra, formaron la biosfera y participaron en la formación de la atmósfera de oxígeno.

Las bacterias son uno de los organismos vivos de estructura más simple (excepto los virus). Se cree que son los primeros organismos que aparecieron en la Tierra.

22. Núcleo bacteriano. Tipos de división celular bacteriana. Proceso de división.

Tipos de división:

1. División transversal binaria de áreas iguales, lo que lleva a la formación de dos células hijas idénticas. Con este método de división, existe simetría con respecto a los ejes longitudinal y transversal. Con una fisión binaria igual, la célula madre, al dividirse, da lugar a dos células hijas y, por tanto, ella misma desaparece.

2. Fisión binaria desigual o gemación. Durante la gemación, se forma una pequeña excrecencia (brote) en uno de los polos de la célula madre, que aumenta de tamaño durante el crecimiento. Poco a poco, la yema alcanza el tamaño de la célula madre, tras lo cual se separa de esta última. La pared celular del riñón se sintetiza completamente de nuevo. Durante el proceso de gemación, se observa simetría solo en relación con el eje longitudinal. Durante la gemación, la célula madre da origen a una célula hija, y en la mayoría de los casos se pueden encontrar diferencias morfológicas y fisiológicas entre ellas: hay una célula madre vieja y una célula hija nueva.

3. Reproducción por fisión múltiple., característico de un grupo de cianobacterias unicelulares, da como resultado la formación de pequeñas células llamadas baeocitos (del griego. cariño- pequeño, cito- célula), cuyo número en diferentes especies oscila entre 4 y 1000. La liberación de los baeocitos se produce por rotura de la pared celular materna. La fisión múltiple se basa en el principio de la fisión binaria de áreas iguales. La diferencia es que en este caso, después de la fisión binaria, las células hijas resultantes no crecen, sino que se vuelven a dividir.

23. Núcleo bacteriano. Formas de intercambio de información genética en bacterias. Variabilidad de las bacterias.

Formas de intercambio de material genético en bacterias:

1.horizontal

* transformación – transferencia de material genético, que consiste en el hecho de que la bacteria receptora captura (absorbe) fragmentos de ADN extraño del entorno externo.

A) La transformación inducida (obtenida artificialmente) ocurre cuando se agrega a un cultivo bacteriano ADN purificado obtenido de cultivos de aquellas bacterias cuyas características genéticas se busca transferir al cultivo en estudio.

B) La transformación espontánea se produce en condiciones naturales y se manifiesta en la aparición de recombinantes cuando se mezclan células genéticamente diferentes. Ocurre debido al ADN liberado por las células al medio ambiente como resultado de su lisis o como resultado de la liberación activa de ADN por parte de células donantes viables.

* sexducción

* la transfección es una variante de transformación de células bacterianas que carecen de pared celular, llevada a cabo por ácido nucleico viral (fago). Mediante la transfección, es posible inducir una infección viral en dichas bacterias (sin pared celular). La transfección también se puede llevar a cabo con otras células (no bacterianas) introduciendo en ellas ADN extraño que puede recombinarse con el ADN de estas células, reproducir viriones o replicarse de forma independiente.

* la conjugación es un proceso de intercambio de material genético (cromosómico y plásmido), que se realiza mediante el contacto directo de las células del donante y del receptor. Este proceso está controlado únicamente por plásmidos conjugativos que tienen un conjunto de genes llamado tra-operón (tra - del inglés, transfer - transfer).

Este operón controla la síntesis del aparato de transporte, la replicación conjugativa y el fenómeno de exclusión superficial. El aparato de transferencia son vellosidades donantes especiales, con la ayuda de las cuales se establece contacto entre las células conjugadas. Las vellosidades donantes son estructuras tubulares delgadas y largas (1-20 µm) de naturaleza proteica con un diámetro interno de aproximadamente 3 nm.

Establecer contacto entre donante y receptor.

extraer una hebra de ADN del donante al receptor

finalización de la cadena de ADN transferida por una cadena complementaria en la célula receptora

recombinación entre el cromosoma transferido (sus fragmentos) y el cromosoma de la célula receptora

reproducción de merocigotos

la formación de células con características del donante y del receptor

La replicación conjugativa de la cadena transferida de ADN cromosómico o plasmídico también se lleva a cabo bajo el control de genes plasmídicos. Un ejemplo clásico de plásmido conjugativo es el factor sexual o plásmido F (del inglés . Fertilidad- Fertilidad). El plásmido F puede estar en un estado autónomo o integrado en el cromosoma celular. Al estar en un estado autónomo, controla sólo su propia transferencia, en la que una célula P~ (una célula que carece de un plásmido F) se convierte en una célula P+ (una célula que contiene un plásmido F). El plásmido F puede integrarse en determinadas zonas del cromosoma bacteriano, en cuyo caso controlará la transferencia conjugativa del cromosoma celular.

Así, la conjugación comienza con el establecimiento de contacto entre el donante y el receptor utilizando las vellosidades del donante. Este último se conecta con el receptor de la membrana celular de la célula receptora. A menudo, dicho contacto se establece no sólo entre dos células, sino entre muchas células, formando agregados de apareamiento. Se supone que la cadena de ADN pasa a través del canal de la vellosidad del donante durante la conjugación. Dado que el puente donante es frágil, el proceso de conjugación puede interrumpirse en cualquier momento. Por lo tanto, durante la conjugación, se puede transferir una parte de un cromosoma o, con menos frecuencia, un cromosoma completo. Con la ayuda de los plásmidos F, la frecuencia de transferencia de genes entre bacterias aumenta significativamente.

* transducción: transferencia de material genético de una célula donante a una célula receptora mediante bacteriófagos. Se hace una distinción entre transducción inespecífica y específica.

A) Transducción inespecífica: transferencia aleatoria de fragmentos de ADN de una célula bacteriana a otra.

B) La transducción específica se lleva a cabo únicamente mediante fagos templados, capaces de insertarse en regiones estrictamente definidas del cromosoma de una célula bacteriana y transferir ciertos genes.

Mecanismos moleculares de variabilidad bacteriana.

Las bacterias, debido a la relativa simplicidad de su organización y su corta vida útil, experimentan variabilidad más rápidamente que muchos otros organismos. Su variabilidad se basa en mutaciones y recombinaciones genéticas, especialmente aquellas que ocurren con la participación de elementos transponibles.

*Las mutaciones son cambios en el genotipo que se heredan de manera estable. Las mutaciones pueden ser espontáneas o inducidas.

a) Las mutaciones espontáneas ocurren sin ninguna influencia especial; ocurren como resultado de errores durante la replicación y reparación. La frecuencia media de mutaciones espontáneas es de aproximadamente 1.106 (un mutante por cada millón de células).

b) Las mutaciones inducidas ocurren con una frecuencia mucho mayor, surgen como resultado de la exposición a varios mutágenos: factores físicos y químicos que dañan el ADN: radiaciones ionizantes, irradiaciones ultravioleta, diversos análogos de las bases del ADN, compuestos alquilantes, acridinas, antibióticos.

c) Las mutaciones puntuales pueden ser causadas por: reemplazo de base, pérdida (eliminación) de una base o aparición de una base adicional (inserción). Las mutaciones puntuales pueden tener tres consecuencias:

1) sustituir un codón por otro y, por tanto, un aminoácido por otro;

2) un cambio del marco de lectura, que conducirá a un cambio en toda una serie de secuencias de residuos de aminoácidos;

3) la aparición de un codón "sin sentido", que provocará el cese de la traducción en un punto determinado

La síntesis de proteínas puede quedar completamente bloqueada. Se sintetizará la proteína modificada.

Todo esto conducirá a la pérdida de algún rasgo fenotípico en el mutante o, con menos frecuencia, a la aparición de un rasgo nuevo.

La alteración del genoma puede deberse a:

*eliminaciones extendidas

*inversiones (rotación de un segmento cromosómico 180°)

*translocación (movimiento de una sección cromosómica de una posición a otra)

Todo esto también conducirá a cambios y alteraciones de diversas funciones de la célula (organismo).

Un papel importante en la variabilidad de las bacterias y otros organismos pertenece a los llamados elementos genéticos transponibles, es decir, estructuras genéticas capaces de moverse intactas dentro de un genoma determinado o pasar de un genoma a otro, por ejemplo, de un genoma plasmídico a uno bacteriano y viceversa. Hay tres clases de elementos transponibles: elementos IS, transposones y episomas.

#Las secuencias de inserción (del inglés, insertion secuencia) suelen tener tamaños que no superan los 2 mil pares de bases, o 2 kb. (kilobase – mil pares de bases). Los elementos IS llevan solo un gen que codifica una proteína transposasa, con la ayuda del cual los elementos IS se integran en varias partes del cromosoma. Se designan con números: IS1, IS2, IS3, etc.

Los #transposones son segmentos más grandes de ADN flanqueados por elementos IS invertidos. Son capaces de integrarse en varias partes del cromosoma o pasar de un genoma a otro, es decir, se comportan como elementos IS. Además de los genes que les permiten moverse, también contienen otros genes, como los genes de resistencia a los medicamentos. Los transposones se encuentran en los genomas de plásmidos, virus, procariotas y eucariotas y, al igual que los elementos IS, se designan con un número de serie: Tn1, Tn2, Tn3, etc.

# Los episomas incluyen sistemas autorreguladores aún más grandes y complejos que contienen elementos IS y transposones y capaces de replicarse en cualquiera de sus dos estados alternativos (autónomo o integrado) en el cromosoma de la célula huésped. Los episomas incluyen varios fagos lisogénicos templados; se diferencian de todos los demás elementos transponibles por la presencia de su propia capa proteica y un ciclo de reproducción más complejo. Los propios episomas son virus que, como otros elementos transponibles, tienen la capacidad de pasar de un genoma a otro de forma intacta.

Normalmente, la división celular bacteriana se describe como "binaria": después de la duplicación, los nucleoides asociados con la membrana plasmática se separan debido al estiramiento de la membrana entre los nucleoides, y luego se forma una constricción o tabique que divide la célula en dos. Este tipo de división da como resultado una distribución muy precisa del material genético, prácticamente sin errores (menos del 0,03% de las células defectuosas). Recordemos que el aparato nuclear de las bacterias, el nucleoide, es una molécula de ADN cíclica gigante (1,6 mm) que forma numerosos dominios de bucle en estado de superenrollamiento; se desconoce el orden de plegado de los dominios de bucle.

El tiempo promedio entre divisiones de células bacterianas es de 20 a 30 minutos. Y durante este período, debe ocurrir toda una serie de eventos: replicación del ADN nucleoide, segregación, separación de nucleoides hermanos, su mayor divergencia, citotomía debido a la formación de un tabique que divide la célula original exactamente por la mitad.

Toda la gama de estos procesos ha recibido intensa atención por parte de los investigadores en los últimos años, lo que ha dado como resultado observaciones importantes e inesperadas. Resultó que al comienzo de la síntesis de ADN, que comienza en el punto de replicación (origen), ambas moléculas de ADN en crecimiento permanecen inicialmente asociadas con la membrana plasmática. Simultáneamente con la síntesis de ADN, el proceso de eliminación del superenrollamiento de los dominios de bucle antiguos y replicantes se produce debido a una serie de enzimas (topoisomerasa, girasa, ligasa, etc.), lo que conduce a la separación física de dos cromosomas hijos (o hermanos). nucleoides que todavía están en estrecho contacto entre sí. Después de tal segregación, los nucleoides divergen del centro de la célula, del lugar donde estaban anteriormente. Además, esta discrepancia es muy precisa: un cuarto de la longitud de la celda en dos direcciones opuestas. Como resultado, se localizan dos nuevos nucleoides en la célula. ¿Cuál es el mecanismo de esta discrepancia? Se hicieron suposiciones (Delamater, 1953) de que la división de las células bacterianas es similar a la mitosis de los eucariotas, pero los datos a favor de esta suposición no aparecieron durante mucho tiempo.

Se obtuvo nueva información sobre los mecanismos de la división celular bacteriana mediante el estudio de mutantes en los que la división celular estaba alterada.

Se descubrió que en el proceso de divergencia de nucleoides participan varios grupos de proteínas especiales. Uno de ellos, la proteína Muk B, es un homodímero gigante (masa mol. de aproximadamente 180 kDa, longitud de 60 nm), que consta de una sección helicoidal central y secciones globulares terminales, que recuerda en estructura a las proteínas filamentosas eucariotas (cadena de miosina II, cinesina). ). En el extremo N, Muk B se une a GTP y ATP, y en el extremo C a una molécula de ADN. Estas propiedades de Muk B dan motivos para considerarla una proteína motora implicada en la divergencia de nucleoides. Las mutaciones de esta proteína provocan alteraciones en la segregación de nucleoides: aparece una gran cantidad de células anucleadas en la población mutante.

Además de la proteína Muk B, la divergencia de nucleoides aparentemente involucra haces de fibrillas que contienen la proteína Caf A, que puede unirse a cadenas pesadas de miosina, como la actina.

La formación de una constricción o tabique también se parece en general a la citotomía de las células animales. En este caso, en la formación de los tabiques participan proteínas de la familia Fts (termosensibles fibrilares). Se trata de un grupo de varias proteínas, entre las cuales la proteína FtsZ es la más estudiada. Esta proteína es similar en la mayoría de las bacterias, archbacterias, y se encuentra en micoplasmas y cloroplastos. Es una proteína globular similar en su secuencia de aminoácidos a la tubulina. Al interactuar con GTP in vitro, es capaz de formar protofilamentos filamentosos largos. En la interfase, FtsZ se localiza de forma difusa en el citoplasma, su cantidad es muy grande (5-20 mil monómeros por célula). Durante la división celular, toda esta proteína se localiza en la zona septal, formando un anillo contráctil, que recuerda mucho al anillo de actomiosina durante la división celular de origen animal.

22. Núcleo bacteriano. Tipos de división celular bacteriana. Proceso de división.

Las mutaciones en esta proteína provocan el cese de la división celular: aparecen células largas que contienen muchos nucleoides. Estas observaciones muestran una dependencia directa de la división celular bacteriana de la presencia de proteínas Fts.

En cuanto al mecanismo de formación de los septos, existen varias hipótesis que postulan la contracción del anillo en la zona septal, dando lugar a la división de la célula original en dos. Según uno de ellos, los protofilamentos deberían deslizarse entre sí con la ayuda de proteínas motoras aún desconocidas; según el otro, debido a la despolimerización de FtsZ anclado a la membrana plasmática puede producirse una reducción del diámetro del tabique.

Fases de propagación de cultivos bacterianos en condiciones estacionarias.

La última fase de crecimiento es la fase estacionaria, que es causada por el agotamiento de nutrientes. Las células reducen su actividad metabólica y consumen proteínas celulares no esenciales. La fase estacionaria es una transición de un crecimiento rápido a un estado de estrés, que se caracteriza por un aumento en la expresión de genes que participan en la reparación del ADN y el metabolismo antioxidante.

Cuando las bacterias no se multiplican en flujo, sino en condiciones estacionarias, el medio nutritivo cambia y los productos de desecho de las bacterias se acumulan en él, como resultado de lo cual también cambian sus características fisiológicas. Por tanto, las células jóvenes de Clostridium acetobutylicum no pueden formar acetona; adquieren esta propiedad en una cultura más antigua. Si las bacterias portadoras de esporas se cultivan en condiciones de cultivo de flujo, se dividirán pero no producirán esporas. Cuando las bacterias crecen en medios nutritivos sólidos, forman grupos de células de diferentes tamaños, formas y colores, llamados colonias.

Cepa bacteriana, cultivo puro.
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ciclo de Krebs

División bacteriana

La división bacteriana se produce como resultado de la formación de un tabique intercelular, que se produce de la siguiente manera. En la región del CM a la que una molécula de ADN (cromosoma, plásmido) está asociada con un receptor especial, ocurren eventos que inician el proceso de replicación, como resultado de lo cual la molécula de ADN hija recién formada también se une al receptor en el CM.

La región de este último entre dos receptores, a uno de los cuales está unido el ADN padre y al otro, el ADN hijo, comienza a alargarse, como resultado de lo cual la distancia entre ellos aumenta constantemente con el tiempo. Una vez completado el proceso de replicación, estrictamente a lo largo del ecuador, comienza a formarse una partición intercelular entre los cromosomas separados mediante la contrainvaginación (crecimiento uno hacia el otro) del CM y la región de la pared celular asociada.

Como resultado de la fusión de las secciones invaginantes de CM y CS, se forma un tabique intercelular y la célula madre se divide en dos células hijas de igual longitud. La función del aparato de mitosis en las bacterias la realiza CM a través de su elongación, que separa los cromosomas (y los plásmidos) de tal manera que terminan en la misma posición, al otro lado del tabique intercelular en desarrollo en proporciones iguales.

Puede haber al menos dos resultados de una violación del control genético de la división celular. Si no se produce la formación del tabique intercelular, aparecen formas filamentosas largas. Sin embargo, cuando se restablece el mecanismo dañado de dicho control, los hilos se dividen en fragmentos de igual longitud que las células normales. En algunos casos, una violación de los mecanismos de control conduce al hecho de que en lugar de que se forme un tabique intercelular a lo largo del ecuador, se forman uno o dos tabiques, cada uno de los cuales se localiza más cerca de su polo.

Dado que en este caso la formación del tabique no está asociada con la segregación cromosómica, se forman las llamadas minicélulas, desprovistas de cromosomas, que permanecen en la célula madre. Las minicélulas pueden realizar diversos procesos bioquímicos porque contienen enzimas, pero no son capaces de reproducirse porque carecen de cromosomas.

Además de las minicélulas, debido a diversos efectos adversos, a partir de bacterias se pueden formar las llamadas nanocélulas, es decir, células diminutas que miden entre 0,2 y 0,3 micrones. Fueron descritos con varios nombres: formas filtrables de bacterias, cuerpos elementales, ultramicrobacterias.

División celular bacteriana

La mayoría de las veces se forman durante la transformación L de bacterias.

Como es más conveniente expresar el tamaño de estas células en nanómetros que en fracciones de micrómetro, comenzaron a llamarse nanocélulas. La formación de nanocélulas es una respuesta universal de las bacterias a condiciones de vida desfavorables.

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1. ¿Qué métodos de división son característicos de las células eucariotas? ¿Para las células procarióticas?

Mitosis, amitosis, fisión binaria simple, meiosis.

Las células eucariotas se caracterizan por los siguientes métodos de división: mitosis, amitosis, meiosis.

Las células procarióticas se caracterizan por una fisión binaria simple.

2. ¿Qué es la fisión binaria simple?

La fisión binaria simple es característica únicamente de las células procarióticas. Las células bacterianas contienen un cromosoma, una molécula de ADN circular. Antes de la división celular, se produce la replicación y se forman dos moléculas de ADN idénticas, cada una de ellas unida a la membrana citoplasmática. Durante la división, el plasmalema crece entre dos moléculas de ADN de tal manera que finalmente divide la célula en dos. Cada célula resultante contiene una molécula de ADN idéntica.

3. ¿Qué es la mitosis? Describe las fases de la mitosis.

La mitosis es el principal método de división de las células eucariotas, como resultado del cual se forman dos células hijas con el mismo conjunto de cromosomas a partir de una célula madre. Por conveniencia, la mitosis se divide en cuatro fases:

● Profase. En la célula, el volumen del núcleo aumenta, la cromatina comienza a girar en espiral, como resultado de lo cual se forman los cromosomas. Cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas conectadas en el centrómero (en una célula diploide, conjunto 2n4c). Los nucléolos se disuelven y la membrana nuclear se desintegra. Los cromosomas terminan en el hialoplasma y se disponen en él de forma aleatoria (caótica). Los centríolos divergen en pares hacia los polos celulares, donde inician la formación de microtúbulos del huso. Algunos de los hilos del huso van de polo a polo, otros hilos están unidos a los centrómeros de los cromosomas y contribuyen a su movimiento hacia el plano ecuatorial de la célula. La mayoría de las células vegetales carecen de centríolos. En este caso, los centros de formación de microtúbulos del huso son estructuras especiales que constan de pequeñas vacuolas.

● Metafase. Se completa la formación del huso de fisión. Los cromosomas alcanzan la máxima espiralización y se disponen de forma ordenada en el plano ecuatorial de la célula. Se forma la llamada placa metafásica, que consta de cromosomas de dos cromátidas.

● Anafase. Las hebras del huso se acortan, lo que hace que las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separen entre sí y se estiren hacia los polos opuestos de la célula. A partir de este momento, las cromátidas separadas se denominan cromosomas hijos. Los polos celulares tienen el mismo material genético (cada polo tiene 2n2c).

● Telofase. Los cromosomas hijos se desenroscan en los polos celulares para formar cromatina. Las capas nucleares se forman alrededor del material nuclear de cada polo. Los nucléolos aparecen en los dos núcleos formados. Los filamentos del huso se destruyen. En este punto finaliza la división nuclear y la célula comienza a dividirse en dos. En las células animales aparece una constricción anular en el plano ecuatorial, que se profundiza hasta que se produce la separación de dos células hijas. Las células vegetales no pueden dividirse por constricción, porque tener una pared celular rígida. En el plano ecuatorial de la célula vegetal, a partir del contenido de las vesículas del complejo de Golgi se forma la llamada placa mediana, que separa las dos células hijas.

4. ¿Cómo reciben las células hijas información hereditaria idéntica como resultado de la mitosis? ¿Cuál es el significado biológico de la mitosis?

En la metafase, los cromosomas bicromátidos se ubican en el plano ecuatorial de la célula. Las moléculas de ADN en las cromátidas hermanas son idénticas entre sí, porque formado como resultado de la replicación de la molécula de ADN materno original (esto ocurrió en el período S de la interfase que precede a la mitosis).

En la anafase, con la ayuda de los hilos del huso, las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan entre sí y se estiran hacia los polos opuestos de la célula. Así, los dos polos de la célula tienen el mismo material genético (2n2c en cada polo), que, al finalizar la mitosis, se convierte en el material genético de las dos células hijas.

La importancia biológica de la mitosis es que asegura la transmisión de características y propiedades hereditarias a lo largo de una serie de generaciones celulares. Esto es necesario para el desarrollo normal de un organismo multicelular. Debido a la distribución precisa y uniforme de los cromosomas durante la mitosis, todas las células del cuerpo son genéticamente idénticas. La mitosis determina el crecimiento y desarrollo de los organismos, la restauración de tejidos y órganos dañados (regeneración). La división celular mitótica es la base de la reproducción asexual en muchos organismos.

5. Número de cromosomas - n, cromátidas - c. ¿Cuál será la proporción de nyc para las células somáticas humanas en los siguientes períodos de interfase y mitosis? Fósforo:

1) En el período G1, cada cromosoma consta de una cromátida, es decir. Las células somáticas contienen un conjunto de 2n2c, que para los humanos son 46 cromosomas, 46 cromátidas.

2) En el período G2, cada cromosoma consta de dos cromátidas, es decir. Las células somáticas contienen un conjunto de 2n4c (46 cromosomas, 92 cromátidas).

3) En la profase de la mitosis, el conjunto de cromosomas y cromátidas es 2n4c, (46 cromosomas, 92 cromátidas).

4) En la metafase de la mitosis, el conjunto de cromosomas y cromátidas es 2n4c (46 cromosomas, 92 cromátidas).

5) Al final de la anafase de la mitosis, debido a la separación de las cromátidas hermanas entre sí y su divergencia hacia los polos opuestos de la célula, cada polo tiene un conjunto de 2n2c (46 cromosomas, 46 cromátidas).

6) Al final de la telofase de la mitosis, se forman dos células hijas, cada una de las cuales contiene un conjunto de 2n2c (46 cromosomas, 46 cromátidas).

Respuesta: 1 - B, 2 - G, 3 - G, 4 - G, 5 - V, 6 - V.

6. ¿En qué se diferencia la amitosis de la mitosis?

División de células procarióticas

¿Por qué crees que la amitosis se llama división celular directa y la mitosis indirecta?

A diferencia de la mitosis, la amitosis:

● El núcleo se divide por constricción sin espiralización de la cromatina ni formación de huso; las cuatro fases características de la mitosis están ausentes.

● El material hereditario se distribuye de manera desigual y aleatoria entre los núcleos hijos.

● A menudo sólo se observa división nuclear sin división adicional de la célula en dos células hijas. En este caso aparecen células binucleadas e incluso multinucleadas.

● Se desperdicia menos energía.

La mitosis se llama división indirecta porque. En comparación con la amitosis, es un proceso bastante complejo y preciso, que consta de cuatro fases y requiere una preparación preliminar (replicación, duplicación de centríolos, almacenamiento de energía, síntesis de proteínas especiales, etc.). Durante la división directa (es decir, simple, primitiva), la amitosis, el núcleo celular, sin ninguna preparación especial, se divide rápidamente mediante una constricción y el material hereditario se distribuye aleatoriamente entre los núcleos hijos.

7. En el núcleo de una célula que no se divide, el material hereditario (ADN) se encuentra en forma de una sustancia amorfa dispersa: la cromatina. Antes de la división, la cromatina gira en espiral y forma estructuras compactas: los cromosomas, y después de la división vuelve a su estado original. ¿Por qué las células realizan modificaciones tan complejas de su material hereditario?

El ADN en la composición de la cromatina amorfa y dispersa durante la división sería imposible de distribuir de manera precisa y uniforme entre las células hijas (esta es exactamente la imagen que se observa durante la amitosis: el material hereditario se distribuye de manera desigual y aleatoria).

Por otro lado, si el ADN celular estuviera siempre en un estado compactado (es decir, como parte de cromosomas en espiral), sería imposible leer toda la información necesaria en él.

Por lo tanto, al comienzo de la división, la célula transfiere el ADN al estado más compacto y, una vez completada la división, lo devuelve a su estado original, conveniente para la lectura.

8*. Se ha establecido que en los animales diurnos la actividad mitótica máxima de las células se observa por la noche y la mínima durante el día. En los animales nocturnos, las células se dividen con mayor intensidad por la mañana, mientras que la actividad mitótica se debilita por la noche. ¿Cuál cree usted que es la razón de esto?

Los animales diurnos están activos durante las horas del día. Durante el día gastan mucha energía moviéndose y buscando comida, mientras que sus células se “desgastan” más rápido y mueren con más frecuencia. Por la noche, cuando el cuerpo ha digerido los alimentos, absorbido los nutrientes y acumulado una cantidad suficiente de energía, se activan los procesos de regeneración y, sobre todo, la mitosis. En consecuencia, en los animales nocturnos la actividad mitótica máxima de las células se observa por la mañana, cuando su cuerpo descansa después de un período nocturno activo.

*Las tareas marcadas con un asterisco requieren que los estudiantes planteen varias hipótesis. Por lo tanto, a la hora de calificar, el docente debe centrarse no solo en la respuesta aquí dada, sino tener en cuenta cada hipótesis, valorando el pensamiento biológico de los estudiantes, la lógica de sus razonamientos, la originalidad de las ideas, etc. familiarizar a los estudiantes con la respuesta dada.

Dashkov M.L.