Kedvező körülmények esetén a baktériumsejt elszaporodik. A baktériumok fő szaporodási módja a sejt egyszerű kettéosztása (bináris hasadás). Az osztódás kezdetén a sejt megnyúlik, majd a nukleoid osztódik. A nukleoidot egy szupertekercses és szorosan összecsomagolt önreplikálódó DNS-molekula - egy replikon - képviseli. A plazmidok is replikonok. A DNS-replikációt DNS-polimeráz enzimek részvételével hajtják végre. A folyamat a DNS egy meghatározott pontján kezdődik, és egyidejűleg két ellentétes irányban megy végbe. A replikáció a DNS egy meghatározott helyén is véget ér. A replikáció következtében a sejtben lévő DNS mennyisége megkétszereződik. Az újonnan szintetizált DNS-molekulák, amelyek egy anya- és egy újonnan szintetizált szálból állnak, fokozatosan szétszóródnak a keletkező leánysejtekben. Úgy gondolják, hogy a DNS-replikáció a baktériumsejt osztódása által eltöltött teljes idő közel 80%-át teszi ki. Amint a DNS-replikáció befejeződött, megkezdődik a sejtosztódás folyamata. Először egy kétrétegű citoplazmatikus membránt, majd a membrán rétegei között peptidoglikánt szintetizálnak. A folyamat egy partíció kialakításával ér véget.

A DNS replikációja és az osztódó septum kialakulása során a mikroorganizmus sejt folyamatosan növekszik. Ebben az időszakban a következő folyamatok zajlanak le aktívan a sejtben: a sejtfal és a citoplazma membrán komponenseinek peptidoglikán szintézise, ​​új riboszómák és más organellumok képződése. Az osztódás utolsó szakaszában a leánysejtek elkülönülnek egymástól, de egyes baktériumfajtákban a folyamat nem megy végbe, így sejtláncok képződnek (streptococcusok, tetracoccusok stb.). Amikor a pálcika alakú baktériumok osztódnak, a sejtek először megnövekednek. Amikor a baktériumok kétszer olyan hosszúak lesznek, a rúd a közepén kissé szűkül, majd két sejtre szakad.

Egyes baktériumokat egy másik szaporodási módszer – bimbózás – jellemez, ami a bináris hasadás egy fajtája. A nemzetséghez tartozó baktériumok bimbózás útján szaporodnak Hyphomicrobium,Pedomicrobiumés mások, egyesülve a bimbózó baktériumok csoportjában. Ezek az élőlények megnyúlt rudak, néha körte alakúak, és hifákkal végződnek. Ezekben a baktériumokban a szaporodás a hifa végén vagy közvetlenül az anyasejten lévő rügy kialakulásával kezdődik. A rügy leánysejtté nő, flagellumot alkot, és elválik az anyasejttől. Az érett állapot elérésekor a flagellum elveszik, és a fejlődési folyamat megismétlődik. Néha a baktériumok konjugációnak nevezett szexuális folyamatot tapasztalnak.

A növekedés és szaporodás eredményeként egy mikroorganizmus egyik sejtjéből utódaik kolóniája alakul ki. A mikroorganizmusokat magas szaporodási ráta jellemzi, becslések szerint generációs idő, azaz a sejtosztódás ideje: 24 óra alatt olykor annyi nemzedék cserélődik, ahány ember ötezer év alatt. A szaporodási sebesség számos körülménytől függ, és az egyes baktériumtípusok esetében meglehetősen eltérő lehet. Ha a tápközegben megvannak a szükséges tápanyagok, kedvező hőmérséklet és a környezet optimális reakciója, akkor az egyes sejtek osztódása, például E. coliban, 20-30 percenként megismételhető. Ilyen szaporodási sebesség mellett egy sejt 472 10 19 sejtet tud termelni naponta (72 generáció). Ha feltételezzük, hogy 1 milliárd baktériumsejt tömege 1 mg, akkor 472 10 19 sejt tömege 4720 tonna, ekkora tömegű élőanyag nyerhető ideális körülmények között, amelyek kizárják a sejthalált.

A nagy szaporodási intenzitás biztosítja a mikroorganizmusok megőrzését a földfelszínen: kedvezőtlen körülmények bekövetkeztekor tömegesen elpusztulnak, de elég, ha valahol néhány sejt életben marad, és optimális körülmények között ismét hatalmas számú sejtet hoznak létre. szervezetek.

A prokarióták egyik létfontosságú funkciója, mint minden más élőlénynek, a szaporodás. A baktériumok szaporodási folyamata lényegében az egyedszám növekedésével jellemezhető, amely a baktériumok osztódása miatt következik be.

A modern mikrobiológia leírta a mitózis, a meiózis és az amitózis mintázatait – így osztódnak az eukarióták, és a prokarióták közvetlen osztódással szaporodnak.

A prokarióták elsősorban úgy szaporodnak, hogy az anya baktériumsejtet 2 egyforma leánysejtre osztják. Kedvező körülmények között a bináris hasadás 20 percenként következik be, és ha a környezeti feltételek romlanak, megnő a sejt növekedéséhez és osztódásához szükséges idő. Kedvezőtlen külső körülmények esetén a prokarióták egy időre vagy teljesen leállítják a szaporodást.

A sejt felosztásának folyamatát közvetlenül megelőzi a citoplazma növekedési periódusa és a bakteriális kromoszóma replikációja (megkettőződése), mint a fotón.

A körkörös bakteriális kromoszóma replikációja

A sejtméret növekedése számos összehangolt bioszintetikus folyamat eredményeként következik be, amelyeket szigorúan szabályoznak. A baktériumok szaporodási folyamata nem végtelen – amint a prokarióták elérik az adott kritikus méretet, osztódás következik be.

A bakteriális DNS replikációjának mechanizmusa

Egy nukleoid DNS-ének megkettőzésekor (a sejtmag analógja egy baktériumsejtben) a következő sémát hajtják végre:

• iniciáció - a DNS-osztódás kezdete egy replikon hatására (enzimatikus berendezés, a DNS egy szakasza, amely a duplikációra vonatkozó információkat tartalmaz);
• megnyúlás - meghosszabbítás, a kromoszómalánc növekedése;
• termináció - a láncnövekedés és a DNS hélixezésének befejezése a replikáció során.

A DNS-replikációval párhuzamosan maga a sejt is növekszik, és fokozatosan növekszik a távolság a két új kromoszóma között, amelyek mezoszómákon keresztül kapcsolódnak a citoplazmatikus membránhoz. A prokarióta sejt a replikáció után valamivel osztódni kezd. Nyilvánvalóan a DNS megkettőződése indítja el az elválasztási folyamatot.

Hasonló folyamat hiányzik az eukarióta meiózis esetében. A meiózis folyamata sok tekintetben eltér a prokarióták szaporodásától. Ezenkívül az anyasejt két részre osztása a gram-pozitív és gram-negatív baktériumok számára megvannak a maga sajátosságai.

Gram-negatív baktériumok szaporodása

A Gram-negatív baktériumok viszonylag vékony sejtfallal rendelkeznek, amelyen megközelítőleg középen egy gyűrűs organellum, a septumgyűrű található. A baktériumok szétválása az organellum összehúzódásával és a leánysejtek közötti szűkület kialakulásával történik, amint az a fotón is látható.

A septális gyűrű egy összetett fehérjekomplex, amely több mint 12 különböző fehérjét tartalmaz. A fehérjék szekvenciális egymáshoz, szigorú sorrendben történő összekapcsolásával jön létre.

A szeptumgyűrű fehérjék a következő reprodukciós funkciókat látják el:

• modellezi a filamentumok (gyűrűs fehérjék) egy bizonyos szekvenciában a Z-gyűrűhöz (a gyűrűs organellum éretlen formája) való kapcsolódását;
• biztosítják a Z-gyűrű kötődését a membránhoz;
• koordinálja a gyűrűs organellum kialakulását a kromoszóma szegregációjával (szétválasztásával);
• szintetizálja a peptidoglikánt, a baktériumsejtfal legjelentősebb komponensét, amely ozmotikus védelmet biztosít;
• a peptidoglikán hidrolízisét új sejtek elválasztása céljából.

A Gram-negatív baktériumok szűkülete kiterjed az összes sejtmembránra - a citoplazmatikus (belső) és a külső membránokra, valamint a lipoprotein által hozzájuk kapcsolódó vékony peptidoglikánrétegre.

Az eukarióták meiózisa során hasonló sejtosztódási módszer szűkítéssel nem fordul elő.

Gram-pozitív baktériumok szaporodása

A Gram-pozitív baktérium falvastagsága több mint kétszerese a Gram-negatív baktériumokénak.

A gram-pozitív baktériumok szaporodási folyamata nem hasonlít a mitózishoz, és különbözik az eukarióták meiózisától. A DNS-replikációs folyamat végén a gram-pozitív baktériumok nem hoznak létre szűkületet, hanem egy keresztirányú septumot szintetizálnak, mint a fotón. A szintézis folyamatában, akárcsak a Gram-negatív baktériumokban a szűkület kialakulása során, a mezoszómák részt vesznek, és a sejtszerkezet szélétől a középpontig egy partíciót alkotnak.

A bakteriális prokarióta sejt transzverzális bináris osztódása mindig hosszanti és keresztirányban szimmetrikus, ami egy másik különbség az eukarióták sejtszerkezetének folyamata és meiózisa között.

Kedvező körülmények között a baktériumsejtek közvetlen bináris osztódása egy vagy több síkban történhet, ami a meiózis számára lehetetlen. Abban az esetben, ha a sejtek az elválasztás után nem térnek el egymástól, különböző formájú asszociációk alakulnak ki:

• ha egy sejtet egy síkban vágunk, gömb alakú vagy rúd alakú sejtláncok képződnek (gömb alakú diplococcusok, rúd alakú baktériumok lánca, mint a képen);
• Különböző síkban történő elválasztáskor különböző formájú sejtfelhalmozódások figyelhetők meg (streptococcusok láncai, sarcin csomagok, staphylococcusok klaszterei).

A prokarióták formáinak sokfélesége, amely a képen látható, teljesen lehetetlen a nukleáris sejtek meiózisához.

Az ilyen keresztirányú osztódás nemcsak a Gram-pozitív baktériumokra, hanem a fonalas cianobaktériumokra is jellemző.

A cianobaktériumok többszörös hasadása

A prokarióták bináris szaporodásának egyik fajtája a cianobaktériumokra jellemző, a meiózisra teljesen nem jellemző leányprokarióták anyasejtből történő többszörös kialakulása.

A - a Dermocarpa nemzetség cianobaktériumainak szaporodása
B - a Chroococcidiopsis nemzetség cianobaktériumainak szaporodása

Kezdetben citoplazmatikus növekedés és kromoszóma-replikáció következik be. Ekkor, mint a videón is látható, az anya testének további fibrilláris rétegén belül egymást követő bináris osztódások mennek végbe, amelyek baeociták (kissejtek) képződéséhez vezetnek. Számuk 4-től 1000 egységig terjedhet, és a cianobaktérium típusától függ. Baeociták szabadulnak fel, miután az anya prokarióta fala megreped, amint az a videón látható.

Az egyenlő elválasztás mellett egyes baktériumok bimbózással szaporodnak.

A bimbózás, mint a bináris hasadás speciális esete

A foto- és kemotrófokban a táplálékforrástól függetlenül (autotrófok vagy heterotrófok) lehetőség van a szervezet szaporítására bimbózással.

A folyamat mechanizmusa a következő:

• az anyasejt pólusán rügy képződik;
• a vese az anya testének méretére nő (ez látható a képen), és új sejtfalat szintetizálnak a vese számára;
• teljes értékű leánysejtet választanak el az anyasejttől.

Ha a bináris osztódás folyamatának nincsenek megkötései, mint a meiózis esetében

eukarióták esetében a rügyezés a prokarióta öregedés tényétől függ. Az anyasejt átlagosan legfeljebb 4 rügyet választ el egymástól.

A bimbózásnak megvannak a maga sajátos jellemzői:

• csak a hosszanti szimmetria megmarad (jól látható a fotón);
• bimbózás után anya- és leánysejtek keletkeznek, míg bináris osztódás után nincs anyasejt - két egyenértékű leánysejt van;
• az anyai és a leányszervezetek nem azonosak, jól láthatóak a különbségek közöttük - megfigyelhető az öregedési folyamat.

Kedvező fizikai-kémiai körülmények között a prokarióták képesek exponenciálisan osztódni, és kitölteni az egész világot. A valóságban azonban ez nem történik meg, mivel vannak olyan tényezők, amelyek gátolják a baktériumok osztódását.

A felosztást korlátozó tényezők

A fajok sokfélesége és alkalmazkodóképessége ellenére a baktériumok nem szaporodnak a végtelenségig. A kutatások kimutatták, hogy a baktériumpopuláció növekedése a mikroorganizmusok szaporodási törvényének megfelelően megy végbe, és számszerűen és grafikusan is leírható.

A bakteriális osztódáshoz kapcsolódó populációnövekedés több fázisból áll:

• késleltetési szakasz - az alkalmazkodás időszaka, amikor időbe telik az új életkörülményekhez való alkalmazkodás; a megosztottság nem nagy jelentőségű;
• logaritmikus fázis – a legtöbb osztódással és exponenciális népességnövekedéssel járó időszak;
• állófázis - az az idő, amikor a baktériumkolónia növekedése nullára hajlik, a baktériumok megoszlása ​​kiegyenlítődik a korlátozott táplálékforrások miatti halálozások számával;
• növekedés lassulása - az élelmiszerforrások jelentős csökkenése és a mérgező salakanyagok felhalmozódása miatt következik be.

A kedvezőtlen körülmények a baktériumok osztódásának megszűnését, és ennek következtében a populáció elkerülhetetlen halálát idézik elő.

Állatorvosként dolgozom. Érdekel a társastánc, a sport és a jóga. Előtérbe helyezem a személyes fejlődést és a spirituális gyakorlatok elsajátítását. Kedvenc témák: állatorvoslás, biológia, építőipar, javítás, utazás. Tabuk: jog, politika, informatikai technológiák és számítógépes játékok.

A baktériumok a Földön jelenleg létező legrégebbi organizmuscsoport. Az első baktériumok valószínűleg több mint 3,5 milliárd éve jelentek meg, és csaknem egymilliárd évig ők voltak az egyetlen élőlények bolygónkon. Mivel ezek voltak az élő természet első képviselői, testük primitív szerkezetű volt.

Idővel szerkezetük összetettebbé vált, de a mai napig a baktériumokat tartják a legprimitívebb egysejtű szervezeteknek. Érdekes, hogy egyes baktériumok még mindig megőrzik ősi őseik primitív vonásait. Ez a forró kénes forrásokban és a tározók alján található anoxikus iszapban élő baktériumokban figyelhető meg.

A legtöbb baktérium színtelen. Csak néhány lila vagy zöld. De sok baktérium kolóniája élénk színű, amelyet egy színes anyag környezetbe jutása vagy a sejtek pigmentációja okoz.

A baktériumok világának felfedezője Antony Leeuwenhoek, a 17. századi holland természettudós volt, aki először alkotott meg tökéletes nagyítómikroszkópot, amely 160-270-szeresre nagyítja a tárgyakat.

A baktériumokat a prokarióták közé sorolják, és egy külön birodalomba sorolják - a baktériumokba.

Testalkat

A baktériumok számos és változatos organizmus. Alakjuk változatos.

A baktérium neve	A baktériumok alakja	Baktérium kép
Cocci		Golyó alakú
Bacilus		Rúd alakú
Vibrió baktérium		Vessző alakú
Spirillum		Spirál
Streptococcusok		Coccusok lánca
Staphylococcus		Coccusok klaszterei
Diplococcus		Két kerek baktérium egy nyálkahártya-kapszulába zárva

Szállítási módok

A baktériumok között vannak mozgékony és immobil formák. A mozgások hullámszerű összehúzódások hatására vagy flagellák (csavart spirális szálak) segítségével mozognak, amelyek egy speciális flagellin fehérjéből állnak. Egy vagy több flagella lehet. Egyes baktériumokban a sejt egyik végén, másokban kettőben vagy a teljes felületen helyezkednek el.

De a mozgás sok más baktériumban is benne rejlik, amelyekből hiányzik a flagella. Így a kívülről nyálkahártyával borított baktériumok képesek sikló mozgásra.

Egyes vízi és talajbaktériumok, amelyekben nincsenek flagellák, gázvakuolákat tartalmaznak a citoplazmában. Egy sejtben 40-60 vakuólum lehet. Mindegyik gázzal (feltehetően nitrogénnel) van töltve. A vakuólumokban lévő gáz mennyiségének szabályozásával a vízi baktériumok a vízoszlopba süllyedhetnek vagy annak felszínére emelkedhetnek, a talajbaktériumok pedig a talajkapillárisokban mozoghatnak.

Élőhely

Szervezeti egyszerűségük és igénytelenségük miatt a baktériumok széles körben elterjedtek a természetben. A baktériumok mindenhol megtalálhatók: még a legtisztább forrásvíz cseppjeiben is, talajszemekben, levegőben, sziklákon, sarki hóban, sivatagi homokban, az óceán fenekén, nagy mélységből kitermelt olajban, sőt még a körülbelül 80°C hőmérsékletű melegforrások vize. Növényeken, gyümölcsökön, különféle állatokon és emberben a belekben, a szájüregben, a végtagokban és a test felszínén élnek.

A baktériumok a legkisebb és legnagyobb számú élőlények. Kis méretüknek köszönhetően könnyen behatolnak bármilyen repedésbe, résbe vagy pórusba. Nagyon strapabíró és alkalmazkodott a különféle életkörülményekhez. Elviselik a szárítást, az extrém hideget és a 90°C-ig történő melegítést anélkül, hogy elveszítenék életképességüket.

Gyakorlatilag nincs olyan hely a Földön, ahol ne lennének baktériumok, de változó mennyiségben. A baktériumok életkörülményei változatosak. Némelyikük légköri oxigént igényel, másoknak nincs rá szükségük, és képesek oxigénmentes környezetben élni.

A levegőben: a baktériumok 30 km-re emelkednek a felső légkörbe. és több.

Különösen sok van belőlük a talajban. 1 g talaj több száz millió baktériumot tartalmazhat.

Vízben: a felszíni vízrétegekben nyílt tározókban. A jótékony vízi baktériumok mineralizálják a szerves maradványokat.

Élő szervezetekben: a külső környezetből patogén baktériumok jutnak be a szervezetbe, de csak kedvező körülmények között okoznak betegségeket. A szimbiotikusok az emésztőszervekben élnek, segítik a táplálék lebontását és felszívódását, valamint a vitaminok szintetizálását.

Külső szerkezet

A baktériumsejtet speciális sűrű héj – sejtfal – borítja, amely védő- és támasztó funkciókat lát el, emellett állandó, jellegzetes formát ad a baktériumnak. A baktérium sejtfala egy növényi sejt falához hasonlít. Átjárható: ezen keresztül a tápanyagok szabadon bejutnak a sejtbe, az anyagcseretermékek pedig a környezetbe. Gyakran a baktériumok további védő nyálkaréteget termelnek a sejtfal tetején - egy kapszulát. A kapszula vastagsága sokszorosa lehet magának a cellának az átmérőjének, de lehet nagyon kicsi is. A kapszula nem lényeges része a sejtnek, a baktériumok körülményeitől függően jön létre. Megvédi a baktériumokat a kiszáradástól.

Egyes baktériumok felületén hosszú flagellák (egy, kettő vagy sok) vagy rövid vékony bolyhok találhatók. A flagella hossza sokszorosa lehet a baktérium testének méretének. A baktériumok a flagellák és a bolyhok segítségével mozognak.

Belső szerkezet

A baktériumsejt belsejében sűrű, mozdulatlan citoplazma található. Réteges felépítésű, nincsenek vakuolák, ezért magában a citoplazma anyagában különböző fehérjék (enzimek) és tartalék tápanyagok találhatók. A baktériumsejteknek nincs magjuk. Egy örökletes információt hordozó anyag sejtjük központi részében koncentrálódik. Baktériumok, - nukleinsav - DNS. De ez az anyag nem alakul atommaggá.

A baktériumsejt belső szervezete összetett, és megvannak a maga sajátos jellemzői. A citoplazmát a citoplazmatikus membrán választja el a sejtfaltól. A citoplazmában van egy fő anyag vagy mátrix, riboszómák és kis számú membránstruktúra, amelyek különféle funkciókat látnak el (a mitokondriumok analógjai, az endoplazmatikus retikulum, a Golgi-készülék). A baktériumsejtek citoplazmája gyakran tartalmaz különféle formájú és méretű szemcséket. A granulátumok olyan vegyületekből állhatnak, amelyek energia- és szénforrásként szolgálnak. Zsírcseppek is találhatók a baktériumsejtben.

A sejt központi részében a nukleáris anyag lokalizálódik - a DNS, amelyet membrán nem határol el a citoplazmától. Ez a mag analógja - egy nukleoid. A nukleoidnak nincs membránja, magja vagy kromoszómakészlete.

Étkezési módszerek

A baktériumok különböző táplálkozási módokkal rendelkeznek. Ezek között vannak autotrófok és heterotrófok. Az autotrófok olyan organizmusok, amelyek önállóan képesek szerves anyagokat előállítani táplálkozásukhoz.

A növényeknek nitrogénre van szükségük, de maguk nem tudják felvenni a nitrogént a levegőből. Egyes baktériumok a levegőben lévő nitrogénmolekulákat más molekulákkal kombinálják, így a növények számára hozzáférhető anyagok keletkeznek.

Ezek a baktériumok megtelepednek a fiatal gyökerek sejtjeiben, ami a gyökereken megvastagodásokhoz, úgynevezett csomókhoz vezet. Az ilyen csomók a hüvelyesek családjába tartozó növények és néhány más növény gyökerein alakulnak ki.

A gyökerek szénhidrátot adnak a baktériumoknak, a baktériumok a gyökerekhez pedig nitrogéntartalmú anyagokat, amelyeket a növény fel tud venni. Az együttélésük kölcsönösen előnyös.

A növényi gyökerek sok szerves anyagot (cukrokat, aminosavakat és másokat) választanak ki, amelyekkel a baktériumok táplálkoznak. Ezért különösen sok baktérium telepszik meg a gyökereket körülvevő talajrétegben. Ezek a baktériumok az elhalt növényi törmeléket növényi anyagokká alakítják át. Ezt a talajréteget rizoszférának nevezik.

Számos hipotézis létezik a csomóbaktériumok gyökérszövetbe való behatolásával kapcsolatban:

• az epidermális és a kéregszövet károsodása révén;
• gyökérszőrszálakon keresztül;
• csak a fiatal sejtmembránon keresztül;
• a pektinolitikus enzimeket termelő társbaktériumoknak köszönhetően;
• a B-indol-ecetsav triptofánból történő szintézisének stimulálása miatt, amely mindig jelen van a növényi gyökérváladékban.

A csomóbaktériumok gyökérszövetbe való bejuttatásának folyamata két fázisból áll:

• gyökérszőrök fertőzése;
• csomóképződés folyamata.

A legtöbb esetben a behatoló sejt aktívan szaporodik, úgynevezett fertőzési szálakat képez, és ilyen szálak formájában beköltözik a növényi szövetbe. A fertőzési fonalból kilépő csomóbaktériumok tovább szaporodnak a gazdaszövetben.

A gyorsan szaporodó gócbaktériumok sejtjeivel teli növényi sejtek gyorsan osztódnak. A fiatal göb összekapcsolása a hüvelyes növény gyökerével az ér-rostos kötegeknek köszönhetően történik. A működés ideje alatt a csomók általában sűrűek. Mire az optimális aktivitás bekövetkezik, a csomók rózsaszínűvé válnak (a leghemoglobin pigmentnek köszönhetően). Csak azok a baktériumok képesek megkötni a nitrogént, amelyek leghemoglobint tartalmaznak.

A csomóbaktériumok hektáronként több tíz és száz kilogramm nitrogénműtrágyát hoznak létre.

Anyagcsere

A baktériumok anyagcseréjükben különböznek egymástól. Egyes esetekben oxigén részvételével fordul elő, másokban - anélkül.

A legtöbb baktérium kész szerves anyagokkal táplálkozik. Ezek közül csak néhány (kék-zöld vagy cianobaktérium) képes szervetlen anyagokból szerves anyagokat létrehozni. Fontos szerepet játszottak az oxigén felhalmozódásában a Föld légkörében.

A baktériumok kívülről szívják fel az anyagokat, darabokra szaggatják molekuláikat, ezekből a részekből rakják össze a héjukat és feltöltik a tartalmukat (így nőnek), és kidobják a felesleges molekulákat. A baktérium héja és membránja lehetővé teszi, hogy csak a szükséges anyagokat szívja fel.

Ha egy baktérium héja és membránja teljesen áthatolhatatlan lenne, akkor semmilyen anyag nem kerülne a sejtbe. Ha minden anyag számára átjárhatóak lennének, akkor a sejt tartalma összekeveredne a tápközeggel - azzal az oldattal, amelyben a baktérium él. A túléléshez a baktériumoknak héjra van szükségük, amely átengedi a szükséges anyagokat, de nem a felesleges anyagokat.

A baktérium felszívja a közelében található tápanyagokat. Mi történik ezután? Ha önállóan tud mozogni (egy flagellum mozgatásával vagy a nyálka visszaszorításával), akkor addig mozog, amíg meg nem találja a szükséges anyagokat.

Ha nem tud mozogni, akkor megvárja, amíg a diffúzió (az egyik anyag molekuláinak azon képessége, hogy behatolnak egy másik anyag molekuláinak sűrűjébe) elhozza a szükséges molekulákat.

A baktériumok más mikroorganizmuscsoportokkal együtt óriási kémiai munkát végeznek. Különféle vegyületek átalakításával megkapják az életükhöz szükséges energiát és tápanyagokat. Az anyagcsere-folyamatok, az energiaszerzés módjai és a szervezetük anyagainak felépítéséhez szükséges anyagok változatosak a baktériumokban.

Más baktériumok a szervezetben a szerves anyagok szintéziséhez szükséges összes szénszükségletüket a szervetlen vegyületek rovására elégítik ki. Autotrófoknak nevezik őket. Az autotróf baktériumok képesek szerves anyagokat szintetizálni szervetlenekből. Ezek közé tartozik:

Kemoszintézis

A sugárzási energia felhasználása a legfontosabb, de nem az egyetlen módja annak, hogy szén-dioxidból és vízből szerves anyagot hozzunk létre. Ismeretesek olyan baktériumok, amelyek nem a napfényt használják fel energiaforrásként az ilyen szintézishez, hanem az egyes szervetlen vegyületek - kénhidrogén, kén, ammónia, hidrogén, salétromsav, vasvegyületek - oxidációja során az élőlények sejtjeiben keletkező kémiai kötések energiáját. vas és mangán. Az ezzel a kémiai energiával képződött szerves anyagot testük sejtjeinek felépítésére használják fel. Ezért ezt a folyamatot kemoszintézisnek nevezik.

A kemoszintetikus mikroorganizmusok legfontosabb csoportja a nitrifikáló baktériumok. Ezek a baktériumok a talajban élnek, és a szerves maradványok bomlása során keletkező ammóniát salétromsavvá oxidálják. Ez utóbbi reakcióba lép a talaj ásványi vegyületeivel, salétromsav sóivá alakulva. Ez a folyamat két szakaszban zajlik.

A vasbaktériumok a vasvasat vas-oxiddá alakítják. A keletkező vas-hidroxid ülepedik, és úgynevezett mocsári vasércet képez.

Egyes mikroorganizmusok a molekuláris hidrogén oxidációja miatt léteznek, és ezáltal autotróf táplálkozási módszert biztosítanak.

A hidrogénbaktériumok jellemző tulajdonsága, hogy szerves vegyületekkel és hidrogén hiányával heterotróf életmódra váltanak.

Így a kemoautotrófok tipikus autotrófok, mivel önállóan szintetizálják a szükséges szerves vegyületeket szervetlen anyagokból, és nem veszik őket készen más élőlényekből, például heterotrófokból. A kemoautotróf baktériumok abban különböznek a fototróf növényektől, hogy teljesen függetlenek a fénytől mint energiaforrástól.

Bakteriális fotoszintézis

Egyes pigmenttartalmú kénbaktériumok (lila, zöld), specifikus pigmenteket - bakterioklorofillokat - képesek elnyelni a napenergiát, melynek segítségével szervezetükben a hidrogén-szulfid lebomlik és hidrogénatomokat szabadít fel a megfelelő vegyületek helyreállítására. Ez a folyamat sokban hasonlít a fotoszintézishez, és csak abban különbözik, hogy a lila és zöld baktériumokban a hidrogéndonor a hidrogén-szulfid (esetenként karbonsavak), a zöld növényekben pedig a víz. Mindkettőben az elnyelt napsugarak energiája miatt történik a hidrogén leválasztása és átvitele.

Ezt a bakteriális fotoszintézist, amely oxigén felszabadulása nélkül megy végbe, fotoredukciónak nevezik. A szén-dioxid fotoredukciója a hidrogénnek nem a vízből, hanem a hidrogén-szulfidból való átadásával jár:

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

A kemoszintézis és a bakteriális fotoszintézis biológiai jelentősége bolygóléptékben viszonylag kicsi. Csak a kemoszintetikus baktériumok játszanak jelentős szerepet a kén körforgásában a természetben. A zöld növények kénsavsók formájában felszívják, a kén redukálódik, és a fehérjemolekulák részévé válik. Továbbá, amikor a rothadó baktériumok elpusztítják az elhalt növényi és állati maradványokat, kén hidrogén-szulfid formájában szabadul fel, amelyet a kénbaktériumok szabad kénné (vagy kénsavvá) oxidálnak, így a talajban a növények számára hozzáférhető szulfitok keletkeznek. A kemo- és fotoautotróf baktériumok nélkülözhetetlenek a nitrogén- és kénciklusban.

Sporuláció

A spórák a baktériumsejt belsejében képződnek. A sporuláció folyamata során a baktériumsejt számos biokémiai folyamaton megy keresztül. Csökken a benne lévő szabad víz mennyisége és csökken az enzimaktivitás. Ez biztosítja a spórák ellenállását a kedvezőtlen környezeti feltételekkel szemben (magas hőmérséklet, magas sókoncentráció, szárítás stb.). A sporuláció csak a baktériumok egy kis csoportjára jellemző.

A spórák a baktériumok életciklusának opcionális szakaszai. A sporuláció csak a tápanyagok hiányával vagy az anyagcseretermékek felhalmozódásával kezdődik. A spóra formájú baktériumok hosszú ideig alvó állapotban maradhatnak. A baktériumspórák ellenállnak a hosszan tartó forralásnak és a nagyon hosszú fagyasztásnak. Kedvező körülmények esetén a spóra kicsírázik és életképessé válik. A baktériumspórák a kedvezőtlen körülmények közötti túléléshez való alkalmazkodás.

Reprodukció

A baktériumok úgy szaporodnak, hogy egy sejtet két részre osztanak. Egy bizonyos méretet elérve a baktérium két azonos baktériumra oszlik. Aztán mindegyik elkezd táplálkozni, nő, osztódik stb.

A sejtmegnyúlás után fokozatosan keresztirányú septum alakul ki, majd a leánysejtek szétválnak; Sok baktériumban bizonyos körülmények között, osztódás után a sejtek jellemző csoportokba kapcsolva maradnak. Ilyenkor az osztássík irányától és az osztások számától függően különböző alakzatok keletkeznek. A bimbózással történő szaporodás kivételként a baktériumokban fordul elő.

Kedvező körülmények között számos baktérium sejtosztódása 20-30 percenként történik. Ilyen gyors szaporodás mellett egy baktérium utódai 5 nap alatt képesek olyan tömeget alkotni, amely minden tengert és óceánt betölt. Egy egyszerű számítás azt mutatja, hogy naponta 72 generáció (720 000 000 000 000 000 000 sejt) képződhet. Súlyra átszámítva - 4720 tonna. Ez azonban nem fordul elő a természetben, mivel a legtöbb baktérium gyorsan elpusztul napfény hatására, kiszáradásra, táplálékhiányra, 65-100ºC-ra melegítésre, fajok közötti küzdelem stb.

A baktérium (1), miután elegendő táplálékot felszívott, megnövekszik (2) és elkezd felkészülni a szaporodásra (sejtosztódás). DNS-e (a baktériumban a DNS-molekula gyűrűbe záródik) megkétszereződik (a baktérium ennek a molekulának a másolatát állítja elő). Mindkét DNS-molekula (3, 4) a baktérium falához tapad, és ahogy a baktérium megnyúlik, eltávolodik egymástól (5, 6). Először a nukleotid osztódik, majd a citoplazma.

Két DNS-molekula divergenciája után a baktériumon egy szűkület jelenik meg, amely fokozatosan két részre osztja a baktérium testét, amelyek mindegyike tartalmaz egy DNS-molekulát (7).

Előfordul (a Bacillus subtilisben), hogy két baktérium összetapad, és híd képződik közöttük (1,2).

A jumper a DNS-t egyik baktériumból a másikba szállítja (3). Egy baktériumba jutva a DNS-molekulák összefonódnak, egyes helyeken összetapadnak (4), majd kicserélik a részeket (5).

A baktériumok szerepe a természetben

Forgás

A baktériumok a legfontosabb láncszem a természetben előforduló anyagok általános körforgásában. A növények a talajban lévő szén-dioxidból, vízből és ásványi sókból összetett szerves anyagokat hoznak létre. Ezek az anyagok elhalt gombákkal, növényekkel és állati tetemekkel visszakerülnek a talajba. A baktériumok az összetett anyagokat egyszerű anyagokra bontják, amelyeket aztán a növények felhasználnak.

A baktériumok elpusztítják az elhalt növények és állati tetemek összetett szerves anyagait, az élő szervezetek ürülékét és a különféle hulladékokat. Ezekkel a szerves anyagokkal táplálkozó szaprofita bomlásbaktériumok humuszsá alakítják őket. Ezek bolygónk egyfajta rendjei. Így a baktériumok aktívan részt vesznek a természetben lévő anyagok körforgásában.

Talajképződés

Mivel a baktériumok szinte mindenhol elterjedtek és hatalmas számban fordulnak elő, nagymértékben meghatározzák a természetben előforduló különféle folyamatokat. Ősszel lehullanak a fák, cserjék levelei, elhalnak a fűfélék föld feletti hajtásai, lehullanak az öreg ágak, időnként lehullanak az öreg fák törzsei. Mindez fokozatosan humuszsá válik. 1 cm3-ben. Az erdőtalaj felszíni rétege több százmillió szaprofita talajbaktériumot tartalmaz több fajból. Ezek a baktériumok a humuszt különféle ásványi anyagokká alakítják, amelyeket a növény gyökerei fel tudnak venni a talajból.

Egyes talajbaktériumok képesek felvenni a nitrogént a levegőből, felhasználva azt létfontosságú folyamatokban. Ezek a nitrogénmegkötő baktériumok önállóan élnek, vagy megtelepednek a hüvelyes növények gyökereiben. A hüvelyesek gyökereibe behatolva ezek a baktériumok a gyökérsejtek növekedését és csomók képződését okozzák rajtuk.

Ezek a baktériumok nitrogénvegyületeket termelnek, amelyeket a növények felhasználnak. A baktériumok szénhidrátokat és ásványi sókat nyernek a növényekből. Így a hüvelyes növény és a csomóbaktériumok között szoros kapcsolat áll fenn, ami mind az egyik, mind a másik szervezet számára előnyös. Ezt a jelenséget szimbiózisnak nevezik.

A gombócbaktériumokkal való szimbiózisnak köszönhetően a hüvelyesek nitrogénnel dúsítják a talajt, elősegítve a hozam növelését.

Elterjedés a természetben

A mikroorganizmusok mindenütt jelen vannak. Az egyetlen kivételt az aktív vulkánok kráterei és a felrobbant atombombák epicentrumában lévő kis területek jelentik. Sem az Antarktisz alacsony hőmérséklete, sem a gejzírek forrásban lévő patakjai, sem a sómedencékben lévő telített sóoldatok, sem a hegycsúcsok erős besugárzása, sem az atomreaktorok durva besugárzása nem zavarja a mikroflóra létét és fejlődését. Minden élőlény folyamatosan kölcsönhatásba lép a mikroorganizmusokkal, gyakran nemcsak tárolóik, hanem terjesztőik is. A mikroorganizmusok bolygónk őshonosai, aktívan kutatják a leghihetetlenebb természetes szubsztrátokat.

Talaj mikroflóra

A talajban található baktériumok száma rendkívül nagy - grammonként százmillió és milliárd egyed. Sokkal több van belőlük a talajban, mint a vízben és a levegőben. A talajban lévő baktériumok teljes száma megváltozik. A baktériumok száma a talaj típusától, állapotától és a rétegek mélységétől függ.

A talajrészecskék felszínén a mikroorganizmusok kis mikrokolóniákban (egyenként 20-100 sejt) helyezkednek el. Gyakran szervesanyag-rögök vastagságában, élő és haldokló növényi gyökereken, vékony kapillárisokban és csomók belsejében alakulnak ki.

A talaj mikroflórája nagyon változatos. Itt a baktériumok különböző fiziológiai csoportjai vannak: rothadó baktériumok, nitrifikáló baktériumok, nitrogénmegkötő baktériumok, kénbaktériumok stb. Ezek között vannak aerobok és anaerobok, spórás és nem spórás formák. A talajképződés egyik tényezője a mikroflóra.

A talajban lévő mikroorganizmusok fejlődési területe az élő növények gyökereivel szomszédos zóna. Rizoszférának hívják, a benne található mikroorganizmusok összességét pedig rizoszféra mikroflórának.

A tározók mikroflórája

A víz természetes környezet, ahol a mikroorganizmusok nagy számban fejlődnek. Nagy részük a talajból kerül a vízbe. Egy tényező, amely meghatározza a vízben lévő baktériumok számát és a tápanyagok jelenlétét. A legtisztább vizek artézi kutakból és forrásokból származnak. A nyílt víztározók és folyók nagyon gazdagok baktériumokban. A legtöbb baktérium a víz felszíni rétegeiben, a parthoz közelebb található. Ahogy távolodsz a parttól és nő a mélység, a baktériumok száma csökken.

A tiszta víz 100-200 baktériumot tartalmaz ml-enként, a szennyezett víz pedig 100-300 ezret vagy még többet. A fenékiszapban sok baktérium található, különösen a felszíni rétegben, ahol a baktériumok filmréteget képeznek. Ez a film sok kén- és vasbaktériumot tartalmaz, amelyek a hidrogén-szulfidot kénsavvá oxidálják, és ezáltal megakadályozzák a halak pusztulását. Az iszapban több a spórás forma, míg a vízben a nem spórás formák dominálnak.

Fajösszetételét tekintve a víz mikroflórája hasonló a talaj mikroflórájához, de vannak sajátos formák is. A vízbe kerülő különféle hulladékok megsemmisítésével a mikroorganizmusok fokozatosan végzik el a víz úgynevezett biológiai tisztítását.

Levegő mikroflóra

A levegő mikroflórája kisebb, mint a talaj és a víz mikroflórája. A baktériumok a porral a levegőbe emelkednek, ott maradhatnak egy ideig, majd megtelepednek a föld felszínén, és elpusztulnak a táplálkozás hiányában vagy az ultraibolya sugárzás hatására. A levegőben lévő mikroorganizmusok száma a földrajzi zónától, a tereptől, az évszaktól, a porszennyezettségtől stb. függ. Minden porszem a mikroorganizmusok hordozója. A legtöbb baktérium a levegőben van az ipari vállalatok felett. Vidéken tisztább a levegő. A legtisztább levegő az erdők, hegyek és havas területek felett van. A levegő felső rétegei kevesebb mikrobát tartalmaznak. A levegő mikroflórája sok pigmentált és spórás baktériumot tartalmaz, amelyek másoknál jobban ellenállnak az ultraibolya sugárzásnak.

Az emberi test mikroflórája

Az emberi test, még a teljesen egészséges is, mindig a mikroflóra hordozója. Amikor az emberi szervezet levegővel és talajjal érintkezik, különféle mikroorganizmusok, köztük kórokozók (tetanuszbacilusok, gáz gangréna stb.) megtelepednek a ruházaton és a bőrön. Az emberi test leggyakrabban kitett részei szennyezettek. E. coli és staphylococcusok találhatók a kezeken. A szájüregben több mint 100 féle mikroba található. A száj hőmérsékletével, páratartalmával, tápanyag-maradványaival kiváló környezet a mikroorganizmusok fejlődéséhez.

A gyomor savas reakciót vált ki, ezért a benne lévő mikroorganizmusok többsége elpusztul. A vékonybélből kiindulva a reakció lúgossá válik, azaz. kedvező a mikrobák számára. A vastagbél mikroflórája nagyon változatos. Minden felnőtt körülbelül 18 milliárd baktériumot választ ki naponta az ürülékben, i.e. több egyén, mint ember a világon.

A külső környezethez nem kapcsolódó belső szervek (agy, szív, máj, hólyag stb.) általában mikrobáktól mentesek. A mikrobák csak betegség során jutnak be ezekbe a szervekbe.

Baktériumok az anyagok körforgásában

A mikroorganizmusok általában, és különösen a baktériumok nagy szerepet játszanak a Földön lévő anyagok biológiailag fontos körforgásában, olyan kémiai átalakulásokat hajtanak végre, amelyek sem növények, sem állatok számára teljesen hozzáférhetetlenek. Az elemek körforgásának különböző szakaszait különböző típusú organizmusok hajtják végre. Az egyes élőlénycsoportok létezése az elemek más csoportok által végrehajtott kémiai átalakulásától függ.

Nitrogén ciklus

A nitrogéntartalmú vegyületek ciklikus átalakulása elsődleges szerepet játszik a bioszféra különböző táplálkozási igényű élőlényeinek a szükséges nitrogénformák ellátásában. A teljes nitrogénkötés több mint 90%-a bizonyos baktériumok metabolikus aktivitásának köszönhető.

Szénciklus

A szerves szén szén-dioxiddá való biológiai átalakulása, amely a molekuláris oxigén redukciójával jár együtt, különféle mikroorganizmusok együttes anyagcsere-tevékenységét igényli. Számos aerob baktérium végzi a szerves anyagok teljes oxidációját. Aerob körülmények között a szerves vegyületek kezdetben fermentáció útján lebomlanak, a fermentáció szerves végtermékei pedig anaerob légzéssel tovább oxidálódnak, ha szervetlen hidrogénakceptorok (nitrát, szulfát vagy CO 2 ) vannak jelen.

Kén ciklus

A kén az élő szervezetek számára főként oldható szulfátok vagy redukált szerves kénvegyületek formájában érhető el.

Vas ciklus

Egyes édesvíztestek nagy koncentrációban tartalmaznak redukált vassókat. Az ilyen helyeken sajátos bakteriális mikroflóra alakul ki - vasbaktériumok, amelyek oxidálják a redukált vasat. Részt vesznek a mocsári vasércek és a vassókban gazdag vízforrások kialakulásában.

A baktériumok a legősibb élőlények, körülbelül 3,5 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg az Archeánban. Körülbelül 2,5 milliárd évig uralták a Földet, létrehozták a bioszférát, és részt vettek az oxigén légkör kialakításában.

A baktériumok az egyik legegyszerűbb szerkezetű élőlények (a vírusok kivételével). Úgy gondolják, hogy ők az első élőlények, amelyek megjelentek a Földön.

22. Baktériummag. A bakteriális sejtosztódás típusai. Felosztás folyamata.

A felosztás típusai:

1. Egyenlő területű bináris keresztirányú osztás, ami két egyforma leánysejt kialakulásához vezet. Ezzel az osztási módszerrel szimmetria van a hosszanti és keresztirányú tengelyhez képest. Egyenlő bináris hasadás esetén az anyasejt osztódva két leánysejtet hoz létre, és így maga is eltűnik.

2. Egyenlőtlen bináris hasadás vagy bimbózás. A bimbózás során az anyasejt egyik pólusán kis kinövés (rügy) képződik, amely növekedés közben megnövekszik. A rügy fokozatosan eléri az anyasejt méretét, majd elválik az utóbbitól. A vese sejtfala teljesen újra szintetizálódik. A bimbózási folyamat során szimmetria csak a hossztengelyhez képest figyelhető meg. A bimbózás során az anyasejtből leánysejt keletkezik, amelyek között a legtöbb esetben morfológiai és élettani különbségek is fellelhetők: van egy régi anyasejt és egy új leánysejt.

3. Szaporodás többszörös hasadás útján Az egysejtű cianobaktériumok egyik csoportjára jellemző kis sejtek, az úgynevezett baeocyták (görög. bae- kicsi, cyto- sejt), amelyek száma a különböző fajokban 4-től 1000-ig terjed. A baeociták felszabadulása az anyai sejtfal felszakadásával történik. A többszörös hasadás az egyenlő területű bináris hasadás elvén alapul. A különbség az, hogy ebben az esetben a bináris hasadás után a keletkező leánysejtek nem növekednek, hanem újra osztódáson mennek keresztül.

23. Baktériummag. A genetikai információcsere formái baktériumokban. A baktériumok változékonysága.

A genetikai anyag cseréjének formái a baktériumokban:

1. vízszintes

* transzformáció – genetikai anyag átvitele, amely abban áll, hogy a befogadó baktérium befogja (abszorbeálja) az idegen DNS-fragmenseket a külső környezetből.

A) Indukált (mesterségesen nyert) transzformáció akkor következik be, amikor azon baktériumok tenyészetéből nyert tisztított DNS-t, amelyek genetikai jellemzőit át kívánják vinni a vizsgált tenyészetbe, egy baktériumtenyészethez adják.

B) A spontán átalakulás természetes körülmények között megy végbe, és rekombinánsok megjelenésében nyilvánul meg, amikor genetikailag különböző sejtek keverednek. Ez a sejtek által a környezetbe lízisük eredményeként vagy az életképes donorsejtek általi aktív DNS-felszabadulás eredményeként felszabaduló DNS-nek köszönhető.

* szexdukció

* A transzfekció a sejtfal nélküli baktériumsejtek transzformációjának egyik változata, amelyet vírus (fág) nukleinsavval hajtanak végre. Transzfekció segítségével lehetséges vírusfertőzést indukálni az ilyen baktériumokban (sejtfal nélkül). A transzfekció más (nem bakteriális) sejtekkel is végrehajtható úgy, hogy azokba idegen DNS-t viszünk be, amely képes rekombinálódni ezen sejtek DNS-ével, virionokat reprodukálni vagy önállóan replikálódni.

* A konjugáció a genetikai anyag (kromoszóma és plazmid) cseréjének folyamata, amely a donor és a recipiens sejtek közvetlen érintkezésével történik. Ezt a folyamatot csak olyan konjugatív plazmidok szabályozzák, amelyekben van egy tra-operon nevű génkészlet (tra - angolul transzfer - transzfer).

Ez az operon szabályozza a szállítóberendezés szintézisét, a konjugatív replikációt és a felületi kizárás jelenségét. A transzferkészülék speciális donorbolyhok, amelyek segítségével a konjugáló sejtek közötti kapcsolat jön létre. A donorbolyhok hosszú (1-20 µm) vékony, fehérje jellegű csőszerű struktúrák, amelyek belső átmérője körülbelül 3 nm.

kapcsolatteremtés a donor és a recipiens között

DNS-szálat húzva a donortól a recipiensig

az átvitt DNS-szál kiegészítése egy komplementer szál által a befogadó sejtben

rekombináció az átvitt kromoszóma (fragmensei) és a befogadó sejt kromoszómája között

merozigóta szaporodás

a donor és a recipiens jellemzőit hordozó sejtek kialakulása

A kromoszómális vagy plazmid DNS átvitt szálának konjugatív replikációja szintén plazmidgének ellenőrzése alatt történik. A konjugatív plazmid klasszikus példája a sexfaktor vagy F-plazmid (az angol nyelvből). . termékenység– termékenység). Az F-plazmid lehet autonóm állapotban vagy a sejtkromoszómába integrálva. Autonóm állapotban csak a saját transzferét irányítja, amelyben a P~-sejt (az F-plazmidot nem tartalmazó sejt) P+-sejtté (F-plazmidot tartalmazó sejt) alakul. Az F-plazmid beépülhet a bakteriális kromoszóma bizonyos területeibe, ebben az esetben szabályozni fogja a sejtkromoszóma konjugatív transzferét.

Így a konjugáció a donor és a recipiens közötti kapcsolat létrehozásával kezdődik a donorbolyhok segítségével. Ez utóbbi a befogadó sejt sejtmembránjának receptorához kapcsolódik. Gyakran ilyen kapcsolat nem csak két sejt között jön létre, hanem sok sejt között is, párosodó aggregátumokat képezve. Feltételezhető, hogy a DNS-szálat a donorbolyhos csatornán keresztül húzzák a konjugáció során. Mivel a donorhíd sérülékeny, a konjugációs folyamat bármikor megszakítható. Ezért a konjugáció során vagy egy kromoszóma egy része, vagy ritkábban egy teljes kromoszóma is átkerülhet. Az F-plazmidok segítségével jelentősen megnő a baktériumok közötti génátvitel gyakorisága.

* transzdukció - genetikai anyag átvitele donor sejtből a recipiens sejtbe bakteriofágok segítségével. Különbséget teszünk nem specifikus és specifikus transzdukció között.

A) Nem specifikus transzdukció - DNS-fragmensek véletlenszerű átvitele egyik baktériumsejtből a másikba.

B) A specifikus transzdukciót csak mérsékelt égövi fágok hajtják végre, amelyek képesek a baktériumsejt kromoszómájának szigorúan meghatározott régióiba beépülni, és bizonyos géneket átvinni.

A bakteriális variabilitás molekuláris mechanizmusai

A baktériumok szervezetük viszonylagos egyszerűsége és rövid élettartama miatt gyorsabban változnak, mint sok más organizmus. Változatosságuk alapja a mutációk és genetikai rekombinációk, különösen azok, amelyek transzponálható elemek részvételével jönnek létre.

*A mutációk olyan változások a genotípusban, amelyek stabilan öröklődnek. A mutációk lehetnek spontánok vagy indukáltak.

a) A spontán mutációk különösebb befolyás nélkül jönnek létre, a replikáció és javítás során fellépő hibák eredményeként. A spontán mutációk átlagos gyakorisága körülbelül 1106 (egy mutáns 1 millió sejtenként).

b) Az indukált mutációk sokkal gyakrabban fordulnak elő, különböző mutagéneknek - a DNS-t károsító fizikai és kémiai tényezőknek: ionizáló sugárzás, UV besugárzás, DNS-bázisok különféle analógjai, alkilező vegyületek, akridinek, antibiotikumok

c) Pontmutációt okozhat: báziscsere, bázis elvesztése (törlés), vagy további bázis megjelenése (inszerció). A pontmutációknak három következménye lehet:

1) az egyik kodon helyettesítése egy másikkal, és ezért az egyik aminosav egy másikkal;

2) leolvasási kereteltolódás, amely az aminosavak szekvenciáinak egész sorozatában változáshoz vezet;

3) egy „értelmetlen” kodon megjelenése, amely egy adott ponton a fordítás leállításához vezet

a fehérjeszintézis teljesen leállhat. A megváltozott fehérje szintetizálódik

Mindez vagy valamilyen fenotípusos tulajdonság elvesztéséhez vezet a mutánsban, vagy ritkábban egy új tulajdonság megjelenéséhez.

A genom megsértése a következőkből származhat:

* kiterjesztett törlések

*inverziók (egy kromoszómaszegmens 180°-os elforgatása)

*transzlokáció (egy kromoszóma szakasz mozgása egyik pozícióból a másikba)

Mindez a sejt (organizmus) különféle funkcióinak megváltozásához, megzavarásához is vezet.

A baktériumok és más szervezetek változékonyságában nagy szerepe van az úgynevezett transzponálható genetikai elemeknek, vagyis azoknak a genetikai struktúráknak, amelyek képesek egy adott genomon belül ép formában mozogni, vagy egyik genomból a másikba, például egy plazmid genomját bakteriálisra és fordítva. Az átültethető elemeknek három osztálya van: IS elemek, transzpozonok és episzómák.

#A beillesztési szekvenciák (angolból, inszerciós szekvencia) általában nem haladják meg a 2 ezer bázispárt vagy a 2 kb-t. (kilobázis – ezer bázispár). Az IS-elemek egyetlen fehérje-transzpozázt kódoló gént hordoznak, melynek segítségével az IS-elemek a kromoszóma különböző részeibe integrálódnak. Számokkal vannak jelölve: IS1, IS2, IS3 stb.

A #transzpozonok a DNS nagyobb szegmensei, amelyeket fordított IS-elemek szegélyeznek. Képesek beépülni a kromoszóma különböző részeibe, vagy egyik genomból a másikba mozogni, azaz IS-elemként viselkednek. A mozgást lehetővé tevő gének mellett más géneket is tartalmaznak, például gyógyszerrezisztencia-géneket. A transzpozonok a plazmidok, vírusok, prokarióták és eukarióták genomjában találhatók, és az IS-elemekhez hasonlóan sorozatszámmal vannak jelölve: Tn1, Tn2, Tn3 stb.

# Az epizómák közé tartoznak a még nagyobb és összetettebb önszabályozó rendszerek is, amelyek IS elemeket és transzpozonokat tartalmaznak, és képesek a két alternatív állapotuk bármelyikében – autonóm vagy integráltan – replikálódni a gazdasejt kromoszómájában. Az episzómák közé tartoznak a különböző mérsékelt égövi lizogén fágok; saját fehérjehéjuk és bonyolultabb szaporodási ciklusuk révén különböznek az összes többi transzponálható elemtől. Maguk az epizómák olyan vírusok, amelyek más transzponálható elemekhez hasonlóan képesek az egyik genomból a másikba ép formában mozogni.

A bakteriális sejtosztódást jellemzően „bináris”-ként írják le: a duplikáció után a plazmamembránhoz kapcsolódó nukleoidok a nukleoidok közötti membrán megnyúlása miatt szétválnak, majd szűkület vagy septum jön létre, amely kettéosztja a sejtet. Az ilyen típusú osztódás a genetikai anyag nagyon pontos eloszlását eredményezi, gyakorlatilag hiba nélkül (a hibás sejtek kevesebb, mint 0,03%-a). Emlékezzünk vissza, hogy a baktériumok nukleáris apparátusa, a nukleoid egy ciklikus óriás (1,6 mm) DNS-molekula, amely szupertekervény állapotban számos hurokdomént alkot, a hurokdomének feltekeredésének sorrendje ismeretlen.

A bakteriális sejtosztódások közötti átlagos idő 20-30 perc. Ebben az időszakban pedig események egész sorának kell bekövetkeznie: a nukleoid DNS replikációja, szegregáció, testvérnukleoidok szétválása, további divergenciájuk, az eredeti sejtet pontosan kettéosztó septum kialakulása miatti citotómia.

E folyamatok teljes köre az elmúlt években intenzív figyelmet kapott a kutatók részéről, ami fontos és váratlan megfigyeléseket eredményezett. Kiderült, hogy a DNS-szintézis kezdetén, amely a replikáció (eredet) pontján kezdődik, kezdetben mindkét növekvő DNS-molekula kapcsolatban marad a plazmamembránnal. A DNS-szintézissel egyidejűleg számos enzim (topoizomeráz, giráz, ligáz stb.) hatására megszűnik mind a régi, mind a replikálódó hurokdomének szupertekervénye, ami két leánykromoszóma (vagy testvér) kromoszóma fizikai szétválásához vezet. nukleoidok, amelyek még szoros kapcsolatban állnak egymással. A nukleoidok ilyen szegregációja után eltávolodnak a sejt középpontjától, korábbi helyükről. Ráadásul ez az eltérés nagyon pontos: a cella hosszának negyede két ellentétes irányban. Ennek eredményeként két új nukleoid található a sejtben. Mi ennek az eltérésnek a mechanizmusa? Feltételezések születtek (Delamater, 1953), hogy a baktériumsejtek osztódása hasonló az eukarióták mitózisához, de sokáig nem jelentek meg e feltételezés melletti adatok.

A bakteriális sejtosztódás mechanizmusairól új információkhoz jutottak olyan mutánsok vizsgálatával, amelyekben a sejtosztódás károsodott.

Felfedezték, hogy a speciális fehérjék több csoportja vesz részt a nukleoid divergencia folyamatában. Az egyik, a Muk B fehérje egy óriási homodimer (molekulatömeg kb. 180 kDa, hossza 60 nm), amely egy központi spirális szakaszból és egy terminális globuláris szakaszból áll, szerkezetében eukarióta fonalas fehérjékre (miozin II lánc, kinezin) emlékeztet. ). Az N-terminálison a Muk B a GTP-hez és az ATP-hez, a C-terminálison pedig egy DNS-molekulához kötődik. A Muk B ezen tulajdonságai okot adnak arra, hogy a nukleoidok divergenciájában részt vevő motorfehérjének tekintsük. Ennek a fehérjének a mutációi a nukleoid szegregáció zavarához vezetnek: a mutáns populációban nagyszámú sejtmagvú sejt jelenik meg.

A Muk B fehérjén kívül a nukleoid divergencia nyilvánvalóan magában foglalja a Caf A fehérjét tartalmazó fibrillumok kötegeit, amelyek képesek kötődni a miozin nehéz láncaihoz, például az aktinhoz.

A szűkület vagy septum kialakulása általában az állati sejtek citotómiájára is emlékeztet. Ebben az esetben az Fts családba tartozó fehérjék (fibrilláris hőérzékenyek) vesznek részt a septák kialakításában. Ez egy több fehérje csoportja, amelyek közül az FtsZ fehérjét vizsgálják a legtöbbet. Ez a fehérje hasonló a legtöbb baktériumban, archbacteriumban, és megtalálható a mikoplazmákban és a kloroplasztiszokban. Ez egy globuláris fehérje, ami aminosav-szekvenciáját tekintve hasonló a tubulinhoz. Ha in vitro kölcsönhatásba lép a GTP-vel, képes hosszú fonalas protofilamentumok kialakítására. Interfázisban az FtsZ diffúzan lokalizálódik a citoplazmában, mennyisége igen nagy (5-20 ezer monomer sejtenként). A sejtosztódás során mindez a fehérje a septális zónában lokalizálódik, összehúzódó gyűrűt képezve, amely nagyon emlékeztet az akto-miozin gyűrűre az állati eredetű sejtosztódás során.

22. Baktériummag. A bakteriális sejtosztódás típusai. Felosztás folyamata.

Ennek a fehérjének a mutációi a sejtosztódás leállásához vezetnek: sok nukleoidot tartalmazó hosszú sejtek jelennek meg. Ezek a megfigyelések a bakteriális sejtosztódás közvetlen függését mutatják a Fts fehérjék jelenlététől.

A septa kialakulásának mechanizmusát illetően számos hipotézis létezik, amelyek a gyűrű összehúzódását feltételezik a septumzónában, ami az eredeti sejt kettéosztásához vezet. Az egyik szerint a protofilamentumoknak egymáshoz képest kell csúszniuk a még ismeretlen motorfehérjék segítségével, a másik szerint a plazmamembránon lehorgonyzott FtsZ depolimerizációja miatt a septum átmérőjének csökkenése következhet be.

A baktériumtenyészet szaporításának fázisai stacionárius körülmények között

A növekedés utolsó fázisa az állófázis, amelyet a tápanyag kimerülése okoz. A sejtek csökkentik metabolikus aktivitásukat, és nem esszenciális sejtfehérjéket fogyasztanak. Az állófázis a gyors növekedésből a stressz állapotba való átmenet, amelyet a DNS-javításban és az antioxidáns anyagcserében részt vevő gének expressziójának növekedése jellemez.

Amikor a baktériumok nem áramlásban, hanem stacionárius körülmények között szaporodnak, megváltozik a tápközeg és felhalmozódnak benne a baktériumok salakanyagai, aminek következtében élettani jellemzőik is megváltoznak. Így a Clostridium acetobutylicum fiatal sejtjei nem képesek acetont képezni; régebbi kultúrában szerzik meg ezt a tulajdonságot. Ha spórát hordozó baktériumokat áramlásos tenyésztési körülmények között tenyésztenek, akkor osztódnak, de nem termelnek spórákat. Amikor a baktériumokat szilárd tápközegen tenyésztik, különböző méretű, alakú és színű sejtcsoportokat alkotnak, amelyeket kolóniáknak neveznek.

Baktériumtörzs, tiszta kultúra
Az ivaros szaporodás jellemzői
Az ivartalan szaporodás típusai, kifejezések
Gloxinia, típusai, betegségek
A hormonok hatása a szervezetre
A glikolízis szakaszai
A glükóz oxidációjának pentóz-monofoszfát útja
Krebs ciklus

Bakteriális osztódás

A baktériumok osztódása az intercelluláris septum kialakulásának eredményeként következik be, amely a következőképpen történik. A CM azon régiójában, amelyhez egy DNS-molekula (kromoszóma, plazmid) kapcsolódik egy speciális receptorhoz, olyan események következnek be, amelyek beindítják a replikációs folyamatot, melynek eredményeként az újonnan képződött leány-DNS-molekula is a receptorhoz kapcsolódik. CM.

Az utóbbi régió két receptor között, amelyek közül az egyikhez a szülő DNS kapcsolódik, a másikhoz pedig a leány DNS, elkezd megnyúlni, aminek következtében a köztük lévő távolság idővel folyamatosan növekszik. A replikációs folyamat befejeződése után szigorúan az egyenlítő mentén intercelluláris partíció kezd kialakulni az elkülönült kromoszómák között a CM és a kapcsolódó sejtfalrégió elleninvaginációjával (egymás felé növekedve).

A CM és a CS invagináló szakaszainak összeolvadása eredményeként intercelluláris septum jön létre, a szülősejt két egyenlő hosszúságú leánysejtre oszlik.A baktériumokban a mitózis apparátus funkcióját a CM a CM segítségével látja el. megnyúlása, ami a kromoszómákat (és a plazmidokat) oly módon löki szét egymástól, hogy azok egy pozícióba kerüljenek.a fejlődő sejtközi septum másik oldala egyenlő arányban.

A sejtosztódás genetikai szabályozásának megsértésének legalább két eredménye lehet. Ha az intercelluláris septum kialakulása nem következik be, akkor hosszú fonalas formák jelennek meg. Amikor azonban az ilyen szabályozás sérült mechanizmusa helyreáll, a szálak a normál sejtekkel megegyező hosszúságú töredékekre oszlanak. Egyes esetekben a szabályozási mechanizmusok megsértése azt a tényt eredményezi, hogy az egyenlítő mentén kialakuló intercelluláris septum helyett egy vagy két szeptum képződik, amelyek mindegyike közelebb van a pólusához.

Mivel ebben az esetben a septum kialakulása nem jár kromoszóma szegregációval, úgynevezett mini-sejtek képződnek, amelyekben nincsenek kromoszómák, amelyek a szülősejtben maradnak. A minisejtek különféle biokémiai folyamatokat hajthatnak végre, mivel enzimeket tartalmaznak, de nem képesek szaporodni, mert hiányoznak belőlük a kromoszómák.

A minisejteken kívül a különféle káros hatások miatt a baktériumokból úgynevezett nanosejtek, azaz apró, 0,2-0,3 mikron méretű sejtek képződhetnek. Különféle elnevezésekkel írták le őket: baktériumok szűrhető formái, elemi testek, ultramikrobaktériumok.

Bakteriális sejtosztódás

Leggyakrabban a baktériumok L-transzformációja során keletkeznek.

Mivel az ilyen sejtek méretét kényelmesebb nanométerben kifejezni, nem pedig mikrométer töredékeiben, nanocelláknak kezdték el nevezni. A nanosejtek kialakulása a baktériumok univerzális válasza a kedvezőtlen életkörülményekre.

Nem találta meg a releváns információkat? Nincs mit! Használja a jobb felső sarokban található keresést az oldalon.

1. Milyen osztódási módszerek jellemzőek az eukarióta sejtekre? Prokarióta sejtekhez?

Mitózis, amitózis, egyszerű bináris hasadás, meiózis.

Az eukarióta sejteket a következő osztódási módszerek jellemzik: mitózis, amitózis, meiózis.

A prokarióta sejteket egyszerű bináris hasadás jellemzi.

2. Mi az egyszerű bináris hasadás?

Az egyszerű bináris hasadás csak a prokarióta sejtekre jellemző. A baktériumsejtek egy kromoszómát, egy körkörös DNS-molekulát tartalmaznak. A sejtosztódás előtt megtörténik a replikáció, és két azonos DNS-molekula képződik, amelyek mindegyike a citoplazmatikus membránhoz kapcsolódik. Az osztódás során a plazmalemma két DNS-molekula között növekszik oly módon, hogy végül kettéosztja a sejtet. Minden kapott sejt egy azonos DNS-molekulát tartalmaz.

3. Mi a mitózis? Ismertesse a mitózis fázisait!

A mitózis az eukarióta sejtek osztódásának fő módszere, melynek eredményeként egy anyasejtből két azonos kromoszómakészletű leánysejt képződik. A kényelem kedvéért a mitózis négy fázisra oszlik:

● Prophase. A sejtben a sejtmag térfogata megnő, a kromatin spirálisan indul, ami kromoszómák képződését eredményezi. Mindegyik kromoszóma két testvérkromatidból áll, amelyek a centromeren kapcsolódnak össze (diploid sejtben - 2n4c készlet). A sejtmagok feloldódnak és a magmembrán szétesik. A kromoszómák a hialoplazmába kerülnek, és véletlenszerűen (kaotikusan) helyezkednek el benne. A centriolok páronként eltérnek a sejtpólusokhoz, ahol megindítják az orsó mikrotubulusok képződését. Az orsószálak egy része pólusról pólusra halad, más szálak a kromoszómák centromereihez kapcsolódnak, és hozzájárulnak a sejt egyenlítői síkjához való mozgásukhoz. A legtöbb növényi sejtben hiányoznak a centriolok. Ebben az esetben az orsó mikrotubulusok kialakulásának központjai kis vakuolákból álló speciális struktúrák.

● Metafázis. A hasadási orsó kialakulása befejeződött. A kromoszómák elérik a maximális spiralizációt, és rendezetten helyezkednek el a sejt egyenlítői síkjában. Egy úgynevezett metafázis lemez jön létre, amely két kromatid kromoszómákból áll.

● Anafázis. Az orsószálak lerövidülnek, aminek következtében az egyes kromoszómák testvérkromatidjai elválik egymástól, és a sejt ellentétes pólusai felé nyúlnak. Ettől a pillanattól kezdve az elválasztott kromatidokat leánykromoszómáknak nevezzük. A sejtpólusok azonos genetikai anyaggal rendelkeznek (minden póluson 2n2c van).

● Telofázis. A leánykromoszómák despirálnak (letekernek) a sejtpólusokon, és kromatint képeznek. Az egyes pólusok nukleáris anyaga körül nukleáris héjak képződnek. A két kialakult magban nukleusok jelennek meg. Az orsószálak tönkremennek. Ezen a ponton a nukleáris osztódás véget ér, és a sejt elkezd kettéosztódni. Az állati sejtekben az egyenlítői síkban gyűrűszűkület jelenik meg, amely addig mélyül, amíg két leánysejt szétválása meg nem történik. A növényi sejtek nem osztódnak szűkítéssel, mert merev sejtfaluk van. A növénysejt egyenlítői síkjában a Golgi-komplex vezikulumainak tartalmából alakul ki az úgynevezett medián lemez, amely a két leánysejtet elválasztja egymástól.

4. Hogyan jutnak a leánysejtek azonos örökletes információhoz a mitózis következtében? Mi a mitózis biológiai jelentősége?

A metafázisban a bikromatid kromoszómák a sejt ekvatoriális síkjában helyezkednek el. A testvérkromatidák DNS-molekulái azonosak egymással, mert az eredeti anyai DNS-molekula replikációja eredményeként keletkezett (ez a mitózist megelőző interfázis S-periódusában történt).

Az anafázisban orsószálak segítségével az egyes kromoszómák testvérkromatidjait elválasztják egymástól és a sejt ellentétes pólusaira feszítik. Így a sejt két pólusa azonos genetikai anyaggal rendelkezik (mindegyik póluson 2n2c), amely a mitózis befejeztével a két leánysejt genetikai anyagává válik.

A mitózis biológiai jelentősége abban rejlik, hogy biztosítja az örökletes jellemzők és tulajdonságok átvitelét sejtgenerációk sorozatán keresztül. Ez szükséges a többsejtű szervezet normális fejlődéséhez. A kromoszómák precíz és egyenletes eloszlása ​​miatt a mitózis során a test minden sejtje genetikailag azonos. A mitózis meghatározza az organizmusok növekedését és fejlődését, a sérült szövetek és szervek helyreállítását (regeneráció). A mitotikus sejtosztódás sok szervezetben az ivartalan szaporodás hátterében áll.

5. Kromoszómák száma - n, kromatidák - c. Mennyi lesz n és c aránya az emberi szomatikus sejtek esetében az interfázis és mitózis következő periódusaiban? Mérkőzés:

1) A G1 periódusban minden kromoszóma egy kromatidából áll, azaz. a szomatikus sejtek egy 2n2c-készletet tartalmaznak, ami az ember számára 46 kromoszóma, 46 kromatid.

2) A G2 periódusban minden kromoszóma két kromatidából áll, azaz. a szomatikus sejtek 2n4c-készletet tartalmaznak (46 kromoszóma, 92 kromatid).

3) A mitózis profázisában a kromoszómák és kromatidok készlete 2n4c, (46 kromoszóma, 92 kromatid).

4) A mitózis metafázisában a kromoszómák és kromatidok halmaza 2n4c (46 kromoszóma, 92 kromatid).

5) A mitózis anafázisának végén, a testvérkromatidák egymástól való elválasztása és a sejt ellentétes pólusaihoz való divergenciájuk miatt, minden pólusnak van egy 2n2c halmaza (46 kromoszóma, 46 kromatid).

6) A mitózis telofázisa végén két leánysejt képződik, amelyek mindegyike 2n2c-készletet tartalmaz (46 kromoszóma, 46 kromatid).

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

6. Miben különbözik az amitózis a mitózistól?

Prokarióta sejtosztódás

Szerinted miért nevezik az amitózist direkt sejtosztódásnak, a mitózist pedig indirektnek?

A mitózissal ellentétben az amitózis:

● A sejtmag összehúzódással osztódik kromatinspiralizáció és orsóképződés nélkül, a mitózisra jellemző mind a négy fázis hiányzik.

● Az örökletes anyag egyenetlenül és véletlenszerűen oszlik el a leánymagok között.

● Gyakran csak nukleáris osztódás figyelhető meg a sejt további két leánysejtre való osztódása nélkül. Ilyenkor kétmagvú, sőt többmagvú sejtek jelennek meg.

● Kevesebb energia megy kárba.

A mitózist közvetett osztódásnak nevezik, mert. Az amitózishoz képest meglehetősen összetett és precíz folyamat, amely négy fázisból áll, és előzetes előkészítést igényel (replikáció, centriolok megkettőzése, energiatárolás, speciális fehérjék szintézise stb.). Közvetlen (azaz egyszerű, primitív) osztódás - amitózis - során a sejtmag, különösebb előkészítés nélkül, szűkülettel gyorsan kettészakad, és az örökítőanyag véletlenszerűen oszlik el a leánymagok között.

7. Egy nem osztódó sejt sejtmagjában az örökletes anyag (DNS) amorf diszpergált anyag - kromatin - formájában van. Az osztódás előtt a kromatin spirálozva kompakt struktúrákat - kromoszómákat - képez, majd az osztódás után visszatér eredeti állapotába. Miért hajtanak végre a sejtek ilyen összetett módosításokat az örökítőanyagukban?

Az osztódás során az amorf és diszpergált kromatin összetételében lévő DNS-t lehetetlen lenne pontosan és egyenletesen elosztani a leánysejtek között (pontosan ez a kép az amitózis során megfigyelhető - az örökítőanyag egyenetlenül, véletlenszerűen oszlik el).

Másrészt, ha a sejtes DNS mindig tömörített állapotban lenne (vagyis spiralizált kromoszómák részeként), lehetetlen lenne minden szükséges információt kiolvasni belőle.

Ezért az osztódás kezdetén a sejt a DNS-t a legkompaktabb állapotba viszi át, majd az osztódás befejezése után visszaállítja eredeti állapotába, amely kényelmesen olvasható.

8*. Megállapítást nyert, hogy a nappali állatokban a sejtek maximális mitotikus aktivitása este, a minimális pedig napközben figyelhető meg. Az éjszakai állatokban a sejtek reggel osztódnak a legintenzívebben, míg a mitotikus aktivitás éjszaka gyengül. Ön szerint mi ennek az oka?

A nappali állatok a nappali órákban aktívak. Napközben sok energiát fordítanak mozgásra és táplálékkeresésre, miközben sejtjeik gyorsabban „kopnak” és gyakrabban pusztulnak el. Este, amikor a szervezet megemésztette az ételt, felszívta a tápanyagokat és felhalmozódott kellő mennyiségű energia, beindulnak a regenerációs folyamatok és mindenekelőtt a mitózis. Ennek megfelelően az éjszakai állatokban a sejtek maximális mitotikus aktivitása reggel figyelhető meg, amikor szervezetük egy aktív éjszakai időszak után pihen.

*A csillaggal jelölt feladatok különböző hipotézisek felállítását igénylik a tanulókkal. Ezért a jelölésnél a tanárnak nem csak az itt adott válaszra kell koncentrálnia, hanem az egyes hipotéziseket is figyelembe kell vennie, felmérve a tanulók biológiai gondolkodását, érvelésének logikáját, ötletek eredetiségét stb. Ezek után célszerű megismertetni a tanulókkal a kapott választ.

Dashkov M.L.