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条件が良好な場合、細菌細胞は増殖します。 細菌が繁殖する主な方法は、細胞を単純に半分に分割すること (二分裂) です。 分裂の開始時に細胞は伸長し、その後核様体が分裂します。 ヌクレオイドは、スーパーコイル状で密に詰まった自己複製 DNA 分子、つまりレプリコンによって表されます。 プラスミドもレプリコンです。 DNA の複製は、DNA ポリメラーゼ酵素の関与によって行われます。 このプロセスは DNA 内の特定の点で始まり、2 つの反対方向に同時に発生します。 複製も DNA 内の特定の場所で終了します。 複製の結果、細胞内の DNA の量は 2 倍になります。 1 つの母細胞と 1 つの新たに合成された鎖からなる、新たに合成された DNA 分子は、結果として生じる娘細胞に徐々に分散します。 DNA 複製は、細菌細胞の分裂に費やされる総時間のほぼ 80% を占めると考えられています。 DNA の複製が完了すると、細胞分裂のプロセスが始まります。 まず、2層の細胞質膜が合成され、次に膜の層間でペプチドグリカンが合成されます。 このプロセスはパーティションの形成で終了します。
DNA の複製と分裂隔壁の形成中に、微生物細胞は継続的に成長します。 この期間中、細胞内では次のプロセスが活発に行われます：細胞壁のペプチドグリカンの合成と細胞質膜の成分、新しいリボソームおよび他の細胞小器官の形成。 分裂の最終段階では娘細胞が互いに分離されますが、一部の細菌ではこのプロセスが完了せず、細胞の鎖が形成されます（連鎖球菌、四球菌など）。 桿菌が分裂するとき、まず細胞の長さが伸びます。 細菌が 2 倍の長さになると、杆体は中央でやや細くなり、その後 2 つの細胞に分裂します。
一部の細菌は、別の繁殖方法、つまり二分裂の一種である出芽を特徴としています。 この属の細菌は出芽によって繁殖します ハイフォミクロビウム、ペドミクロビウムなど、出芽細菌のグループに団結します。 これらの生物は細長い棒状の外観を持ち、場合によっては洋ナシの形をしており、菌糸で終わります。 これらの細菌の生殖は、菌糸の末端または母細胞上で直接芽が形成されることから始まります。 芽は娘細胞に成長し、鞭毛を形成して母細胞から分離します。 成熟状態に達すると、鞭毛は失われ、発生プロセスが繰り返されます。 細菌は、接合と呼ばれる性的プロセスを経験することがあります。
成長と繁殖の結果、微生物の 1 つの細胞から子孫のコロニーが形成されます。 微生物は、次のように推定される高い繁殖率を特徴としています。 生成時間、つまり 細胞分裂が起こる時間: 24 時間で、人が 5,000 年かかるのと同じくらい多くの世代が変わることもあります。 繁殖率は多くの条件に依存し、細菌の種類ごとに大きく異なる場合があります。 必要な栄養素が培地に存在し、適切な温度、および環境の最適な反応があれば、たとえば大腸菌では、各細胞の分裂を 20 ～ 30 分ごとに繰り返すことができます。 この繁殖速度では、1 つの細胞は 1 日あたり 472 10 19 個の細胞を生産できます (72 世代)。 細菌細胞 10 億個の重さを 1 mg と仮定すると、472×10 19 個の細胞の重さは 4720 トンとなり、細胞死を排除した理想的な条件下では、このような大量の生命物質が得られます。
高い繁殖力により、地表で微生物は確実に保存されます。不利な条件が発生すると微生物は一斉に死滅しますが、少数の細胞がどこかで生き残るだけで十分で、最適な条件下では再び膨大な数の細胞が発生します。生物の。
原核生物の重要な機能の 1 つは、他の生物と同様に生殖です。 細菌の繁殖プロセスの核心は、細菌の分裂によって起こる個体数の増加として特徴づけられます。
現代の微生物学は、有糸分裂、減数分裂、無糸分裂のパターンを説明しています。これが真核生物の分裂方法であり、原核生物は直接分裂によって複製する方法です。
原核生物は、主に母細菌細胞を 2 つの同一の娘細胞に分裂させることによって繁殖します。 良好な条件下では、二分裂は 20 分ごとに発生しますが、環境条件が悪化すると、細胞の成長と分裂に必要な時間が増加します。 外部条件が不利な場合、原核生物は一時的に、または完全に繁殖を停止します。
写真のように、細胞を半分に分割するプロセスの直前に、細胞質の成長と細菌染色体の複製（倍加）が起こります。
細菌の環状染色体の複製
細胞サイズの増加は、厳密に制御された多くの調整された生合成プロセスの結果として発生します。 細菌の増殖プロセスは終わりがないわけではありません。原核生物が一定の臨界サイズに達すると、分裂が起こります。
細菌のDNA複製の仕組み
核様体 (細菌細胞の核の類似体) の DNA を倍増する場合、次のスキームが実行されます。
- 開始 - レプリコン（酵素装置、複製に関する情報を含む DNA の部分）の作用による DNA 分裂の始まり。
- 伸長 - 染色体鎖の伸長、成長。
- 終結 - 複製中の鎖の成長と DNA らせん形成の完了。
DNAの複製と並行して、細胞自体も成長し、メソソームを介して細胞膜に結合した2つの新しい染色体間の距離が徐々に増加します。 原核細胞は複製後しばらくして分裂を始めます。 明らかに、分離プロセスを開始するのは DNA の重複です。
同様のプロセスは真核生物の減数分裂には存在しません。 減数分裂のプロセスは多くの点で原核生物の生殖とは異なります。 さらに、グラム陽性菌とグラム陰性菌では、母細胞が 2 つの部分に分かれることにも特徴があります。
グラム陰性菌の繁殖
グラム陰性菌は比較的薄い細胞壁を持ち、その細胞壁のほぼ中央に環状細胞小器官である中隔リングが位置しています。 写真でわかるように、細菌の分離は、細胞小器官の収縮と娘細胞間の狭窄の形成によって起こります。
中隔リングは、12 を超える異なるタンパク質を含む複雑なタンパク質複合体です。 それは、タンパク質が厳密な順序で互いに連続的に結合することによって形成されます。
中隔環タンパク質は、生殖に必要な次の機能を実行します。
- 特定の順序でのフィラメント (環状タンパク質) の Z リング (環状細胞小器官の未熟な形態) への結合をモデル化します。
- Z リングを膜に結合します。
- 環状細胞小器官の形成と染色体の分離（分離）を調整します。
- 浸透圧保護を提供する細菌細胞壁の最も重要な成分であるペプチドグリカンを合成します。
- ペプチドグリカンの加水分解を実行して新しい細胞を分離します。
グラム陰性菌の収縮は、すべての細胞膜、つまり細胞質（内）膜と外膜、およびリポタンパク質によってそれらに結合しているペプチドグリカンの薄層を覆っています。
真核生物の減数分裂の間、収縮による同様の細胞分裂は起こりません。
グラム陽性菌の再生
グラム陽性菌の壁の厚さは、グラム陰性菌の 2 倍以上です。
グラム陽性菌の繁殖プロセスは有糸分裂とは似ておらず、真核生物の減数分裂とは異なります。 DNA複製プロセスの最後に、グラム陽性菌はくびれを作りませんが、写真のように横隔壁を合成します。 合成プロセスでは、グラム陰性菌のくびれの形成と同様に、メソソームが関与し、細胞構造の端から中心までの隔壁を形成します。
細菌の原核細胞の横二分裂は常に縦方向と横方向に対称であり、これが真核生物の細胞構造の過程と減数分裂のもう一つの違いです。
有利な条件下では、細菌細胞の直接二分分裂が 1 つまたは複数の平面で発生する可能性がありますが、減数分裂では不可能です。 分離後に細胞が分岐しない場合、異なる形状の会合の形成が発生します。
- 細胞を 1 つの平面で切断すると、球状または棒状の細胞の鎖が形成されます (写真のような球状双球菌、棒状細菌の鎖)。
- 異なる平面で分離すると、さまざまな形の細胞の蓄積が観察されます (連鎖球菌の鎖、サルシンのパケット、ブドウ球菌のクラスター)。
写真に見られる原核生物の多様な形態は、核細胞の減数分裂にはまったく不可能です。
このような横方向の分裂は、グラム陽性菌だけでなく、糸状ラン藻にも特徴的です。
シアノバクテリアの複数の分裂
原核生物の二値生殖のタイプの 1 つは、母細胞からの娘原核生物の複数の形成です。これはシアノバクテリアに典型的であり、減数分裂にはまったく特徴的ではありません。
A - Dermocarpa 属のシアノバクテリアの複製
B - Chroococcidiopsis 属のシアノバクテリアの繁殖
最初に、細胞質の増殖と染色体の複製が起こります。 その後、ビデオで見られるように、母体の追加の線維層内で連続的な二分化が起こり、白球 (小細胞) の形成につながります。 その数は 4 ～ 1000 単位の範囲であり、シアノバクテリアの種類に関連しています。 ビデオで見られるように、母原核生物の壁が破れた後、白球が放出されます。
均等な分離に加えて、一部の細菌は出芽によって繁殖します。
二分裂の特殊なケースとしての発芽
光栄養生物および化学栄養生物では、食物源（独立栄養生物または従属栄養生物）に関係なく、出芽によって生物を複製することが可能です。
このプロセスのメカニズムは次のとおりです。
- 母細胞の極に芽が形成されます。
- 腎臓は母親の体の大きさに合わせて成長し（これは写真で確認できます）、腎臓のために新しい細胞壁が合成されます。
- 本格的な娘細胞が母細胞から分離されます。
減数分裂の場合のように、二値分裂のプロセスに制限がない場合
真核生物の場合、出芽は原核生物の老化という事実に依存します。 平均して、母細胞は 4 個以下の芽を分離します。
発芽には独自の特徴があります。
- 縦方向の対称性のみが保存されます（写真ではっきりと確認できます）。
- 出芽後、母細胞と娘細胞が得られますが、二分裂後は母細胞は存在せず、同等の娘細胞が 2 つ存在します。
- 母親と娘の生物は同一ではなく、それらの間の違いははっきりと目に見えてわかります - 老化の過程が観察されます。
好ましい物理化学的条件下では、原核生物は指数関数的に分裂し、全世界を埋めることができます。 しかし、実際には細菌の分裂を阻害する要因があるため、このようなことは起こりません。
分割を制限する要因
あらゆる種の多様性と適応性にもかかわらず、細菌は無限に増殖するわけではありません。 研究によると、細菌集団の増殖は微生物の繁殖の法則に従って起こり、数値とグラフで説明できることがわかっています。
細菌の分裂に伴う個体数の増加は、いくつかの段階で構成されます。
- 遅滞期 - 新しい生活条件に適応するのに時間がかかる適応期間であり、分裂はそれほど重要ではありません。
- 対数期 – 分裂数が最も多く、人口が指数関数的に増加する時期。
- 定常期 - 細菌コロニーの増殖がゼロになる傾向があり、食料資源が限られているために細菌の分裂が死亡数と等しくなる時期。
- 成長の鈍化 - 食料資源の大幅な減少と有毒な老廃物の蓄積によって起こります。
不利な条件は細菌の分裂の停止を引き起こし、その結果、必然的に集団の死が起こります。
私は獣医師として働いています。 私は社交ダンス、スポーツ、ヨガに興味があります。 私は個人の成長と精神的な実践を習得することを優先します。 好きなトピック: 獣医学、生物学、建設、修理、旅行。 タブー: 法律、政治、IT テクノロジー、コンピューター ゲーム。
細菌は、現在地球上に存在する最も古い生物群です。 最初の細菌はおそらく 35 億年以上前に出現し、ほぼ 10 億年間、地球上で唯一の生物でした。 これらは生きた自然の最初の代表者であったため、彼らの体は原始的な構造を持っていました。
時間が経つにつれて、その構造はより複雑になりましたが、今日に至るまで、細菌は最も原始的な単細胞生物であると考えられています。 興味深いことに、一部の細菌は古代の祖先の原始的な特徴をまだ保持しています。 これは、高温の硫黄泉や貯水池の底の無酸素泥に生息する細菌で観察されます。
ほとんどの細菌は無色です。 紫や緑のものはほんのわずかです。 しかし、多くの細菌のコロニーは明るい色をしています。これは、環境への着色物質の放出または細胞の色素沈着によって引き起こされます。
細菌の世界の発見者は、17 世紀のオランダの博物学者、アントニー レーウェンフックであり、彼は物体を 160 ～ 270 倍に拡大する完璧な拡大顕微鏡を初めて作成しました。
細菌は原核生物として分類され、別の界である細菌に分類されます。
体型
細菌は多数の多様な生物です。 形状はさまざまです。
| 細菌の名前 | 細菌の形状 | 細菌画像 |
| 球菌 | ボール状 | |
| バチルス |  | 棒状 |
| ビブリオ | 勾玉 | |
| スピリラム |  | 螺旋 |
| 連鎖球菌 |  | 球菌の連鎖 |
| ブドウ球菌 |  | 球菌の塊 |
| 双球菌 | 1つの粘膜カプセルの中に2つの丸い細菌が封入されている |
交通手段
細菌の中には、移動するものと移動しないものがあります。 運動体は、波状の収縮によって、またはフラジェリンと呼ばれる特殊なタンパク質からなる鞭毛（ねじれたらせん状の糸）の助けを借りて動きます。 鞭毛は 1 つ以上存在する場合があります。 いくつかの細菌では、それらは細胞の一端に位置し、他の細菌では二端または表面全体に位置します。
しかし、運動は鞭毛を持たない他の多くの細菌にも固有のものです。 したがって、粘液で外側を覆われた細菌は滑走運動が可能です。
鞭毛を持たない水生細菌や土壌細菌の中には、細胞質内にガス空胞を持つものがあります。 細胞には 40 ～ 60 個の液胞が存在する場合があります。 それらのそれぞれにはガス（おそらく窒素）が充填されています。 液胞内のガスの量を調節することにより、水生細菌は水柱に沈んだり、水面に浮上したりすることができ、土壌細菌は土壌の毛細管内を移動することができます。
生息地
組織の単純さと気取らないため、細菌は自然界に広く普及しています。 細菌はどこにでも存在します。たとえ最も純粋な湧き水の一滴でも、土の粒の中、空気中、岩の上、極地の雪の中、砂漠の砂の中、海底、深いところから抽出された油の中、さらには地下水の中にも存在します。温度約80℃の温泉水。 それらは植物、果物、さまざまな動物、そして人間の腸、口腔、手足、体表などに生息しています。
細菌は最も小さく、最も数の多い生き物です。 サイズが小さいため、亀裂、隙間、または毛穴に簡単に浸透します。 非常に丈夫で、さまざまな生活条件に適応します。 生存能力を失うことなく、乾燥、極寒、90℃までの加熱に耐えます。
地球上でバクテリアが存在しない場所は事実上ありませんが、その量はさまざまです。 細菌の生存条件はさまざまです。 それらの中には、大気中の酸素を必要とするものもあれば、それを必要とせず、酸素のない環境でも生きられるものもあります。
空気中: バクテリアは大気上層 30 km まで上昇します。 もっと。
特に土壌中には多く存在します。 1 g の土壌には数億の細菌が含まれている可能性があります。
水中: 開いた貯水池の水の表層。 有益な水生バクテリアが有機残留物を石化します。
生物の場合：病原菌は外部環境から体内に侵入しますが、病気を引き起こすのは好ましい条件下に限られます。 共生生物は消化器官に生息し、食物の分解と吸収、ビタミンの合成を助けます。
外部構造
細菌の細胞は、特別な高密度の殻である細胞壁で覆われており、保護機能と支持機能を果たし、細菌に永続的な特徴的な形状を与えます。 細菌の細胞壁は植物の細胞壁に似ています。 それは透過性です。それを通して、栄養素は自由に細胞に入り、代謝産物は環境に出ます。 多くの場合、細菌は細胞壁の上に粘液の追加の保護層、つまりカプセルを生成します。 カプセルの厚さは細胞自体の直径よりも何倍も大きくなる場合もありますが、非常に小さくなる場合もあります。 カプセルは細胞の必須部分ではなく、細菌が置かれる条件に応じて形成されます。 細菌を乾燥から守ります。
一部の細菌の表面には、長い鞭毛 (1 つ、2 つ、または多数) または短くて薄い絨毛があります。 鞭毛の長さは細菌の体の大きさよりも何倍も大きくなることがあります。 細菌は鞭毛と絨毛の助けを借りて移動します。
内部構造
細菌細胞の内部には、高密度で不動の細胞質があります。 層状構造をしており、液胞がないため、細胞質そのものの中にさまざまなタンパク質（酵素）や予備栄養素が存在します。 細菌細胞には核がありません。 遺伝情報を伝える物質は細胞の中心部分に集中しています。 細菌、核酸、DNA。 しかし、この物質は核にはなりません。
細菌細胞の内部組織は複雑で、それぞれに特有の特徴があります。 細胞質は、細胞質膜によって細胞壁から分離されています。 細胞質には、主要な物質、つまりマトリックス、リボソーム、およびさまざまな機能を実行する少数の膜構造（ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ装置の類似体）があります。 細菌細胞の細胞質には、さまざまな形状やサイズの顆粒が含まれていることがよくあります。 顆粒は、エネルギーおよび炭素源として機能する化合物で構成されている可能性があります。 脂肪の液滴は細菌細胞にも見られます。
細胞の中心部には核物質、つまり膜によって細胞質から区切られていないDNAが局在しています。 これは核の類似体である核様体です。 核様体には、膜、核小体、または染色体のセットがありません。
食事方法
細菌にはさまざまな摂食方法があります。 その中には独立栄養生物と従属栄養生物があります。 独立栄養生物は、栄養となる有機物質を独立して生産できる生物です。
植物は窒素を必要としますが、植物自体は空気中の窒素を吸収できません。 一部の細菌は、空気中の窒素分子と他の分子を結合させ、植物が利用できる物質を生成します。
これらの細菌は若い根の細胞に定着し、結節と呼ばれる根の肥厚を引き起こします。 このような根粒は、マメ科の植物や他のいくつかの植物の根に形成されます。
根は細菌に炭水化物を提供し、細菌は根に植物が吸収できる窒素含有物質を提供します。 彼らの同棲は相互に利益をもたらします。
植物の根は、細菌の餌となる有機物（糖、アミノ酸など）を多量に分泌します。 そのため、根の周囲の土壌層には特に多くの細菌が定着します。 これらの細菌は、植物の死骸を植物が利用できる物質に変換します。 この土壌の層は根圏と呼ばれます。
根粒細菌の根組織への侵入については、いくつかの仮説があります。
- 表皮および皮質組織への損傷による。
- 根毛を通して。
- 若い細胞膜のみを通過します。
- ペクチン分解酵素を生成する仲間バクテリアのおかげ。
- 植物の根の分泌物中に常に存在するトリプトファンからの B-インドール酢酸の合成が刺激されるためです。
根粒細菌を根組織に導入するプロセスは、次の 2 つの段階で構成されます。
- 根毛の感染。
- 結節形成のプロセス。
ほとんどの場合、侵入した細胞は活発に増殖し、いわゆる感染糸を形成し、その糸の形で植物組織内に移動します。 感染糸から出現した結節細菌は宿主組織内で増殖し続けます。
急速に増殖する根粒細菌の細胞で満たされた植物細胞は、急速に分裂を始めます。 若い結節とマメ科植物の根との接続は、維管束線維束のおかげで行われます。 機能している期間中、結節は通常密集しています。 最適な活動が起こるまでに、小結節はピンク色になります (レグヘモグロビン色素のおかげです)。 レグヘモグロビンを含む細菌だけが窒素を固定することができます。
根粒菌は土壌 1 ヘクタールあたり数十、数百キログラムの窒素肥料を生成します。
代謝
細菌はそれぞれ代謝が異なります。 酸素の参加によって起こるものもあれば、酸素なしで起こるものもあります。
ほとんどの細菌は既製の有機物質を餌とします。 無機物から有機物を作り出すことができるのは、そのうちの少数のバクテリア (青緑色バクテリア、またはシアノバクテリア) だけです。 それらは地球の大気中の酸素の蓄積において重要な役割を果たしました。
細菌は外部から物質を吸収し、その分子を細かく引き裂き、その部分から殻を組み立てて内容物を補充し（これが細菌の増殖方法です）、不要な分子を捨てます。 細菌の殻と膜は、必要な物質のみを吸収することを可能にします。
細菌の殻や膜が完全に不透過性であれば、物質は細胞内に侵入しません。 もしそれらがすべての物質に対して透過性であれば、細胞の内容物は培地、つまり細菌が生息する溶液と混合することになります。 細菌が生きていくためには、必要な物質は通過させるが、不要な物質は通過させない殻が必要です。
細菌は近くにある栄養素を吸収します。 次は何が起こる？ 独立して移動できる場合（鞭毛を動かすか、粘液を押し戻すことによって）、必要な物質を見つけるまで移動します。
移動できない場合は、拡散（ある物質の分子が別の物質の分子の茂みに浸透する能力）によって必要な分子がそこに運ばれるまで待ちます。
細菌は、他の微生物群とともに膨大な化学的仕事を行います。 さまざまな化合物を変換することで、生命に必要なエネルギーや栄養素を摂取しています。 細菌の代謝プロセス、エネルギーの獲得方法、体の物質を構築するための材料の必要性は多様です。
他の細菌は、無機化合物を犠牲にして、体内の有機物質の合成に必要な炭素の需要をすべて満たします。 それらは独立栄養生物と呼ばれます。 独立栄養細菌は、無機物から有機物を合成することができます。 その中には次のようなものがあります。
化学合成
放射エネルギーの利用は最も重要ですが、二酸化炭素と水から有機物を生成する唯一の方法ではありません。 細菌は、そのような合成のエネルギー源として太陽光ではなく、特定の無機化合物（硫化水素、硫黄、アンモニア、水素、硝酸、鉄化合物）の酸化中に生物の細胞内で生じる化学結合のエネルギーを使用することが知られています。鉄とマンガン。 彼らは、この化学エネルギーを使用して形成された有機物を使用して、体の細胞を構築します。 したがって、このプロセスは化学合成と呼ばれます。
化学合成微生物の最も重要なグループは硝化細菌です。 これらの細菌は土壌に生息し、有機残留物の分解中に生成されるアンモニアを酸化して硝酸にします。 後者は土壌の鉱物化合物と反応して硝酸の塩に変わります。 このプロセスは 2 つのフェーズで行われます。
鉄バクテリアは第一鉄を酸化鉄に変換します。 結果として生じる水酸化鉄は沈殿し、いわゆる湿原鉄鉱石を形成します。
一部の微生物は水素分子の酸化によって存在し、それによって栄養の独立栄養法を提供します。
水素バクテリアの特徴は、有機化合物が供給され、水素が存在しない場合に従属栄養的な生活様式に切り替える能力です。
したがって、化学独立栄養生物は、無機物質から必要な有機化合物を独立して合成し、従属栄養生物のように他の生物から既製のものを摂取しないため、典型的な独立栄養生物です。 化学独立栄養細菌は、エネルギー源としての光から完全に独立しているという点で、光合成植物とは異なります。
細菌の光合成
特定の色素であるバクテリオクロロフィルを含む一部の色素含有硫黄細菌（紫、緑）は太陽エネルギーを吸収することができ、その助けを借りて体内の硫化水素が分解され、水素原子を放出して対応する化合物を復元します。 このプロセスは光合成と多くの共通点がありますが、紫色および緑色の細菌では水素供与体が硫化水素（場合によってはカルボン酸）であり、緑色植物ではそれが水であるという点のみが異なります。 どちらも吸収した太陽光線のエネルギーにより水素の分離・移動が行われます。
酸素を放出せずに起こるこの細菌の光合成は、光還元と呼ばれます。 二酸化炭素の光還元は、水からではなく硫化水素からの水素の移動に関連しています。
6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О
地球規模での化学合成と細菌の光合成の生物学的重要性は比較的小さい。 自然界における硫黄循環のプロセスにおいて重要な役割を果たすのは化学合成細菌だけです。 硫黄は硫酸塩の形で緑の植物に吸収され、還元されてタンパク質分子の一部になります。 さらに、植物や動物の死骸が腐敗細菌によって破壊されると、硫黄が硫化水素の形で放出され、硫化水素が硫黄細菌によって酸化されて硫黄（または硫酸）が遊離され、植物が利用できる亜硫酸塩が土壌中に形成されます。 化学独立栄養細菌と光合成独立栄養細菌は、窒素と硫黄のサイクルに不可欠です。
胞子形成
胞子は細菌の細胞内で形成されます。 胞子形成の過程で、細菌細胞は多くの生化学的プロセスを経ます。 その中の自由水の量が減少し、酵素活性が低下します。 これにより、好ましくない環境条件（高温、高塩濃度、乾燥など）に対する胞子の耐性が確保されます。 胞子形成は、少数の細菌のグループのみに特徴的です。
胞子は細菌のライフサイクルにおけるオプションの段階です。 胞子形成は、栄養素の欠乏または代謝産物の蓄積によってのみ始まります。 胞子の形をした細菌は、長期間休眠状態に留まることがあります。 細菌の胞子は、長時間の煮沸や非常に長時間の冷凍に耐えることができます。 好ましい条件が発生すると、胞子は発芽し、生存可能になります。 細菌の胞子は、不利な条件で生き残るための適応です。
再生
細菌は1つの細胞を2つに分裂させることで繁殖します。 細菌は一定の大きさに達すると、2 つの同一の細菌に分裂します。 その後、それぞれが摂食を開始し、成長し、分裂します。
細胞伸長後、横隔壁が徐々に形成され、その後娘細胞が分離します。 多くの細菌では、特定の条件下では、分裂後、細胞は特徴的なグループに接続されたままになります。 この場合、分割面の方向や分割数によって異なる形状が生じます。 出芽による生殖は細菌では例外的に起こります。
良好な条件下では、多くの細菌の細胞分裂は 20 ～ 30 分ごとに起こります。 このような急速な繁殖により、5 日以内に 1 つの細菌の子孫が、すべての海と海洋を埋めることができる塊を形成することができます。 単純に計算すると、1 日に 72 世代 (720,000,000,000,000,000,000 個の細胞) が形成されることがわかります。 重量に換算すると4720トン。 しかし、これは自然界では起こりません。ほとんどの細菌は、種間の闘争の結果、日光、乾燥、餌の不足、65〜100℃の加熱などの影響ですぐに死滅します。
細菌 (1) は十分な食物を吸収すると、サイズが大きくなり (2)、生殖 (細胞分裂) の準備を開始します。 その DNA (細菌では DNA 分子は環状に閉じられています) は 2 倍になります (細菌はこの分子のコピーを生成します)。 両方の DNA 分子 (3、4) は細菌の壁に付着していることに気づき、細菌が伸長するにつれて離れていきます (5、6)。 まずヌクレオチドが分裂し、次に細胞質が分裂します。
2 つの DNA 分子が分岐した後、細菌にくびれが現れ、細菌の体が徐々に 2 つの部分に分割され、それぞれの部分に DNA 分子が含まれます (7)。
(枯草菌では) 2 つの細菌がくっつき、それらの間に橋が形成されることが起こります (1、2)。
ジャンパーは DNA をある細菌から別の細菌に輸送します (3)。 1 つの細菌に入ると、DNA 分子が絡み合い、いくつかの場所でくっつき (4)、その後セクションを交換します (5)。
自然界における細菌の役割
ジャイア
細菌は、自然界の物質の一般的な循環において最も重要なつながりです。 植物は土壌中の二酸化炭素、水、無機塩から複雑な有機物質を生成します。 これらの物質は死んだ菌類、植物、動物の死骸とともに土壌に戻ります。 細菌は複雑な物質を単純な物質に分解し、それを植物が利用します。
細菌は、植物や動物の死骸、生物の排泄物、さまざまな廃棄物の複雑な有機物質を破壊します。 これらの有機物質を餌とする腐生細菌は、それらを腐植に変えます。 これらは私たちの惑星の一種の秩序です。 このように、細菌は自然界の物質循環に積極的に参加しています。
土壌形成
細菌はほぼあらゆる場所に分布し、膨大な数で発生するため、自然界で起こるさまざまなプロセスを大きく決定します。 秋になると、木や低木の葉が落ち、地上の草の新芽が枯れ、古い枝が落ち、時には古い木の幹が倒れます。 これらすべてが徐々に腐植に変わります。 1cm3で。 森林土壌の表層には、数億種の腐生土壌細菌が含まれています。 これらのバクテリアは、腐植を植物の根によって土壌から吸収できるさまざまなミネラルに変換します。
一部の土壌バクテリアは空気から窒素を吸収し、それを重要なプロセスに使用することができます。 これらの窒素固定細菌は独立して生息するか、マメ科植物の根に定着します。 マメ科植物の根に侵入したこれらの細菌は、根細胞の成長とその根粒の形成を引き起こします。
これらの細菌は植物が利用する窒素化合物を生成します。 細菌は植物から炭水化物と無機塩を入手します。 したがって、マメ科植物と根粒菌の間には密接な関係があり、一方の生物と他方の生物の両方にとって有益です。 この現象を共生といいます。
マメ科植物は根粒菌との共生のおかげで土壌を窒素で豊かにし、収量の増加に役立ちます。
自然界における分布
微生物はどこにでも存在します。 唯一の例外は、活火山のクレーターと爆発した原子爆弾の震源地の小さな地域です。 南極の低温も、間欠泉の沸騰する流れも、塩だまりの飽和食塩水も、山頂の強い日射も、原子炉の過酷な放射線も、微生物相の存在と発達を妨げません。 すべての生き物は常に微生物と相互作用しており、微生物の保管庫であるだけでなく、配布者でもあることがよくあります。 微生物は私たちの地球の在来種であり、最も驚くべき自然の基質を積極的に探索しています。
土壌微生物相
土壌中の細菌の数は非常に多く、1グラムあたり数億、数十億の細菌が存在します。 それらは水中や空気中よりも土壌中にはるかに多く存在します。 土壌中の細菌の総数が変化します。 細菌の数は土壌の種類、状態、地層の深さによって異なります。
土壌粒子の表面では、微生物は小さな微小コロニー (それぞれ 20 ～ 100 個の細胞) に存在します。 それらは多くの場合、有機物の塊の厚さ、生きている植物の根や枯れかけている植物の根、細い毛細血管、塊の内部に発生します。
土壌微生物相は非常に多様です。 ここには、腐敗細菌、硝化細菌、窒素固定細菌、硫黄細菌などのさまざまな生理学的細菌群があり、その中には好気性菌と嫌気性菌、胞子型と非胞子型が存在します。 微生物相は土壌形成の要因の 1 つです。
土壌中の微生物の発達領域は、生きている植物の根に隣接するゾーンです。 それは根圏と呼ばれ、そこに含まれる微生物の総体は根圏微生物叢と呼ばれます。
貯水池の微生物相
水は微生物が多く生息する自然環境です。 それらの大部分は土壌から水に入ります。 水中のバクテリアの数と栄養素の存在を決定する要素。 最もきれいな水は自噴井戸や泉からのものです。 開いた貯水池や川には細菌が非常に豊富です。 細菌の数が最も多いのは、海岸に近い水の表層です。 岸から遠ざかり、深くなるとバクテリアの数は減少します。
きれいな水には 1 ml あたり 100 ～ 200 個の細菌が含まれており、汚染された水には 10 万～30 万個以上の細菌が含まれています。 底泥、特に表層にはバクテリアが多く存在しており、バクテリアが膜を形成しています。 この膜には硫黄バクテリアや鉄バクテリアが多く含まれており、硫化水素を酸化して硫酸にし、魚の死滅を防ぎます。 シルト中には胞子を有する形態がより多く存在するが、水中では胞子を有さない形態が優勢である。
種構成の点では、水の微生物相は土壌の微生物相と似ていますが、特定の形態もあります。 微生物は水中に入るさまざまな廃棄物を破壊することによって、いわゆる水の生物学的浄化を徐々に実行します。
空気微生物叢
空気の微生物相は、土壌や水の微生物相に比べて数が少ないです。 細菌は塵とともに空気中に舞い上がり、しばらくそこに留まり、その後地表に定着し、栄養不足や紫外線の影響で死んでしまいます。 空気中の微生物の数は、地理的ゾーン、地形、季節、粉塵汚染などによって異なります。粉塵の各点は微生物の媒介者です。 ほとんどの細菌は産業上の空気中に存在します。 田舎のほうが空気がきれいです。 最もきれいな空気は森林、山、雪の多い地域の上にあります。 空気の上層には微生物がほとんど含まれていません。 空気中の微生物叢には、色素を帯びた胞子を持つ細菌が多く含まれており、他の細菌よりも紫外線に対して耐性があります。
人体の微生物叢
人間の体は、完全に健康な体であっても、常に微生物叢の保菌者です。 人体が空気や土壌と接触すると、病原性微生物（破傷風菌、ガス壊疽など）を含むさまざまな微生物が衣服や皮膚に定着します。 人体の最も頻繁に露出する部分は汚染されています。 手には大腸菌やブドウ球菌が見られます。 口腔内には100種類以上の微生物が存在します。 温度、湿度、栄養素が残留している口は、微生物の発育に最適な環境です。
胃は酸性反応を示すため、胃内の微生物の大部分は死滅します。 小腸から始まり、反応はアルカリ性になります。 微生物にとって有利です。 大腸内の微生物叢は非常に多様です。 成人一人当たり、毎日約 180 億個の細菌が排泄物として排泄されます。 地球上では人間よりも個人の方が多いのです。
外部環境とつながっていない内臓（脳、心臓、肝臓、膀胱など）には通常、微生物が存在しません。 微生物は病気のときにのみこれらの臓器に入ります。
物質循環における細菌
一般に微生物、特に細菌は、植物や動物がまったくアクセスできない化学変化を実行し、地球上の生物学的に重要な物質の循環において大きな役割を果たしています。 元素のサイクルのさまざまな段階は、さまざまな種類の生物によって実行されます。 生物の個々のグループの存在は、他のグループによって実行される元素の化学変化に依存します。
窒素循環
窒素化合物の循環変換は、さまざまな栄養ニーズを持つ生物圏の生物に必要な形態の窒素を供給する上で主要な役割を果たします。 総窒素固定の 90% 以上は、特定の細菌の代謝活動によるものです。
炭素循環
分子状酸素の還元を伴う有機炭素の二酸化炭素への生物学的変換には、さまざまな微生物の共同代謝活動が必要です。 多くの好気性細菌は有機物の完全な酸化を実行します。 好気的条件下では、有機化合物は発酵によって最初に分解され、無機水素受容体（硝酸塩、硫酸塩、またはCO 2 ）が存在する場合、発酵の有機最終生成物は嫌気呼吸によってさらに酸化されます。
硫黄サイクル
硫黄は、主に可溶性硫酸塩または還元された有機硫黄化合物の形で生物に利用されます。
鉄サイクル
一部の淡水域には高濃度の還元鉄塩が含まれています。 そのような場所では、還元鉄を酸化する鉄バクテリアという特定の細菌叢が発達します。 彼らは湿原鉄鉱石と鉄塩が豊富な水源の形成に関与しています。
細菌は最も古い生物であり、始生代の約 35 億年前に出現しました。 約25億年間、彼らは地球を支配して生物圏を形成し、酸素大気の形成に参加しました。
細菌は、(ウイルスを除いて) 最も単純な構造の生物の 1 つです。 彼らは地球上に出現した最初の生物であると考えられています。
22. 細菌の核。 細菌の細胞分裂の種類。 分割プロセス。
分割の種類:
1. 等面積バイナリ横分割、2つの同一の娘細胞の形成につながります。 この分割方法では、縦軸と横軸に関して対称性があります。 等しいサイズの二分裂では、母細胞が分裂して 2 つの娘細胞を生じ、それ自体が消滅します。
2. 不等二分裂、または芽生え。 出芽中、母細胞の極の 1 つに小さな成長物 (芽) が形成され、成長中にサイズが増加します。 徐々に、芽は母細胞のサイズに達し、その後母細胞から分離します。 腎臓の細胞壁は完全に新しく合成されます。 出芽過程では、縦軸のみに関して対称性が観察されます。 出芽中、母細胞は娘細胞を生じますが、ほとんどの場合、それらの間には形態学的および生理学的差異が見られます。つまり、古い母細胞と新しい娘細胞が存在します。
3. 複数の分裂による複製単細胞シアノバクテリアの 1 つのグループに特徴的なもので、白球と呼ばれる小さな細胞が形成されます (ギリシャ語。 ペ- 小さい、 サイト- 細胞）、その数は種によって4から1000の範囲にあります。赤球の放出は、母体の細胞壁の破壊によって起こります。 多重核分裂は等面積二分裂の原理に基づいています。 違いは、この場合、二分裂後、結果として生じる娘細胞は成長しないが、再び分裂することです。
23. 細菌の核。 細菌における遺伝情報の交換の形態。 細菌の多様性。
細菌における遺伝物質の交換の形態:
1.水平
* 形質転換 – 遺伝物質の伝達。これは、受容細菌が外部環境から外来 DNA の断片を捕捉 (吸収) するという事実から成ります。
A) 誘導（人工的に得られた）形質転換は、遺伝的特徴を研究対象の培養物に移すことが求められている細菌の培養物から得られた精製 DNA が細菌培養物に添加されるときに発生します。
B) 自発的形質転換は自然条件下で起こり、遺伝的に異なる細胞が混合されると組換え体の出現として現れます。 これは、細胞の溶解の結果として、または生存可能なドナー細胞による能動的な DNA 放出の結果として、細胞によって環境に放出された DNA によって発生します。
*セックスダクション
* トランスフェクションは、細胞壁を欠く細菌細胞の形質転換の一種であり、ウイルス (ファージ) 核酸によって実行されます。 トランスフェクションを使用すると、そのような細菌（細胞壁を持たない）にウイルス感染を誘導することができます。 他の（非細菌）細胞に対しても、これらの細胞の DNA と組み換えたり、ビリオンを複製したり、独立して複製したりできる外来 DNA を導入することによって、トランスフェクションを実行することもできます。
* 接合は、ドナー細胞とレシピエント細胞の直接接触を通じて行われる、遺伝物質 (染色体とプラスミド) の交換プロセスです。 このプロセスは、トラオペロン（tra-英語から、transfer-transfer）と呼ばれる一連の遺伝子を持つ接合プラスミドによってのみ制御されます。
このオペロンは、輸送装置の合成、接合複製、および表面排除現象を制御します。 移送装置は特別なドナー絨毛であり、これを利用して接合細胞間の接触が確立されます。 ドナー絨毛は、内径約 3 nm のタンパク質の性質を持つ長く (1 ～ 20 μm) 薄い管状構造です。
ドナーとレシピエントの間の連絡の確立
DNA鎖をドナーからレシピエントに引き抜く
受容細胞内の相補鎖による移入された DNA 鎖の完成
移入された染色体（その断片）とレシピエント細胞の染色体との間の組換え
メロ接合体の生殖
ドナーとレシピエントの特徴を持つ細胞の形成
移入された染色体またはプラスミド DNA 鎖の接合複製も、プラスミド遺伝子の制御下で行われます。 接合プラスミドの典型的な例は、性因子、または F プラスミド (英語から) です。 . 受胎能力- 受胎能力）。 F プラスミドは自律状態にあることも、細胞染色体に組み込まれていることもあります。 自律状態にあるため、P-細胞（Fプラスミドを欠く細胞）がP+細胞（Fプラスミドを含む細胞）に変化する自身の転移のみを制御します。 F プラスミドは細菌の染色体の特定の領域に組み込むことができ、その場合には細胞染色体の接合伝達を制御します。
したがって、接合は、ドナー絨毛を使用してドナーとレシピエントとの間の接触を確立することから始まる。 後者は、レシピエント細胞の細胞膜の受容体と結合します。 多くの場合、このような接触は 2 つの細胞間だけでなく、多くの細胞間でも確立され、接合集合体を形成します。 DNA 鎖は結合中にドナー絨毛チャネルを通って引っ張られると考えられます。 ドナーブリッジは壊れやすいため、結合プロセスはいつでも中断される可能性があります。 したがって、接合中に、染色体の一部、またはそれほど一般的ではありませんが完全な染色体のいずれかが転移する可能性があります。 F プラスミドの助けにより、細菌間の遺伝子伝達の頻度が大幅に増加します。
* 形質導入 - バクテリオファージを使用したドナー細胞からレシピエント細胞への遺伝物質の伝達。 非特異的形質導入と特異的形質導入は区別されます。
A) 非特異的形質導入 - ある細菌細胞から別の細菌細胞への DNA 断片のランダムな転移。
B) 特異的形質導入は、細菌細胞の染色体の厳密に定義された領域に挿入し、特定の遺伝子を導入できる温帯ファージによってのみ実行されます。
細菌の多様性の分子機構
細菌は、その組織が比較的単純で寿命が短いため、他の多くの生物よりも早く変動します。 それらの変動性は、突然変異と遺伝子組換え、特に転移因子の関与によって起こるものに基づいています。
*突然変異とは、安定して受け継がれる遺伝子型の変化です。 突然変異は自然発生する場合もあれば、誘発される場合もあります。
a) 自然突然変異は特別な影響なしに発生します; それらは複製および修復中のエラーの結果として発生します。 自然突然変異の平均頻度は約 1,106 (100 万細胞あたり 1 つの突然変異) です。
b) 誘発された突然変異は、はるかに高い頻度で発生します。それらは、さまざまな突然変異誘発物質（電離放射線、UV 照射、DNA 塩基のさまざまな類似体、アルキル化化合物、アクリジン、抗生物質など）に損傷を与える物理的および化学的要因への曝露の結果として発生します。
c) 点突然変異は、塩基の置換、塩基の喪失 (欠失)、または追加の塩基の出現 (挿入) によって引き起こされる可能性があります。 点突然変異は次の 3 つの結果をもたらす可能性があります。
1) あるコドンを別のコドンに置き換え、したがってあるアミノ酸を別のコドンに置き換えます。
2) 読み枠のシフト。これは一連のアミノ酸残基の配列全体の変化につながります。
3) 「センスレス」コドンの出現。これにより、特定の時点で翻訳が停止します。
タンパク質合成が完全にブロックされる可能性があります。 変化したタンパク質が合成される
これらすべては、変異体の表現型形質の一部の喪失、またはそれほど頻繁ではありませんが、新しい形質の出現につながります。
ゲノム破壊は以下の原因で生じる可能性があります。
*拡張削除
*逆位（染色体セグメントの180°回転）
*転座（染色体セクションのある位置から別の位置への移動）
これらすべては、細胞（生体）のさまざまな機能の変化や破壊にもつながります。
細菌や他の生物の多様性における大きな役割は、いわゆる転移可能な遺伝要素、つまり、特定のゲノム内で完全な形で移動したり、あるゲノムから別のゲノムへ、たとえば、あるゲノムから別のゲノムに移動したりできる遺伝子構造に属します。プラスミドゲノムから細菌ゲノムへ、またはその逆。 転移因子には、IS エレメント、トランスポゾン、エピソームの 3 つのクラスがあります。
#挿入配列 (英語では、挿入配列) のサイズは通常、2,000 塩基対、つまり 2 kb を超えません。 (キロベース – 1,000 塩基対)。 IS エレメントはタンパク質トランスポザーゼをコードする遺伝子を 1 つだけ保有しており、その助けを借りて IS エレメントは染色体のさまざまな部分に組み込まれます。 これらは、IS1、IS2、IS3 などの番号で指定されます。
#トランスポゾンは、反転した IS エレメントが隣接する DNA のより大きなセグメントです。 それらは染色体のさまざまな部分に統合したり、あるゲノムから別のゲノムに移動したりすることができます。つまり、それらは IS 要素のように動作します。 移動を可能にする遺伝子に加えて、薬剤耐性遺伝子などの他の遺伝子も含まれています。 トランスポゾンはプラスミド、ウイルス、原核生物、真核生物のゲノムに存在し、IS エレメントと同様に、Tn1、Tn2、Tn3 などのシリアル番号で指定されます。
# エピソームには、IS エレメントとトランスポゾンを含むさらに大きく複雑な自己調節システムが含まれており、自律的または統合された 2 つの状態のいずれかで宿主細胞の染色体に複製できます。 エピソームには、さまざまな温帯溶原性ファージが含まれます。 それらは、独自のタンパク質シェルの存在とより複雑な生殖サイクルによって、他のすべての転移因子とは異なります。 エピソーム自体はウイルスであり、他の転移因子と同様に、完全な形であるゲノムから別のゲノムに移動する能力を持っています。
通常、細菌の細胞分裂は「二分法」で説明されます。複製後、原形質膜に関連する核様体が核様体間の膜の伸張により分離し、その後、狭窄または隔壁が形成されて細胞が 2 つに分割されます。 このタイプの分裂により、事実上エラーが発生せず (欠陥細胞が 0.03% 未満)、遺伝物質が非常に正確に分布します。 細菌の核装置である核様体は、スーパーコイル状態で多数のループ ドメインを形成する環状の巨大な (1.6 mm) DNA 分子であることを思い出してください; ループ ドメインの折り畳み順序は不明です。
細菌の細胞分裂間の平均時間は 20 ～ 30 分です。 そしてこの期間中に、核様体 DNA の複製、分離、姉妹核様体の分離、それらのさらなる分岐、元の細胞を正確に半分に分ける隔壁の形成による細胞切開など、一連の出来事が起こらなければなりません。
近年、これらのプロセス全体が研究者から強い注目を集めており、その結果、重要かつ予期せぬ観察が得られています。 複製の時点（起点）から始まる DNA 合成の開始時には、成長する両方の DNA 分子が最初は原形質膜に結合したままであることが判明しました。 DNA 合成と同時に、多数の酵素 (トポイソメラーゼ、ジャイレース、リガーゼなど) によって、古いループ ドメインと複製中のループ ドメインの両方のスーパーコイルを除去するプロセスが発生し、2 つの娘 (または姉妹) 染色体の物理的な分離につながります。核様体はまだ互いに密接に接触しています。 核様体のこのような分離の後、核様体は細胞の中心から、以前の位置から分岐します。 さらに、この不一致は非常に正確であり、2 つの反対方向におけるセルの長さの 4 分の 1 です。 その結果、2 つの新しい核様体が細胞内に配置されます。 この不一致のメカニズムは何でしょうか? 細菌細胞の分裂は真核生物の有糸分裂に似ているという仮定が立てられましたが (Delamater、1953)、この仮定を支持するデータは長い間現れませんでした。
細菌の細胞分裂のメカニズムに関する新しい情報は、細胞分裂が損なわれた変異体を研究することによって得られました。
いくつかのグループの特殊なタンパク質が核様体分岐のプロセスに関与していることが発見されました。 それらの 1 つである Muk B タンパク質は巨大なホモ二量体 (分子量約 180 kDa、長さ 60 nm) で、中央のらせん部分と末端の球状部分から構成され、真核生物の繊維状タンパク質 (ミオシン II 鎖、キネシン) の構造を彷彿とさせます。 ）。 Muk B は、N 末端で GTP および ATP に結合し、C 末端で DNA 分子に結合します。 Muk B のこれらの特性は、Muk B が核様体の分岐に関与するモータータンパク質であると考える根拠を与えます。 このタンパク質の変異は核様体の分離に障害をもたらします。変異体集団には多数の無核細胞が出現します。
Muk B タンパク質に加えて、核様体分岐には明らかに、アクチンのようなミオシン重鎖に結合できる Caf A タンパク質を含む原線維の束が関与しています。
狭窄または隔壁の形成も、一般に動物細胞の細胞切開に似ています。 この場合、Fts ファミリーのタンパク質（原線維感熱性）が隔壁の形成に関与します。 これはいくつかのタンパク質のグループであり、その中で FtsZ タンパク質が最も研究されています。 このタンパク質はほとんどの細菌や古細菌に類似しており、マイコプラズマや葉緑体にも見られます。 これは、アミノ酸配列がチューブリンと類似した球状タンパク質です。 インビトロで GTP と相互作用すると、長い糸状のプロトフィラメントを形成することができます。 間期では、FtsZ は細胞質内に拡散的に局在し、その量は非常に多くなります (細胞あたり 5 ～ 20,000 モノマー)。 細胞分裂中、このタンパク質はすべて中隔帯に局在し、動物起源の細胞分裂中のアクトミオシンリングを非常に彷彿とさせる収縮リングを形成します。
22. 細菌の核。 細菌の細胞分裂の種類。 分割プロセス。
このタンパク質の変異により細胞分裂が停止し、多くの核様体を含む長い細胞が出現します。 これらの観察は、細菌の細胞分裂が Fts タンパク質の存在に直接依存していることを示しています。
隔壁形成のメカニズムに関しては、隔壁領域のリングが収縮し、元の細胞が 2 つに分裂することを仮定する仮説がいくつかあります。 そのうちの1つによると、プロトフィラメントはまだ未知のモータータンパク質の助けを借りて相互にスライドするはずであり、もう1つによると、細胞膜に固定されたFtsZの解重合によって隔壁の直径の減少が起こる可能性があるという。
定常条件下での細菌培養増殖の段階
成長の最後の段階は定常期であり、これは栄養素の枯渇によって引き起こされます。 細胞は代謝活動を低下させ、非必須の細胞タンパク質を消費します。 定常期は、急速な成長からストレス状態への移行であり、DNA 修復と抗酸化物質の代謝に関与する遺伝子の発現の増加を特徴とします。
細菌が流動状態ではなく定常状態で増殖すると、栄養培地が変化し、細菌の老廃物がその中に蓄積され、その結果、細菌の生理学的特性も変化します。 したがって、クロストリジウム・アセトブチリカムの若い細胞はアセトンを形成することができません。 彼らは古い文化の中でこの性質を獲得しました。 胞子をもつ細菌を流動培養条件下で増殖させると、それらは分裂しますが、胞子は生成しません。 細菌が固体栄養培地で増殖すると、コロニーと呼ばれる、さまざまなサイズ、形、色の細胞のクラスターが形成されます。
細菌株、純粋培養
有性生殖の特徴
無性生殖の種類と用語
グロキシニア、種類、病気
ホルモンが体に及ぼす影響
解糖の段階
グルコース酸化のペントース一リン酸経路
クレブスサイクル
細菌部門
細菌の分裂は細胞間隔壁の形成の結果として起こりますが、これは次のように起こります。 DNA 分子 (染色体、プラスミド) が特別な受容体と結合している CM の領域では、複製プロセスを開始するイベントが発生します。その結果、新しく形成された娘 DNA 分子も、その受容体上の受容体に結合します。 CM。
2つの受容体間の後者の領域（一方には親DNAが結合し、もう一方には娘DNAが結合します）が伸び始め、その結果、それらの間の距離は時間の経過とともに常に増加します。 複製プロセスが完了すると、厳密に赤道に沿って、CM と関連する細胞壁領域の逆陥入 (互いに向かって成長) によって、分離された染色体の間に細胞間隔壁が形成され始めます。
CM と CS の陥入部分が融合した結果、細胞間隔壁が形成され、親細胞は同じ長さの 2 つの娘細胞に分割され、細菌の有糸分裂装置の機能は CM によって実行されます。その伸長は、染色体 (およびプラスミド) を押し広げて、最終的に同じ位置、すなわち発達中の細胞間中隔の反対側に同じ割合で配置されるようにします。
細胞分裂の遺伝子制御の違反により、少なくとも 2 つの結果が生じる可能性があります。 細胞間隔壁の形成が起こらない場合、長い糸状の形態が現れます。 しかし、そのような制御の損傷したメカニズムが回復すると、糸は正常な細胞と同じ長さの断片に分割されます。 場合によっては、制御メカニズムの違反により、赤道に沿って形成される1つの細胞間隔壁の代わりに、それぞれが極の近くに局在する1つまたは2つの隔壁が形成されるという事実が生じます。
この場合、隔壁の形成は染色体の分離と関連していないため、染色体を欠いたいわゆるミニ細胞が形成され、親細胞に残ります。 ミニ細胞には酵素が含まれているため、さまざまな生化学的プロセスを実行できますが、染色体がないため、生殖することができません。
ミニ細胞に加えて、さまざまな悪影響により、いわゆるナノ細胞、つまりサイズが 0.2 ～ 0.3 ミクロンの小さな細胞が細菌から形成されることがあります。 それらは、濾過可能な形態の細菌、素体、超微小細菌など、さまざまな名前で記述されました。
細菌の細胞分裂
ほとんどの場合、それらは細菌の L 形質転換中に形成されます。
このようなセルのサイズをマイクロメートル単位で表すよりもナノメートル単位で表す方が便利なため、ナノセルと呼ばれるようになりました。 ナノセルの形成は、不利な生活条件に対する細菌の普遍的な反応です。
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1. 真核細胞に特徴的な分裂方法は何ですか? 原核細胞の場合は?
有糸分裂、無糸分裂、単純二分裂、減数分裂。
真核細胞は、有糸分裂、無糸分裂、減数分裂という分裂方法によって特徴付けられます。
原核細胞は単純な二分裂を特徴としています。
2. 単純二分裂とは何ですか?
単純二分裂は原核細胞にのみ特徴的です。 細菌細胞には 1 つの染色体、つまり環状 DNA 分子が含まれています。 細胞分裂の前に複製が起こり、2 つの同一の DNA 分子が形成され、それぞれが細胞質膜に付着します。 分裂中、原形質膜は 2 つの DNA 分子の間で成長し、最終的に細胞を 2 つに分割します。 結果として生じる各細胞には、1 つの同一の DNA 分子が含まれています。
3. 有糸分裂とは何ですか? 有糸分裂の段階を説明します。
有糸分裂は真核細胞の分裂の主な方法であり、その結果、同じ染色体のセットを持つ 2 つの娘細胞が 1 つの母細胞から形成されます。 便宜上、有糸分裂は 4 つの段階に分けられます。
●前期。 細胞内では、核の体積が増加し、クロマチンが螺旋を描き始め、その結果、染色体が形成されます。 各染色体はセントロメアで接続された 2 つの姉妹染色分体で構成されます (二倍体細胞ではセット 2n4c)。 核小体は溶解し、核膜は崩壊します。 染色体は最終的に硝子質に到達し、その中でランダムに (無秩序に) 配置されます。 中心小体は対になって細胞極に分岐し、そこで紡錘体微小管の形成を開始します。 紡錘糸の一部は極から極へ進み、他の糸は染色体のセントロメアに付着し、細胞の赤道面への移動に寄与します。 ほとんどの植物細胞には中心小体がありません。 この場合、紡錘体微小管の形成中心は小さな液胞からなる特殊な構造です。
●中期。 核分裂紡錘体の形成が完了しました。 染色体は最大限の螺旋化に達し、細胞の赤道面に整然と配置されます。 2 つの染色分体染色体からなる、いわゆる中期板が形成されます。
●後期。 紡錘体鎖が短くなり、各染色体の姉妹染色分体が互いに離れ、細胞の反対極に向かって伸びます。 この瞬間から、分離された染色分体は娘染色体と呼ばれます。 細胞極は同じ遺伝物質を持ちます (各極には 2n2c があります)。
●終期。 娘染色体は細胞極でデスパイラル（巻き戻されて）してクロマチンを形成します。 核殻は各極の核物質の周囲に形成されます。 形成された 2 つの核には核小体が現れます。 スピンドルフィラメントが破壊されます。 この時点で核分裂が終了し、細胞が 2 つに分裂し始めます。 動物細胞では、赤道面にリングのくびれが現れ、2つの娘細胞が分離するまでさらに深くなります。 植物細胞は収縮によって分裂できません。 硬い細胞壁を持っています。 植物細胞の赤道面では、ゴルジ複合体の小胞の内容物からいわゆる正中板が形成され、2つの娘細胞を隔てています。
4. 娘細胞は有糸分裂の結果としてどのようにして同一の遺伝情報を受け取るのでしょうか? 有糸分裂の生物学的意義は何ですか?
中期では、二色分体染色体は細胞の赤道面に位置します。 姉妹染色分体の DNA 分子は互いに同一であるため、 元の母親の DNA 分子の複製の結果として形成されます (これは有糸分裂に先立つ間期の S 期に起こります)。
後期では、紡錘糸の助けを借りて、各染色体の姉妹染色分体が互いに分離され、細胞の反対極まで引き伸ばされます。 したがって、細胞の 2 つの極は同じ遺伝物質 (各極に 2n2c) を持ち、有糸分裂が完了すると、それが 2 つの娘細胞の遺伝物質になります。
有糸分裂の生物学的重要性は、一連の細胞世代にわたって遺伝的特徴と特性の伝達を確実にすることです。 これは多細胞生物の正常な発達に必要です。 有糸分裂中の染色体は正確かつ均一に分布しているため、体内のすべての細胞は遺伝的に同一です。 有糸分裂は、生物の成長と発達、損傷した組織と器官の修復（再生）を決定します。 有糸分裂細胞分裂は、多くの生物における無性生殖の基礎となっています。
5. 染色体の数 - n、染色分体 - c。 次の間期と有糸分裂の期間におけるヒト体細胞の n と c の比はどうなるでしょうか。 マッチ：
1) G1 期では、各染色体は 1 つの染色分体で構成されます。 体細胞には 2n2c のセットが含まれており、人間の場合、これは 46 個の染色体、46 個の染色分体に相当します。
2) G2 期では、各染色体は 2 つの染色分体で構成されます。 体細胞には 2n4c のセット (染色体 46 個、染色分体 92 個) が含まれています。
3) 有糸分裂前期では、染色体と染色分体のセットは 2n4c (染色体 46 個、染色分体 92 個) です。
4) 有糸分裂の中期では、染色体と染色分体のセットは 2n4c (染色体 46 個、染色分体 92 個) です。
5) 有糸分裂後期の終わりには、姉妹染色分体が互いに分離し、細胞の反対極に分岐するため、各極は 2n2c (染色体 46 個、染色分体 46 個) のセットを持ちます。
6) 有糸分裂の終期の終わりに、2 つの娘細胞が形成され、それぞれが 2n2c (染色体 46 個、染色分体 46 個) のセットを含みます。
答え: 1 - B、2 - G、3 - G、4 - G、5 - V、6 - V。
6. 無糸分裂と有糸分裂はどう違うのですか?
原核生物の細胞分裂
無糸分裂が直接細胞分裂と呼ばれ、有糸分裂が間接的細胞分裂と呼ばれるのはなぜだと思いますか?
有糸分裂とは対照的に、無糸分裂は次のようになります。
● 核はクロマチンの螺旋化や紡錘体形成を伴わずに収縮によって分裂します；有糸分裂に特徴的な 4 つの段階はすべて存在しません。
● 遺伝物質は娘核間で不均一かつランダムに分布します。
● 多くの場合、細胞がさらに 2 つの娘細胞に分裂することなく、核分裂のみが観察されます。 この場合、二核細胞やさらには多核細胞も出現します。
●エネルギーの無駄が少なくなります。
有糸分裂は間接分裂と呼ばれるからです。 無糸分裂と比較すると、これはかなり複雑かつ正確なプロセスであり、4 つの段階から構成され、事前準備 (複製、中心小体の倍加、エネルギー貯蔵、特殊なタンパク質の合成など) が必要です。 直接（つまり、単純で原始的な）分裂、つまり無糸分裂中、細胞核は特別な準備をしなくても、収縮によってすぐに分割され、遺伝物質が娘核間にランダムに分配されます。
7. 非分裂細胞の核内では、遺伝物質 (DNA) は非晶質の分散物質であるクロマチンの形をしています。 分裂前、クロマチンはらせんを描き、コンパクトな構造、つまり染色体を形成しますが、分裂後は元の状態に戻ります。 なぜ細胞はその遺伝物質にこれほど複雑な修飾を加えるのでしょうか?
分裂中の非晶質で分散したクロマチンの組成中の DNA を娘細胞間で正確かつ均等に分配することは不可能です (これはまさに無糸分裂中に観察される状況です。遺伝物質は不均一かつランダムに分配されます)。
一方、細胞の DNA が常に圧縮された状態 (つまり、らせん状の染色体の一部) にある場合、そこから必要な情報をすべて読み取ることは不可能でしょう。
したがって、細胞は分裂の開始時にDNAを最もコンパクトな状態に移行し、分裂が完了すると、読み取りに便利な元の状態に戻します。
8*。 昼行性の動物では、細胞の有糸分裂活動の最大値は夕方に観察され、最小値は日中に観察されることが確立されています。 夜行性の動物では、細胞分裂は朝に最も集中的に行われますが、夜には有糸分裂活動が弱まります。 その理由は何だと思いますか?
昼行性の動物は日中活動します。 日中、彼らは移動と食物の探索に多くのエネルギーを費やし、その一方で細胞はより早く「消耗」し、より頻繁に死滅します。 夕方、体が食物を消化し、栄養素を吸収し、十分な量のエネルギーを蓄積すると、再生プロセス、そして何よりも有糸分裂が活性化されます。 したがって、夜行性動物では、細胞の有糸分裂活動が最大になるのは、夜間の活動期間の後に体が休んでいる朝に観察されます。
*アスタリスクの付いたタスクでは、学生がさまざまな仮説を立てることが求められます。 したがって、採点するとき、教師はここで与えられた答えだけに焦点を当てるのではなく、それぞれの仮説を考慮に入れて、生徒の生物学的思考、推論の論理、アイデアの独創性などを評価する必要があります。その後、それを行うことをお勧めします。与えられた答えを生徒に理解してもらうため。
ダシコフ M.L.
