Ko so razmere ugodne, se bakterijska celica razmnoži. Glavni način razmnoževanja bakterij je preprosta delitev celice na pol (binarna cepitev). Na začetku delitve se celica podaljša, nato se nukleoid deli. Nukleoid predstavlja superzvita in tesno zapakirana samopodvajajoča se molekula DNK – replikon. Tudi plazmidi so replikoni. Replikacija DNA poteka s sodelovanjem encimov DNA polimeraze. Proces se začne na določeni točki v DNK in poteka istočasno v dveh nasprotnih smereh. Replikacija se prav tako konča na določenem mestu v DNK. Zaradi replikacije se količina DNK v celici podvoji. Na novo sintetizirane molekule DNA, sestavljene iz ene matične in ene na novo sintetizirane verige, se postopoma razpršijo v nastale hčerinske celice. Menijo, da podvajanje DNK traja skoraj 80 % celotnega časa, ki ga bakterijska celica porabi za delitev. Ko je replikacija DNK končana, se začne proces celične delitve. Najprej se sintetizira dvoslojna citoplazemska membrana, nato se med plastmi membrane sintetizira peptidoglikan. Postopek se konča z oblikovanjem particije.

Med podvajanjem DNA in nastajanjem ločevalnega septuma celica mikroorganizma nenehno raste. V tem obdobju se v celici aktivno odvijajo naslednji procesi: sinteza peptidoglikana celične stene in komponent citoplazemske membrane, tvorba novih ribosomov in drugih organelov. Na zadnji stopnji delitve se hčerinske celice ločijo druga od druge, vendar pri nekaterih vrstah bakterij proces ne poteka do konca, zaradi česar nastanejo verige celic (streptokoki, tetrakoki itd.). Ko se paličaste bakterije delijo, celice najprej zrastejo v dolžino. Ko se bakterija dvakrat podaljša, se paličica na sredini nekoliko zoži in nato razdeli na dve celici.

Za nekatere bakterije je značilen drug način razmnoževanja - brstenje, ki je vrsta binarne cepitve. Bakterije rodov se razmnožujejo z brstenjem Hyphomicrobium,Pedomikrobij in drugi, združeni v skupino brstečih bakterij. Ti organizmi imajo videz podolgovatih palic, včasih hruškaste oblike, ki se končajo s hifami. Razmnoževanje pri teh bakterijah se začne s tvorbo popka na koncu hife ali neposredno na matični celici. Popek zraste v hčerinsko celico, oblikuje biček in se loči od matične celice. Ko doseže zrelo stanje, se flagellum izgubi in razvojni proces se ponovi. Včasih bakterije doživijo spolni proces, imenovan konjugacija.

Kot posledica rasti in razmnoževanja se iz ene celice mikroorganizma oblikuje kolonija njegovih potomcev. Za mikroorganizme je značilna visoka stopnja razmnoževanja, ocenjena s generacijski čas, tj. čas, v katerem pride do delitve celic: v 24 urah se včasih zamenja toliko generacij, kot se jih človek zamenja v pet tisoč letih. Hitrost razmnoževanja je odvisna od številnih pogojev in je lahko za vsako vrsto bakterije precej različna. Če so v gojišču potrebna hranila, ugodna temperatura in optimalna reakcija okolja, lahko delitev vsake celice, na primer pri E. coli, ponovimo vsakih 20-30 minut. Pri tej hitrosti razmnoževanja lahko ena celica proizvede 472 10 19 celic na dan (72 generacij). Če predpostavimo, da 1 milijarda bakterijskih celic tehta 1 mg, potem bo 472 10 19 celic tehtalo 4720 ton.Tako maso žive snovi bi lahko dobili v prisotnosti idealnih pogojev, ki izključujejo celično smrt.

Visoka intenzivnost razmnoževanja zagotavlja ohranitev mikroorganizmov na zemeljskem površju: v neugodnih razmerah ti množično odmrejo, vendar je dovolj, da nekje preživi nekaj celic, in v optimalnih pogojih se iz njih spet pojavi ogromno število. organizmov.

Ena od vitalnih funkcij prokariontov, kot vseh drugih živih bitij, je razmnoževanje. V bistvu lahko proces razmnoževanja bakterij označimo kot povečanje števila osebkov, ki nastane zaradi delitve bakterij.

Sodobna mikrobiologija je opisala vzorce mitoze, mejoze in amitoze – tako se delijo evkarionti, prokarionti pa se razmnožujejo z neposredno delitvijo.

Prokarionti se razmnožujejo predvsem z delitvijo matične bakterijske celice na 2 enaki hčerinski celici. Pod ugodnimi pogoji se binarna cepitev zgodi vsakih 20 minut, če pa se okoljske razmere poslabšajo, se čas, potreben za rast in delitev celice, poveča. V primeru neugodnih zunanjih razmer se prokarionti za nekaj časa ali popolnoma prenehajo razmnoževati.

Neposredno pred procesom delitve celice na pol sledi obdobje rasti citoplazme in replikacije (podvojitve) bakterijskega kromosoma, kot na fotografiji.

Replikacija krožnega bakterijskega kromosoma

Povečanje velikosti celic je posledica številnih usklajenih biosintetskih procesov, ki so strogo nadzorovani. Proces rasti bakterij ni neskončen – ko prokarionti dosežejo dano kritično velikost, pride do delitve.

Mehanizem replikacije bakterijske DNA

Pri podvojitvi DNK nukleoida (analoga jedra v bakterijski celici) se izvaja naslednja shema:

• iniciacija - začetek delitve DNK pod delovanjem replikona (encimski aparat, del DNK, ki vsebuje informacije o podvajanju);
• raztezek - podaljšanje, rast kromosomske verige;
• terminacija - dokončanje rasti verige in vijačenje DNA med replikacijo.

Vzporedno z replikacijo DNK raste celica sama, razdalja med dvema novima kromosomoma, ki sta preko mezosomov pritrjena na citoplazmatsko membrano, se postopoma povečuje. Prokariontska celica se začne deliti nekaj časa po replikaciji. Očitno je podvajanje DNK tisto, ki sproži proces ločevanja.

Podoben proces ni pri evkariontski mejozi. Proces mejoze se v mnogih pogledih razlikuje od razmnoževanja prokariontov. Poleg tega ima delitev matične celice na dva dela za gram-pozitivne in gram-negativne bakterije svoje značilnosti.

Razmnoževanje gram-negativnih bakterij

Gramnegativne bakterije imajo razmeroma tanko celično steno, na kateri se približno v sredini nahaja obročni organel, septalni obroč. Do ločevanja bakterij pride s krčenjem organele in nastankom zožitve med hčerinskimi celicami, kot je razvidno iz fotografije.

Septalni obroč je kompleksen proteinski kompleks, ki vključuje več kot 12 različnih proteinov. Nastane z zaporednim povezovanjem beljakovin med seboj v strogem zaporedju.

Beljakovine septalnih obročev opravljajo naslednje funkcije, potrebne za razmnoževanje:

• modelirajo pritrditev filamentov (obročastih proteinov) v določenem zaporedju na Z-obroč (nezrela oblika obročastih organelov);
• zagotavljajo vezavo Z-obroča na membrano;
• usklajuje nastanek obročnega organela s segregacijo (ločitvijo) kromosoma;
• sintetizirajo peptidoglikan, najpomembnejšo sestavino bakterijske celične stene, ki zagotavlja osmotsko zaščito;
• izvede hidrolizo peptidoglikana za ločevanje novih celic.

Zožitev pri gram-negativnih bakterijah pokriva vse celične membrane - citoplazmatsko (notranjo) in zunanjo membrano ter tanko plast peptidoglikana, ki je z njimi povezana z lipoproteinom.

Med mejozo evkariontov se podobna metoda delitve celic z zožitvijo ne pojavi.

Razmnoževanje gram-pozitivnih bakterij

Debelina stene gram-pozitivne bakterije je več kot dvakrat večja od debeline gram-negativne bakterije.

Proces razmnoževanja gram-pozitivne bakterije ni podoben mitozi in se razlikuje od mejoze pri evkariontih. Na koncu procesa replikacije DNA gram-pozitivne bakterije ne ustvarijo zožitve, ampak sintetizirajo prečni septum, kot na fotografiji. V procesu sinteze, tako kot pri gram-negativnih bakterijah med nastankom zožitve, sodelujejo mezosomi, ki tvorijo pregrado od roba do središča celične strukture.

Prečna binarna delitev bakterijske prokariontske celice je vedno vzdolžno in prečno simetrična, kar je še ena razlika med procesom in mejozo celične strukture evkariontov.

Pod ugodnimi pogoji lahko pride do neposredne binarne delitve bakterijskih celic v eni ali več ravninah, kar je pri mejozi nemogoče. V primeru, da se celice po ločitvi ne razhajajo, pride do tvorbe asociacij različnih oblik:

• pri rezu celice v eni ravnini nastanejo verige sferičnih ali paličastih celic (sferični diplokoki, veriga paličastih bakterij, kot na sliki);
• pri ločevanju v različnih ravninah opazimo kopičenje celic različnih oblik (verige streptokokov, paketi sarcina, grozdi stafilokokov).

Raznolikost oblik prokariontov, ki je vidna na fotografiji, je popolnoma nemogoča za mejozo jedrnih celic.

Takšna prečna delitev ni značilna le za gram-pozitivne bakterije, ampak tudi za nitaste cianobakterije.

Večkratna cepitev cianobakterij

Ena od vrst binarnega razmnoževanja prokariontov je večkratna tvorba hčerinskih prokariontov iz matične celice, značilna za cianobakterije in popolnoma neznačilna za mejozo.

A - razmnoževanje cianobakterij iz rodu Dermocarpa
B - razmnoževanje cianobakterij rodu Chroococcidiopsis

Na začetku pride do rasti citoplazme in replikacije kromosomov. Nato, kot je razvidno iz videa, znotraj dodatne fibrilarne plasti materinega telesa pride do zaporednih binarnih delitev, ki vodijo do nastanka baeocitov (majhnih celic). Njihovo število se lahko giblje od 4 do 1000 enot in je povezano z vrsto cianobakterije. Baeociti se sprostijo, ko stena matičnega prokarionta poči, kot je razvidno iz videa.

Poleg enakega ločevanja se nekatere bakterije razmnožujejo z brstenjem.

Brstenje kot poseben primer binarne cepitve

Pri foto- in kemotrofih je ne glede na vir hrane (avtotrofi ali heterotrofi) možno razmnoževanje organizma z brstenjem.

Mehanizem procesa je naslednji:

• popek se oblikuje na polu matične celice;
• ledvica zraste do velikosti materinega telesa (to lahko vidite na fotografiji) in za ledvico se sintetizira nova celična stena;
• polnopravna hčerinska celica se loči od matične celice.

Če proces binarne delitve nima omejitev, kot v primeru mejoze

pri evkariontih je brstenje odvisno od dejstva prokariontskega staranja. V povprečju matična celica ne loči več kot 4 brsti.

Brstenje ima svoje posebne značilnosti:

• ohranjena je samo vzdolžna simetrija (jasno vidna na fotografiji);
• po brstenju dobimo matično in hčerinsko celico, medtem ko po binarni delitvi matične celice ni - obstajata dve enakovredni hčerinski celici;
• materinski in hčerinski organizmi niso enaki, razlike med njimi so jasno vidne - opazen je proces staranja.

Pod ugodnimi fizikalno-kemijskimi pogoji se lahko prokarionti delijo eksponentno in zapolnijo ves svet. Vendar se v resnici to ne zgodi, saj obstajajo dejavniki, ki zavirajo delitev bakterij.

Dejavniki, ki omejujejo delitev

Kljub vsej vrstni pestrosti in prilagodljivosti se bakterije ne razmnožujejo v nedogled. Raziskave so pokazale, da se rast bakterijske populacije odvija v skladu z zakonom razmnoževanja mikroorganizmov in jo lahko opišemo numerično in grafično.

Rast populacije, povezana z delitvijo bakterij, je sestavljena iz več faz:

• faza zamika - obdobje prilagajanja, ko je potreben čas za prilagajanje novim življenjskim razmeram; delitev ni velikega pomena;
• logaritemska faza – obdobje z največjim številom delitev in eksponentno rastjo populacije;
• stacionarna faza - čas, ko se rast bakterijske kolonije nagiba k ničli, se delitev bakterij izenači s številom smrti zaradi omejenih virov hrane;
• upočasnitev rasti - nastane zaradi znatnega zmanjšanja virov hrane in kopičenja strupenih odpadkov.

Neugodne razmere izzovejo prenehanje delitve bakterij in posledično neizogibno smrt populacije.

Delam kot veterinar. Zanimajo me družabni plesi, šport in joga. Na prvem mestu imam osebni razvoj in obvladovanje duhovnih praks. Najljubše teme: veterina, biologija, gradbeništvo, popravila, potovanja. Tabuji: pravo, politika, IT tehnologije in računalniške igre.

Bakterije so najstarejša skupina organizmov, ki trenutno obstajajo na Zemlji. Prve bakterije so se verjetno pojavile pred več kot 3,5 milijardami let in so bile skoraj milijardo let edina živa bitja na našem planetu. Ker so bili to prvi predstavniki žive narave, je imelo njihovo telo primitivno strukturo.

Sčasoma je njihova zgradba postala bolj zapletena, vendar do danes bakterije veljajo za najbolj primitivne enocelične organizme. Zanimivo je, da nekatere bakterije še vedno ohranjajo primitivne lastnosti svojih davnih prednikov. To opazimo pri bakterijah, ki živijo v vročih žveplovih vrelcih in anoksičnem blatu na dnu rezervoarjev.

Večina bakterij je brezbarvnih. Le redki so vijolični ali zeleni. Toda kolonije mnogih bakterij imajo svetlo barvo, ki je posledica sproščanja barvne snovi v okolje ali pigmentacije celic.

Odkritelj sveta bakterij je bil Antony Leeuwenhoek, nizozemski naravoslovec iz 17. stoletja, ki je prvi ustvaril popoln povečevalni mikroskop, ki predmete poveča 160-270-krat.

Bakterije uvrščamo med prokarionte in jih uvrščamo v posebno kraljestvo – Bakterije.

Oblika telesa

Bakterije so številni in raznoliki organizmi. Razlikujejo se po obliki.

Ime bakterije	Oblika bakterije	Slika bakterije
Cocci		V obliki krogle
Bacillus		V obliki palice
Vibrio		V obliki vejice
Spirillum		Spirala
Streptokoki		Veriga kokijev
Stafilokok		Skupki kokov
Diplokok		Dve okrogli bakteriji, zaprti v eni sluznični kapsuli

Načini prevoza

Med bakterijami obstajajo mobilne in nepremične oblike. Gibljivi deli se premikajo zaradi valovitih kontrakcij ali s pomočjo bičkov (zvitih spiralnih niti), ki so sestavljene iz posebne beljakovine, imenovane flagelin. Lahko je ena ali več flagel. V nekaterih bakterijah se nahajajo na enem koncu celice, v drugih - na dveh ali po celotni površini.

Toda gibanje je lastno tudi številnim drugim bakterijam, ki nimajo bičkov. Tako so bakterije, ki so zunaj prekrite s sluzjo, sposobne drsenja.

Nekatere vodne in talne bakterije brez bičkov imajo v citoplazmi plinske vakuole. V celici je lahko 40-60 vakuol. Vsak od njih je napolnjen s plinom (predvidoma dušikom). Z uravnavanjem količine plina v vakuolah se lahko vodne bakterije potopijo v vodni stolpec ali dvignejo na njegovo površino, talne bakterije pa se lahko gibljejo v talnih kapilarah.

Habitat

Zaradi enostavnosti organizacije in nezahtevnosti so bakterije zelo razširjene v naravi. Bakterije najdemo povsod: v kapljici celo najčistejše izvirske vode, v zrncih zemlje, v zraku, na skalah, v polarnem snegu, puščavskem pesku, na oceanskem dnu, v olju, pridobljenem iz velikih globin, in celo v voda toplih vrelcev s temperaturo okoli 80ºC. Živijo na rastlinah, sadju, različnih živalih in pri človeku v črevesju, ustni votlini, udih in na površini telesa.

Bakterije so najmanjša in najštevilčnejša živa bitja. Zaradi svoje majhnosti zlahka prodrejo v vse razpoke, razpoke ali pore. Zelo vzdržljiv in prilagojen različnim življenjskim razmeram. Prenesejo sušenje, ekstremen mraz in segrevanje do 90ºC, ne da bi izgubili sposobnost preživetja.

Praktično ni kraja na Zemlji, kjer ne bi bilo bakterij, vendar v različnih količinah. Življenjski pogoji bakterij so različni. Nekateri od njih potrebujejo atmosferski kisik, drugi ga ne potrebujejo in lahko živijo v okolju brez kisika.

V zraku: bakterije se dvignejo v zgornjo atmosfero do 30 km. in več.

Še posebej veliko jih je v zemlji. 1 g zemlje lahko vsebuje na stotine milijonov bakterij.

V vodi: v površinskih plasteh vode v odprtih rezervoarjih. Koristne vodne bakterije mineralizirajo organske ostanke.

V živih organizmih: patogene bakterije pridejo v telo iz zunanjega okolja, vendar le pod ugodnimi pogoji povzročijo bolezni. Simbioti živijo v prebavnih organih, pomagajo razgraditi in absorbirati hrano ter sintetizirati vitamine.

Zunanja struktura

Bakterijska celica je prekrita s posebno gosto lupino - celično steno, ki opravlja zaščitne in podporne funkcije ter daje bakteriji trajno, značilno obliko. Celična stena bakterije je podobna steni rastlinske celice. Je prepusten: skozi njega hranila prosto prehajajo v celico, presnovni produkti pa izstopajo v okolje. Pogosto bakterije proizvedejo dodatno zaščitno plast sluzi na vrhu celične stene – kapsulo. Debelina kapsule je lahko večkrat večja od premera same celice, lahko pa je tudi zelo majhna. Kapsula ni bistveni del celice, ampak nastane glede na razmere, v katerih se bakterije nahajajo. Ščiti bakterije pred izsušitvijo.

Na površini nekaterih bakterij so dolge flagele (ena, dve ali več) ali kratke tanke resice. Dolžina flagele je lahko večkrat večja od velikosti telesa bakterije. Bakterije se premikajo s pomočjo bičkov in resic.

Notranja struktura

Znotraj bakterijske celice je gosta, nepremična citoplazma. Ima plastno strukturo, ni vakuol, zato se v sami snovi citoplazme nahajajo različni proteini (encimi) in rezervna hranila. Bakterijske celice nimajo jedra. V osrednjem delu njihove celice je skoncentrirana snov, ki nosi dedno informacijo. Bakterije, - nukleinska kislina - DNK. Toda ta snov se ne oblikuje v jedro.

Notranja organizacija bakterijske celice je kompleksna in ima svoje specifične značilnosti. Citoplazma je od celične stene ločena s citoplazmatsko membrano. V citoplazmi je glavna snov ali matriks, ribosomi in majhno število membranskih struktur, ki opravljajo različne funkcije (analogi mitohondrijev, endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat). Citoplazma bakterijskih celic pogosto vsebuje zrnca različnih oblik in velikosti. Granule so lahko sestavljene iz spojin, ki služijo kot vir energije in ogljika. V bakterijski celici se nahajajo tudi kapljice maščobe.

V osrednjem delu celice je lokalizirana jedrska snov - DNA, ki ni omejena z membrano od citoplazme. To je analog jedra - nukleoid. Nukleoid nima membrane, nukleola ali nabora kromosomov.

Metode prehranjevanja

Bakterije imajo različne načine hranjenja. Med njimi so avtotrofi in heterotrofi. Avtotrofi so organizmi, ki so sposobni samostojno proizvajati organske snovi za svojo prehrano.

Rastline potrebujejo dušik, vendar ga same ne morejo absorbirati iz zraka. Nekatere bakterije združujejo molekule dušika v zraku z drugimi molekulami, kar ima za posledico snovi, ki so na voljo rastlinam.

Te bakterije se naselijo v celice mladih korenin, kar povzroči nastanek zadebelitev na koreninah, ki jih imenujemo nodule. Takšni noduli se oblikujejo na koreninah rastlin iz družine stročnic in nekaterih drugih rastlin.

Korenine zagotavljajo bakterijam ogljikove hidrate, bakterije pa koreninam snovi, ki vsebujejo dušik, ki jih rastlina lahko absorbira. Njuno sobivanje je obojestransko koristno.

Korenine rastlin izločajo veliko organskih snovi (sladkorje, aminokisline in druge), s katerimi se bakterije hranijo. Zato se še posebej veliko bakterij naseli v plasti zemlje, ki obdaja korenine. Te bakterije pretvarjajo odmrle rastlinske ostanke v rastlinam dostopne snovi. To plast prsti imenujemo rizosfera.

Obstaja več hipotez o prodiranju nodulnih bakterij v koreninsko tkivo:

• s poškodbo povrhnjice in skorje;
• skozi koreninske dlake;
• samo skozi mlado celično membrano;
• zahvaljujoč spremljevalnim bakterijam, ki proizvajajo pektinolitične encime;
• zaradi stimulacije sinteze B-indolocetne kisline iz triptofana, ki je vedno prisoten v rastlinskih koreninskih izločkih.

Proces vnosa nodulnih bakterij v koreninsko tkivo je sestavljen iz dveh faz:

• okužba koreninskih dlak;
• proces nastajanja vozličev.

V večini primerov se invazivna celica aktivno razmnožuje, tvori tako imenovane infekcijske niti in se v obliki takšnih niti preseli v rastlinsko tkivo. Nodulne bakterije, ki izhajajo iz okužbe, se še naprej razmnožujejo v tkivu gostitelja.

Rastlinske celice, napolnjene s hitro razmnoženimi celicami nodulnih bakterij, se začnejo hitro deliti. Povezava mladega vozliča s korenino rastline stročnic se izvaja zahvaljujoč vaskularno-vlaknastim snopom. V obdobju delovanja so vozlišča običajno gosta. Ko pride do optimalne aktivnosti, noduli pridobijo rožnato barvo (zahvaljujoč pigmentu leghemoglobina). Samo bakterije, ki vsebujejo leghemoglobin, so sposobne vezati dušik.

Nodulne bakterije ustvarijo na desetine in stotine kilogramov dušikovega gnojila na hektar zemlje.

Presnova

Bakterije se med seboj razlikujejo po metabolizmu. V nekaterih se to zgodi s sodelovanjem kisika, v drugih - brez njega.

Večina bakterij se hrani z že pripravljenimi organskimi snovmi. Le nekatere izmed njih (modrozelene ali cianobakterije) so sposobne tvoriti organske snovi iz anorganskih. Imeli so pomembno vlogo pri kopičenju kisika v Zemljinem ozračju.

Bakterije absorbirajo snovi od zunaj, raztrgajo njihove molekule na koščke, iz teh delov sestavijo svojo lupino in napolnijo njihovo vsebino (tako rastejo), nepotrebne molekule pa vržejo ven. Lupina in membrana bakterije omogočata, da absorbira le potrebne snovi.

Če bi bila lupina in membrana bakterije popolnoma neprepustna, v celico ne bi prišle nobene snovi. Če bi bile prepustne za vse snovi, bi se vsebina celice pomešala z medijem – raztopino, v kateri živi bakterija. Za preživetje potrebujejo bakterije lupino, ki omogoča prehod potrebnih snovi, ne pa tudi nepotrebnih.

Bakterija absorbira hranila, ki se nahajajo blizu nje. Kaj se zgodi potem? Če se lahko premika samostojno (s premikanjem bička ali potiskanjem sluzi nazaj), se premika, dokler ne najde potrebnih snovi.

Če se ne more premakniti, potem počaka, da mu difuzija (sposobnost molekul ene snovi, da prodrejo v goščavo molekul druge snovi) prinese potrebne molekule.

Bakterije skupaj z drugimi skupinami mikroorganizmov opravljajo ogromno kemijskega dela. S pretvorbo različnih spojin dobijo energijo in hranila, potrebna za življenje. Presnovni procesi, načini pridobivanja energije in potrebe po materialih za gradnjo snovi njihovih teles so pri bakterijah raznoliki.

Druge bakterije zadovoljijo vse svoje potrebe po ogljiku, potrebnem za sintezo organskih snovi v telesu, na račun anorganskih spojin. Imenujejo se avtotrofi. Avtotrofne bakterije so sposobne sintetizirati organske snovi iz anorganskih. Med njimi so:

Kemosinteza

Uporaba sevalne energije je najpomembnejši, a ne edini način za ustvarjanje organske snovi iz ogljikovega dioksida in vode. Znano je, da bakterije kot vir energije za takšno sintezo ne uporabljajo sončne svetlobe, temveč energijo kemičnih vezi, ki nastanejo v celicah organizmov med oksidacijo nekaterih anorganskih spojin - vodikovega sulfida, žvepla, amoniaka, vodika, dušikove kisline, železovih spojin itd. železo in mangan. Organsko snov, ki nastane s pomočjo te kemične energije, uporabljajo za gradnjo celic svojega telesa. Zato se ta proces imenuje kemosinteza.

Najpomembnejša skupina kemosintetskih mikroorganizmov so nitrifikacijske bakterije. Te bakterije živijo v tleh in oksidirajo amoniak, ki nastane med razpadom organskih ostankov, v dušikovo kislino. Slednji reagira z mineralnimi spojinami tal in se spremeni v soli dušikove kisline. Ta proces poteka v dveh fazah.

Železove bakterije pretvorijo železovo železo v oksidno železo. Nastali železov hidroksid se usede in tvori tako imenovano barjansko železovo rudo.

Nekateri mikroorganizmi obstajajo zaradi oksidacije molekularnega vodika in s tem zagotavljajo avtotrofni način prehranjevanja.

Značilna lastnost vodikovih bakterij je zmožnost prehoda na heterotrofni način življenja, če so na voljo organske spojine in odsotnost vodika.

Tako so kemoavtotrofi tipični avtotrofi, saj samostojno sintetizirajo potrebne organske spojine iz anorganskih snovi in ​​jih ne jemljejo pripravljenih iz drugih organizmov, kot heterotrofi. Kemoavtotrofne bakterije se od fototrofnih rastlin razlikujejo po popolni neodvisnosti od svetlobe kot vira energije.

Bakterijska fotosinteza

Nekatere žveplove bakterije, ki vsebujejo pigment (vijolične, zelene), ki vsebujejo specifične pigmente - bakterioklorofile, lahko absorbirajo sončno energijo, s pomočjo katere se vodikov sulfid v njihovih telesih razgradi in sprosti atome vodika, da obnovi ustrezne spojine. Ta proces ima veliko skupnega s fotosintezo in se razlikuje le v tem, da je pri vijoličnih in zelenih bakterijah donor vodika vodikov sulfid (občasno karboksilne kisline), pri zelenih rastlinah pa voda. Pri obeh se ločevanje in prenos vodika izvajata zaradi energije absorbiranih sončnih žarkov.

To bakterijsko fotosintezo, ki poteka brez sproščanja kisika, imenujemo fotoredukcija. Fotoredukcija ogljikovega dioksida je povezana s prenosom vodika ne iz vode, ampak iz vodikovega sulfida:

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

Biološki pomen kemosinteze in bakterijske fotosinteze na planetarni ravni je relativno majhen. V procesu kroženja žvepla v naravi imajo pomembno vlogo le kemosintetske bakterije. Žveplo, ki ga zelene rastline absorbirajo v obliki soli žveplove kisline, se reducira in postane del beljakovinskih molekul. Nadalje, ko mrtve rastlinske in živalske ostanke uničijo gnilobne bakterije, se žveplo sprosti v obliki vodikovega sulfida, ki ga žveplove bakterije oksidirajo v prosto žveplo (ali žveplovo kislino), pri čemer se v tleh tvorijo sulfiti, ki so dostopni rastlinam. Kemo- in fotoavtotrofne bakterije so bistvene v ciklu dušika in žvepla.

Sporulacija

Spore nastanejo znotraj bakterijske celice. Med procesom sporulacije je bakterijska celica podvržena številnim biokemičnim procesom. Količina proste vode v njej se zmanjša in encimska aktivnost se zmanjša. To zagotavlja odpornost spor na neugodne okoljske razmere (visoka temperatura, visoka koncentracija soli, sušenje itd.). Sporulacija je značilna le za majhno skupino bakterij.

Spore so neobvezna stopnja v življenjskem ciklu bakterij. Sporulacija se začne šele s pomanjkanjem hranil ali kopičenjem presnovnih produktov. Bakterije v obliki spor lahko ostanejo v mirovanju dolgo časa. Bakterijske spore lahko prenesejo dolgotrajno vretje in zelo dolgo zamrzovanje. Ko nastopijo ugodni pogoji, tros vzklije in postane sposoben preživeti. Bakterijske spore so prilagoditev za preživetje v neugodnih razmerah.

Razmnoževanje

Bakterije se razmnožujejo z delitvijo ene celice na dve. Ko doseže določeno velikost, se bakterija razdeli na dve enaki bakteriji. Nato se vsak od njih začne hraniti, raste, deli itd.

Po podaljšanju celice postopoma nastane prečni septum, nato pa se hčerinske celice ločijo; Pri mnogih bakterijah celice pod določenimi pogoji po delitvi ostanejo povezane v značilne skupine. V tem primeru, odvisno od smeri delitvene ravnine in števila delitev, nastanejo različne oblike. Razmnoževanje z brstenjem je pri bakterijah izjema.

Pod ugodnimi pogoji se delitev celic v mnogih bakterijah zgodi vsakih 20-30 minut. Pri tako hitrem razmnoževanju je potomec ene bakterije v 5 dneh sposoben oblikovati maso, ki lahko napolni vsa morja in oceane. Preprost izračun pokaže, da se lahko na dan oblikuje 72 generacij (720.000.000.000.000.000.000 celic). Če preračunamo v težo - 4720 ton. Vendar se to v naravi ne zgodi, saj večina bakterij hitro umre pod vplivom sončne svetlobe, sušenja, pomanjkanja hrane, segrevanja na 65-100 ° C, kot posledica boja med vrstami itd.

Bakterija (1), ko absorbira dovolj hrane, se poveča (2) in se začne pripravljati na razmnoževanje (delitev celic). Njegova DNK (pri bakteriji je molekula DNK sklenjena v obroč) se podvoji (bakterija proizvede kopijo te molekule). Obe molekuli DNA (3,4) se znajdeta pritrjeni na steno bakterije in se, ko se bakterija podaljša, odmakneta (5,6). Najprej se deli nukleotid, nato citoplazma.

Po razhodu dveh molekul DNK se na bakteriji pojavi zožitev, ki postopoma razdeli telo bakterije na dva dela, od katerih vsak vsebuje molekulo DNK (7).

Zgodi se (pri Bacillus subtilis), da se dve bakteriji zlepita in med njima nastane most (1,2).

Skakalec prenaša DNK iz ene bakterije v drugo (3). Ko so v eni bakteriji, se molekule DNK prepletajo, ponekod zlepijo (4) in nato izmenjajo dele (5).

Vloga bakterij v naravi

Gyre

Bakterije so najpomembnejši člen v splošnem kroženju snovi v naravi. Rastline ustvarjajo kompleksne organske snovi iz ogljikovega dioksida, vode in mineralnih soli v tleh. Te snovi se vrnejo v zemljo z odmrlimi glivami, rastlinami in živalskimi trupli. Bakterije razgradijo kompleksne snovi na enostavne, ki jih nato uporabijo rastline.

Bakterije uničujejo kompleksne organske snovi odmrlih rastlin in živalskih trupel, izločke živih organizmov in različne odpadke. Prehranjevanje s temi organskimi snovmi jih saprofitske bakterije razpadanja spremenijo v humus. To so neke vrste redarji našega planeta. Tako bakterije aktivno sodelujejo v kroženju snovi v naravi.

Tvorba tal

Ker so bakterije razširjene skoraj povsod in se pojavljajo v ogromnem številu, v veliki meri določajo različne procese v naravi. Jeseni odpade listje dreves in grmovnic, odmrejo nadzemni poganjki trav, odpadejo stare veje, občasno tudi debla starih dreves. Vse to se postopoma spremeni v humus. V 1 cm3. Površinska plast gozdnih tal vsebuje na stotine milijonov saprofitskih talnih bakterij različnih vrst. Te bakterije pretvorijo humus v različne minerale, ki jih rastlinske korenine lahko absorbirajo iz zemlje.

Nekatere bakterije v tleh lahko absorbirajo dušik iz zraka in ga uporabljajo v vitalnih procesih. Te bakterije, ki vežejo dušik, živijo samostojno ali se naselijo v koreninah metuljnic. Ko te bakterije prodrejo v korenine stročnic, povzročijo rast koreninskih celic in nastanek vozličev na njih.

Te bakterije proizvajajo dušikove spojine, ki jih uporabljajo rastline. Bakterije pridobivajo ogljikove hidrate in mineralne soli iz rastlin. Tako obstaja tesna povezava med metuljnico in gomoljnimi bakterijami, kar je koristno tako za en kot za drug organizem. Ta pojav imenujemo simbioza.

Zahvaljujoč simbiozi z nodulnimi bakterijami stročnice obogatijo tla z dušikom, kar pomaga povečati pridelek.

Razširjenost v naravi

Mikroorganizmi so vseprisotni. Izjema so le kraterji delujočih vulkanov in majhna območja v epicentrih eksplodiranih atomskih bomb. Niti nizke temperature Antarktike, niti vreli tokovi gejzirjev, niti nasičene solne raztopine v solnih bazenih, niti močna insolacija gorskih vrhov, niti močno obsevanje jedrskih reaktorjev ne ovirajo obstoja in razvoja mikroflore. Vsa živa bitja so v nenehnem stiku z mikroorganizmi, pogosto pa niso le njihova skladišča, ampak tudi njihovi distributerji. Mikroorganizmi so domorodci našega planeta, ki aktivno raziskujejo najbolj neverjetne naravne substrate.

Mikroflora tal

Število bakterij v zemlji je izredno veliko – na stotine milijonov in milijard osebkov na gram. V prsti jih je veliko več kot v vodi in zraku. Skupno število bakterij v tleh se spreminja. Število bakterij je odvisno od vrste tal, njihovega stanja in globine plasti.

Na površini delcev tal se mikroorganizmi nahajajo v majhnih mikrokolonijah (po 20-100 celic). Pogosto se razvijejo v debelini strdkov organske snovi, na živih in odmirajočih rastlinskih koreninah, v tankih kapilarah in v notranjosti grudic.

Mikroflora tal je zelo raznolika. Tu so različne fiziološke skupine bakterij: gnilobne bakterije, nitrifikacijske bakterije, dušikove fiksacijske bakterije, žveplove bakterije itd. Med njimi so aerobi in anaerobi, sporne in nesporne oblike. Mikroflora je eden od dejavnikov pri nastanku tal.

Območje razvoja mikroorganizmov v tleh je cona, ki meji na korenine živih rastlin. Imenuje se rizosfera, celota mikroorganizmov, ki jih vsebuje, pa rizosferska mikroflora.

Mikroflora rezervoarjev

Voda je naravno okolje, kjer se mikroorganizmi razvijajo v velikem številu. Večina jih pride v vodo iz tal. Dejavnik, ki določa število bakterij v vodi in prisotnost hranilnih snovi v njej. Najčistejša voda je iz arteških vodnjakov in izvirov. Odprti rezervoarji in reke so zelo bogati z bakterijami. Največje število bakterij se nahaja v površinskih plasteh vode, bližje obali. Ko se oddaljujete od obale in povečujete globino, se število bakterij zmanjšuje.

Čista voda vsebuje 100-200 bakterij na ml, onesnažena voda pa 100-300 tisoč ali več. V pridnenem blatu je veliko bakterij, predvsem v površinski plasti, kjer bakterije tvorijo film. Ta film vsebuje veliko žveplovih in železovih bakterij, ki vodikov sulfid oksidirajo v žveplovo kislino in s tem preprečijo pogin rib. V mulju je več trosnih oblik, v vodi pa prevladujejo nesporne.

Po vrstni sestavi je mikroflora vode podobna mikroflori tal, vendar obstajajo tudi specifične oblike. Z uničevanjem različnih odpadkov, ki pridejo v vodo, mikroorganizmi postopoma izvajajo tako imenovano biološko čiščenje vode.

Mikroflora zraka

Mikroflora zraka je manjša od mikroflore zemlje in vode. Bakterije se s prahom dvignejo v zrak, tam lahko ostanejo nekaj časa, nato pa se usedejo na površje zemlje in umrejo zaradi pomanjkanja prehrane ali pod vplivom ultravijoličnih žarkov. Število mikroorganizmov v zraku je odvisno od geografskega pasu, reliefa, letnega časa, onesnaženosti s prahom itd. Vsak prah je nosilec mikroorganizmov. Največ bakterij je v zraku nad industrijskimi podjetji. Zrak na podeželju je čistejši. Najčistejši zrak je nad gozdovi, gorami in zasneženimi območji. Zgornje plasti zraka vsebujejo manj mikrobov. Mikroflora zraka vsebuje veliko pigmentiranih bakterij in bakterij s sporami, ki so bolj odporne na ultravijolične žarke kot druge.

Mikroflora človeškega telesa

Človeško telo, tudi popolnoma zdravo, je vedno nosilec mikroflore. Ko človeško telo pride v stik z zrakom in zemljo, se na oblačilih in koži naselijo različni mikroorganizmi, tudi patogeni (bacili tetanusa, plinska gangrena itd.). Najpogosteje izpostavljeni deli človeškega telesa so kontaminirani. Na rokah najdemo E. coli in stafilokoke. V ustni votlini je več kot 100 vrst mikrobov. Usta so s svojo temperaturo, vlago in ostanki hranil odlično okolje za razvoj mikroorganizmov.

Želodec ima kislo reakcijo, zato večina mikroorganizmov v njem odmre. Začenši od tankega črevesa reakcija postane alkalna, tj. ugodno za mikrobe. Mikroflora debelega črevesa je zelo raznolika. Vsak odrasel človek dnevno izloči približno 18 milijard bakterij z iztrebki, tj. več posameznikov kot ljudi na svetu.

Notranji organi, ki niso povezani z zunanjim okoljem (možgani, srce, jetra, mehur itd.), so običajno brez mikrobov. Mikrobi vstopijo v te organe le med boleznijo.

Bakterije v kroženju snovi

Mikroorganizmi na splošno in še posebej bakterije igrajo veliko vlogo v biološko pomembnih ciklih snovi na Zemlji, saj izvajajo kemične transformacije, ki so popolnoma nedostopne ne rastlinam ne živalim. Različne stopnje cikla elementov izvajajo organizmi različnih vrst. Obstoj vsake posamezne skupine organizmov je odvisen od kemijske transformacije elementov, ki jo izvajajo druge skupine.

Kroženje dušika

Ciklična transformacija dušikovih spojin ima primarno vlogo pri oskrbi organizmov biosfere z različnimi prehranskimi potrebami s potrebnimi oblikami dušika. Več kot 90 % skupne fiksacije dušika je posledica presnovne aktivnosti nekaterih bakterij.

Ogljikov cikel

Biološka transformacija organskega ogljika v ogljikov dioksid, ki jo spremlja redukcija molekularnega kisika, zahteva skupno presnovno aktivnost različnih mikroorganizmov. Mnoge aerobne bakterije izvajajo popolno oksidacijo organskih snovi. V aerobnih pogojih se organske spojine najprej razgradijo s fermentacijo, organski končni produkti fermentacije pa se nadalje oksidirajo z anaerobnim dihanjem, če so prisotni anorganski akceptorji vodika (nitrat, sulfat ali CO 2 ).

Kroženje žvepla

Žveplo je živim organizmom dostopno predvsem v obliki topnih sulfatov ali reduciranih organskih žveplovih spojin.

Železni cikel

Nekatera sladkovodna telesa vsebujejo visoke koncentracije reduciranih železovih soli. Na takih mestih se razvije specifična bakterijska mikroflora – železobakterije, ki reducirajo železo. Sodelujejo pri nastajanju barjanskih železovih rud in vodnih virov, bogatih z železovimi solmi.

Bakterije so najstarejši organizmi, ki so se pojavili pred približno 3,5 milijarde let v arheju. Približno 2,5 milijarde let so obvladovali Zemljo, tvorili biosfero in sodelovali pri nastajanju kisikove atmosfere.

Bakterije so eni najbolj preprosto zgrajenih živih organizmov (razen virusov). Menijo, da so prvi organizmi, ki so se pojavili na Zemlji.

22. Jedro bakterije. Vrste delitve bakterijskih celic. Postopek delitve.

Vrste delitve:

1. Enakopovršinska binarna prečna delitev, kar vodi do nastanka dveh enakih hčerinskih celic. Pri tej metodi delitve obstaja simetrija glede na vzdolžno in prečno os. Pri enaki binarni cepitvi matična celica, ki se deli, povzroči nastanek dveh hčerinskih celic in tako sama izgine.

2. Neenakomerna binarna cepitev ali brstenje. Med brstenjem se na enem od polov matične celice oblikuje majhen izrastek (brst), ki se med rastjo povečuje. Postopoma popek doseže velikost matične celice, nato pa se loči od slednje. Celična stena ledvic se popolnoma sintetizira na novo. Med procesom brstenja opazimo simetrijo le glede na vzdolžno os. Med brstenjem iz matične celice nastane hčerinska celica, med njimi pa so v večini primerov morfološke in fiziološke razlike: obstaja stara matična in nova hčerinska celica.

3. Razmnoževanje z večkratno cepitvijo, ki je značilen za eno skupino enoceličnih cianobakterij, povzroči nastanek majhnih celic, imenovanih baeociti (gr. bae- majhen, cito- celica), katerih število se pri različnih vrstah giblje od 4 do 1000. Sprostitev baeocitov se pojavi z raztrganjem celične stene matere. Večkratna cepitev temelji na principu enakoploščne binarne cepitve. Razlika je v tem, da v tem primeru po binarni cepitvi nastale hčerinske celice ne rastejo, ampak se ponovno delijo.

23. Jedro bakterije. Oblike izmenjave genetskih informacij pri bakterijah. Variabilnost bakterij.

Oblike izmenjave genskega materiala v bakterijah:

1. vodoravno

* transformacija - prenos genskega materiala, ki je sestavljen iz dejstva, da prejemna bakterija zajame (absorbira) fragmente tuje DNK iz zunanjega okolja.

A) Do inducirane (umetno pridobljene) transformacije pride, ko se bakterijski kulturi doda prečiščena DNK, pridobljena iz kultur tistih bakterij, katerih genetske značilnosti naj bi se prenesle v proučevano kulturo.

B) Spontana transformacija se pojavi v naravnih pogojih in se kaže v nastanku rekombinantov pri mešanju genetsko različnih celic. Nastane zaradi DNK, ki jo celice sprostijo v okolje zaradi njihove lize ali zaradi aktivnega sproščanja DNK iz živih celic darovalcev.

* spolnost

* transfekcija je različica transformacije bakterijskih celic brez celične stene, ki jo izvaja virusna (fagna) nukleinska kislina. S transfekcijo je mogoče v takšnih bakterijah (brez celične stene) inducirati virusno okužbo. Transfekcijo lahko izvedemo tudi z drugimi (nebakterijskimi) celicami tako, da vanje vnesemo tujo DNK, ki se lahko rekombinira z DNK teh celic ali razmnožuje virione ali se samostojno razmnožuje.

* konjugacija je proces izmenjave genetskega materiala (kromosomskega in plazmidnega), ki poteka z neposrednim stikom donorskih in prejemnih celic. Ta proces nadzirajo le konjugativni plazmidi, ki imajo nabor genov, imenovanih tra-operon (tra - iz angleščine, transfer - prenos).

Ta operon nadzoruje sintezo transportnega aparata, konjugativno replikacijo in pojav površinske izključitve. Prenosni aparat so posebne donorske resice, s pomočjo katerih se vzpostavi stik med konjugiranimi celicami. Donorske resice so dolge (1-20 µm) tanke cevaste strukture beljakovinske narave z notranjim premerom približno 3 nm.

vzpostavitev stika med darovalcem in prejemnikom

vlečenje verige DNK od darovalca do prejemnika

dopolnitev prenesene verige DNK s komplementarno verigo v prejemni celici

rekombinacija med prenesenim kromosomom (njegovimi fragmenti) in kromosomom prejemne celice

razmnoževanje merozigot

nastanek celic, ki nosijo značilnosti darovalca in prejemnika

Pod nadzorom plazmidnih genov poteka tudi konjugativna replikacija prenesene verige kromosomske ali plazmidne DNA. Klasičen primer konjugativnega plazmida je spolni faktor ali F-plazmid (iz angleščine . plodnost– plodnost). F-plazmid je lahko v avtonomnem stanju ali integriran v celični kromosom. Ker je v avtonomnem stanju, nadzoruje samo svoj prenos, v katerem se P~-celica (celica brez F-plazmida) spremeni v P+-celico (celica, ki vsebuje F-plazmid). F-plazmid se lahko integrira v določena področja bakterijskega kromosoma in v tem primeru nadzoruje konjugativni prenos celičnega kromosoma.

Konjugacija se torej začne z vzpostavitvijo stika med darovalcem in prejemnikom s pomočjo donorskih resic. Slednji se poveže z receptorjem celične membrane prejemne celice. Pogosto se tak stik vzpostavi ne le med dvema celicama, temveč med številnimi celicami, ki tvorijo paritvene agregate. Predpostavlja se, da se veriga DNK med konjugacijo potegne skozi kanal donorske resice. Ker je donorski most krhek, se lahko proces konjugacije kadarkoli prekine. Zato se med konjugacijo lahko prenese bodisi del kromosoma ali, redkeje, celoten kromosom. S pomočjo F-plazmidov se pogostost prenosa genov med bakterijami bistveno poveča.

* transdukcija - prenos genskega materiala iz celice darovalca v celico prejemnika s pomočjo bakteriofagov. Razlikujemo med nespecifično in specifično transdukcijo.

A) Nespecifična transdukcija - naključen prenos fragmentov DNK iz ene bakterijske celice v drugo.

B) Specifično transdukcijo izvajajo samo zmerni fagi, ki se lahko vstavijo v strogo določene predele kromosoma bakterijske celice in prenesejo določene gene.

Molekularni mehanizmi variabilnosti bakterij

Bakterije so zaradi relativne preprostosti svoje organizacije in kratke življenjske dobe podvržene variabilnosti hitreje kot mnogi drugi organizmi. Njihova variabilnost temelji na mutacijah in genetskih rekombinacijah, zlasti tistih, ki se pojavljajo s sodelovanjem prenosljivih elementov.

*Mutacije so spremembe v genotipu, ki se dedujejo stabilno. Mutacije so lahko spontane ali povzročene.

a) Spontane mutacije nastanejo brez posebnega vpliva, nastanejo kot posledica napak pri podvajanju in popravljanju. Povprečna pogostnost spontanih mutacij je približno 1.106 (en mutant na 1 milijon celic).

b) Inducirane mutacije se pojavljajo veliko pogosteje, nastanejo kot posledica izpostavljenosti različnim mutagenom - fizikalnim in kemičnim dejavnikom, ki poškodujejo DNK: ionizirajoče sevanje, UV obsevanje, različni analogi baz DNK, alkilirne spojine, akridini, antibiotiki.

c) Točkovne mutacije so lahko posledica: zamenjave baze, izgube (delecije) baze ali pojava dodatne baze (insercija). Točkovne mutacije imajo lahko tri posledice:

1) zamenjava enega kodona z drugim in s tem ene aminokisline z drugo;

2) premik bralnega okvira, ki bo privedel do spremembe cele vrste zaporedij aminokislinskih ostankov;

3) pojav "nesmiselnega" kodona, ki bo privedel do prenehanja prevoda na dani točki

sinteza beljakovin je lahko popolnoma blokirana. Sintetizirane bodo spremenjene beljakovine

Vse to bo privedlo do izgube neke fenotipske lastnosti mutanta ali, redkeje, do pojava nove lastnosti.

Motnja genoma je lahko posledica:

*podaljšani izbrisi

*inverzije (rotacija segmenta kromosoma za 180°)

*translokacija (premikanje odseka kromosoma iz enega položaja v drugega)

Vse to bo povzročilo tudi spremembe in motnje različnih funkcij celice (organizma).

Veliko vlogo pri variabilnosti bakterij in drugih organizmov imajo tako imenovani transpozibilni genetski elementi, to je genetske strukture, ki se lahko v nedotaknjeni obliki gibljejo znotraj določenega genoma ali se premikajo iz enega genoma v drugega, na primer iz plazmidnega genoma v bakterijskega in obratno. Obstajajo trije razredi prenosljivih elementov: elementi IS, transpozoni in epizomi.

#Insercijska zaporedja (iz angleščine, zaporedje vstavljanja) imajo običajno velikosti, ki ne presegajo 2 tisoč baznih parov ali 2 kb. (kilobaza – tisoč baznih parov). Elementi IS nosijo samo en gen, ki kodira proteinsko transpozazo, s pomočjo katerega se elementi IS integrirajo v različne dele kromosoma. Označeni so s številkami: IS1, IS2, IS3 itd.

#Transpozoni so večji segmenti DNK, obdani z obrnjenimi elementi IS. Sposobni so se integrirati v različne dele kromosoma ali se premikati iz enega genoma v drugega, torej se obnašajo kot elementi IS. Poleg genov, ki jim omogočajo gibanje, vsebujejo tudi druge gene, kot so geni za odpornost na zdravila. Transpozoni se nahajajo v genomih plazmidov, virusov, prokariontov in evkariontov in so tako kot elementi IS označeni z zaporedno številko: Tn1, Tn2, Tn3 itd.

# Episomi vključujejo še večje in bolj zapletene samoregulacijske sisteme, ki vsebujejo elemente IS in transpozone ter se lahko podvajajo v katerem koli od svojih dveh alternativnih stanj – avtonomnem ali integriranem – v kromosom gostiteljske celice. Episomi vključujejo različne zmerne lizogene fage; od vseh drugih prenosljivih elementov se razlikujejo po prisotnosti lastne beljakovinske lupine in bolj zapletenem reprodukcijskem ciklu. Sami epizomi so virusi, ki imajo, tako kot drugi prenosljivi elementi, sposobnost premikanja iz enega genoma v drugega v nedotaknjeni obliki.

Običajno je delitev bakterijske celice opisana kot "binarna": po podvajanju se nukleoidi, povezani s plazemsko membrano, ločijo zaradi raztezanja membrane med nukleoidi, nato pa nastane zožitev ali septum, ki celico razdeli na dvoje. Rezultat te vrste delitve je zelo natančna porazdelitev genskega materiala, skoraj brez napak (manj kot 0,03 % okvarjenih celic). Spomnimo se, da je jedrski aparat bakterij, nukleoid, ciklična gigantska (1,6 mm) molekula DNA, ki v stanju superzvijanja tvori številne zankaste domene; vrstni red zvijanja zankastih domen ni znan.

Povprečni čas med delitvami bakterijskih celic je 20-30 minut. In v tem obdobju se mora zgoditi cela vrsta dogodkov: replikacija nukleoidne DNA, segregacija, ločevanje sestrskih nukleoidov, njihova nadaljnja divergenca, citotomija zaradi tvorbe septuma, ki deli prvotno celico natančno na pol.

Celoten obseg teh procesov je bil deležen intenzivne pozornosti raziskovalcev v zadnjih letih, kar je povzročilo pomembna in nepričakovana opažanja. Izkazalo se je, da na začetku sinteze DNA, ki se začne na točki replikacije (izvor), obe rastoči molekuli DNA sprva ostaneta povezani s plazemsko membrano. Hkrati s sintezo DNA se zaradi številnih encimov (topoizomeraza, giraza, ligaza itd.) pojavi proces odstranjevanja superzvijanja tako starih kot replikacijskih domen zanke, kar vodi do fizične ločitve dveh hčerinskih (ali sestrskih) kromosomov. nukleoidi, ki so med seboj še v tesnem stiku. Po takšni ločitvi nukleoidov se oddaljijo od središča celice, od mesta njihove prejšnje lokacije. Poleg tega je to odstopanje zelo natančno: četrtina dolžine celice v dveh nasprotnih smereh. Posledično se v celici nahajata dva nova nukleoida. Kakšen je mehanizem za to neskladje? Pojavile so se domneve (Delamater, 1953), da je delitev bakterijskih celic podobna mitozi evkariontov, vendar podatkov v prid tej domnevi dolgo ni bilo.

Nove informacije o mehanizmih delitve bakterijskih celic so pridobili s proučevanjem mutantov, pri katerih je bila delitev celic motena.

Ugotovljeno je bilo, da v procesu nukleoidne divergence sodeluje več skupin posebnih proteinov. Eden od njih, protein Muk B, je velikanski homodimer (mol. masa okoli 180 kDa, dolžina 60 nm), sestavljen iz osrednjega vijačnega odseka in končnih globularnih odsekov, ki po strukturi spominjajo na evkariontske nitaste proteine ​​(veriga miozina II, kinezin ). Na N-koncu se Muk B veže na GTP in ATP, na C-koncu pa na molekulo DNA. Te lastnosti Muk B utemeljujejo, da gre za motorični protein, ki sodeluje pri divergenci nukleoidov. Mutacije tega proteina vodijo do motenj v segregaciji nukleoida: v mutirani populaciji se pojavi veliko število brezjedrnih celic.

Poleg proteina Muk B divergenca nukleoida očitno vključuje snope fibril, ki vsebujejo protein Caf A, ki se lahko veže na težke verige miozina, kot je aktin.

Tvorba zožitve ali septuma je tudi na splošno podobna citotomiji živalskih celic. V tem primeru proteini družine Fts (fibrilarni termosenzitivni) sodelujejo pri nastanku septumov. To je skupina več proteinov, med katerimi je najbolj raziskan protein FtsZ. Ta protein je podoben pri večini bakterij, arhibakterijah, najdemo pa ga v mikoplazmah in kloroplastih. Je globularni protein, ki je po aminokislinskem zaporedju podoben tubulinu. Pri interakciji z GTP in vitro je sposoben tvoriti dolge nitaste protofilamente. V interfazi je FtsZ difuzno lokaliziran v citoplazmi, njegova količina je zelo velika (5-20 tisoč monomerov na celico). Med celično delitvijo se vse te beljakovine lokalizirajo v septalni coni in tvorijo kontraktilni obroč, ki zelo spominja na aktomiozinski obroč med celično delitvijo živalskega izvora.

22. Jedro bakterije. Vrste delitve bakterijskih celic. Postopek delitve.

Mutacije v tem proteinu vodijo do prenehanja celične delitve: pojavijo se dolge celice, ki vsebujejo veliko nukleoidov. Ta opažanja kažejo neposredno odvisnost delitve bakterijskih celic od prisotnosti Fts proteinov.

Glede mehanizma nastanka septuma obstaja več hipotez, ki predpostavljajo krčenje obroča v septalni coni, kar vodi do delitve prvotne celice na dvoje. Po eni od njih naj bi protofilamenti drseli drug glede na drugega s pomočjo še neznanih motoričnih proteinov, po drugi pa lahko pride do zmanjšanja premera septuma zaradi depolimerizacije FtsZ, zasidranega na plazemski membrani.

Faze razmnoževanja bakterijske kulture v stacionarnih pogojih

Zadnja faza rasti je stacionarna faza, ki je posledica pomanjkanja hranil. Celice zmanjšajo svojo presnovno aktivnost in porabljajo neesencialne celične beljakovine. Stacionarna faza je prehod iz hitre rasti v stresno stanje, za katerega je značilno povečanje izražanja genov, ki sodelujejo pri popravljanju DNK in presnovi antioksidantov.

Ko se bakterije razmnožujejo ne v toku, ampak v stacionarnih pogojih, se spremeni hranilni medij in v njem se kopičijo odpadni produkti bakterij, zaradi česar se spremenijo tudi njihove fiziološke lastnosti. Tako mlade celice Clostridium acetobutylicum ne morejo tvoriti acetona; to lastnost pridobijo v starejši kulturi. Če bakterije, ki vsebujejo spore, gojimo v pogojih pretočne kulture, se bodo delile, vendar ne bodo proizvedle spor. Ko bakterije gojimo na trdnih hranilnih gojiščih, tvorijo skupke celic različnih velikosti, oblik in barv, imenovane kolonije.

Bakterijski sev, čista kultura
Značilnosti spolnega razmnoževanja
Vrste nespolnega razmnoževanja, pojmi
Gloksinija, vrste, bolezni
Vpliv hormonov na telo
Stopnje glikolize
Pentoza monofosfatna pot oksidacije glukoze
Krebsov cikel

Bakterijska delitev

Delitev bakterij nastane kot posledica tvorbe medceličnega septuma, ki se pojavi na naslednji način. V predelu CM, na katerega je molekula DNA (kromosom, plazmid) povezana s posebnim receptorjem, pride do dogodkov, ki sprožijo proces replikacije, zaradi česar se novonastala hčerinska molekula DNA prav tako veže na receptor na CM.

Območje slednjega med dvema receptorjema, na enega od katerih je pritrjena matična DNK, na drugo pa hčerinska DNK, se začne podaljševati, zaradi česar se razdalja med njima sčasoma nenehno povečuje. Po zaključku replikacijskega procesa, strogo vzdolž ekvatorja, se medcelična pregrada začne oblikovati med ločenima kromosomoma s protiinvaginacijo (raste drug proti drugemu) CM in povezanega področja celične stene.

Kot rezultat zlitja invaginalnih odsekov CM in CS nastane medcelična pregrada, matična celica pa je razdeljena na dve enako dolgi hčerinski celici.Funkcija mitoznega aparata v bakterijah se izvaja s CM prek njegovo raztezanje, ki kromosome (in plazmide) potisne narazen tako, da končajo v istem položaju.drugi strani razvijajočega se medceličnega septuma v enakem razmerju.

Zaradi kršitve genetske kontrole delitve celic sta lahko vsaj dva rezultata. Če ne pride do tvorbe medceličnega septuma, se pojavijo dolge nitaste oblike. Ko pa se poškodovani mehanizem takega nadzora obnovi, se niti razdelijo na fragmente, ki so po dolžini enaki običajnim celicam. V nekaterih primerih kršitev nadzornih mehanizmov vodi do dejstva, da namesto enega medceličnega septuma, ki se tvori vzdolž ekvatorja, nastane ena ali dve septi, od katerih je vsaka lokalizirana bližje svojemu polu.

Ker v tem primeru nastanek septuma ni povezan s segregacijo kromosomov, nastanejo tako imenovane mini celice brez kromosomov, ki ostanejo v matični celici. Minicelice lahko izvajajo različne biokemične procese, ker vsebujejo encime, niso pa sposobne razmnoževanja, ker nimajo kromosomov.

Poleg minicelic lahko zaradi različnih škodljivih učinkov iz bakterij nastanejo tako imenovane nanocelice, to so drobne celice, velike od 0,2 do 0,3 mikrona. Opisovali so jih pod različnimi imeni: filtrirne oblike bakterij, elementarna telesca, ultramikrobakterije.

Delitev bakterijske celice

Najpogosteje nastanejo med L-transformacijo bakterij.

Ker je velikost takih celic primerneje izraziti v nanometrih kot v delcih mikrometra, so jih začeli imenovati nanocelice. Nastanek nanocelic je univerzalen odziv bakterij na neugodne življenjske razmere.

Niste našli ustreznih informacij? Brez problema! Uporabite iskanje na spletnem mestu v zgornjem desnem kotu.

1. Kateri načini delitve so značilni za evkariontske celice? Za prokariontske celice?

Mitoza, amitoza, preprosta binarna cepitev, mejoza.

Za evkariontske celice so značilne naslednje metode delitve: mitoza, amitoza, mejoza.

Za prokariontske celice je značilna preprosta binarna cepitev.

2. Kaj je preprosta binarna cepitev?

Enostavna binarna cepitev je značilna samo za prokariontske celice. Bakterijske celice vsebujejo en kromosom, krožno molekulo DNA. Pred delitvijo celice pride do replikacije in nastaneta dve enaki molekuli DNK, ki sta pritrjeni na citoplazmatsko membrano. Med delitvijo plazmalema raste med dvema molekulama DNA tako, da na koncu celico razdeli na dvoje. Vsaka nastala celica vsebuje eno identično molekulo DNK.

3. Kaj je mitoza? Opišite faze mitoze.

Mitoza je glavna metoda delitve evkariontskih celic, zaradi katere iz ene matične celice nastaneta dve hčerinski celici z enakim nizom kromosomov. Za udobje je mitoza razdeljena na štiri faze:

● Profaza. V celici se volumen jedra poveča, kromatin se začne spiralizirati, kar povzroči nastanek kromosomov. Vsak kromosom je sestavljen iz dveh sestrskih kromatid, povezanih v centromeri (v diploidni celici - niz 2n4c). Jedrca se raztopijo in jedrna membrana razpade. Kromosomi končajo v hialoplazmi in so v njej razporejeni naključno (kaotično). Centrioli se v parih razhajajo do celičnih polov, kjer sprožijo tvorbo vretenastih mikrotubulov. Nekatere niti vretena gredo od pola do pola, druge niti so pritrjene na centromere kromosomov in prispevajo k njihovemu gibanju do ekvatorialne ravnine celice. Večina rastlinskih celic nima centriolov. V tem primeru so središča za nastanek vretenastih mikrotubulov posebne strukture, sestavljene iz majhnih vakuol.

● Metafaza. Oblikovanje cepitvenega vretena je končano. Kromosomi dosežejo maksimalno spiralizacijo in so urejeno razporejeni v ekvatorialni ravnini celice. Oblikuje se tako imenovana metafazna plošča, sestavljena iz dvokromatidnih kromosomov.

● Anafaza. Vretenske niti se skrajšajo, kar povzroči, da se sestrske kromatide vsakega kromosoma ločijo druga od druge in raztegnejo proti nasprotnim polom celice. Od tega trenutka naprej se ločene kromatide imenujejo hčerinski kromosomi. Celični poli imajo enak genetski material (vsak pol ima 2n2c).

● Telofaza. Hčerinski kromosomi se despirirajo (odvijejo) na celičnih polih, da tvorijo kromatin. Okoli jedrskega materiala vsakega pola se oblikujejo jedrske lupine. V dveh oblikovanih jedrih se pojavijo nukleoli. Vretenaste nitke so uničene. Na tej točki se jedrska delitev konča in celica se začne deliti na dvoje. V živalskih celicah se pojavi obročna zožitev v ekvatorialni ravnini, ki se poglablja, dokler ne pride do ločitve dveh hčerinskih celic. Rastlinske celice se ne morejo deliti zožitvijo, saj imajo trdno celično steno. V ekvatorialni ravnini rastlinske celice se iz vsebine veziklov Golgijevega kompleksa tvori tako imenovana mediana plošča, ki ločuje obe hčerinski celici.

4. Kako hčerinske celice zaradi mitoze prejmejo enake dedne informacije? Kakšen je biološki pomen mitoze?

V metafazi se bikromatidni kromosomi nahajajo v ekvatorialni ravnini celice. Molekule DNK v sestrskih kromatidah so med seboj enake, ker nastane kot posledica replikacije originalne materine molekule DNA (to se je zgodilo v S-obdobju interfaze pred mitozo).

V anafazi se s pomočjo vretenskih niti sestrske kromatide vsakega kromosoma med seboj ločijo in raztegnejo na nasprotna pola celice. Tako imata dva pola celice enak genetski material (2n2c na vsakem polu), ki po zaključku mitoze postane genetski material obeh hčerinskih celic.

Biološki pomen mitoze je v tem, da zagotavlja prenos dednih značilnosti in lastnosti skozi vrsto celičnih generacij. To je potrebno za normalen razvoj večceličnega organizma. Zaradi natančne in enakomerne porazdelitve kromosomov med mitozo so vse celice v telesu genetsko enake. Mitoza določa rast in razvoj organizmov, obnovo poškodovanih tkiv in organov (regeneracija). Mitotična celična delitev je osnova nespolnega razmnoževanja v mnogih organizmih.

5. Število kromosomov - n, kromatid - c. Kakšno bo razmerje n in c za človeške somatske celice v naslednjih obdobjih interfaze in mitoze. ujemanje:

1) V obdobju G1 je vsak kromosom sestavljen iz ene kromatide, tj. somatske celice vsebujejo niz 2n2c, ki je za človeka 46 kromosomov, 46 kromatid.

2) V obdobju G2 je vsak kromosom sestavljen iz dveh kromatid, tj. somatske celice vsebujejo niz 2n4c (46 kromosomov, 92 kromatid).

3) V profazi mitoze je nabor kromosomov in kromatid 2n4c, (46 kromosomov, 92 kromatid).

4) V metafazi mitoze je nabor kromosomov in kromatid 2n4c (46 kromosomov, 92 kromatid).

5) Na koncu anafaze mitoze, zaradi ločitve sestrskih kromatid med seboj in njihove divergence proti nasprotnim polom celice, ima vsak pol nabor 2n2c (46 kromosomov, 46 kromatid).

6) Na koncu telofaze mitoze nastaneta dve hčerinski celici, od katerih vsaka vsebuje niz 2n2c (46 kromosomov, 46 kromatid).

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

6. Kako se amitoza razlikuje od mitoze?

Delitev prokariontske celice

Zakaj menite, da se amitoza imenuje neposredna celična delitev, mitoza pa posredna?

V nasprotju z mitozo, amitoza:

● Jedro se deli s konstrikcijo brez spiralizacije kromatina in tvorbe vretena, odsotne so vse štiri faze, značilne za mitozo.

● Dedni material je med hčerinskimi jedri porazdeljen neenakomerno in naključno.

● Pogosto opazimo samo jedrsko delitev brez nadaljnje delitve celice na dve hčerinski celici. V tem primeru se pojavijo dvojedrne in celo večjedrne celice.

● Potrati se manj energije.

Mitoza se imenuje posredna delitev, ker. V primerjavi z amitozo je precej zapleten in natančen proces, sestavljen iz štirih faz in zahteva predhodno pripravo (replikacija, podvojitev centriolov, shranjevanje energije, sinteza posebnih proteinov itd.). Pri neposredni (tj. enostavni, primitivni) delitvi - amitozi se celično jedro brez posebne priprave hitro razdeli s zožitvijo, dedni material pa se naključno porazdeli med hčerinska jedra.

7. V jedru celice, ki se ne deli, je dedni material (DNK) v obliki amorfne razpršene snovi – kromatina. Kromatin se pred delitvijo spiralizira in tvori kompaktne strukture – kromosome, po delitvi pa se vrne v prvotno stanje. Zakaj celice naredijo tako kompleksne modifikacije svojega dednega materiala?

DNK v sestavi amorfnega in razpršenega kromatina med delitvijo bi bilo nemogoče natančno in enakomerno porazdeliti med hčerinske celice (točno to je slika, ki jo opazimo pri amitozi - dedni material je razporejen neenakomerno, naključno).

Po drugi strani pa, če bi bila celična DNK vedno v zgoščenem stanju (tj. kot del spiraliziranih kromosomov), bi bilo nemogoče prebrati vse potrebne informacije iz nje.

Zato celica na začetku delitve DNK prenese v najbolj kompaktno stanje, po končani delitvi pa jo vrne v prvotno stanje, primerno za branje.

8*. Ugotovljeno je bilo, da je pri dnevnih živalih največja mitotična aktivnost celic opazna zvečer, najmanjša pa čez dan. Pri nočnih živalih se celice najintenzivneje delijo zjutraj, medtem ko je mitotična aktivnost ponoči oslabljena. Kaj mislite, da je razlog za to?

Dnevne živali so aktivne podnevi. Čez dan porabijo veliko energije za gibanje in iskanje hrane, medtem ko se njihove celice hitreje »obrabljajo« in pogosteje odmirajo. Zvečer, ko je telo prebavilo hrano, absorbiralo hranila in nabralo zadostno količino energije, se aktivirajo regeneracijski procesi, predvsem pa mitoza. V skladu s tem je pri nočnih živalih največja mitotična aktivnost celic opazna zjutraj, ko njihovo telo počiva po aktivnem nočnem obdobju.

*Naloge, označene z zvezdico, od učencev zahtevajo postavljanje različnih hipotez. Zato se mora učitelj pri ocenjevanju osredotočiti ne le na tukaj podan odgovor, temveč upoštevati vsako hipotezo, pri čemer ocenjuje biološko razmišljanje učencev, logiko njihovega razmišljanja, izvirnost idej itd. Po tem je priporočljivo seznaniti učence s podanim odgovorom.

Daškov M.L.