Бактерии ядро. Ядро Земли и ядро клетки — что общего? Какие заболевания вызывает клебсиелла

Тот факт, что бактерии вместе с археями были отнесены биологами к прокариотам, позволяет сделать некоторые выводы об особенностях строения этих микроорганизмов. В частности, имеется возможность ответить на вопрос о том, имеют ли бактерии такое же ядро, как и многие другие живые организмы.

Основное их отличие от эукариот – это то, что бактерии не имеют ядра. Бактериальным клеткам вообще не свойственны развитые внутриклеточные мембранные структуры. В клетке цианобактерии можно обнаружить небольшие мембранные образования, напоминающие пузырьки и названные тилакоидами. В них собраны системы, осуществляющие фотосинтез, – пигменты и ферментный комплекс. Эти микроорганизмы, признанные наиболее эволюционно продвинутыми, осуществляют процесс фотосинтеза аналогично эукариотам – организмам, клетки которых имеют настоящее, оформленное ядро.

Небольшие мембранные образования помогают бактериальным клеткам организовывать основные процессы, обеспечивающие их существование.

Если сравнивать их по функциям с органеллами эукариотических клеток, то можно найти примитивный аппарат Гольджи, митохондрии, ЭПС (эндоплазматическую сеть). Однако бактерии не имеют настоящего ядра, окруженного мембраной. Все бактерии имеют нуклеоид, а не ядро – кольцевую молекулу ДНК, свободно расположенную в цитоплазме.

Форму бактерии определяет клеточная стенка. Ее размер вместе с капсулой в некоторых случаях может быть больше, чем расположившаяся внутри клетка. Стенка имеет избирательную проницаемость и способна пропускать внутрь необходимые вещества и выводить из нее продукты метаболизма. Снаружи нее часто можно обнаружить жгутики или ворсинки – выпячивания мембраны, позволяющие организму самопроизвольно передвигаться.

Наличие клеточной стенки характерно для группы бактерий, которые называют грамположительными. Под клеточной стенкой расположена мембрана. А вокруг молекулы ДНК она отсутствует, и это позволяет утверждать, что бактерии не имеют оформленного мембраной ядра.

Цитоплазма

Под этой сложной оболочкой бактерии находится цитоплазма – гелевая масса различной плотности, в толще которой находятся включения:

• рибосомы, продуцирующие белок;
• небольшие мембранные структуры;
• жировые включения (гликоген);
• полифосфатные соединения (волютин);
• полисахариды;
• бета-оксимасляная кислота.

Состав включения зависит от потребности бактерии в источниках энергии и питательных веществах. Некоторые бактерии имеют цитоскелет – систему трубочек, способную ориентировать внутри клетки ее основные компоненты. В частности, они позволяют правильно располагаться молекуле ДНК во время репликации, несмотря на то, что бактерии не имеют в клетке настоящего ядра и гистонов.

Нуклеоид

Примерно по центру клетки обнаруживается нуклеоид – место расположения наследственной информации. Оформленного ядра, которое бы имело собственную мембрану, основные белки (гистоны) и ферментный комплекс, принимающий участие в воспроизведении наследственной информации и ее реализации, у бактерии нет.

Отсутствие оформленного ядра определяет простой процесс воспроизведения генетической информации – кольцевая молекула ДНК просто удваивается перед делением клетки, и по одной копии оказывается в дочерних организмах.

Однако существует особенность передачи генетической информации, которая делает бактерии уникальными для генетиков и молекулярных биологов. Возможность их функционирования как раз связана с тем, что бактерии не имеют в клетке ядра. Внутри клеток обнаружены нехромосомные элементы, способные к передаче информации в обход ядра. Наиболее изучены среди них такие:

1. Плазмиды.
2. Транспозоны и IS-элементы (вставные последовательности).
3. Умеренные фаги.

Любопытно, что размер генетической информации, обнаруженный в мобильных элементах, существенно превышает ее число в главной молекуле ДНК. Именно они имеют прямое отношение к:

• защитным реакциям бактерий,
• их быстрому привыканию к лекарственных препаратам,
• способности синтезировать антибиотики и необычные для бактерий сахара и использовать для питания некоторые не свойственные для своего вида источники.

Ничего подобного плазмидам бактерий у эукариотических организмов нет, поскольку они имеют оформленное ядро, препятствующее контакту основного генома с неядерными элементами. Они способны к самостоятельному воспроизведению и имеют для этого собственный набор необходимых генов.

Высокая изменчивость была причиной того, что биологи длительное время считали, что у них нет такого понятия, как вид. Только появление чистых культур позволило сделать вывод о том, что это понятие вполне применимо к этим организмам, и местом локализации основного генома у них является их примитивное ядро или нуклеоид.

Таким образом, бактерии не имеют ядра, и это позволяет им обмениваться генетической информации «по горизонтали», быстро перенося полезные гены внутри существующей популяции клеток и существенно повышая их адаптивность к изменениям окружающей среды.

Клетки архей – варианты безъядерного существования

Ближайшие родственники бактерий – археи, еще недавно назывались архебактериями и только недавно были выделены в отдельный таксон. Внешне они имеют сходное строение. Основные различия были обнаружены относительно недавно, когда оказалось, что не только угловатая форма клетки и склонность к экстремальным условиям существованиям отличает эти микроорганизмы, но и особенности биохимических реакций, обеспечивающих их питание.

Как и бактерии, археи не имеют оформленного ядра. Их транскрипция (синтез на основании ДНК однонитевой РНК, с которой в дальнейшем считываются белки) и трансляция (собственно процесс считывания) сопряжены. Их РНК-полимераза (фермент, считывающий РНК с ДНК) по своему строению напоминает эукариотическую и состоит из 9-12 субъединиц (эубактерии имеют ферменты с четырьмя субъединицами).

Отсутствие ядра – не единственная особенность архей. Их репликация не имеет точки начала, характеризующейся определенной последовательностью нуклеотидов, которые распознаются ферментом. Обычно вне зависимости от того, имеют ли бактерии или другие организмы ядро или нет, удаление точек прикрепления фермента снижает скорость размножения. В случае с археями все происходит наоборот – при отсутствии этих точек они начинают размножаться еще быстрее.

Такой нетрадиционный способ возможен благодаря наличию у архебактерий ферментов, позволяющих участкам генома обмениваться фрагментами между собой. У многих бактерий, которые не имеют ядра, есть несколько точек начала рекомбинации, и их активность определяет, используются они в данный момент или нет. Удаление этих точек приводит в действие механизм, эффективность которого тем выше, чем ниже активность точек начала рекомбинации.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Все живые организмы на Земле состоят из клеток. Это может быть и как самостоятельная единица жизни, и как составляющая более сложных по своей организации организмов. Многое из того, что имеют клетки высших организмов, клетки бактерий (прокариотов) не имеют.

Основное отличие ─ отсутствие оформленного ядра

Основное отличие клеток бактерий от клеток эукариотов (растения, животные и грибы) состоит в том, что они не имеют четко оформленного ядра. Вся генетическая информация у бактерий находится в особом белковом комплексе, называемом нуклеоидом. Несмотря на примитивное строение, нуклеоид способен точно и четко передавать генетические данные от одного поколения к другому. ДНК микроорганизмов является высокополимерным соединением, которое состоит из определенного числа нуклеоидов, находящихся между собой в точной последовательности. При нарушениях этой последовательности происходит мутация вида, что приводит либо к образованию новой формы, либо к приобретению или утрате каких-либо свойств.

Особенности в передаче наследственной информации

У животных и растений для каждого вида есть четко оформленное ядро и определенное количество хромосом, которые отвечают за передачу наследственной информации. Бактерии же, не имея четко оформленного ядра и имея только одну хромосому, лишены признаков такого явления, как доминантность. Хромосома имеет вид свернутой в кольцо спирали и прикреплена к мембране цитоплазмы в одной точке. Встречаются виды с наличием 2 или 4 хромосом, но они одинаковы. Помимо хромосом, генотип микроорганизмов включает в себя и такие функциональные единицы:

• плазмиды (содержат малое количество генов, их состав непостоянен);
• IS-последовательности не несут в себе генов, ответственных за информацию, способны передвигаться по хромосоме и вклиниваться в любой ее участок;
• транспозоны (содержат структурный ген, который отвечает за тот или иной наследственный признак).

%D0%92%D1%8B%D1%81%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%8F%20%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C%20%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20(%D0%B7%D0%B0%20%D1%81%D1%83%D1%82%D0%BA%D0%B8%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B8%D1%81%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%82%20%D1%81%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B0%20%D0%B4%D0%B5%D1%81%D1%8F%D1%82%D0%BA%D0%BE%D0%B2%20%D0%BF%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9)%20%D0%BF%D0%BE%D0%B7%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D1%8F%D0%B5%D1%82%20%D0%B8%D0%B7%D1%83%D1%87%D0%B0%D1%82%D1%8C%20%D0%B8%20%D0%B2%D1%8B%D1%8F%D0%B2%D0%BB%D1%8F%D1%82%D1%8C%20%D0%BC%D1%83%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D1%8B%20%D0%B8%20%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20%D0%B2%20%D0%B2%D0%B8%D0%B4%D0%B0%D1%85.

%D0%91%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8%20%D0%BD%D0%B5%20%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%8E%D1%82%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B8%D0%B7%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B9%20%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%BC%20%E2%94%80%20%D1%8F%D0%B4%D1%80%D1%8B%D1%88%D0%B5%D0%BA,%20%D0%BA%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B%D0%B5%20%D0%B5%D1%81%D1%82%D1%8C%20%D1%83%20%D0%B6%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D1%85,%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9,%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%B9%D1%88%D0%B8%D1%85%20%D0%B8%20%D0%B3%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D0%B2.%20%D0%92%20%D0%BD%D0%B8%D1%85%20%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%83%D1%8E%D1%82%D1%81%D1%8F%20%D1%80%D0%B8%D0%B1%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%BC%D1%8B%20%D0%B8%20%D0%A0%D0%9D%D0%9A.%20%D0%A7%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%20%D1%8F%D0%B4%D1%80%D1%8B%D1%88%D0%B5%D0%BA%20%D0%B7%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%81%D0%B8%D1%82%20%D0%BE%D1%82%20%D0%B1%D0%B0%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%B0%20%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B2.

Каких органоидов нет у микроорганизмов

В отличие от клеток животных, растений и грибов клетки бактерий (прокариотов) не имеют следующих органелл:

• лизосомы;
• пластиды;
• митохондрии;
• комплекс Гольджи;
• эндоплазматическая сеть.

%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B8%D0%B4,%20%D0%BA%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B%D0%B9%20%D1%81%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%B6%D0%B8%D1%82%20%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%8B,%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D1%81%D1%82%D0%B2%D1%83%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B5%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%89%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8E%20%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D0%BA%D0%BE%D0%B2,%20%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%81%D0%B0%D1%85%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%B4%D0%BE%D0%B2%20%D0%B8%20%D0%BD%D1%83%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D1%85%20%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82.%20%D0%9E%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F%20%D0%B8%D1%85%20%D1%84%D1%83%D0%BD%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F%20%D0%B7%D0%B0%D0%BA%D0%BB%D1%8E%D1%87%D0%B0%D0%B5%D1%82%D1%81%D1%8F%20%D0%B2%20%D1%82%D0%BE%D0%BC,%20%D1%87%D1%82%D0%BE%20%D0%BE%D0%BD%D0%B8%20%D1%83%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D1%83%D1%8E%D1%82%20%D0%B2%D0%BE%20%D0%B2%D0%BD%D1%83%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%BE%D0%BC%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%89%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B8.

%D0%AD%D1%82%D0%B8%D1%85%20%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B8%D0%B4%D0%BE%D0%B2%20%D0%BD%D0%B5%D1%82%20%D1%83%20%D0%B6%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D1%85,%20%D0%B0%20%D0%B8%D1%85%20%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B8%D0%B5%20%D1%83%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B9%20%D0%BE%D0%B1%D1%83%D1%81%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%B5%D1%82%20%D0%B8%D1%85%20%D0%BE%D0%BA%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BA%D1%83.%20%D0%9E%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B5%20%D0%B8%D1%85%20%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%E2%80%93%20%D1%83%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%B5%20%D0%B2%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%B0%D1%85%20%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B0.

Митохондрии

Наличие этих органоидов в клетках растений и животных позволяет обеспечивать необходимой энергией за счет окислительно-восстановительных процессов. Также они способны передавать генетическую информацию.

Комплекс Гольджи

Функция этих органоидов заключается в накоплении, изменении и последующем выведении веществ из клеток растений и животных.

Эндоплазматическая сеть

Является клеточным органоидом, состоящим из системы канальцев и пузырьков. Находится в цитоплазме и ограничена мембраной. Она участвует в метаболических процессах, обеспечивая транспортировку веществ извне в цитоплазму.

У микроорганизмов многие функции этих органоидов выполняет мезосома. Эта структура образуется в результате втягивания внутрь клеточной мембраны. Она участвует в репликации ДНК, в создании клеточных перегородок и в ряде других процессов жизнедеятельности.

Отличия в жизнедеятельности клеток прокариотов и эукариотов

Клетки микроорганизмов отличаются от клеток животных, растений и грибов не только по своему строению, они имеют свои особенности в жизнедеятельности.

Движение цитоплазмы

%D0%AD%D1%82%D0%BE%D1%82%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%20%D0%BD%D0%B0%D0%B7%D1%8B%D0%B2%D0%B0%D0%B5%D1%82%D1%81%D1%8F%20%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%BE%D0%B7%D0%BE%D0%BC.%20%D0%9E%D0%BD%20%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%83%D1%89%20%D0%B2%D1%81%D0%B5%D0%BC%20%D1%8D%D1%83%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B0%D0%BC.%20%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D1%86%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%BC%D1%8B%20%D0%BD%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%BE%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%B8%D1%85%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%BE%D0%B2,%20%D0%BA%D0%B0%D0%BA:

%0A
• %D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D1%85%20%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2;
%0A
• %D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D0%BC;
%0A
• %D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0%20%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85%20%D0%B4%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D1%85;
%0A
• %D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D1%85%20%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2.
%0A

%0A

%D0%A6%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%BE%D0%B7%20%D0%BC%D0%BE%D0%B6%D0%B5%D1%82%20%D0%B1%D1%8B%D1%82%D1%8C%20%D0%BF%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%BC,%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%BC%20%D0%BB%D0%B8%D0%B1%D0%BE%20%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D1%86%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%BC%20%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D1%88%D0%BD%D0%B8%D0%BC%D0%B8%20%D1%84%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%B8%20(%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%B9,%20%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D0%B5%D0%BC%20%D0%BE%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F,%20%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%BC%20%D0%B8%D0%BB%D0%B8%20%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%BC%20%D0%B2%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D0%B5%D0%BC).%20%D0%A3%20%D0%B1%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B9%20%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B5%20%D0%BF%D0%BE%D0%BD%D1%8F%D1%82%D0%B8%D0%B5,%20%D0%BA%D0%B0%D0%BA%20%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D1%86%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%BC%D1%8B,%20%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C%D1%8E%20%D0%BE%D1%82%D1%81%D1%83%D1%82%D1%81%D1%82%D0%B2%D1%83%D0%B5%D1%82.

%D0%91%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8%20%E2%80%93%20%D1%83%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D1%8B,%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D1%83%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D1%8C%20%D0%BA%D0%B0%D0%BA%20%D0%BF%D1%80%D0%B8%20%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B8%D0%B8%20%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0,%20%D1%82%D0%B0%D0%BA%20%D0%B8%20%D0%B1%D0%B5%D0%B7%20%D0%BD%D0%B5%D0%B3%D0%BE.%20%D0%9C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%BC%20%D0%B8%D0%B7%20%D0%BD%D0%B8%D1%85,%20%D1%82%D0%B0%D0%BA%20%D0%B6%D0%B5%20%D0%BA%D0%B0%D0%BA%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%D0%BC%20%D0%B8%20%D0%B6%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%BC,%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%BE%D0%B2%20%D0%BD%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BC%20%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4.%20%D0%A0%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0%20%D0%B2%20%D1%82%D0%BE%D0%BC,%20%D1%87%D1%82%D0%BE%20%D1%83%20%D1%8D%D1%83%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B2%20%D0%B4%D1%8B%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B8%D1%81%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%82%20%D0%B2%20%D0%BC%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1%85%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B8%D1%8F%D1%85,%20%D0%B0%20%D1%83%20%D0%B1%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B9%20%D0%B7%D0%B0%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%8B%20%D0%BC%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%BC%D1%8B.%20%D0%A3%20%D1%86%D0%B8%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B9%20%D0%B4%D1%8B%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B8%D1%81%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%82%20%D0%B2%20%D1%86%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85%20%D0%BC%D0%B5%D0%BC%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D1%85.

Процесс фотосинтеза

Сине-зеленые микроорганизмы способны, так же как и растения, аккумулировать солнечную энергию и вырабатывать кислород, необходимый для жизни других организмов. Разница в том, что у бактерий процесс фотосинтеза происходит на мембранах, а у растений в хлоропластах.

Фагоцитоз и пиноцитоз

У бактерий нет плотной клеточной стенки, поэтому такие физиологические процессы, как фагоцитоз и пиноцитоз, у них полностью отсутствуют. Фагоцитоз – это способность захватывать твердые частицы путем втягивания их внутрь. Пиноцитоз является схожим процессом, только внутрь клетки попадают жидкие вещества.

Спорообразование

%D0%A0%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20%D0%B8%20%D0%B3%D1%80%D0%B8%D0%B1%D1%8B%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BD%D1%8B%20%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B2%D0%B0%D1%82%D1%8C%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%8B%20%D0%BA%D0%B0%D0%BA%20%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%20%D0%B8%D0%B7%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B2%20%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F.%20%D0%91%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8%20%D0%B6%D0%B5%20%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%83%D1%8E%D1%82%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%80%D1%8B,%20%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%B4%D0%B0%20%D0%B2%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%8E%D1%82%20%D0%BD%D0%B5%D0%B1%D0%BB%D0%B0%D0%B3%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%8F%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%83%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%8F%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%D0%B8%D1%85%20%D0%B6%D0%B8%D0%B7%D0%BD%D0%B8%20%D0%B8%20%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B8%D1%8F.%20%D0%AD%D1%82%D0%B0%20%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C%20%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0%20%D0%BD%D0%B5%20%D0%B2%D1%81%D0%B5%D0%BC%20%D0%B2%D0%B8%D0%B4%D0%B0%D0%BC.%20%D0%92%20%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%B8%D0%B8%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%80%20%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D1%8B%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BD%D1%8B%20%D0%BD%D0%B0%D1%85%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%82%D1%8C%D1%81%D1%8F%20%D0%B4%D0%BE%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D0%B5%20%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D1%8F,%20%D0%B2%D1%8B%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%B6%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D1%8F%20%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D1%8F%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5,%20%D0%B7%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%BA%D1%83%20%D0%B8%20%D0%B4%D1%80%D1%83%D0%B3%D0%B8%D0%B5%20%D0%BD%D0%B5%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%B2%D0%BE%D0%B7%D0%B4%D0%B5%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B8%D1%8F.

Размножение

Способ размножения бактерий достаточно прост: деление клетки надвое. Взрослая клетка делится на две молодые, которые растут, питаются и, достигая зрелости, в свою очередь также делятся. При благоприятных условиях одна бактериальная клетка способна за сутки произвести 72 поколения.

%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B8%20%D1%8D%D1%83%D0%BA%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B2,%20%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D1%8F%20%D0%B1%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B5%20%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B6%D0%BD%D1%83%D1%8E%20%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8E,%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BD%D1%8B%20%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B6%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%81%D1%8F%20%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BC%D1%8F%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D0%B8:

%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B0%20%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B8%20%D0%B1%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B9%20%D0%BF%D0%BE%D0%B7%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%BB%D0%B0%20%D0%B8%D0%BC%20%D0%B1%D1%8B%D1%82%D1%8C%20%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%BE%D0%BE%D1%82%D0%BA%D1%80%D1%8B%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8F%D0%BC%D0%B8%20%D0%BD%D0%B0%20%D0%BD%D0%B0%D1%88%D0%B5%D0%B9%20%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B5.%20%D0%98%D1%85%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C%20%D1%81%D1%83%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D1%8C%20%D0%B2%20%D0%BB%D1%8E%D0%B1%D1%8B%D1%85%20%D1%83%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%8F%D1%85%20%D0%B8%20%D0%B2%20%D0%BB%D1%8E%D0%B1%D1%8B%D1%85%20%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%85%20%D1%83%D0%BA%D0%B0%D0%B7%D1%8B%D0%B2%D0%B0%D0%B5%D1%82%20%D0%BD%D0%B0%20%D1%82%D0%BE,%20%D1%87%D1%82%D0%BE%20%D0%BE%D0%BD%D0%B8%20%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%BD%D1%8B%20%D0%B2%D1%8B%D0%B6%D0%B8%D1%82%D1%8C%20%D1%82%D0%B0%D0%BC,%20%D0%B3%D0%B4%D0%B5%20%D0%B4%D0%BB%D1%8F%20%D0%B4%D1%80%D1%83%D0%B3%D0%B8%D1%85%20%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%BE%D0%B2%20%D0%B6%D0%B8%D0%B7%D0%BD%D1%8C%20%D0%B1%D1%83%D0%B4%D0%B5%D1%82%20%D0%BD%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B7%D0%BC%D0%BE%D0%B6%D0%BD%D0%B0.

Урок биологии по теме «Прокариотическая клетка. Бактерии»

Презентация к уроку

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели:

закрепить знания о прокариотах, показать особенности строения и функционирования прокариотической клетки, многообразие бактерий;

раскрыть роль бактерий в жизни людей и в природе;

продолжить формирование умений сравнивать, анализировать, делать выводы.

Тип урока: изучение материала, первичное закрепление знаний и способов деятельности.

Методы: репродуктивные и частично-поисковые.

Оборудование: таблицы, анкеты, интерактивное оборудование.

1. Организационный момент.

2. Определение темы урока.

3. Организмы: прокариоты, эукариоты.

4. История открытия.

5. Особенности строения бактериальной клетки, размножение, спорообразование.

6. Применение бактерий.

7. Закрепление знаний, оценивание.

8. Домашнее задание.

1. Организационный момент: приветствие, наличие учащихся, подготовка к уроку.

2. Определение темы урока. (Слайд №1, 2)

Текст слайда открывается по одной строчке, учащиеся должны определить, о каких организмах идет речь.

3. Работа с информационным листом, анализ содержимого, сравнение прокариотических организмов с эукариотическими организмами.

(Информационные листы раздаются заранее каждому ученику)

Знать: Бактерии – одноклеточные организмы, прокариоты, в основном гетеротрофы. Строение, жизнедеятельность, размножение и распространение бактерий. Разнообразие бактерий по строению, способу питания, среде обитания. Место бактерий в системе органического мира. Болезнетворные бактерии и борьба с ними. Использование бактерий человеком. Роль бактерий как организмов – разрушителей в природе. (информационные листы раздаются заранее каждому ученику).

На нашей планете обитает великое множество самых различных организмов, и всё это ошеломляющее разнообразие может быть отнесено либо к прокариотам, либо к эукариотам, особенности строения которых надо знать. Немецкий учёный Э. Геккель впервые обратил серьёзное внимание на существенные отличия микроорганизмов от растений, грибов и животных. Он и предложил их выделить в отдельное царство.

4. Вклад А. Левенгука, Р. Коха, Л. Пастера в историю открытия бактерий. (рассказ учителя).

5. Рассказ учителя об особенностях строения и функционирования клетки прокариот на примере клетки бактерии.

(факультативный – кишечная палочка).

(Работа со слайдами №3-7)

Сравнение размеров бактерий с толщиной волоса человека.

Строение бактериальной клетки.

6. Роль бактерий в природе.

Много разных есть бактерий,
Вредных и полезных.
Как использовать их можно?
Это интересно.

Рассказы учащихся, учителя с использованием дополнительной информации, презентации (слайды 8-13).

Значение бактерий для человека.

— у людей: чуму, холеру, туберкулёз, дизентерию, менингит, тиф и др.;

— у животных: бактериозы.

Приводят к порче продуктов питания.

Роль бактерий в природе:

• В результате деятельности гнилостных бактерий земля очищается от погибших растений и животных.
• Многие бактерии принимают участие в геохимических процессах образования серы, фосфора, нефти, в круговороте азота.

Успехи микробиологии позволяют многие операции, которые раньше выполнялись техническими средствами, возложить на “хрупкие плечи” бактерий. Новая технология прокладки дорог предполагает использование колоний бактерий вместо асфальтоукладчиков. Колония бактерий, медленно, но верно поедает питательный раствор, взамен его производя слой дорожного покрытия.

Предложен способ предохранения зубов от разрушения. Зубы покрывают слоем определённых белков, который засевают специальными видами бактерий. Авторы изобретения считают, что это предохранит от разрушения даже корни зубов.

Некоторые бактерии питаются растворимыми солями кальция, выделяя при этом кальцит – нерастворимый в воде минерал, составную часть мрамора. Покрывая повреждённую поверхность мраморных монументов питательным раствором и внося туда же культуру соответствующих бактерий, можно добиться равномерного восстановления поверхности памятника.

“Точу ножи булатные”

Задача из Центра Микрохирургии глаза С. Н. Фёдорова. После разреза скальпелем сетчатки глаза последняя наволакивается на скальпель и делает из 30 микрон радиуса заострения 300… (1 микрон равен 0,001 миллиметра). Как заточить скальпель к следующей операции? Инженеры предложили особо заточный станок, физики – плазу… Биологи предложили своё – скальпель с микрослоем сетчатки помещается в культуру бактерий, которые съедают органику.

Одна из важнейших улик – отпечатки пальцев снимают так. Поверхность предметов покрывают тальком, а потом его сдувают. Где тальк остаётся, там – отпечаток паппилярной линии. Если отпечаток чёткий, то потом злодея опознать довольно просто. А если линия – то есть маленький жировой отпечаток кожи – неотчётлива и тальк на ней не задержался? Как выяснить расположение всех, даже мельчайших, линий отпечатка пальца? Для чёткой фиксации едва различимых отпечатков пальцев используют бактерии. Их наносят на отпечатки вместе с особым гелем – они размножаются только там, где пролёг отпечаток паппилярной линии. Через 24 часа колонии бактерий в точности повторяют кожные узоры. Используют бактерии, живущие на теле человека.

В последнее время в печати стало появляться много сообщений об использовании для добычи и/или обогащения руд бактерий. Первое место (по количеству публикаций) занимают железобактерии, которые используют в своём метаболизме железо. В США с помощью литотрофных бактерий (питающихся неорганикой) бактерий получают около 10% от общего количества добываемой меди.

7. Закрепление знаний, оценивание. Задания раздаются учащимся для индивидуальной работы.

1. Клетка, в которой нет оформленного ядра, принадлежит:

А. — бактерии Б. — грибу

В. – растению Г. – животному.

2. Носителями наследственной информации в клетке являются:

А. – хромосомы Б. – хлоропласты

В. – цитоплазмы Г. – рибосомы.

3. Организмы, тело которых состоит из одной клетки, не имеющей оформленного ядра, питающиеся в основном органическими веществами — это:

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai

Строение бактериальной клетки

Оболочки клетки

Большинство бактерий имеет три оболочки:

• клеточная мембрана;
• клеточная стенка;
• слизистая капсула.

Непосредственно с содержимым клетки – цитоплазмой, соприкасается клеточная мембрана. Она тонкая и мягкая.

Клеточная стенка – плотная, более толстая оболочка. Её функция – защита и опора клетки. Клеточная стенка и мембрана имеют поры, через которые в клетку поступают необходимые ей вещества.

Многие бактерии имеют слизистую капсулу, которая выполняет защитную функцию и обеспечивает слипание с разными поверхностями.

Именно благодаря слизистой оболочке стрептококки (один из видов бактерий) прилипают к зубам и вызывают кариес.

Цитоплазма

Цитоплазма – это внутреннее содержимое клетки. На 75% состоит из воды. В цитоплазме находятся включения – капли жира и гликогена. Они являются запасными питательными веществами клетки.

Рис. 1. Схема строения бактериальной клетки.

Нуклеоид означает «подобный ядру». У бактерий нет настоящего, или, как ещё говорят, оформленного ядра. Это значит, что у них нет ядерной оболочки и ядерного пространства, как у клеток грибов, растений и животных. ДНК находится прямо в цитоплазме.

• сохраняет наследственную информацию;
• реализует эту информацию, управляя синтезом белковых молекул, характерных для данного вида бактерий.

Отсутствие истинного ядра – самая важная особенность бактериальной клетки.

В отличие от клеток растений и животных, бактерии не имеют органоидов, построенных из мембран.

Но клеточная мембрана бактерий в некоторых местах проникает в цитоплазму, образуя складки, которые называются мезосомой. Мезосома участвует в размножении клетки и обмене энергии и как бы заменяет мембранные органоиды.

Единственный органоид, имеющийся у бактерий – рибосомы. Это маленькие тельца, которые размещены в цитоплазме и синтезируют белки.

У многих бактерий есть жгутик, с помощью которого они перемещаются в жидкой среде.

Формы бактериальных клеток

Форма клеток бактерий различна. Бактерии в виде шара называются кокками. В виде запятой – вибрионами. Палочкообразные бактерии – бациллы. Спириллы имеют вид волнистой линии.

Рис. 2. Формы клеток бактерий.

Бактерии можно увидеть только под микроскопом. Средние размеры клетки 1-10 мкм. Встречаются бактерии длиной до 100 мкм. (1 мкм = 0,001 мм).

Спорообразование

При наступлении неблагоприятных условий бактериальная клетка переходит в спящее состояние, которое называется спорой. Причинами спорообразования могут быть:

• пониженные и повышенные температуры;
• засуха;
• недостаток питания;
• опасные для жизни вещества.

Переход происходит быстро, в течение 18-20 часов, а находиться клетка в состоянии споры может сотни лет. При восстановлении нормальных условий бактерия за 4-5 часов прорастает из споры и переходит в обычный режим жизнедеятельности.

Рис. 3. Схема образования споры.

Размножение

Бактерии размножаются делением. Период от рождения клетки до её деления составляет 20-30 минут. Поэтому бактерии широко распространены на Земле.

Что мы узнали?

Мы узнали, что, в общих чертах, клетки бактерий подобны клеткам растений и животных, они имеют мембрану, цитоплазму, ДНК. Основным отличием бактериальных клеток является отсутствие оформленного ядра. Поэтому бактерии называют доядерными организмами (прокариотами).

Autouristi.ru

• В клетках бактерий нет оформленного ядра

В клетках бактерий нет оформленного ядра

Выберите один, наиболее правильный вариант. В какой среде вирус СПИДа, как правило, погибает
1) в лимфе
2) в грудном молоке
3) в слюне
4) на воздухе

Выберите один, наиболее правильный вариант. Вирусы обладают такими признаками живого, как
1) питание
2) рост
3) обмен веществ
4) наследственность

Вирус СПИДа очень нестоек, на воздухе легко разрушается. Заразиться им можно только при половых контактах без презерватива и при переливании зараженной крови.

Выберите один, наиболее правильный вариант. Вирус СПИДа поражает в крови человека
1) эритроциты
2) тромбоциты
3) лимфоциты
4) кровяные пластинки

Строение клетки бактерии

В цитоплазме бактерий ваыявлены различного рода включения, которые бывают твердыми, жидкими и газообразными. Они представляют собой запасные питательные вещества (полисахариды, липиды, отложения серы и др.) и продукты обмена веществ.

Капсула – слизистая структура, толщиной более 0,2 мкм, связанная с клеточной стенкой и четко отграниченная от окружающей среды. Она выявляется при световой микроскопии в случае окрашивания бактерий специальными методами (по Ольту, Михину, Бурри-Гинсу). Многие бактерии образуют микрокапсулу – слизистое образование менее 0,2 мкм, выявленное только при электронной микроскопии или же химическими и иммунохимическими методами. Капсула не является обязательной структурой клетки, утрата ее не вызывает гибели бактерии. От капсулы необходимо отличать слизь – мукоидные экзополисахариды. Слизистые вещества откладываются на поверхности клетки, часто превосходя ее диаметр и не имеет четких границ.

Строение и состав грамотрицательных микроорганизмов характеризуется некоторыми особенностями. Клеточная стенка у грамнегативных бактерий тоньше, чем у грамположительных и составляет 14-17 нм. Она состоит из двух слоев: внешнего и внутреннего. Внутренний слой представлен пептидогликаном, который в виде тонкой (2 нм) непрерывной сетки опоясывает клетку. Пептидогликан у грамотрицательных бактерий составляет 1-10 %, микрофибриллы его сшиты менее прочно, чем у грамположительных бактерий, поры шире и поэтому комплекс генцианвиолета и йода вымывается из стенки этанолом, микроорганизмы окрашиваются в красный цвет (цвет дополнительного красителя – фуксина). Внешний слой содержит фосфолипиды, монополисахариды, липопротеин и белки. Липополисахарид (ЛПС) клеточных стенок грамотрицательных бактерий, токсичный для животных, получил название эндотоксина. Тейховые кислоты у грамотрицательных бактерий не обнаружены. Промежуток между клеточной стенкой и цитоплазмотической мембраной получил название периплазматического пространства, в котором содержатся ферменты.

Цитоплазма образует внутреннюю среду клетки, которая объединяет все внутриклеточные структуры и обеспечивает взаимодействие их между собой.

Вещество капсул прокариот состоит в основном из гомо- или гетерополисахарид. У некоторых бактерий (например, лейконостока) в капсулу заключено несколько микробных клеток. Заключенные в одну капсулу бактерии представляют собой скопления называемые зоогелями.

Такое окрашивание прокариот по Граму объясняется специфическим химическим составом и строением их клеточной стенки. Клеточная стенка грамположительных бактерий массивная, толстая (20-100 нм), плотно прилегает к цитоплазмотической мембране, большая часть ее химического состава представлена пептидогликаном (40-90 %), который связан с тейховыми кислотами. Стенка грамположительных микроорганизмов содержит в небольшом количестве полисахариды, липиды, белки. Структурные микрофибриллы пептидогликана сшиты прочно, компактно, поры в нем узкие и поэтому фиолетовый комплекс не вымывается, бактерии окрашиваются в сине-фиолетовый цвет.

Цитоплазма клетки представляет собой полужидкую массу, занимает основной объем бактерии, содержащий до 90 % воды. Состоит она из гомогенной фракции, называемой цитозолем, включающим структурные элементы – рибосомы, внутрицитоплазмотические мембраны, различного типа образования, нуклеоид. Кроме того в цитоплазме наличествуют растворимые компоненты РНК, вещества субстрата, ферменты, продукты метаболизма.

Книжная полка

Гликолиз - процесс расщепления глюкозы без участия кислорода (анаэробный). Молекула, содержащая 6 атомов углерода, расщепляется на 2 трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты - ПВК, 2 молекулы АТФ, воду, 2 молекулы НАД-Н.
Дыхание - аэробный процесс, процесс полного окисления глюкозы. Происходит последовательное окисление молекул ПВК до СО2 с образованием еще одной молекулы АТФ и четырех акцепторов электронов.
Электронотранспортная цепь - атомы водорода передаются НАД+ с образованием НАД-Н. Молекула НАД-Н доставляет атомы водорода в дыхательную цепь, превращаясь вновь в НАД+. Электроны атомов водорода транспортируются по цепи, вступают в окислительновосстановительные реакции, при этом отдают энергию на синтез АТФ. В конце цепи образуется молекула воды.
55% энергии запасается в виде высокоэнергетических связей молекул АТФ. 45% - рассеивается в виде тепла.

Вид - совокупность особей, обладающих морфологическим и физиологическим сходством, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, занимающих определенный ареал и обитающих в сходных экологических условиях.
Критерии вида : морфологический, физиологический, биохимический, генетический, географический, экологический.
Популяция - группа морфологически сходных особей одного вида, свободно скрещивающихся между собой и занимающих определенное место обитания в ареале вида.
Наследственность - свойство сохранять и передавать признаки строения, функции от родителей к потомству. Наследуются признаки, записанные в генотипе.
Изменчивость - свойство изменять и приобретать новые признаки в пределах вида.
Естественный отбор - главный фактор, определяющий направленность эволюции. Роль отбирающего фактора играют условия окружающей среды.
В результате движущего естественного отбора преимущественно сохраняются особи с изменениями, а стабилизирующего - со стабильными признаками, соответствующими среде обитания.

Грегор Мендель - основоположник генетики.
Генетика - наука о наследственности и изменчивости. Методы исследования, применяющиеся в генетике: генетический, цитогенетический, биохимический, генеалогический, близнецовый.
Генотип - совокупность всех генов организма.
Фенотип - совокупность всех внешних и внутренних признаков.
Разные генотипы могут определять одинаковый фенотип.
Гибрид - особь, полученная от родителей, различающихся по определенным признакам.
Разные формы одного и того же гена, определяющие различное проявление одного и того же признака, называют аллелями . Обозначаются буквами, например: А - ген темных волос, а - светлых.
Признак, который проявляется в потомстве и подавляет проявление другого признака, называют доминантным .
Признак, который внешне у потомства не проявляется, называют рецессивным .
Гибридные организмы - организмы, полученные в результате скрещивания разнородных в генетическом отношении родительских форм.
Изменчивость - ненаследственная (модификационная) и наследственная (генотипическая).
Пределы модификационной изменчивости признака называют нормой реакции . Фенотип организма определяется взаимодействием генотипа с факторами внешней среды.
Наследственная изменчивость - комбинативная и мутационная.
Мутации - внезапно возникающие изменения генов или хромосом. При этом меняется количество или структура ДНК данного организма.
Различают генные (точечные) и хромосомные мутации. Гэнные мутации связаны с изменениями отдельных генов, хромосомные обусловлены изменением числа или структуры хромосом.
Генетика - научная основа селекции. Селекция - наука, которая занимается улучшением уже существующих и созданием новых сортов растений и пород животных.
Основные методы селекции - гибридизация и отбор . Новые методы: получение гетерозиса , полиплоидов , экспериментальный мутагенез . Различают стихийный и методический, массовый и индивидуальный искусственный отбор, близкородственное и неродственное скрещивание, внутривидовую и отдаленную гибридизацию.
Биотехнология - целенаправленное изменение и использование биологических объектов в пищевой промышленности, медицине, охране природы и т.д. Направления: микробиологическое производство, клеточная инженерия, генная инженерия.

Фазы митоза:
Профаза - спирализация хромосом, растворение ядерной оболочки, начинает формироваться веретено деления от одной центриоли к другой.
Метафаза - хромосомы в плоскости экватора клетки.
Анафаза - хроматиды хромосом расходятся к полюсам клетки, становясь новыми хромосомами.
Телофаза - деспирализация хромосом, формирование ядерной оболочки, клеточной перегородки, образование 2-х дочерних клеток.
В процессе митоза хроматиды равномерно распределяются между дочерними клетками, благодаря чему каждая из них получает такой же набор хромосом, что и в материнской клетке.

Энергетический обмен
3 стадии:
1) Подготовительная (в лизосомах): молекулы веществ распадаются с выделением энергии (тепло).
2) Бескислородная (в цитоплазме): органические вещества расщепляются до еще более простых, часть выделяющейся энергии идет на синтез АТФ.
3) Кислородная (в митохондриях): молекулы ПВК окисляются до СО2 и Н2О, освобождающаяся энергия запасается в 36 молекулах АТФ.
В клетках анаэробов - микроорганизмов, обитающих в бескислородной среде, - протекают только 2 стадии энергетического обмена: подготовительная и бескислородная.

Пластический обмен
Для пластического обмена характерны реакции синтеза органических веществ, которые идут с затратами энергии. В биосинтезе белков участвует и ядро, и цитоплазма. В хромосомах ядра хранится информация о последовательности аминокислот в молекуле белков. Эта информация зашифрована при помощи генетического кода.
Генетический код - последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющая последовательность расположения аминокислот в молекуле белка.
Генетический код триплетен (каждой аминокислоте соответствует последовательность трех нуклеотидов), неперекрываем (один и тот же нуклеотид не может входить в состав двух соседних кодовых триплетов), универсален (у всех организмов одни и те же аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами).
Биосинтез белка - сложный процесс, в результате которого происходит реализация генетической информации.
Транскрипция - информация о структуре белка переписывается с ДНК на иРНК.
Трансляция - аминокислоты соединяются в определенную последовательность пегттидиыми связями в полипептидную цепь.

3 основные части: плазматическая мембрана , цитоплазма , ядро .
Плазматическая мембрана отделяет клетку и ее содержимое от окружающей среды. Состоит из липидов и белковых молекул (внешние, погруженные, пронизывающие). Обеспечивает поступление питательных веществ в клетку и выведение из нее продуктов обмена: диффузия, через поры, фагоцитоз (поступают белки и полисахариды), пиноцитоз (жидкость). Обладает избирательной проницаемостью.
В клетках растений, грибов, большинства бактерий над плазматической мембраной имеется клеточная оболочка, выполняющая защитную функцию, играющая роль скелета. У растений она состоит из целлюлозы, покрыта полисахаридами, обеспечивающими контакты между клетками одной ткани. У грибов - из хитиноподобного вещества.
В состав цитоплазмы входят вода, аминокислоты, белки, углеводы, АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), неорганические в-ва. В цитоплазме располагаются ядро и органоиды клетки. Цитоплазма пронизана белковыми микротрубочками, образующими цитоскелет клетки, благодаря которому клетка сохраняет постоянную форму.
Лизосомы - «пищеварительные станции» клетки, расщепляют сложные органические вещества на более простые молекулы.
Митохондрии - «силовые станции» клетки, синтез АТФ, источник энергии.
В пластидах (клетки растений) осуществляется синтез органических веществ. Лейкопласты - бесцветные пластиды, накапливают крахмал. Хромопласты - синтез каротиноидов (желтая, оранжевая, красная окраска плодов, цветков). Хлоропласты - зеленые пластиды, содержат хлорофилл. Хромо- и хлоропласты участвуют в фотосинтезе.
Вакуоли накапливают питательные вещества и продукты распада в вакуольном соке. Постоянные вакуоли - в растительной клетке, до 90% объема. Временные вакуоли - в животной клетке, не более 5% объема клетки.
ЭПС (эндоплазматическая сеть ) - синтез липидов и углеводов. ЭПС - гладкая и шероховатая (есть рибосомы, они участвуют в синтезе белков).
Клеточный центр (2 центриоли) участвует в делении клеток, образует веретено деления. Комплекс Гольджи - транспортно-накопительная функция, формирование лизосом, клеточной оболочки.

В клетках бактерий нет оформленного ядра

Изучение строения и жизнедеятельности микроорганизмов занимается наука – микробиология.

Известны хищные бактерии, поедающие представителей других видов прокариот.

Таким образом внутри клетки возникает новая клетка-спора, окруженная двумя мембранами. Затем между мембранами образуется кортикальный слой или кортекс, состоящий из особых молекул пептидогликана.

Споры бактерий могут длительное время (десятки, сотни и даже тысячи лет) существовать в покоящемся состоянии.

Получен ряд мутантов у E. Coli, у которых клеточная перегородка образуется либо в необычном месте, либо на ряду с перегородкой с обычной локализацией формируется добавочная перегородка близко от полюса клетки, так и маленькие клетки (мини-клетки) размером 0,3-0,5мкм. Мини-клетки лишены, как правило, ДНК, так как при делении родительской клетки Нуклеоид не попадает в них. В связи с отсутствием ДНК мини-клетки используются в генетике бактерий для изучения выражения функции генов у внехромосомных факторов наследственности и других вопросов. После посева клеток в свежую питательную среду некоторое время бактерии не размножаются – эту фазу называют начальной стационарной или лаг-фазой. Лаг-фаза переходит в фазу положительного ускорения. В этой фазе начинается деление бактерии. Когда скорость роста клеток всей популяции достигает постоянной величины начинается логарифмическая фаза размножения. Логарифмическая фаза сменяется фазой отрицательного ускорения, затем наступает стационарная фаза. Количество жизнеспособных клеток в этой фазе постоянно. Затем следует фаза отмирания популяции. Влияют: вид культуры бактерии, возрастной состав культуры, состав питательной среды, температура выращивания, аэрация и др.

Гетеротрофные бактерии усваивают углерод усваивают углерод из органических соединений различной химической природы, легко усваивают вещества, содержащие ненасыщенные связи или атомы углерода с частично окисленными валентностями. В связи с этим наиболее доступными источниками углерода, являются сахара, многоатомные спирты и др. некоторые гетеротрофы наряду с усвоением органического углерода могут усваивать и неорганический углерод.

Цитоплазматическая мембрана бактерии прилипает к внутренней поверхности клеточной стенки, отделяет ее от цитоплазмы и я является очень важным в функциональном отношении компонентом клетки. В мембране локализованы окислительно-восстановительные ферменты, с системой мембран связаны такие важнейшие функции клетки, как деление клетки, биосинтез ряда компонентов, хемо и фотосинтез и др. Толщина мембраны у большинства клеток составляет 7-10нм. Электрономикороскопическим метолом обнаружено, что она состоит из трех слоев: двух электронно-плотных и промежуточнно-электронно-прозрачного. В состав мембраны входят белки, фосфолипиды, микропротеины, небольшое количество углеводов и некоторых других соединений. Многие белки мембраны клетки являются ферментами, участвующие в процессах дыхания, а также в биосинтезе компонентов клетчатой стенки и капсулы. В составе мембраны также определяются пермеазы, обеспечивающие перенос в клетку растворимых веществ. Мембрана служит астрономическим барьером, она обладает избирательной полупроницаемостью и ответственна за поступление внутрь клетки питательных веществ и отходов из нее продуктов обмена.

Водительское удостоверение иностранного гражданина в России: действие, использование, обмен Главный документ любого водителя - это права. В России водительское удостоверение (ВУ) - это документ установленного образца в виде […]

Прибавка к пенсии в августе: постоянная или разовая Сегодня, когда курс рубля падает все больше, а цены на продукты в России, к сожалению, не склонны уменьшаться, любая помощь от государства может стать заметным подспорьем для того, […]

Психологические проблемы несовершеннолетних родителей На сегодняшний день, психологические проблемы несовершеннолетних родителей, развиваются все сильнее. По статистике молодые несовершеннолетние родители отказываются от ребенка в […]

Как зарегистрировать заявление в прокуратуру ГЕНЕРАЛЬНАЯ ПРОКУРАТУРА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПРИКАЗ от 27 декабря 2007 г. N 212 О ПОРЯДКЕ УЧЕТА И РАССМОТРЕНИЯ В ОРГАНАХ ПРОКУРАТУРЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СООБЩЕНИЙ О […]

Понятие «цитоплазма» является сложносоставным, и при переводе с греческого означает «содержимое клетки». Современная наука понимает под цитоплазмой сложную динамическую физико-химическую систему, заключенную внутри плазматической мембраны. То есть все внутриклеточное содержимое прокариотов, исключая хромосому, считают цитоплазмой клетки бактерий.

Цитоплазма клетки прокариотов имеет 2 слоя ограничения:

• цитоплазматическую мембрану (ЦПМ);
• клеточную стенку.

Ограничивающие цитоплазму у бактерий слои имеют различные функции и свойства.

Клеточная стенка бактерии

Наружный укрывной слой прокариотов, клеточная стенка, представляет собой плотную оболочку и выполняет ряд функций:

• защита от внешнего воздействия;
• придание микроорганизму характерной формы.

Фактически клеточная стенка микроорганизмов является своеобразным наружным скелетом. Такое строение оправданно – ведь внутриклеточное осмотическое давление может в десятки раз превышать давление наружное, и без защиты плотной клеточной стенки бактерию просто разорвет.

Плотная клеточная стенка характерна только для бактериальных и растительных клеток – животная клетка имеет мягкую оболочку.

Клеточная стенка бактерий, ограничивающая содержимое клетки, имеет толщину от 0,01 до 0,04 мкм, причем толщина стенки увеличивается в процессе жизни микроорганизма. Несмотря на плотность клеточной оболочки, она проницаема. Вовнутрь беспрепятственно проходят питательные вещества, а продукты жизнедеятельности выводятся из нее.

Цитоплазматическая мембрана

Между цитоплазмой и клеточной стенкой располагается ЦПМ – цитоплазматическая мембрана. В бактериальной клетке она выполняет целый ряд функций:

• регулирует поступление питательных веществ и вывод продуктов жизнедеятельности;
• синтезирует соединения для клеточной стенки;
• контролирует активность ряда ферментов, расположенных на ней.

Мембрана цитоплазмы настолько прочна, что бактериальная клетка может какое-то время существовать даже без клеточной стенки.

Внутриклеточный состав микроорганизма

Исследования с применением электронного микроскопа позволили установить у внутриклеточного вещества очень сложное строение.

Цитоплазма любой бактериальной клетки содержит большое количество воды, в ней находятся различные органические и неорганические соединения – жизненно важные структуры и органеллы. Так, в цитозоле (матриксе цитоплазмы), внутриклеточной жидкости, располагаются рибосомы, пластиды и запас питательных веществ.

Все внутриклеточное содержимое подразделяют на три группы:

• гиалоплазма (цитозоль или матрикс цитоплазмы);
• органеллы – обязательные части бактериальной клетки;
• включения – необязательные части.

Матрикс цитоплазмы представляет собой не водный раствор, а гель с изменяющейся вязкостью. Агрегатное состояние гиалоплазмы – гель-золь (большая или меньшая степень вязкости) находится в динамическом равновесии и зависит от внешних условий.

Гиалоплазма бактериального организма включает следующие структуры:

• неорганические вещества;
• метаболиты органического происхождения;
• биополимеры (белки, полисахариды).

Основное назначение гиалоплазмы состоит в объединении всех имеющихся включений и обеспечении между ними устойчивого химического взаимодействия.

Внутриклеточные органеллы прокариотов – это микроструктурные плазматические соединения, отвечающие за функции жизнеобеспечения и присутствующие практически во всех бактериальных клетках. Органеллы подразделяют на две большие группы:

• обязательные – имеют жизненно важное значение для функционирования организма;
• необязательные – не имеют большого значения для функционирования; микроорганизмы даже одного штамма могут различаться набором этих органелл.

Обязательные органеллы

К необходимым для жизнедеятельности клетки органеллам относятся:

• нуклеоид (бактериальная хромосома) – представляет собой кольцевую двухцепочную молекулу ДНК;
• рибосомы (отвечают за синтез белка) – аналогичны рибосомам клеток, имеющих ядро; могут перемещаться в цитоплазме свободно или быть связанными с ЦПМ;
• цитоплазматическая мембрана (ЦПМ);
• мезосомы – отвечают за энергетический метаболизм и участвуют в процессе клеточного деления; являются результатом впячивания цитоплазматической мембраны.

В центральной части пространства бактерии располагается аналог ядра эукариотов – нуклеоид (ДНК микроорганизма). В случае эукариотов ДНК располагается только в ядре, а в организме бактерии ДНК может концентрироваться в одном месте или быть рассредоточена в нескольких местах (плазмиды).

Другими отличиями хромосомы бактерии от эукариотических ядер являются:

• более рыхлая упаковка;
• отсутствие характерных для ядра органелл – ядрышек, мембраны и другие;
• не имеют связи с гистонами – основными белками.

Как аналог ядра эукариотов, бактериальная хромосома в вопросе организации ядерного вещества является примитивной формой.

Необязательные органеллы прокариотов

Необязательные органеллы бактерий не оказывают значительного влияния на функциональные способности бактериального организма. Характерной особенностью прокариотов является проявление диссоциации, в результате которой образуются морфотипы (морфовары) – штаммы микроорганизмов одного вида, имеющие морфологические различия.

Как итог, в бактериальной колонии проявляются различия не только по морфологическим признакам, но и по физиологическим, биохимическим, генетическим. Основные отличия морфоваров друг от друга состоят именно в составе необязательных органелл.

К необязательным органеллам относят:

• плазмиды – носители генетической информации, аналогичные бактериальной хромосоме, но значительно меньшего размера и с возможностью присутствия нескольких копий в организме;
• включения, содержащие питательные вещества (например, волютин); могут являться характерной особенностью конкретного вида микроорганизма.

Необязательные органеллы бактерий не являются постоянным признаком данного вида – многие включения представляют собой источники углерода или энергии. При благоприятных условиях микроорганизм формирует подобный запас во внутриклеточном пространстве, который расходует при наступлении неблагоприятных условий.

Включения, содержащие питательные вещества, принадлежат к гранулярному типу соединений. По своему составу могут подразделяться на:

• полисахариды – гранулеза (крахмал), гликоген;
• волютин (гранулы метахроматина) – содержит полиметафосфат;
• жировые капли;
• капли серы.

Именно включения низкомолекулярных образований приводят к возникновению различных значений осмотического давления цитоплазмы бактерии и наружной среды.

Вещество внутриклеточного пространства живой бактерии находится в постоянном движении (это называется циклоз), перемещая тем самым содержащиеся в нем вещества и органеллы.

Судьба жизни на Земле решалась примерно 2,6 млрд лет назад. Величайший экологический кризис совпал с крупнейшим эволюционным скачком. Будь катастрофа чуть сильнее, планета навсегда могла бы остаться безжизненной. Будь она слабее - возможно, бактерии и по сей день были бы единственными обитателями Земли...

Появление эукариот - живых клеток, обладающих ядром, - второе по значимости (после зарождения самой жизни) событие биологической эволюции. О том, когда, как и почему появилось клеточное ядро, и пойдет речь.

Жизнь на Земле прошла долгий путь развития от первой живой клетки до млекопитающих и человека. На этом пути было немало эпохальных событий, сделано множество великих открытий и гениальных изобретений. Какое из них было самым главным? Может быть, формирование человеческого мозга или выход животных на сушу? А может быть, появление многоклеточных организмов? Ученые тут почти единодушны: величайшим достижением эволюции стало появление клеток современного типа - с ядром, хромосомами, вакуолями и прочими органами, труднопроизносимые названия которых мы смутно помним со школьной скамьи. Тех самых клеток, из которых состоит в том числе и наше тело.

А вначале клетки были совсем другими. Не было у них ни ядер, ни вакуолей, ни других «органов», а хромосома была всего одна, и имела она форму кольца. Так и по сей день устроены клетки бактерий - первых обитателей Земли. Между этими первичными клетками и современными, усовершенствованными - пропасть куда большего размера, чем между медузой и человеком. Как же природе удалось преодолеть ее?

Бактериальный мир

Миллиард лет, а то и больше, Земля была царством бактерий. Уже в самых древних осадочных породах земной коры (их возраст 3,5 миллиарда лет) обнаружены остатки сине-зеленых водорослей, или цианобактерий. Эти микроскопические организмы процветают и поныне. За миллиарды лет они почти не изменились. Это они окрашивают воду в озерах и прудах в яркий голубовато-зеленый цвет, и тогда говорят, что «вода цветет». Сине-зеленые водоросли - отнюдь не самые примитивные из бактерий. От зарождения жизни до появления цианобактерий, скорее всего, прошли многие миллионы лет эволюции. К сожалению, никаких следов тех древнейших эпох в земной коре не сохранилось: беспощадное время и геологические катаклизмы уничтожили, переплавив в раскаленных недрах, все осадочные породы, возникшие в первые сотни миллионов лет существования Земли.

Цианобактерии - организмы не только древние, но и заслуженные. Именно они «изобрели» хлорофилл и фотосинтез. Их незаметный труд в течение многих миллионов лет постепенно обогатил океан и атмосферу кислородом, что сделало возможным появление настоящих растений и животных. Поначалу весь кислород уходил на окисление растворенного в океане железа. Окисленное железо выпадало в осадок: так образовались крупнейшие залежи железных руд. Только когда с железом было «покончено», кислород стал накапливаться в воде и поступать в атмосферу.

Не менее миллиарда лет цианобактерии были безраздельными хозяевами Земли и почти единственными ее обитателями. Дно Мирового океана было устлано голубовато-зелеными коврами. В этих коврах, цианобактериальных матах, вместе с сине-зелеными жили и другие бактерии. Все они были прекрасно приспособлены и друг к другу и к суровым условиям первобытного океана. В то время - архейскую эру (архей) - на Земле было очень жарко. Богатая углекислым газом атмосфера создавала мощный парниковый эффект. Из-за этого к концу архея Мировой океан нагрелся до 50–60°C. Растворяясь в воде, углекислый газ превращался в кислоту; горячие кислые воды облучались жестким ультрафиолетом (ведь у Земли еще не было современной атмосферы со спасительным озоновым щитом). Вдобавок в воде было растворено огромное количество ядовитых солей тяжелых металлов. Постоянные извержения вулканов, выбросы пепла и газов, резкие колебания условий окружающей среды - все это отнюдь не упрощало жизнь первым обитателям планеты.

Развившиеся в такой негостеприимной среде бактериальные сообщества были невероятно выносливыми и устойчивыми. Из-за этого их эволюция шла очень медленно. Они уже были приспособлены почти ко всему, и им незачем было совершенствоваться. Чтобы жизнь на Земле начала развиваться и усложняться, требовалась катастрофа. Необходимо было разрушить этот сверхустойчивый бактериальный мир, казавшийся вечным и нерушимым, чтобы освободить жизненное пространство для чего-то нового.

Планетная катастрофа - образование земного ядра

Долгожданная революция, положившая конец затянувшемуся застою и выведшая жизнь из бактериального «тупика», произошла 2,7–2,5 миллиардов лет назад, в самом конце архейской эры. Российские геологи О. Г. Сорохтин и С. А. Ушаков, авторы новейшей физической теории развития Земли, рассчитали, что в это время наша планета подверглась самому крупному и катастрофическому преобразованию за всю свою историю.

По их гипотезе, причиной катастрофы стало возникновение у нашей планеты железного ядра. С момента образования Земли до конца архея в верхних слоях мантии накапливалась расплавленная смесь железа и его двухвалентного оксида (FeO). Примерно 2,7 миллиарда лет назад масса этого расплава превысила некий порог, после чего тяжелая, вязкая, раскаленная жидкость буквально «провалилась» к центру Земли, вытеснив оттуда ее первичную, более легкую сердцевину. Эти грандиозные перемещения огромных масс вещества в недрах планеты разорвали и смяли ее тонкую поверхностную оболочку - земную кору. Повсюду извергались вулканы. Древние материки сблизились, столкнулись и слились в единый суперматерик Моногею - как раз над тем местом, где жидкое железо протекло в глубь планеты. Вышедшие на поверхность глубинные породы вступили в химическую реакцию с атмосферным углекислым газом, и очень скоро в атмосфере почти не осталось углекислоты. Парниковый эффект стал гораздо слабее, что привело к сильнейшему похолоданию: температура океана упала от +60°C до +6. Столь же внезапно и резко снизилась кислотность морской воды.

Это была величайшая из катастроф. Но даже она не смогла уничтожить цианобактерий. Они выжили, хотя им и пришлось по-настоящему туго. Исчезновение углекислотной атмосферы означало для них жестокий голод, ведь цианобактерии, как и высшие растения, используют углекислоту как сырье для синтеза органических веществ. Бактериальных матов стало меньше. От сплошных голубых ковров, выстилавших морское дно, остались обрывки. Бактериальный мир не погиб, но был сильно потрепан, в нем появились «дыры» и «бреши». Именно в этих «брешах» и «пробоинах» древнего мира и зародились в ту давнюю эпоху первые организмы с принципиально иным строением - более сложные и совершенные одноклеточные существа, которым предстояло стать новыми хозяевами планеты.

Появление клеточного ядра

Бактериальная клетка - сложная живая конструкция. Но клетки высших организмов - растений, животных, грибов и даже так называемых простейших (амеб, инфузорий) - устроены намного сложнее. У бактериальной клетки нет ни ядра, ни каких-либо иных внутренних «органов», окруженных оболочкой. Поэтому бактерии называют «прокариотами» (что в переводе с греческого означает «доядерные»). У высших организмов клетка имеет ядро, окруженное двойной оболочкой (отсюда название «эукариоты», т. е. имеющие выраженное ядро), а также «внутренние органы», важнейшие из которых - митохондрии (своеобразные энергетические станции). Митохондрии расщепляют органические вещества до углекислого газа и воды, используя кислород в качестве окислителя. Мы дышим исключительно для того, чтобы обеспечить кислородом митохондрии наших клеток. Кроме митохондрий, важнейшими органами эукариотической клетки оказываются пластиды (хлоропласты), служащие для фотосинтеза, которые есть только у растений.

Но главное в эукариотической клетке - это, конечно, ее ядро. В ядре хранится наследственная информация, записанная четырехбуквенным языком генетического кода в молекулах ДНК. У бактерий, разумеется, тоже есть ДНК - единственная молекула в форме кольца, содержащая все гены данного вида бактерий. Но бактериальная ДНК лежит прямо во внутренней среде клетки - в ее цитоплазме, где протекает активный обмен веществ. Это значит, что непосредственное окружение драгоценной молекулы напоминает химический завод или лабораторию алхимика, где ежесекундно появляются и исчезают сотни тысяч самых разнообразных веществ. Каждое из них потенциально может повлиять на наследственную информацию, а также на те молекулярные механизмы, которые эту информацию считывают и «воплощают в жизнь». В таких «антисанитарных» условиях нелегко создать эффективную и надежную «систему обслуживания» - хранения, чтения, воспроизведения и ремонта ДНК. Еще труднее создать молекулярный механизм, который мог бы «осмысленно» (сообразуясь с обстановкой) управлять работой такой системы.

Именно в этом и состоял великий смысл обособления клеточного ядра. Гены оказались надежно изолированы от цитоплазмы с ее бурлящей химией. Теперь можно было в «спокойной обстановке» наладить эффективную систему их регуляции. И тут оказалось, что при одном и том же наборе генов клетка может вести себя совершенно по-разному в разных условиях.

Как хорошо известно, одну и ту же книгу можно прочесть по-разному (особенно если книга хорошая). В зависимости от подготовки, настроения и жизненной ситуации читатель в первый раз найдет в книге одно, а перечитав ее через год, - совсем другое. Так же и с геномом эукариот. В зависимости от условий он «считывается» по-разному, и клетки, развивающиеся в итоге этого «прочтения», тоже оказываются разными. Так появился механизм ненаследственной приспособительной изменчивости - «изобретение», намного повысившее устойчивость и жизнеспособность организмов.

Без этой системы регуляции генов никогда бы не появились многоклеточные животные и растения. Ведь вся суть многоклеточного организма в том и состоит, что генетически идентичные клетки в зависимости от условий становятся разными - берут на себя выполнение различных функций, образуют разные ткани и органы. Прокариоты (бактерии) на это не способны принципиально.

Как приспосабливаются к меняющимся условиям бактерии? Они быстро мутируют и обмениваются друг с другом генами. Подавляющее большинство их гибнет, но, поскольку бактерий очень много, всегда есть вероятность, что кто-то из мутантов окажется жизнеспособным в новых условиях. Способ надежный, но чудовищно расточительный. И главное - тупиковый. При такой стратегии нет никаких причин усложняться, совершенствоваться. Бактерии не способны к прогрессу. Потому-то современные бактерии почти не отличаются от архейских.

Древнейшие следы присутствия эукариот обнаружены в осадочных породах возрастом около 2,7 миллиарда лет. Это как раз то время, когда у Земли образовалось железное ядро. По-видимому, катастрофа, едва не разрушившая бактериальный мир, заставила земную жизнь всерьез «задуматься» о поиске новых, лучших способов приспособления к меняющейся среде. Жизнь не может стоять на месте, она обречена на вечное совершенствование. Так появление земного ядра, возможно, стало причиной появления ядра клеточного.

Чудеса интеграции, или Может ли коллектив стать единым организмом

Еще в начале XX века ученые заметили, что пластиды и митохондрии по своему строению удивительно напоминают бактерий. Почти век ушел на сбор фактов и доказательств, но теперь уже можно считать твердо установленным, что эукариотическая клетка возникла в результате сожительства (симбиоза) нескольких разных бактериальных клеток.

С пластидами и митохондриями, по правде говоря, все было ясно уже давно. Эти «органы» эукариотической клетки имеют собственную кольцевую ДНК - в точности такую же, как у бактерий. Они самостоятельно размножаются внутри хозяйской клетки, просто делясь пополам, как это принято у прокариот. Они никогда не образуются заново, «из ничего». По всем признакам они самые настоящие бактерии. Причем можно даже точно сказать, какие именно: митохондрии напоминают так называемые альфа-протеобактерии, а пластиды - уже знакомые нам цианобактерии. Эти прославленные «изобретатели» хлорофилла и фотосинтеза так и «не поделились» ни с кем своим «открытием»: они и по сей день, став важной внутренней частью клеток растений, держат под своим «контролем» практически весь фотосинтез на планете (а значит, и почти все производство органических веществ и кислорода!).

Но откуда взялась сама клетка-хозяин? Какой микроб был ее «предком»? Среди ныне живущих бактерий кандидата на эту роль долго не могли найти. Дело в том, что гены эукариот, заключенные в клеточном ядре, резко отличаются по своей структуре от генов большинства бактерий: они состоят из множества отдельных «смысловых» кусков, разделенных длинными «бессмысленными» участками ДНК. Чтобы «прочесть» такой ген, все его кусочки нужно аккуратно «вырезать» и «склеить». Ничего подобного у обычных бактерий не наблюдается.

К удивлению ученых, «эукариотическое» строение генома, а также многие другие уникальные особенности эукариот обнаружились у самой странной и загадочной группы прокариотических организмов - архебактерий. Эти существа отличаются невероятной устойчивостью: они могут жить даже в кипящей воде геотермальных источников. У некоторых архебактерий оптимальная для жизни температура лежит в диапазоне +90–110°C, а при +80°C они уже начинают замерзать.

Сейчас большинство ученых считают, что эукариотическая клетка возникла в результате того, что какая-то архебактерия (возможно, приспособленная к жизни в кислой и горячей воде) приобрела внутриклеточных сожителей-симбионтов из числа обычных бактерий.

Приобретение внутриклеточных сожителей привело к тому, что в одной клетке оказалось несколько разных геномов. Ими нужно было как-то управлять. Создание такого руководящего центра клетки - клеточного ядра - стало жизненной необходимостью. По одной из гипотез, ядерная оболочка могла возникнуть как случайный результат несогласованной работы нескольких групп генов, отвечавших за формирование клеточных оболочек у только что объединившихся бактерий.

Разнообразные микробы, давшие начало эукариотической клетке, вовсе не сразу слились в единый организм. Сначала они просто жили вместе в одном бактериальном сообществе, постепенно приспосабливаясь друг к другу и учась извлекать выгоду из такого сожительства. Выделяемый цианобактериями кислород был для них ядовит. В ходе эволюции они «придумали» много разных способов борьбы с этим побочным продуктом своей жизнедеятельности. Одним из таких способов и стало... дыхание. Недавние исследования показали, что комплекс белков-ферментов, отвечающий за кислородное дыхание митохондрий, возник в результате небольшого изменения ферментов фотосинтеза. Ведь с точки зрения химии, фотосинтез и кислородное дыхание - это одна и та же химическая реакция, только идущая в противоположных направлениях:

CO 2 + H 2 O + энергия ↔ органические вещества.

Третий участник сообщества - архебактерии. Они могли забирать у цианобактерий излишки органики, сбраживать их и тем самым переводить в форму, более «удобоваримую» для дышащих бактерий.

Подобные микробные сообщества можно встретить и сегодня. Жизнь бактерий в таких сообществах протекает на удивление дружно и слаженно. Микробы «научились» даже обмениваться особыми химическими сигналами, чтобы лучше координировать свои действия. Кроме того, они активно обмениваются генами. Кстати, именно эта способность так мешает борьбе с инфекционными болезнями: стоит какой-нибудь одной бактерии в результате случайной мутации приобрести ген устойчивости к новому антибиотику, как очень скоро и другие виды бактерий могут приобрести этот ген путем обмена. Все это делает бактериальное сообщество похожим на единый организм.

Видимо, катастрофические события конца архейской эры заставили микробные сообщества пройти еще дальше по пути интеграции. Клетки разных видов бактерий, давно уже «притертые» и приспособленные друг к другу, стали объединяться под общей оболочкой. Это было необходимо для максимально слаженной, централизованной регуляции жизненных процессов в условиях кризиса.

Сообщество превратилось в организм. Индивидуумы слились воедино, отказавшись от самостоятельности во имя создания новой индивидуальности высшего порядка.

Кирпичики

Излюбленный аргумент противников теории эволюции - невозможность создать новую сложную структуру (например, новый ген) путем перебора случайных вариантов (мутаций). Антиэволюционисты утверждают, что с той же вероятностью смерч, пронесшийся над городской свалкой, может собрать из мусора и обломков космический корабль. И они совершенно правы!

Но только крупные эволюционные преобразования, по-видимому, идут вовсе не путем перебора бесчисленных мелких, случайных мутаций. На примере происхождения эукариотической клетки - а это, как уже отмечалось, крупнейшее эволюционное событие со времен появления жизни - хорошо видно, как Природа, создавая нечто принципиально новое, сложное, прогрессивное, умело пользуется уже готовыми, испытанными «кирпичиками», собирая из них, как из конструктора, новый организм. По-видимому, этот «блочный» принцип сборки новых живых систем пронизывает собой всю биологическую эволюцию и во многом определяет ее темп и особенности. По этому принципу (из крупных, заранее заготовленных и проверенных блоков) строятся и новые гены, и белки, и новые группы организмов. (Кстати, гены архебактерий и эукариот поделились на отдельные куски, скорее всего, именно с этой целью: такие блоки очень удобно перекомбинировать.)

Наука неуклонно приближается к новому видению Природы. Постепенно мы начинаем понимать, что все живое вокруг нас - вовсе не случайный набор видов и форм, а сложный и единый организм, развивающийся по своим непреложным законам. Любой живой организм, любая живая клетка, да и мы сами - кирпичики в великом «конструкторе» Природы. И каждый из таких кирпичиков может оказаться незаменимым.

По материалам статьи для журнала «Парадокс»

Цитоплазматическая мембрана при электронной микроскопии ультратонких срезов представляет собой трехслойную мембрану (2 темных слоя толщиной по 2,5 нм разделены светлым - промежуточным). По структуре она похожа на плазмалемму клеток животных и состоит из двойного слоя фосфолипидов с внедренными поверхностными, а также интегральными белками, как бы пронизывающими насквозь структуру мембраны. При избыточном росте (по сравнению с ростом клеточной стенки) цитоплазматическая мембрана образует инвагинаты - впячивания в виде сложно закрученных мембранных структур, называемые мезосомами. Менее сложно закрученные структуры называются внутрицитоплазматическими мембранами.

Цитоплазма

Цитоплазма состоит из растворимых белков, рибонуклеиновых кислот, включений и многочисленных мелких гранул - рибосом, ответственных за синтез (трансляцию) белков. Рибосомы бактерий имеют размер около 20 нм и коэффициент седиментации 70S, в отличие от 80S-рибосом, характерных для эукариотических клеток. Рибосомные РНК (рРНК) - консервативные элементы бактерий («молекулярные часы» эволюции). 16S рРНК входит в состав малой субъединицы рибосом, а 23S рРНК - в состав большой субъединицы рибосом. Изучение 16S рРНК является основой геносистематики, позволяя оценить степень родства организмов.
В цитоплазме имеются различные включения в виде гранул гликогена, полисахаридов, бета-оксимасляной кислоты и полифосфатов (волютин). Они являются запасными веществами для питания и энергетических потребностей бактерий. Волютин обладает сродством к основным красителям и легко выявляется с помощью специальных методов окраски (например, по Нейссеру) в виде метахроматических гранул. Характерное расположение гранул волютина выявляется у дифтерийной палочки в виде интенсивно прокрашивающихся полюсов клетки.

Нуклеоид

Нуклеоид - эквивалент ядра у бактерий. Он расположен в центральной зоне бактерий в виде двунитевой ДНК, замкнутой в кольцо и плотно уложенной наподобие клубка. Ядро бактерий, в отличие от эукариот, не имеет ядерной оболочки, ядрышка и основных белков (гистонов). Обычно в бактериальной клетке содержится одна хромосома, представленная замкнутой в кольцо молекулой ДНК.
Кроме нуклеоида, представленного одной хромосомой, в бактериальной клетке имеются внехромосомные факторы наследственности - плазмиды, представляющие собой ковалентно замкнутые кольца ДНК.

Капсула, микрокапсула, слизь

Капсула - слизистая структура толщиной более 0,2мкм, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая четко очерченные внешние границы. Капсула различима в мазках-отпечатках из патологического материала. В чистых культурах бактерий капсула образуется реже. Она выявляется при специальных методах окраски мазка (например, по Бурри-Гинсу), создающих негативное контрастирование веществ капсулы: тушь создает темный фон вокруг капсулы. Капсула состоит из полисахаридов (экзополисахаридов), иногда из полипептидов, например, у сибиреязвенной бациллы она состоит из полимеров D-глутаминовой кислоты. Капсула гидрофильна, препятствует фагоцитозу бактерий. Капсула антигенна: антитела против капсулы вызывают ее увеличение (реакция набухания капсулы).
Многие бактерии образуют микрокапсулу - слизистое образование толщиной менее 0,2мкм, выявляемое лишь при электронной микроскопии. От капсулы следует отличать слиэь - мукоидные экзополисахариды, не имеющие четких границ. Слизь растворима в воде.
Бактериальные экзополисахариды участвуют в адгезии (прилипании к субстратам), их еще называют гликокаликсом. Кроме синтеза
экзополисахаридов бактериями, существует и другой механизм их образования: путем действия внеклеточных ферментов бактерий на дисахариды. В результате этого образуются декстраны и леваны.

Жгутики

Жгутики бактерий определяют подвижность бактериальной клетки. Жгутики представляют собой тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны, имеют большую длину, чем сама клетка. Толщина жгутиков 12-20 нм, длина 3-15 мкм. Они состоят из 3 частей: спиралевидной нити, крюка и базального тельца, содержащего стержень со специальными дисками (1 пара дисков - у грамположительных и 2 пары дисков - у грамотрицательных бактерий). Дисками жгутики прикреплены к цитоплазматической мембране и клеточной стенке. При этом создается эффект электромотора со стержнем-мотором, вращающим жгутик. Жгутики состоят из белка - флагеллина (от flagellum - жгутик); является Н-антигеном. Субъединицы флагеллина закручены в виде спирали.
Число жгутиков у бактерий различных видов варьирует от одного (монотрих) у холерного вибриона до десятка и сотен жгутиков, отходящих по периметру бактерии (перитрих) у кишечной палочки, протея и др. Лофотрихи имеют пучок жгутиков на одном из концов клетки. Амфитрихи имеют по одному жгутику или пучку жгутиков на противоположных концах клетки.

Пили

Пили (фимбрии, ворсинки) - нитевидные образования, более тонкие и короткие (3-10нм х 0, 3-10мкм) , чем жгутики. Пили отходят от поверхности клетки и состоят из белка пилина, обладающего антигенной активностью. Различают пили, ответственные за адгезию, то есть за прикрепление бактерий к поражаемой клетке, а также пили, ответственные за питание, водносолевой обмен и половые (F-пили), или конъюгационные пили. Пили многочисленны - несколько сотен на клетку. Однако, половых пилей обычно бывает 1-3 на клетку: они образуются так называемыми "мужскими" клетками-донорами, содержащими трансмиссивные плазмиды (F-, R-, Col-плазмиды). Отличительной особенностью половых пилей является взаимодействие с особыми "мужскими" сферическими бактериофагами, которые интенсивно адсорбируются на половых пилях.

Споры

Споры - своебразная форма покоящихся фирмикутных бактерий, т.е. бактерий
с грамположительным типом строения клеточной стенки. Споры образуются при неблагоприятных условиях существования бактерий (высушивание, дефицит питательных веществ и др.. Внутри бактериальной клетки образуется одна спора (эндоспора). Образование спор способствует сохранению вида и не является способом размножения, как у грибов. Спорообразующие бактерии рода Bacillus имеют споры, не превышающие диаметр клетки. Бактерии, у которых размер споры превышает диаметр клетки, называются клостридиями, например, бактерии рода Clostridium (лат. Clostridium - веретено). Споры кислотоустойчивы, поэтому окрашиваются по методу Ауески или по методу Циля-Нильсена в красный, а вегетативная клетка в синий цвет.

Форма спор может быть овальной, шаровидной; расположение в клетке -терминальное, т.е. на конце палочки (у возбудителя столбняка), субтерминальное - ближе к концу палочки (у возбудителей ботулиэма, газовой гангрены) и центральное (у сибиреязвенной бациллы). Спора долго сохраняется из-за наличия многослойной оболочки, дипиколината кальция, низкого содержания воды и вялых процессов метаболизмов. В благоприятных условиях споры прорастают, проходя три последовательные стадии: активация, инициация, прорастание.