микробы

БАКТЕРИИ, обширная группа одноклеточных микроорганизмов,характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра ПЛАН Введение.СТРОЕНИЕ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БАКТЕРИЙ СтроениеСенсорные функции и поведениеРазмножение и генетикаМЕТАБОЛИЗМ ПитаниеГлавные источники энергииДыханиеБАКТЕРИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ БОРЬБА С БАКТЕРИЯМИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ Литература Введение

БАКТЕРИИ, обширная группа одноклеточныхмикроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточногоядра. Вместе с тем генетический материал бактерии дезоксирибонуклеиноваякислота, или ДНК занимает в клетке вполне определенное место зону,называемую нуклеоидом. Организмы с таким строением клеток называютсяпрокариотами доядерными в отличие от всех остальных эукариот истинноядерных , ДНК которых находится в окруженном оболочкой ядре.

Бактерии, ранее считавшиеся микроскопическими растениями, сейчасвыделены в самостоятельное царство Monera одно из пяти в нынешней системеклассификации наряду с растениями, животными, грибами и протистами. СТРОЕНИЕ ИЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БАКТЕРИЙ Бактерии гораздо мельче клеток многоклеточных растений и животных.Толщина их обычно составляет 0,5 2,0 мкм, а длина 1,0 8,0 мкм. Разглядетьнекоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световыхмикроскопов примерно 0,3

мкм , но известны и виды длиной более 10 мкм ишириной, также выходящей за указанные рамки, а ряд очень тонких бактерий можетпревышать в длину 50 мкм. На поверхности, соответствующей поставленнойкарандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величинепредставителей этого царства. Строение. По особенностям морфологии выделяют следующие группы бактерий кокки более или менее сферические , бациллы палочки или цилиндры сзакругленными концами , спириллы жесткие спирали и спирохеты тонкие

и гибкиеволосовидные формы . Некоторые авторы склонны объединять две последние группы водну спириллы. Прокариоты отличаются от эукариот главным образом отсутствиемоформленного ядра и наличием в типичном случае всего одной хромосомы оченьдлинной кольцевой молекулы ДНК, прикрепленной в одной точке к клеточноймембране. У прокариот нет и окруженных мембранами внутриклеточных органелл,называемых митохондриями и хлоропластами.

У эукариот митохондрии вырабатываютэнергию в процессе дыхания, а в хлоропластах идет фотосинтез см. также КЛЕТКА .У прокариот вся клетка целиком и в первую очередь клеточная мембрана беретна себя функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм заодно и хлоропласта.Как и у эукариот, внутри бактерии находятся мелкие нуклеопротеиновые структуры рибосомы, необходимые для синтеза белка, но они не связаны с какими-либомембранами.

За очень немногими исключениями, бактерии не способны синтезироватьстеролы важные компоненты мембран эукариотической клетки. Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий одето клеточнойстенкой, несколько напоминающей целлюлозную стенку растительных клеток, носостоящей из других полимеров в их состав входят не только углеводы, но иаминокислоты и специфические для бактерий вещества . Эта оболочка не даетбактериальной клетке лопнуть, когда в нее за счет осмоса поступает вода.

Поверхклеточной стенки часто находится защитная слизистая капсула. Многие бактерии снабженыжгутиками, с помощью которых они активно плавают. Жгутики бактерий устроеныпроще и несколько иначе, чем аналогичные структуры эукариот. Сенсорныефункции и поведение. Многие бактерии обладают химическимирецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрациюразличных веществ, например сахаров, аминокислот, кислорода

и диоксидауглерода. Для каждого вещества существует свой тип таких вкусовых рецепторов,и утрата какого-то из них в результате мутации приводит к частичной вкусовойслепоте . Многие подвижные бактерии реагируют также на колебания температуры, афотосинтезирующие виды на изменения освещенности. Некоторые бактериивоспринимают направление силовых линий магнитного поля, в том числе магнитногополя Земли, с помощью присутствующих в их клетках частичек магнетита магнитного железняка

Fe3O4 . В воде бактериииспользуют эту свою способность для того, чтобы плыть вдоль силовых линий впоисках благоприятной среды. Условные рефлексы у бактерий неизвестны, но определенного родапримитивная память у них есть. Плавая, они сравнивают воспринимаемую интенсивностьстимула с ее прежним значением, т.е. определяют, стала она больше или меньше,и, исходя из этого, сохраняют направление движения или изменяют его. Размножение и генетика. Бактерии размножаются бесполым путем

ДНК в их клеткереплицируется удваивается , клетка делится надвое, и каждая дочерняя клеткаполучает по одной копии родительской ДНК. Бактериальная ДНК может передаватьсяи между неделящимися клетками. При этом их слияния как у эукариот непроисходит, число особей не увеличивается, и обычно в другую клетку переноситсялишь небольшая часть генома полного набора генов , в отличие от настоящего полового процесса, при котором потомок получает по полному комплекту генов откаждого родителя.

Такой перенос ДНК может осуществляться тремя путями. Притрансформации бактерия поглощает из окружающей среды голую ДНК, попавшую тудапри разрушении других бактерий или сознательно подсунутую экспериментатором.Процесс называется трансформацией, поскольку на ранних стадиях его изученияосновное внимание уделялось превращению трансформации таким путем безвредныхорганизмов в вирулентные.

Фрагменты ДНК могут также переноситься от бактерии кбактерии особыми вирусами бактериофагами. Это называется трансдукцией.Известен также процесс, напоминающий оплодотворение и называемый конъюгацией бактерии соединяются друг с другом временными трубчатыми выростами копуляционными фимбриями , через которые ДНК переходит из мужской клетки в женскую . Иногда в бактерии присутствуют очень мелкие добавочные хромосомы плазмиды, которые также могут переноситься

от особи к особи. Если при этомплазмиды содержат гены, обусловливающие резистентность к антибиотикам, говорятоб инфекционной резистентности. Она важна с медицинской точки зрения, посколькуможет распространяться между различными видами и даже родами бактерий, врезультате чего вся бактериальная флора, скажем кишечника, становитсяустойчивой к действию определенных лекарственных препаратов. МЕТАБОЛИЗМОтчасти в силу мелких размеров бактерий интенсивность ихметаболизма гораздо выше, чем у эукариот.

При самых благоприятных условияхнекоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примернокаждые 20 мин. Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных системфункционирует с очень высокой скоростью. Так, кролику для синтеза белковоймолекулы требуются считанные минуты, а бактерии секунды. Однако вестественной среде, например в почве, большинство бактерий находится наголодном пайке , поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин, а раз внесколько дней.

Питание. Бактерии бывают автотрофами и гетеротрофами. Автотрофы сами себяпитающие не нуждаются в веществах, произведенных другими организмами. В качествеглавного или единственного источника углерода они используют его диоксид CO2 .Включая CO2 и другие неорганические вещества, в частности аммиак NH3 ,нитраты NO 3 и различные соединения серы, в сложныехимические реакции, они синтезируют все необходимые

им биохимические продукты. Гетеротрофы питающиеся другим используют в качестве основногоисточника углерода некоторым видам нужен и CO2 органические углеродсодержащие вещества, синтезированные другими организмами, в частностисахара. Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимыедля роста и жизнедеятельности клеток. В этом смысле гетеротрофные бактерии, ккоторым относится подавляющее большинство прокариот, сходны с человеком. Главныеисточники энергии.

Если для образования синтеза клеточныхкомпонентов используется в основном световая энергия фотоны , то процессназывается фотосинтезом, а способные к нему виды фототрофами. Фототрофныебактерии делятся на фотогетеротрофов и фотоавтотрофов в зависимости от того,какие соединения органические или неорганические служат для них главнымисточником углерода. Фотоавтотрофные цианобактерии сине-зеленые водоросли , как изеленые растения, за счет световой энергии

расщепляют молекулы воды H2O .При этом выделяется свободный кислород 1 2O2 и образуется водород 2H , который, можно сказать, превращаетдиоксид углерода CO2 в углеводы. У зеленых и пурпурных серныхбактерий световая энергия используется для расщепления не воды, а других неорганическихмолекул, например сероводорода H2S . В результате также образуетсяводород, восстанавливающий диоксид углерода, но кислород не выделяется.

Такойфотосинтез называется аноксигенным. Фотогетеротрофные бактерии, например пурпурные несерные, используютсветовую энергию для получения водорода из органических веществ, в частностиизопропанола, но его источником у них может служить и газообразный H2.Если основной источник энергии в клетке окисление химическихвеществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами взависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода органические или неорганические.

У первых органика дает как энергию, так иуглерод. Хемоавтотрофы получают энергию при окислении неорганических веществ, напримерводорода до воды 2H4 O2 2H2O ,железа Fe2 Fe3 или серы 2S 3O2 2H2O 2SO42 4H , а углерод из СO2. Эти организмы называют такжехемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они питаются горными породами. Дыхание. Клеточное дыхание процесс высвобождения химической энергии,запасенной в пищевых молекулах,

для ее дальнейшего использования в жизненнонеобходимых реакциях. Дыхание может быть аэробным и анаэробным. В первом случаедля него необходим кислород. Он нужен для работы т.н. электронотранспортнойсистемы электроны переходят от одной молекулы к другой при этом выделяетсяэнергия и в конечном итоге присоединяются к кислороду вместе с ионами водорода образуется вода. Анаэробным организмам кислород не нужен, а для некоторых видовэтой группы он даже ядовит.

Высвобождающиеся в ходе дыхания электроныприсоединяются к другим неорганическим акцепторам, например нитрату, сульфатуили карбонату, или при одной из форм такого дыхания брожении к определеннойорганической молекуле, в частности к глюкозеБАКТЕРИИ ИПРОМЫШЛЕННОСТЬ Учитывая разнообразие катализируемых бактериями химическихреакций, неудивительно, что они широко используются в производстве, в рядеслучаев с глубокой древности.

Славу таких микроскопических помощников человекапрокариоты делят с грибами, в первую очередь дрожжами, которые обеспечиваютбольшую часть процессов спиртового брожения, например при изготовлении вина ипива. Сейчас, когда стало возможным вводить в бактерии полезные гены, заставляяих синтезировать ценные вещества, например инсулин, промышленное применениеэтих живых лабораторий получило новый мощный стимул. Пищеваяпромышленность. В настоящее время бактерии применяютсяэтой отраслью в основном для производства

сыров, других кисломолочных продуктови уксуса. Главные химические реакции здесь образование кислот. Так, при полученииуксуса бактерии рода Acetobacter окисляют этиловый спирт, содержащийся всидре или других жидкостях, до уксусной кислоты. Аналогичные процессыпроисходят при квашении капусты анаэробные бактерии сбраживают содержащиеся влистьях этого растения сахара до молочной кислоты, а также уксусной кислоты иразличных спиртов. БОРЬБА С БАКТЕРИЯМИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Бактерии приносят не только пользу борьба с их массовымразмножением, например в пищевых продуктах или в водных системах целлюлозно-бумажныхпредприятий, превратилась в целое направление деятельности. Пища портится под действием бактерий, грибов и собственныхвызывающих автолиз самопереваривание ферментов, если не инактивировать ихнагреванием или другими способами. Поскольку главная причина порчи все-такибактерии, разработка систем эффективного хранения продовольствия

требует знанияпределов выносливости этих микроорганизмов. Одна из наиболее распространенных технологий пастеризациямолока, убивающая бактерии, которые вызывают, например, туберкулез и бруцеллез.Молоко выдерживают при 61 63 С в течение 30 мин или при 72 73 С всего 15 с.Это не ухудшает вкуса продукта, но инактивирует болезнетворные бактерии.Пастеризовать можно также вино, пиво и фруктовые соки.

Давно известна польза хранения пищевых продуктов на холоде. Низкиетемпературы не убивают бактерий, но не дают им расти и размножаться. Правда,при замораживании, например, до 25 С численность бактерий через несколькомесяцев снижается, однако большое количество этих микроорганизмов все жевыживает. При температуре чуть ниже нуля бактерии продолжают размножаться, ноочень медленно.

Их жизнеспособные культуры можно хранить почти бесконечно долгопосле лиофилизации замораживания высушивания в среде, содержащей белок,например в сыворотке крови. К другим известным методам хранения пищевых продуктов относятсявысушивание вяление и копчение , добавка больших количеств соли или сахара,что физиологически эквивалентно обезвоживанию, и маринование, т.е. помещение вконцентрированный раствор кислоты. При кислотности среды, соответствующей pH 4и ниже, жизнедеятельность

бактерий обычно сильно тормозится или прекращается.