Výživa baktérií. Autotrofy a heterotrofy.
Dýchanie baktérií
Na základe spôsobu získavania energie možno baktérie rozdeliť do dvoch skupín: aeróby a anaeróby. Aeróbne baktérie využívajú kyslík na rozklad organickej hmoty. Počas štiepenia sa uvoľňuje energia, ktorá sa vynakladá na životne dôležité procesy. Preto aeróbne baktérie môžu žiť len v kyslíkovom prostredí potrebnom na ich dýchanie.
Anaeróbne baktérie získavajú energiu v dôsledku bezkyslíkového rozkladu organických látok - fermentáciou alebo rozpadom.
Anaeróbne baktérie objavil francúzsky biológ Louis Pasteur v roku 1861. Tento objav ohromil biológov, pretože všetci verili, že život je nevyhnutne spojený s dýchaním, to znamená s používaním kyslíka. Prvou anaeróbnou baktériou objavenou L. Pasteurom bola Clostridium butyricum, bacil spôsobujúci fermentáciu sacharidov.
Fermentácia je enzymatické štiepenie sacharidov bez kyslíka.
Napríklad baktérie mliečneho kvasenia rozkladajú molekulu glukózy na dve molekuly kyseliny mliečnej. Energiu uvoľnenú v tomto procese využívajú na životne dôležité procesy. Túto reakciu možno zapísať pomocou chemických symbolov takto:
C 6 H 12 0 6 2 C 3 H 6 0 3 + ENERGIA
K takýmto reakciám dochádza pri kysnutí mlieka, výrobe kefíru, kyslej kapusty, namáčaní jabĺk a silážovaní. Cukry obsiahnuté v mlieku, zelenine a ovocí sa rozkladajú na kyselinu mliečnu a baktérie dostávajú potrebnú energiu. Zároveň sa však postupne zvyšuje kyslosť prostredia a stáva sa nevhodným pre život baktérií. Preto po fermentácii môžu byť potravinové výrobky dlho skladované.
Anaeróbne baktérie sa delia na obligátne baktérie, ktoré nemôžu žiť v prítomnosti kyslíka, a fakultatívne baktérie, ktoré žijú v kyslíkovom aj bezkyslíkovom prostredí.
Na základe spôsobu, akým sa živia, možno baktérie rozdeliť na dve časti veľké skupiny: autotrofy a heterotrofy.
Autotrofy sú baktérie, ktoré sú schopné produkovať organickej hmoty z anorganických.
Ak sa použije na syntézu solárna energia, potom sa baktérie nazývajú fotosyntetiká, a ak je energia uvoľnená pri rôznych chemické reakcie, - chemosyntetiká.
Všetky autotrofy majú dve veľké skupiny enzýmov. Niektoré poskytujú syntézu jednoduchých organických látok z anorganických, zatiaľ čo iné pomocou týchto látok (glukóza atď.) syntetizujú komplexné Organické zlúčeniny(škrob, mureín, bielkoviny atď.).
Medzi fotosyntetické baktérie patria fialové a zelené baktérie. Na rozdiel od rastlín získavajú vodík (H) nie z vody (H 2 0), ale zo sírovodíka (H 2 S). Pomocou chemických symbolov možno reakciu bakteriálnej fotosyntézy zapísať takto:
C02 + H2S CnH2nOn + H20 + S
Pri tejto forme fotosyntézy sa neuvoľňuje kyslík a síra sa hromadí v bakteriálnych bunkách. Tento typ fotosyntézy sa nazýva anaeróbny.
Fotosyntetické baktérie najčastejšie žijú vo vodných plochách na povrchu bahna a niektoré druhy žijú v horúcich prameňoch.
Charakter fotosyntézy je u siníc odlišný (aeróbny). Ide o najstaršie organizmy, ktoré sa na našej planéte objavili asi pred 3 miliardami rokov. Žijú hlavne v sladkých vodách, niekedy spôsobujú „kvety vody“. Niektoré druhy žijú v moriach a oceánoch, ako aj na súši a vytvárajú zelené povlaky na pôde, kameňoch a kôre stromov.
Fotosyntéza v cyanobaktériách je podobná ako v rastlinách a pomocou chemických symbolov ju možno vyjadriť nasledujúcou rovnicou:
C02 + H20 CnH2nOn + O2
Práve sinice boli jedinými dodávateľmi kyslíka do atmosféry 800 miliónov rokov.
Chemosyntetické baktérie prvýkrát objavil ruský vedec S. N. Vinogradsky v roku 1890. Tieto baktérie využívajú energiu uvoľnenú pri oxidácii zlúčenín amoniaku, dusíka, železa a síry.
Heterotrofné baktérie využívajú na výživu hotové organické látky produkované organizmami alebo zvyšky mŕtvych tiel.
Tieto baktérie majú dva spôsoby, ako získať potrebnú energiu: kvasenie a hnitie.
Hnitie je anaeróbne enzymatické štiepenie bielkovín a tukov.
Ak baktérie využívajú zvyšky mŕtvych tiel pre život, nazývajú sa saprotrofy. Slávny francúzsky mikrobiológ Louis Pasteur poukázal koncom 19. storočia na mimoriadne dôležitú úlohu saprotrofných baktérií v prírode. Tieto baktérie sú spolu s plesňami rozkladačmi (z latinského Reduce – vrátiť sa). Rozkladom organických zvyškov na minerálne soli čistia našu planétu od mŕtvol zvierat a zvyškov rastlín, poskytujú živým organizmom minerálne soli a uzatvárajú kolobeh látok v prírode.
Zároveň hnilobné baktérie, keď sa dostanú na potravinové výrobky, spôsobujú ich pokazenie. Na ochranu potravinárskych výrobkov pred rozkladačmi sa tieto podrobujú sušeniu, moreniu, údeniu, moreniu, mrazeniu, moreniu resp. špeciálne metódy konzervovanie - pasterizácia alebo sterilizácia.
Louis Pasteur vyvinul metódu konzervovania tekutých potravín (mlieka, vína, piva atď.), ktorá sa nazývala pasterizácia. Na zničenie baktérií sa kvapalina zahreje na teplotu 65 - 70 ° C a udržiava sa 15 - 30 minút.
Úplné zničenie baktérií sa dosiahne sterilizáciou. V tomto prípade sa výrobky udržiavajú pri teplote 140°C asi 3 hodiny, prípadne sa ošetrujú plynmi, tvrdým žiarením atď.
Patogénne baktérie spôsobujú ochorenia ako cholera, mor, tuberkulóza, zápal pľúc, salmonelóza, recidivujúca horúčka, angína, záškrt, tetanus a mnohé iné ľudské choroby, ako aj rôzne choroby zvierat a rastlín.
Štúdium patogénnych baktérií začal L. Pasteur a rozvinul ho v prácach Roberta Kocha, E. Smitha, Danily Samoilovičovej, Sh. Kitasata.
Už dlho je známe, že strukoviny zvyšujú úrodnosť pôdy. Napísali o tom Theophrastus a rímsky vedec Gaius Pliny starší.
V roku 1866 si známy ruský botanik a pôdoznalec M. S. Voronin všimol, že korene bôbovitých rastlín majú ha
Charakteristické opuchy sú uzliny, ktoré sa tvoria v dôsledku činnosti baktérií.
Až o 20 rokov neskôr sa holandskému mikrobiológovi Martinovi Beijerinckovi podarilo dokázať, že baktérie sa usadzujú na koreňoch strukovín, prijímajú z nich hotové organické látky a na oplátku dodávajú rastline potrebný dusík, ktorý absorbujú zo vzduchu. .
Takto bola objavená symbióza baktérií s rastlinami. Ďalší výskum ukázal, že nielen s rastlinami, ale aj so zvieratami a dokonca aj s ľuďmi. V ľudskom čreve sa usadzuje niekoľko druhov baktérií, ktoré sa živia zvyškami nestrávenej potravy, pričom na oplátku poskytujú vitamíny a niektoré ďalšie látky potrebné pre život človeka.
Na základe spôsobu ich kŕmenia možno baktérie rozdeliť do dvoch veľkých skupín: autotrofné a heterotrofné.
Autotrofy sú baktérie, ktoré sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických.
Ak sa na syntézu využíva slnečná energia, potom sa baktérie nazývajú fotosyntetiká a ak sa energia uvoľnená pri rôznych chemických reakciách nazýva chemosyntetiká.
Všetky autotrofy majú dve veľké skupiny enzýmov. Niektoré poskytujú syntézu jednoduchých organických látok z anorganických, zatiaľ čo iné pomocou týchto látok (glukóza atď.) syntetizujú zložité organické zlúčeniny (škrob, mureín, bielkoviny atď.).
Medzi fotosyntetické baktérie patria fialové a zelené baktérie. Na rozdiel od rastlín získavajú vodík (H) nie z vody (H 2 0), ale zo sírovodíka (H 2 S). Pomocou chemických symbolov možno reakciu bakteriálnej fotosyntézy zapísať takto:
C02 + H2S CnH2nOn + H20 + S
Pri tejto forme fotosyntézy sa neuvoľňuje kyslík a síra sa hromadí v bakteriálnych bunkách. Tento typ fotosyntézy sa nazýva anaeróbny.
Fotosyntetické baktérie najčastejšie žijú vo vodných plochách na povrchu bahna a niektoré druhy žijú v horúcich prameňoch.
Charakter fotosyntézy je u siníc odlišný (aeróbny). Ide o najstaršie organizmy, ktoré sa na našej planéte objavili asi pred 3 miliardami rokov. Žijú hlavne v sladkých vodách, niekedy spôsobujú „kvety vody“. Niektoré druhy žijú v moriach a oceánoch, ako aj na súši a vytvárajú zelené povlaky na pôde, kameňoch a kôre stromov.
Fotosyntéza v cyanobaktériách je podobná ako v rastlinách a pomocou chemických symbolov ju možno vyjadriť nasledujúcou rovnicou:
C02 + H20 CnH2nOn + O2
Práve sinice boli jedinými dodávateľmi kyslíka do atmosféry 800 miliónov rokov.
Chemosyntetické baktérie prvýkrát objavil ruský vedec S. N. Vinogradsky v roku 1890. Tieto baktérie využívajú energiu uvoľnenú pri oxidácii zlúčenín amoniaku, dusíka, železa a síry.
Heterotrofné baktérie využívajú na výživu hotové organické látky produkované organizmami alebo zvyšky mŕtvych tiel.
Tieto baktérie majú dva spôsoby, ako získať potrebnú energiu: kvasenie a hnitie.
Hnitie je anaeróbne enzymatické štiepenie bielkovín a tukov.
Ak baktérie využívajú zvyšky mŕtvych tiel pre život, nazývajú sa saprotrofy. Slávny francúzsky mikrobiológ Louis Pasteur poukázal koncom 19. storočia na mimoriadne dôležitú úlohu saprotrofných baktérií v prírode. Tieto baktérie sú spolu s plesňami rozkladačmi (z latinského Reduce – vrátiť sa). Rozkladom organických zvyškov na minerálne soli čistia našu planétu od mŕtvol zvierat a zvyškov rastlín, poskytujú živým organizmom minerálne soli a uzatvárajú kolobeh látok v prírode.
Zároveň hnilobné baktérie, keď sa dostanú na potravinové výrobky, spôsobujú ich pokazenie. Na ochranu potravinárskych výrobkov pred rozkladačmi sa tieto podrobujú sušeniu, moreniu, údeniu, soleniu, mrazeniu, fermentácii alebo špeciálnym konzervačným metódam – pasterizácii alebo sterilizácii.
Louis Pasteur vyvinul metódu konzervovania tekutých potravín (mlieka, vína, piva atď.), ktorá sa nazývala pasterizácia. Na zničenie baktérií sa kvapalina zahreje na teplotu 65 - 70 ° C a udržiava sa 15 - 30 minút.
Úplné zničenie baktérií sa dosiahne sterilizáciou. V tomto prípade sa výrobky udržiavajú pri teplote 140°C asi 3 hodiny, prípadne sa ošetrujú plynmi, tvrdým žiarením atď.
Patogénne baktérie spôsobujú choroby ako cholera, mor, tuberkulóza, zápal pľúc, salmonelóza, recidivujúca horúčka, angína, záškrt, tetanus a mnohé iné choroby človeka, ako aj rôzne choroby zvierat a rastlín.
Štúdium patogénnych baktérií začal L. Pasteur a rozvinul ho v prácach Roberta Kocha, E. Smitha, Danily Samoilovičovej, Sh. Kitasata.
Už dlho je známe, že strukoviny zvyšujú úrodnosť pôdy. Napísali o tom Theophrastus a rímsky vedec Gaius Pliny starší.
V roku 1866 si známy ruský botanik a pôdoznalec M. S. Voronin všimol, že korene bôbovitých rastlín majú ha
Charakteristické opuchy sú uzliny, ktoré sa tvoria v dôsledku činnosti baktérií.
Až o 20 rokov neskôr sa holandskému mikrobiológovi Martinovi Beijerinckovi podarilo dokázať, že baktérie sa usadzujú na koreňoch strukovín, prijímajú z nich hotové organické látky a na oplátku dodávajú rastline potrebný dusík, ktorý absorbujú zo vzduchu. .
Takto bola objavená symbióza baktérií s rastlinami. Ďalší výskum ukázal, že nielen s rastlinami, ale aj so zvieratami a dokonca aj s ľuďmi. V ľudskom čreve sa usadzuje niekoľko druhov baktérií, ktoré sa živia zvyškami nestrávenej potravy, pričom na oplátku poskytujú vitamíny a niektoré ďalšie látky potrebné pre život človeka.
Význam baktérií
1. Podieľajú sa v ekosystémoch na ničení odumretého organického materiálu a tým sa priamo zúčastňujú kolobehu uhlíka, dusíka, fosforu, síry, železa a iných prvkov.
2. S aktivitou baktérií súvisí množstvo procesov v prírode, symbiotická (uzlinové baktérie) aj nesymbiotická (azotobaktérie) fixácia molekulárneho dusíka.
Ľudia používajú v národnom hospodárstve mnoho druhov baktérií: získavanie organických produktov v dôsledku fermentácie (baktérie kyseliny octovej, laktobacily).
3. Slúžiť ako zdroj pre antibiotiká (gramicidín, streptomycín).
4. Baktérie sa používajú na vytváranie nových metód na výrobu priemyselne dôležitých látok vrátane alkoholov, organických kyselín, cukrov, polymérov, aminokyselín a množstva enzýmov.
5. Symbiotické baktérie čreva cicavcov (mikroflóra) sa podieľajú na syntéze množstva vitamínov skupiny B a vitamínu K a tiež rozkladajú vlákninu.
6. Ďakujem genetické inžinierstvo V súčasnosti sa podarilo úspešne preniesť gény ľudského inzulínu do genómu Escherichia coli a priemyselná výroba tohto hormónu sa už začala.
7. Mnoho druhov baktérií spôsobuje choroby rastlín, zvierat a ľudí.
Kapitola 11
KRÁĽOVSTVO VÍRUSOV (VIRA)
História objavenia vírusov
Koncom 19. storočia postihla tabakové plantáže na Kryme zvláštna choroba. Listy chorých rastlín boli pokryté hrdzavými škvrnami, zvrásnené a vysušené.
O túto chorobu sa začal zaujímať absolvent Petrohradskej univerzity D.I.Ivanovskij. Aby izoloval pôvodcu choroby, rozomlel listy chorých rastlín a výslednú šťavu prefiltroval cez plátno. Nie však ani v precedenej šťave, ani vo zvyšku na plátne patogénne baktérie D.I. Ivanovsky to nenašiel. Napätá šťava aplikovaná na listy zdravých rastlín zároveň spôsobila v 80 % prípadov charakteristické ochorenie. Je možné, že baktérie spôsobujúce ochorenie sú príliš malé? Ivanovský filtruje šťavu cez porcelánový filter, ktorý, ako je známe, neprepúšťa ani tie najmenšie baktérie. A opäť bezvýsledne. D.I. Ivanovsky prichádza k záveru, že ochorenie tabaku je spôsobené malými filtrovateľnými baktériami, ktoré nie je možné vidieť optickým mikroskopom.
O niekoľko rokov neskôr holandský mikrobiológ Martin Beijerinck skúma príčiny tabakového ochorenia a prichádza k záveru, že rastliny sú ovplyvnené... jedovatou tekutinou, ktorú nazval „vírus“ (z latinského vírusu – jed ). Ukázalo sa však, že jed je veľmi zvláštny: sila akéhokoľvek jedu závisí od jeho koncentrácie, ale vírus Beijerinck v akomkoľvek zriedení poskytol rovnaký výsledok. A zdroj jedu zostal neznámy.
V roku 1932 sa profesorovi Windellovi Stanleymu (USA) podarilo získať lyžičku kryštálov z tony napadnutých listov. Potieraním listov zdravých rastlín roztokmi týchto kryštálikov ich spôsobil charakteristické choroby. Môžu sa však živé bytosti zmeniť na kryštály? Stanley prichádza k záveru, že vírusy nie sú živé bytosti, ale proteínové molekuly.
Len o sedem rokov neskôr bolo pomocou elektrónového mikroskopu možné vidieť nepolapiteľný vírus.
Štruktúra vírusov
Všetky vírusy možno považovať za genetické prvky, oblečené v ochrannom proteínovom obale a schopné prechádzať z jednej bunky do druhej.
Jednotlivé vírusové častice – virióny – sú symetrické telieska pozostávajúce z opakujúcich sa prvkov. V jadre každého viriónu je genetický materiál reprezentovaný molekulami DNA a RNA. Existuje veľké množstvo foriem týchto molekúl: existujú vírusy obsahujúce dvojvláknovú DNA v kruhovej alebo lineárnej forme; vírusy s jednovláknovou kruhovou DNA; jednovláknová alebo dvojvláknová RNA; obsahujúce dve identické jednovláknové RNA.
Genetický materiál vírusu (genóm) je obklopený kapsidou - proteínovým obalom, ktorý ho chráni pred pôsobením nukleáz - enzýmov, ktoré ničia nukleové kyseliny, ako aj pred vystavením ultrafialovému žiareniu.
Vírusy - infekčné agens
Žiadny zo známych vírusov nie je schopný samostatnej existencie. Až keď vstúpi do bunky, genetický materiál vírusu sa rozmnoží a prepne fungovanie bunkových biochemických transportérov na produkciu vírusových proteínov: enzýmov potrebných na replikáciu vírusového rozpadu - celého súboru jeho génov, ako aj proteínov. vírusovej obálky. V bunke dochádza k zostaveniu nukleových kyselín a proteínov z početných potomkov jedného vírusu, ktorý do nej vstúpil.
Štúdium vírusov umožnilo nielen zistiť príčiny mnohých chorôb známych od staroveku, ale aj nájsť spôsoby, ako proti nim bojovať.
Tým, že sa vírusy usadzujú v bunkách živých organizmov, spôsobujú mnohé nebezpečných chorôb rastlín (mozaiková choroba tabaku, paradajok, uhoriek, kučeravosť listov a pod.) a domácich zvierat (slintačka a krívačka, mor ošípaných a vtákov atď.), čo výrazne znižuje výnosy plodín a vedie k hromadnému úhynu zvierat.
Vírusy spôsobujú u ľudí nebezpečné ochorenia (osýpky, kiahne, detská obrna atď.). IN posledné roky Pribudlo k nim ešte jedno ochorenie – AIDS (syndróm získanej imunodeficiencie).
Ryža. 91. Stafylokoky a streptokoky v hnise.
Ryža. 92. Stavba baktérie: 1. puzdro, 2. bunková stena, 3. cytoplazmatická membrána, 4. protoplast, 5. bazálne telo bičíka, 6. bičík, 7. pili, 8. nukleoid (reťazec DNA), 9. mezozómy, 10. ribozómy, 11. vakuoly a inklúzie.
Polopriepustná cytoplazmatická membrána zabezpečuje selektívny vstup látok do bunky a uvoľňovanie do životné prostredie metabolických produktov, a tiež tvorí retrakcie do cytoplazmy – lyzozómy. Redoxné enzýmy sa nachádzajú na membránach lyzozómov a fotosyntetické baktérie majú zodpovedajúce pigmenty, vďaka ktorým sú schopné plniť funkciu mitochondrií, chloroplastov či Golgiho aparátu.
Tenká a elastická bunková stena, ktorá obsahuje murein, dáva bakteriálnej bunke určitý tvar, chráni obsah bunky pred vystavením nepriaznivým faktorom vonkajšie prostredie a vykonáva množstvo ďalších funkcií. Mnohé druhy tvoria hlienovú kapsulu.
V centrálnej časti bunky je jadro, obsahujúca jednu DNA uzavretú v reťazci, ktorá riadi normálny priebeh všetkých vnútrobunkových procesov a je nositeľkou genetickej informácie. V baktériách sa jadierka nenašli. Neexistujú ani mitochondrie, chloroplasty, Golgiho komplex a iné membránové štruktúry charakteristické pre všetky eukaryotických buniek. V cytoplazme bakteriálnej bunky je však obrovské množstvo ribozómov (niekedy až 20 tisíc). Niektoré vodné a pôdne baktérie bez bičíkov majú v cytoplazme plynové vakuoly. Reguláciou množstva plynov vo vakuolách môžu vodné baktérie klesať do vodného stĺpca alebo stúpať na jeho povrch a pôdne baktérie sa môžu pohybovať v pôdnych kapilárach.
Rezervnými látkami bakteriálnej bunky sú polysacharidy (škrob, glykogén), tuky, polyfosfáty.
Väčšina baktérií je bezfarebná a len niekoľko (zelené a fialové) obsahuje vo svojej cytoplazme pigmenty ako zelený chlorofyl a červený fykoerytrín.
Baktérie sa množia o jednoduché delenie bunky v dvoch (obr. 93). Rozmnožovanie pučaním sa u baktérií vyskytuje výnimočne. IN V poslednej dobe Niektoré baktérie majú zjednodušené formy pohlavného procesu (napríklad E. coli) (obr. 94).
Ryža. 93. Rozdelenie grampozitívnych a gramnegatívnych baktérií.
Obr.94. Konjugácia a prenos F-faktora: 1-replikácia, prenos (2) a syntéza 2. reťazca (3). Nižšie je mikrofotografia bakteriálnej konjugácie.
Sexuálny proces sa podobá konjugácii, pri ktorej sa genetický materiál prenáša z jednej bunky do druhej priamym kontaktom. Potom sa bunky oddelia. Počet jedincov v dôsledku sexuálneho procesu zostáva rovnaký, ale ich dedičný materiál sa vymieňa, to znamená, že dochádza k genetickej rekombinácii.
Malá skupina baktérií sa vyznačuje sporuláciou. V tomto prípade bakteriálna bunka prechádza množstvom biochemických procesov: množstvo voľnej vody v nej klesá, enzymatickú aktivitu, cytoplazma je stlačená a pokrytá veľmi hustou membránou.
Spóry poskytujú schopnosť znášať nepriaznivé podmienky. Vydržia dlhšie sušenie, zahrievanie nad 100 stupňov a ochladzovanie takmer na absolútnu nulu. V normálnom stave sú baktérie nestabilné pri sušení, vystavení priamemu slnečnému žiareniu, zvýšenej teplote na 65-80 stupňov atď. Za priaznivých podmienok spóry napučiavajú a klíčia a vytvárajú novú bakteriálnu bunku.
Ryža. 95. Baktérie tvoriace spóry.
Napriek neustálemu odumieraniu baktérií tieto primitívne organizmy prežili od pradávna vďaka svojej schopnosti rýchlo sa rozmnožovať, vytvárať spóry, byť extrémne odolné voči rôznym environmentálnym faktorom a byť rozšírené.
Podľa druhu jedla Baktérie sú rozdelené do dvoch skupín: autotrofné a heterotrofné. Autotrofné baktérie syntetizujú organické látky z anorganických. Syntetické reakcie sa vyskytujú pri spotrebe energie. V závislosti od toho, akú energiu využívajú autotrofy na syntézu organických látok, sa rozlišujú foto- a chemosyntetické baktérie.
Podľa typu dýchania(podľa stupňa potreby molekulárneho kyslíka) sa baktérie delia do troch skupín:
Ryža. 96. Moderné pohľady mikroorganizmy – tyčinkovité baktérie a koky (mikrograf).
otázky:
1. Aká je štruktúra bakteriálnej bunky?
2. Ako sa líši bakteriálna bunka od rastlinnej bunky?
4. Ako sa baktérie rozmnožujú?
5. Čo sa stane s baktériami, keď nastanú nepriaznivé podmienky?
§27. Baktérie prospešné pre človeka.
Mikroorganizmy majú veľký význam pre ľudí: po prvé, pretože zohrávajú dôležitú úlohu v biosfére, a po druhé, pretože sa dajú použiť na rôzne účely. Človek stále viac využíva baktérie prostredníctvom vytvárania nových biotechnológií. Biotechnológia vďačí za svoj úspech genetikom.
Ryža. 97. Bunky Escherichia coli
Baktérie a úrodnosť pôdy.
Baktérie zohrávajú dôležitú úlohu v úrodnosti pôdy. Vďaka vitálnej aktivite baktérií dochádza k rozkladu a mineralizácii organických látok mŕtvych rastlín a živočíchov. Výsledný jednoduchý anorganické zlúčeniny sú zapojené do všeobecného kolobehu látok, bez ktorých by život na Zemi nebol možný. Baktérie spolu s lišajníkmi, hubami a riasami ničia horniny, čím sa zúčastňujú počiatočné štádiá pôdotvorné procesy.
Osobitnú úlohu v prírode zohrávajú baktérie, ktoré sú schopné fixovať molekulárny dusík, ktorý je pre vyššie rastliny nedostupný. Takéto baktérie, ktoré obývajú pôdu, ju obohacujú dusíkom. Do tejto skupiny patria uzlové baktérie, ktoré sa usadzujú na koreňoch strukovín. Prenikajúce cez koreňový vlások do korienka spôsobujú silné množenie koreňových buniek vo forme uzlíkov. Najprv baktérie žijú z rastliny a potom začnú viazať dusík s následnou tvorbou amoniaku az neho dusitany a dusičnany. Vzniknuté dusíkaté látky sú dostatočné pre baktérie aj rastliny. Okrem toho sa do pôdy uvoľňujú niektoré dusitany a dusičnany, čím sa zvyšuje jej úrodnosť.
Čistenie odtokov.
V čistiarňach odpadových vôd zohrávajú baktérie takmer rovnakú úlohu ako v pôde. Rozkladajú tiež organické látky a menia ich na neškodné, rozpustné anorganické zlúčeniny.
Domácnosť odpadových vôd predseparované v špeciálnych usadzovacích nádržiach na kvapalnú časť a kal, ktoré sú následne spracované v niekoľkých stupňoch pomocou aeróbnych a anaeróbnych baktérií.
Metán produkovaný anaeróbnymi baktériami sa niekedy používa ako palivo pre prevádzkové mechanizmy čistiarní odpadových vôd. Po čistení sa získa vyčistená kvapalina, ktorá sa uvoľňuje do riek.
Symbiotické baktérie.
Cicavce a iné zvieratá nedokážu stráviť vlákninu, pretože nemajú enzým celulózu. Prevažná časť potravy, ktorú jedia bylinožravce, je vláknina.
V ich črevách však žijú symbiotické baktérie a prvoky a trávia vlákninu. U králikov takéto baktérie žijú v slepom čreve a slepom čreve, u kráv a oviec - v bachore. Nepriamym spôsobom slúžia tieto baktérie aj ľuďom, keďže na potravu využívajú mäso domácich zvierat.
Najpriamejšie súvisí s človekom „mikroflóra“ jeho vlastných čriev. V črevách žije veľa baktérií, niektoré z nich syntetizujú vitamíny B a K.
Niektoré baktérie žijúce na ľudskej koži ju chránia pred infekciou polygénnymi organizmami.
Ľudské bakteriálne symbionty tvoria jeho normálnu mikroflóru. Žijú v črevách, na koži, na slizniciach, poskytujú buď ochranu (súťažným bránením iným, škodlivým baktériám v kolonizácii týchto oblastí), alebo sa podieľajú na trávení potravy a syntéze niektorých vitamínov potrebných pre človeka. Ľudského symbionta sme už spomínali coli. Celkovo normálna ľudská mikroflóra zahŕňa asi 500 druhov baktérií. Ak zabijete všetky baktérie na koži alebo črevách človeka, nič dobré z toho nebude. Úloha normálnej mikroflóry bola študovaná u sterilných zvierat. Zvieratá (potkany alebo myši) sú chované v špeciálnych podmienkach a vidia, čo sa s nimi deje v neprítomnosti baktérií. Treba si uvedomiť, že si nežijú veľmi dobre. Takže všetci skutočný muž- toto nie je len zástupca druhu Homo sapiens, ale celá zbierka rôznych organizmov.
Vírusy, ako napríklad herpes vírus, sa môžu prenášať aj sexuálne. Herpes vírus spôsobuje tvorbu pľuzgierov na koži naplnených vírusovými časticami („horúčka“). Medzi obyvateľstvom západné krajiny 70-90% je infikovaných herpes vírusom, 30% má vyrážky a 10% má genitálne formy ochorenia. Sexuálne sa môžu prenášať vírusy ľudskej imunodeficiencie (spôsobujú AIDS – syndróm progresívnej imunodeficiencie), hepatitídu B a C (postihujú pečeň), papilomavírusy (spôsobujú prerastanie kožného epitelu a tvorbu bradavíc, niektoré druhy spôsobujú rozvoj rakoviny).
Medzi pôvodcami pohlavne prenosných chorôb boli skôr ako iné opísané gonokok, spirochéta pallidum a eukaryotický organizmus Trichomonas. Po dlhú dobu mal pacient príznaky genitourinárnej infekcie, ale žiadny z týchto troch patogénov nebol identifikovaný a bola mu diagnostikovaná „nešpecifická uretritída“. V druhej polovici 20. storočia sa však našli pôvodcovia „nešpecifického“ zápalu. Patria sem gardnerella, chlamydia, ureaplasma, mycoplasma a niektoré ďalšie druhy. Choroby, ktoré spôsobujú, sa vyznačujú tým, že majú často málo symptómov, ich nosič si ich nevšimne a prechádzajú do chronická forma. Aspoň jeden z týchto patogénov sa vyskytuje u 30-50% ľudí, u niektorých ľudí (ktorí majú niekoľko sexuálnych partnerov) možno nájsť celú „kyticu“ patogénov. Doteraz sa niektorí lekári domnievajú, že tieto baktérie sú neškodné. To je nesprávne, už dávno sa ukázalo, že tieto baktérie nie sú len patogény genitourinárne infekcie, jeden z najviac ťažké komplikáciečo je neplodnosť, ale aj množstvo bežných chorôb, len sa zaužívané predstavy pomaly menia.
Baktéria Gardnerella, ktorá spôsobuje gardnerelózu zápalové ochorenie genitourinárny trakt - bol opísaný v polovici dvadsiateho storočia. Gardnerella je o niečo väčšia ako gonokok a má štruktúru charakteristickú pre prokaryoty. V prípravkoch získaných od pacientov vyzerajú epitelové bunky reprodukčného traktu, akoby boli „okorenené“; Tieto papriky sú presne gardnerellas. Spôsobujú aj zápaly urogenitálneho traktu a to najviac vážne následky takou chorobou je neplodnosť.
Prejdime k vírusom.
Vírusy nie sú prokaryoty. Niekedy sú izolované do samostatného kráľovstva, niekedy sú opísané mimo kráľovstiev prírody. Existujú určité problémy s klasifikáciou vírusov a existujú spory o tom, či by sa vírusy mali považovať za živé alebo neživé. Predtým boli vírusy považované za najjednoduchšie organizmy, pretože sú najmenšie a majú najmenej bielkovín a DNA a verilo sa, že všetky ostatné organizmy pochádzajú z vírusov. Ale teraz, keď sa zistilo, že vírusy nemôžu žiť bez bunky, nie je dôvod si myslieť, že sa objavili pred bunkou. Zrejme najbližšie k pravde je myšlienka, že vírusy sú „rozbehnuté“ gény, t.j. sú to gény, ktoré sa stali autonómnymi a získali systém vlastnej reprodukcie.
Napriek všetkým rozdielom v tvare a veľkosti sa všetky vírusy tvoria podobným spôsobom. Všetky sú pokryté proteínovým obalom a obsahujú nukleovú kyselinu – RNA alebo DNA. DNA môže byť kruhová alebo lineárna, RNA môže byť jednovláknová alebo dvojvláknová.
Pozrime sa na štruktúru vírusových častíc pomocou príkladu herpes vírusu. Proteínová škrupina vírusu, nazývaná nukleokapsida, je postavená z proteínov a je to pravidelný šesťuholník. Okolo je škrupina, ktorú vírus vytvára z kúskov bunkových membrán, na ktoré telo neútočí, keďže ide o membrány jeho vlastných buniek. Je pravda, že tieto membrány sú pokryté vírusovými proteínmi, takže imunitný systém stále dokáže rozpoznať herpes vírus. „Zabalenie“ do membrány je spôsob ochrany vírusu. Vo vnútri proteínového šesťuholníka sa nachádza lineárna dvojvláknová molekula DNA. Na obrázku nižšie vpravo je bunka „naplnená“ časticami dozrievajúceho vírusu. Herpes vírus sa množí v bunkách kožného epitelu, no pri množení vírusové častice infikujú nervy a vírus preniká nervom až do miechy. Vírusová DNA je tam integrovaná do genómu buniek koreňov miechy, preto, keď sa človek nakazí, nesie vírusovú DNA. Je nemožné ho vyliečiť navždy, pokiaľ sa neodstráni spolu s bunkami miechy. Z času na čas môžu genómové kópie syntetizovať novú vírusovú DNA. Ale ak imunitný systém človeka funguje dobre, potom má protilátky, ktoré ho chránia pred týmto vírusom. Tieto protilátky bránia vírusu dostať sa zo svojho úkrytu. No pri oslabení imunity, napríklad pri prechladnutí, titer protilátok v krvi klesne, vírusy opustia bunky miechy a po nervu putujú do kožného epitelu a tam sa začne množiť. Preto sa pľuzgiere, ktoré sa objavujú na miestach, cez ktoré sa vírus dostal do tela - najčastejšie na tvári, na perách - nazývajú „prechladnutie“.
Blízkym príbuzným vírusu herpesu je vírus ovčích kiahní. Človek dostane ovčie kiahne raz za život, zvyčajne v detstve. Celé telo dieťaťa je pokryté herpetickými pľuzgiermi; potom sa usadí aj vírus ovčích kiahní miecha a aktivácia vírusu spôsobuje zápal nervov a kožné vyrážky nazývané pásový opar. Proces je dosť bolestivý a môže človeka pripraviť o prácu na mesiac.
Papilomavírus je v porovnaní s herpes vírusom oveľa menší. Štruktúra je v podstate rovnaká. Prenáša sa priamym kontaktom vrátane sexuálneho kontaktu. Papilomavírus je celkom bežný; spôsobuje proliferáciu epitelu (tvoria sa bradavice a papilómy). Niektoré kmene tohto vírusu sú onkogénne – u žien spôsobujú rakovinu krčka maternice. To znamená, že ide o formu rakoviny, ktorá sa prenáša sexuálne. V súčasnosti boli vyvinuté vakcíny na ochranu ľudí pred touto formou rakoviny.
vírus AIDS
Obrázok nižšie ukazuje model a fotografiu vírusu ľudskej imunodeficiencie (HIV). Vírus spôsobuje syndróm progresívnej imunodeficiencie (AIDS). Vírusová častica obsahuje niekoľko proteínových obalov, vo vnútri ktorých sú dve molekuly vírusovej RNA. Tento vírus napáda lymfocyty, bunky, ktoré chránia telo pred infekciou. Tým, že ničí lymfocyty, zbavuje človeka imunitnú obranu proti rôzne infekcie. Práve sprievodné infekcie alebo nádory, ktoré vznikajú v dôsledku oslabenej imunitnej obrany, spôsobujú u pacientov s AIDS smrť.
Životný cyklus vírusu ľudskej imunodeficiencie je charakteristický aj pre iné vírusy, ktoré obsahujú RNA a integrujú svoj RNA genóm do hostiteľského genómu.
Je možné rozlíšiť nasledujúce fázy:
Vírus sa viaže na receptory na povrchu bunky.
Vírus pomocou týchto receptorov preniká do bunky a „vyzlieka sa“ - odstraňuje proteínový obal z RNA.
Na vírusovej RNA pomocou enzýmu reverzná transkriptáza (revertáza) syntetizuje kópiu DNA na RNA. Revertáza je súčasťou vírusovej častice. Najprv sa syntetizuje jedno vlákno DNA, potom sa RNA v tomto komplexe zničí RNázou a syntetizuje sa druhé vlákno DNA.
DNA kópia vírusového genómu vstupuje do jadra a je integrovaná do bunkového genómu. Potom tam vírus môže existovať niekoľko rokov bez toho, aby sa nejakým spôsobom prejavil. Toto sa nazýva latentná fáza.
K transkripcii dochádza na vírusovej DNA zabudovanej do hostiteľského genómu a syntetizujú sa vírusové proteíny. Spúšťajú procesy potrebné na spracovanie RNA a jej premenu do formy, ktorá sa stáva súčasťou vírusových častíc. Potom dochádza k hromadeniu infekčných častíc.
Nové vírusové častice opúšťajú bunky. Po určitej transformácii proteínov, ktoré tvoria varióny, sa častica stane infekčnou („dozrieva“) a cyklus sa môže znova opakovať.
Pravdepodobnosť nákazy HIV po jednorazovej expozícii
Sexuálny kontakt (vaginálny, análny, orálny) 1,0 %
Transfúzia krvi a krvných produktov > 90 %
Parenterálne (kontaminované lekárske a iné nástroje) od 1,0 % do 90 %
Zranenia zdravotníckeho personálu v dôsledku kontaminovaných nástrojov< 0,5 %
Perinatálna (tehotenstvo, pôrod) infekcia od 2-5% do 30%
Ochranné prostriedky.
Nebakteriálne infekcie urogenitálneho traktu
Okrem bakteriálnych infekcií sa sexuálne prenášajú aj ochorenia spôsobené eukaryotickými organizmami – prvokmi a hubami. Medzi najčastejšie sexuálne prenosné plesňové infekcie patrí kandidóza (soor), ktorú spôsobuje kvasinkovitá huba rodu Candida.
Zápal urogenitálneho traktu spôsobuje Trichomonas, jednobunkový prvok. Ako všetky eukaryoty, aj Trichomonas má jadro, no zaujímavé je, že nemá mitochondrie. Energiu dodávajúce organely Trichomonas sa nazývajú hydrogenozómy. Zvýrazňujú molekulárny vodík a sú účinné v prípadoch nedostatku kyslíka, keď je aeróbne dýchanie nedostupné. Hydrogenozómy sú evolučnými derivátmi mitochondrií a dokazuje to aj fakt, že sa v nich našla DNA. Okrem Trichomonas ich obsahujú aj niektoré ďalšie prvoky.
Trichomonas je schopný absorbovať iné mikroorganizmy. Fotografia nižšie zobrazuje Trichomonas s gonokokmi, ktoré zachytil. Zároveň ich chráni pred pôsobením antibiotík, takže lekár vždy berie do úvahy, aká kombinácia patogénov sa zistí. Najprv musíte vyliečiť trichomoniázu a až potom bakteriálne infekcie.
Tieto infekcie sa liečia antibiotikami. Prvé antibiotikum bolo izolované z plesne penicillum. Objav sa uskutočnil koncom 20. rokov 20. storočia. Alexander Fleming, laboratórny asistent v nemocnici v Londýne ( nobelová cena v medicíne 1945). Antibiotikum sa volalo penicilín, jeho užívanie zachránilo životy mnohým ľuďom. Penicilín pôsobí na bakteriálne membrány. Patrí do triedy beta-laktámových antibiotík. Molekula týchto antibiotík obsahuje takzvaný laktámový kruh. Napodobňuje prvok bakteriálnej bunkovej steny, takže enzýmy, ktoré budujú bunkovú stenu, sa viažu na molekulu antibiotika a sú inhibované. V bakteriálnej bunkovej stene sa objavia „diery“ a bunka môže jednoducho prasknúť. Antibiotiká v tejto skupine zahŕňajú aj cefalosporíny.
Antibiotiká iných skupín, vrátane tetracyklínu, blokujú rôzne štádiá syntézy proteínov na mRNA. Pôsobia len na malé prokaryotické ribozómy. U ľudí, ako aj u iných eukaryotických organizmov, sú ribozómy veľké. Mitochondrie však obsahujú ribozómy prokaryotického typu, a preto táto trieda antibiotík mitochondrie poškodzuje. Typicky sú prvé postihnuté mitochondrie v bunkách pracujúcich v strednom uchu, takže hluchota sa môže vyvinúť ako komplikácia liečby takýmito antibiotikami. Počas liečby je potrebné dodržiavať odporúčané dávky lieku a neužívať viacero antibiotík s rovnakými vedľajšími účinkami po sebe.
Antifungálne antibiotiká pôsobia na membránu buniek húb, pretože huby sú eukaryoty a je ťažké ovplyvniť ich ribozómy. Ich membrány sa líšia od membrán ľudských buniek, takže jeho syntéza môže byť zablokovaná.
Bibliografia
M.V. GUSEV, L.A. MINEEVA. Učebnica MIKROBIOLOGIE pre študentov biologických odborov univerzít MOSKVSKÉ VYDAVATEĽSTVO UNIVERZITY 1992 (http://phm.bio.msu.ru/edocs/micro/index.html)
Informácie o pohlavne prenosných chorobách (http://www.primer.ru/std/gallery_std/)
Mokeeva T.M. Sexuálne prenosné choroby. Biológia v škole, 1996, č.2.
"Pozemská láska", Encyklopédia "ABANTA", zväzok "Človek" (PDF, 274 Kb)
Na prípravu tejto práce boli použité materiály zo stránky http://bio.fizteh.ru
Mnoho nestrukovinových rastlín, drevnatých, kríkovitých a bylinných, má tiež koreňové výhonky schopné fixovať molekulárny dusík. Fixácia dusíka je v takýchto prípadoch, podobne ako u strukovín, založená na symbióze s prokaryotmi. V stromovej a kríkovej vegetácii sú uzliny najčastejšie tvorené aktinomycetami viažucimi dusík, v bylinnej vegetácii - baktériami. Vo väčšine prípadov sú symbionty stromov a kríkov aktinomycéty rodu Frankia(obr. 49). Ide o aeróbne organizmy so septátovým mycéliom, ktoré tvorí sporangiá.
Je známych 17 rodov drevitých a krovitých krytosemenných rastlín, ktoré sa tvoria Frankia uzliny. Patria k rádom Casuarinales, Coriariales, Fagales, Cucurbitales, Myricales, Rhamnales A Rosales. Medzi rastliny, ktoré sú veľmi účinné pri fixácii dusíka, patrí casuarina ( Casuarina), jelša ( Alnus), rakytník (Hip-pophae), voskovka je v tomto smere menej účinná (Myrica) tráva jarabice ( Dryas), prísavník (Elaeagnus) a shepherdia (Shepherdia).
Koreňové uzliny drevín sú pomerne veľké, zvyčajne sa tvoria na bočných koreňoch. Existujú dva typy uzlín - koralové (husté plexusy koreňov rozvetvené ako koraly) a s koreňmi prerastajúcimi cez laloky uzliny (voľný zväzok zhrubnutých koreňov) smerované
Ryža. 49. Účinok infekcie aktinomycétami rodu Frankia pre rast jelše: A. B - rastliny infikované Frankia; b- neinfikovaná rastlina (č.: S. O. Suetin) hore. Prvý typ uzlín sa pozoruje v jelši a rakytníku, druhý - v casuarine. Zistilo sa, že aktinomycéty viažuce dusík majú určitú špecifickosť pre rastliny. Napríklad jedna skupina Frankia infikuje jelšu, voskovku a „sladkú“ papraď (comonia), druhá infikuje oleast, rakytník a pastierku.
Symbiont aktinomycéty sú schopné infikovať iba bunky parenchýmu koreňovej kôry. Mikroorganizmus, podobne ako pri strukovinách, preniká ku koreňom z pôdy cez koreňové chĺpky, ktoré sa tým skrútia. V mieste infekcie zhrubnú steny koreňového vlasu a hýfy, ktoré prenikli do bunky, sa pokryjú hustým plášťom. Keď sa hýfy pohybujú pozdĺž koreňových vláskov, puzdro sa stenčuje a okolo hýf sa vytvorí kapsula, o ktorej sa predpokladá, že ju produkuje rastlina aj aktinomyest.
Z koreňového vlasu prenikajú hýfy do epidermis a koreňovej kôry, čo spôsobuje delenie a hypertrofiu infikované bunky. Guľôčky hýf vypĺňajú spravidla stred rastlinných buniek, pri bunkových stenách dochádza k expanzii a deleniu koncov hýf, v druhom prípade vznikajú špecifické štruktúry, tzv. vezikuly(obr. 50). V uzlinách sa tvorí látka podobná leghemoglobínu v strukovinách. Na konci vegetačného obdobia sa vezikuly degradujú, ale hýfy zostávajú v rastlinných bunkách a infikujú
Ryža. 50. Vezikuly tvorené mycéliom Frankia v uzlinách jelše (po: I. Gardner) sa na jar zbierajú nové pletivá. V symbióze s nestrukovinovými rastlinami sa energia fixácie dusíka aktinomycétami rodu Frankia viac ako v nodulových baktériách bôbovitých rastlín.
Uzlíky sa našli vo veľkej skupine bylinných rastlín - obilniny, ostrice, masliaky a pod. V uzlíkoch týchto rastlín boli identifikované mikrobiálne asociácie pozostávajúce z dvoch alebo troch typov mikroorganizmov, ktoré boli zastúpené grampozitívnymi a grampozitívnymi. negatívne baktérie. Zistilo sa, že v uzlinách dochádza k fixácii dusíka, ale úloha jednotlivých baktérií v nej ešte nebola stanovená.
Nedávno z uzlíkov na rastlinách, ktoré nie sú strukoviny - tropický ker Trema orientalis(žihľavová rodina) a blízko nej Parasponia parviflora - Izolovali sa baktérie blízke baktériám uzlín na strukovinách. Tieto baktérie sú schopné infikovať rastliny strukovín a vytvárať uzliny. Sú klasifikované ako Rhizobium. Z uzlíkov na listoch tropických kríkov Pavetta A Psychotria baktérie viažuce dusík boli izolované a priradené k rodu Klebsiella (Klebsiella rubacearum). Listové uzliny tiež obohacujú rastlinu o dusík. Preto v Indii, na Srí Lanke a ďalších krajinách listy Pavetta používa sa ako zelené hnojenie.
Dusík-fixujúce symbionty obohacujú pôdu dusíkom v tomto rozsahu: jednoročné strukoviny (fazuľa, sója, vika, fazuľa, hrach, šošovica) akumulujú 40-110 kg/ha dusíka za rok), viacročné strukoviny (ďatelina, lucerna) - 150-220, tropické strukoviny - Sesbania rostrata- od 324 (obdobie sucha) do 458 (obdobie vlhka), rastliny bez strukovín - 150 – 300 kg/ha dusíka za rok.
