Prehrana bakterij. Avtotrofi in heterotrofi.
Dihalne bakterije
Glede na to, kako pridobivajo energijo, lahko bakterije razdelimo v dve skupini: aerobi in anaerobi. Aerobne bakterije uporabljajo kisik za razgradnjo organskih snovi. Pri cepljenju se sprosti energija, ki se porabi za vitalne procese. Zato lahko aerobne bakterije živijo le v okolju s kisikom, ki je potrebno za njihovo dihanje.
Anaerobne bakterije pridobivajo energijo kot rezultat razgradnje organskih snovi brez kisika - fermentacije ali razpada.
Anaerobne bakterije je leta 1861 odkril francoski biolog Louis Pasteur. To odkritje je osupnilo biologe, saj so vsi verjeli, da je življenje nujno povezano z dihanjem, torej z uporabo kisika. Prva anaerobna bakterija, ki jo je odkril L. Pasteur, je bila clostridium butyricum, bacil, ki povzroča fermentacijo ogljikovih hidratov.
Fermentacija je encimska razgradnja ogljikovih hidratov brez kisika.
Mlečnokislinske bakterije na primer razgradijo molekulo glukoze v dve molekuli mlečne kisline. Pri tem sproščeno energijo porabijo za življenjske procese. To reakcijo lahko zapišemo s kemičnimi simboli na naslednji način:
C 6 H 12 0 6 2 C 3 H 6 0 3 + ENERGIJA
Takšne reakcije se pojavijo pri kisanja mleka, izdelavi kefirja, kislega zelja, uriniranju jabolk, siliranju. Sladkorji v mleku, zelenjavi in sadju se razgradijo v mlečno kislino in bakterije dobijo potrebno energijo. Toda hkrati se kislost medija postopoma povečuje in postane neprimeren za življenje bakterij. Zato lahko živila po fermentaciji hranimo dolgo časa.
Anaerobne bakterije delimo na obligatne, ki ne morejo živeti v prisotnosti kisika, in fakultativne, ki živijo v kisikovem in anoksičnem okolju.
Glede na način prehranjevanja lahko bakterije razdelimo na dve velike skupine: avtotrofi in heterotrofi.
Avtotrofi so bakterije, ki so sposobne sintetizirati organska snov iz anorganskega.
Če se uporabi sinteza sončna energija, potem bakterije imenujemo fotosintetiki, in če energija, ki se sprošča med različnimi kemične reakcije, - kemosintetiki.
Vsi avtotrofi imajo dve veliki skupini encimov. Nekateri zagotavljajo sintezo enostavnih organskih snovi iz anorganskih, drugi pa z uporabo teh snovi (glukoza itd.) Sintetizirajo kompleksne organske spojine(škrob, murein, beljakovine itd.).
Fotosintetske bakterije vključujejo vijolične in zelene bakterije. Za razliko od rastlin prejemajo vodik (H) ne iz vode (H 2 0), temveč iz vodikovega sulfida (H 2 S). V kemijskih simbolih lahko reakcijo bakterijske fotosinteze zapišemo na naslednji način:
CO 2 + H 2 S C n H 2 n O n + H 2 0 + S
Pri tej obliki fotosinteze se kisik ne sprošča, žveplo pa se kopiči v bakterijskih celicah. Ta vrsta fotosinteze se imenuje anaerobna.
Fotosintetske bakterije najpogosteje živijo v rezervoarjih na površini mulja, nekatere vrste pa v toplih vrelcih.
Drugačna narava fotosinteze (aerobna) pri cianobakterijah. To so najstarejši organizmi, ki so se na našem planetu pojavili pred približno 3 milijardami let. Živijo predvsem v sladkih vodnih telesih, včasih povzročajo "cvetenje vode". Nekatere vrste živijo v morjih in oceanih, pa tudi na kopnem in tvorijo zelene plošče na tleh, kamnih in drevesnem lubju.
Fotosinteza pri cianobakterijah je podobna kot pri rastlinah in jo lahko s kemičnimi simboli izrazimo z naslednjo enačbo:
CO 2 + H 2 O C n H 2 n O n + O 2
Prav cianobakterije so bile 800 milijonov let edine oskrbovalke ozračja s kisikom.
Kemosintetske bakterije je prvi odkril ruski znanstvenik S. N. Vinogradski leta 1890. Te bakterije uporabljajo energijo, ki se sprosti med oksidacijo amoniaka, dušika, železa in žveplovih spojin.
Heterotrofne bakterije za prehrano uporabljajo že pripravljene organske snovi, ki jih proizvajajo organizmi, ali ostanke mrtvih teles.
Te bakterije imajo dva načina pridobivanja potrebne energije: fermentacijo in razpad.
Gnitje je anaerobna encimska razgradnja beljakovin in maščob.
Če bakterije za življenje uporabljajo ostanke mrtvih teles, jih imenujemo saprotrofi. Slavni francoski mikrobiolog Louis Pasteur je konec 19. stoletja opozarjal na izjemno pomembno vlogo saprotrofnih bakterij v naravi. Te bakterije so skupaj s plesnimi glivami razkrojevalci (iz lat. Reduce - vrniti). Z razgradnjo organskih ostankov v mineralne soli očistijo naš planet živalskih trupel in rastlinskih ostankov, živim organizmom zagotovijo mineralne soli in sklenejo krogotok snovi v naravi.
Hkrati gnilobe bakterij, ki pridejo na hrano, povzročijo njihovo kvarjenje. Za zaščito živil pred razkrojilci jih sušimo, vlagamo, dimimo, solimo, zamrzujemo, fermentiramo oz. posebne metode konzerviranje - pasterizacija ali sterilizacija.
Louis Pasteur je razvil metodo za konzerviranje tekočih živil (mleko, vino, pivo itd.), ki so jo poimenovali pasterizacija. Za uničenje bakterij tekočino segrejemo na temperaturo 65 - 70 ° C in inkubiramo 15 - 30 minut.
Popolno uničenje bakterij dosežemo s sterilizacijo. V tem primeru se izdelki hranijo pri 140 ° C približno 3 ure ali pa se obdelajo s plini, trdim sevanjem itd.
Patogene bakterije povzročajo bolezni, kot so kolera, kuga, tuberkuloza, pljučnica, salmoneloza, ponavljajoča se vročina, tonzilitis, davica, tetanus in številne druge človeške bolezni, pa tudi različne bolezni živali in rastlin.
Preučevanje patogenih bakterij je začel L. Pasteur in razvil v delih Roberta Kocha, E. Smitha, Danile Samoylovich, S. Kitasato.
Že dolgo je znano, da stročnice povečujejo rodovitnost tal. O tem sta pisala Teofrast in rimski znanstvenik Gaj Plinij starejši.
Leta 1866 je znani ruski botanik in pedologi M. S. Voronin opazil, da obstajajo ha
rakaste otekline - vozliči, ki nastanejo kot posledica vitalne aktivnosti bakterij.
Šele 20 let kasneje je nizozemskemu mikrobiologu Martinu Beijerinku uspelo dokazati, da se na korenine stročnic naselijo bakterije, ki iz njih prejemajo pripravljene organske snovi, v zameno pa dajejo rastlini prepotreben dušik, ki ga absorbirajo iz zraka.
Tako je bila odkrita simbioza bakterij z rastlinami. Nadaljnje raziskave so pokazale, da ne le pri rastlinah, ampak tudi pri živalih in celo pri ljudeh. V črevesju človeka se naselijo različne vrste bakterij, ki se hranijo z ostanki neprebavljene hrane, v zameno pa dajejo vitamine in nekatere druge snovi, potrebne za človekovo življenje.
Glede na način prehranjevanja lahko bakterije razdelimo v dve veliki skupini: avtotrofe in heterotrofe.
Avtotrofi se imenujejo bakterije, ki so sposobne sintetizirati organske snovi iz anorganskih.
Če se za sintezo uporablja sončna energija, potem bakterije imenujemo fotosintetiki, če pa energija, ki se sprošča pri različnih kemičnih reakcijah, imenujemo kemosintetiki.
Vsi avtotrofi imajo dve veliki skupini encimov. Nekateri zagotavljajo sintezo preprostih organskih snovi iz anorganskih, drugi pa s pomočjo teh snovi (glukoza itd.) Sintetizirajo kompleksne organske spojine (škrob, murein, beljakovine itd.).
Fotosintetske bakterije vključujejo vijolične in zelene bakterije. Za razliko od rastlin prejemajo vodik (H) ne iz vode (H 2 0), temveč iz vodikovega sulfida (H 2 S). V kemijskih simbolih lahko reakcijo bakterijske fotosinteze zapišemo na naslednji način:
CO 2 + H 2 S C n H 2 n O n + H 2 0 + S
Pri tej obliki fotosinteze se kisik ne sprošča, žveplo pa se kopiči v bakterijskih celicah. Ta vrsta fotosinteze se imenuje anaerobna.
Fotosintetske bakterije najpogosteje živijo v rezervoarjih na površini mulja, nekatere vrste pa v toplih vrelcih.
Drugačna narava fotosinteze (aerobna) pri cianobakterijah. To so najstarejši organizmi, ki so se na našem planetu pojavili pred približno 3 milijardami let. Živijo predvsem v sladkih vodnih telesih, včasih povzročajo "cvetenje vode". Nekatere vrste živijo v morjih in oceanih, pa tudi na kopnem in tvorijo zelene plošče na tleh, kamnih in drevesnem lubju.
Fotosinteza pri cianobakterijah je podobna kot pri rastlinah in jo lahko s kemičnimi simboli izrazimo z naslednjo enačbo:
CO 2 + H 2 O C n H 2 n O n + O 2
Prav cianobakterije so bile 800 milijonov let edine oskrbovalke ozračja s kisikom.
Kemosintetske bakterije je prvi odkril ruski znanstvenik S. N. Vinogradski leta 1890. Te bakterije uporabljajo energijo, ki se sprosti med oksidacijo amoniaka, dušika, železa in žveplovih spojin.
Heterotrofne bakterije za prehrano uporabljajo že pripravljene organske snovi, ki jih proizvajajo organizmi, ali ostanke mrtvih teles.
Te bakterije imajo dva načina pridobivanja potrebne energije: fermentacijo in razpad.
Gnitje je anaerobna encimska razgradnja beljakovin in maščob.
Če bakterije za življenje uporabljajo ostanke mrtvih teles, jih imenujemo saprotrofi. Slavni francoski mikrobiolog Louis Pasteur je konec 19. stoletja opozarjal na izjemno pomembno vlogo saprotrofnih bakterij v naravi. Te bakterije so skupaj s plesnimi glivami razkrojevalci (iz lat. Reduce - vrniti). Z razgradnjo organskih ostankov v mineralne soli očistijo naš planet živalskih trupel in rastlinskih ostankov, živim organizmom zagotovijo mineralne soli in sklenejo krogotok snovi v naravi.
Hkrati gnilobe bakterij, ki pridejo na hrano, povzročijo njihovo kvarjenje. Za zaščito živil pred razkrojilci jih sušimo, lužimo, dimimo, solimo, zamrzujemo, lužimo ali izvajamo posebne metode konzerviranja - pasterizacijo ali sterilizacijo.
Louis Pasteur je razvil metodo za konzerviranje tekočih živil (mleko, vino, pivo itd.), ki so jo poimenovali pasterizacija. Za uničenje bakterij tekočino segrejemo na temperaturo 65 - 70 ° C in inkubiramo 15 - 30 minut.
Popolno uničenje bakterij dosežemo s sterilizacijo. V tem primeru se izdelki hranijo pri 140 ° C približno 3 ure ali pa se obdelajo s plini, trdim sevanjem itd.
Patogene bakterije povzročajo bolezni, kot so kolera, kuga, tuberkuloza, pljučnica, salmoneloza, povratna vročina, tonzilitis, davica, tetanus in številne druge bolezni ljudi, pa tudi različne bolezni živali in rastlin.
Preučevanje patogenih bakterij je začel L. Pasteur in razvil v delih Roberta Kocha, E. Smitha, Danile Samoylovich, S. Kitasato.
Že dolgo je znano, da stročnice povečujejo rodovitnost tal. O tem sta pisala Teofrast in rimski znanstvenik Gaj Plinij starejši.
Leta 1866 je znani ruski botanik in pedologi M. S. Voronin opazil, da obstajajo ha
rakaste otekline - vozliči, ki nastanejo kot posledica vitalne aktivnosti bakterij.
Šele 20 let kasneje je nizozemskemu mikrobiologu Martinu Beijerinku uspelo dokazati, da se na korenine stročnic naselijo bakterije, ki iz njih prejemajo pripravljene organske snovi, v zameno pa dajejo rastlini prepotreben dušik, ki ga absorbirajo iz zraka.
Tako je bila odkrita simbioza bakterij z rastlinami. Nadaljnje raziskave so pokazale, da ne le pri rastlinah, ampak tudi pri živalih in celo pri ljudeh. V črevesju človeka se naselijo različne vrste bakterij, ki se hranijo z ostanki neprebavljene hrane, v zameno pa dajejo vitamine in nekatere druge snovi, potrebne za človekovo življenje.
Pomen bakterij
1. Sodelovati v ekosistemih pri uničevanju odmrlega organskega materiala in s tem neposredno sodelovati v kroženju ogljika, dušika, fosforja, žvepla, železa in drugih elementov.
2. Številni procesi v naravi so povezani z delovanjem bakterij, tako simbiotske (nodulne bakterije) kot nesimbiotske (azotobakterije) fiksacije molekularnega dušika.
Človek uporablja številne vrste bakterij v nacionalnem gospodarstvu: pridobivanje organskih proizvodov kot rezultat fermentacije (ocetna kislina, laktobacili).
3. Služijo kot vir za pridobivanje antibiotikov (gramicidin, streptomicin).
4. Bakterije se uporabljajo za ustvarjanje novih metod za pridobivanje najpomembnejših snovi za industrijo, vključno z alkoholi, organskimi kislinami, sladkorji, polimeri, aminokislinami in številnimi encimi.
5. Simbiotske črevesne bakterije sesalcev (mikroflora) sodelujejo pri sintezi številnih vitaminov B in vitamina K ter razgrajujejo vlaknine.
6. Hvala genski inženiring Trenutno je uspešen prenos genov človeškega inzulina v genom E. coli, industrijska proizvodnja tega hormona pa se je že začela.
7. Številne vrste bakterij povzročajo bolezni rastlin, živali in ljudi.
11. poglavje
KRALJESTVO VIRUSOV (VIRA)
Zgodovina odkritja virusov
Konec 19. stoletja je čudna bolezen prizadela nasade tobaka na Krimu. Listi obolelih rastlin so bili prekriti z rjastimi madeži, nagubani in posušeni.
Za to bolezen se je začel zanimati diplomant univerze v Sankt Peterburgu D. I. Ivanovski. Za izolacijo povzročitelja bolezni je zmlel liste obolelih rastlin in dobljeni sok precedil skozi krpo. Vendar ne v precejenem soku, ne v ostanku na platnu patogene bakterije D. I. Ivanovski ga ni našel. Hkrati je precejen sok, nanesen na liste zdravih rastlin, v 80% primerov povzročil značilno bolezen. So morda bakterije, ki povzročajo bolezni, premajhne? Ivanovsky filtrira sok skozi porcelanasti filter, ki, kot veste, ne prepušča niti najmanjših bakterij. In spet brez uspeha. D. I. Ivanovsky sklepa, da bolezen tobaka povzročajo najmanjše filtrirne bakterije, ki jih ni mogoče videti z optičnim mikroskopom.
Nekaj let kasneje nizozemski mikrobiolog Martin Beijerinck raziskuje vzroke bolezni tobaka in pride do zaključka, da rastline prizadene ... strupena tekočina, ki jo je poimenoval "virus" (iz latinskega virus - strup). Toda strup se je izkazal za zelo čudnega: moč katerega koli strupa je odvisna od njegove koncentracije, vendar je virus Beyerink v kateri koli razredčitvi dal enak rezultat. In vir strupa je ostal neznan.
Leta 1932 je profesor Windell Stanley (ZDA) uspel dobiti čajno žličko kristalov iz tone prizadetih listov. Z drgnjenjem listov zdravih rastlin z raztopinami teh kristalov jih je povzročil značilne bolezni. Toda ali se živa bitja lahko spremenijo v kristale? Stanley ugotavlja, da virusi niso živa bitja, ampak beljakovinske molekule.
Šele sedem let pozneje je bilo z elektronskim mikroskopom mogoče videti izmuzljivi virus.
Struktura virusov
Vse viruse lahko obravnavamo kot genetske elemente, oblečene v zaščitno beljakovinsko ovojnico in se lahko premikajo iz ene celice v drugo.
Posamezni virusni delci - virioni - so simetrična telesa, sestavljena iz ponavljajočih se elementov. V jedru vsakega viriona je genetski material, ki ga predstavljajo molekule DNA in RNA. Raznolikost oblik teh molekul je velika: obstajajo virusi, ki vsebujejo dvoverižno DNA v krožni ali linearni obliki; virusi z enoverižno krožno DNA; enoverižna ali dvoverižna RNA; ki vsebuje dve enaki enoverižni RNA.
Genetski material virusa (genom) je obdan s kapsido - beljakovinsko ovojnico, ki ga ščiti pred delovanjem nukleaz - encimov, ki uničujejo nukleinske kisline, in pred izpostavljenostjo ultravijoličnemu sevanju.
Virusi so povzročitelji okužb
Noben od znanih virusov ni sposoben samostojnega obstoja. Šele ko vstopi v celico, se genetski material virusa reproducira in preklopi delo celičnih biokemičnih transporterjev na proizvodnjo virusnih beljakovin: tako encimov, ki so potrebni za replikacijo virusnega gnitja - celote njegovih genov, kot beljakovin virusne ovojnice. V celici poteka sestavljanje nukleinskih kislin in beljakovin številnih potomcev enega virusa, ki je vstopil vanjo.
Študija virusov je omogočila ne samo ugotavljanje vzrokov številnih bolezni, znanih že od antičnih časov, ampak tudi iskanje načinov za boj proti njim.
Virusi, ki se naselijo v celicah živih organizmov, povzročajo številne nevarne bolezni rastlin (mozaična bolezen tobaka, paradižnika, kumar; zvijanje listov itd.) In domačih živali (slinavka in parkljevka, prašičja in ptičja kuga itd.), kar močno zmanjša pridelek in povzroči množično smrt živali.
Virusi povzročajo nevarne bolezni pri ljudeh (ošpice, črne koze, otroška paraliza itd.). IN Zadnja leta dodali so še eno bolezen - AIDS (sindrom pridobljene imunske pomanjkljivosti).
riž. 91. Stafilokoki in streptokoki v gnoju.
riž. 92. Zgradba bakterije: 1. kapsula, 2. celična stena, 3. citoplazemska membrana, 4. protoplast, 5. bazalno telo bička, 6. biček, 7. pili, 8. nukleoid (veriga DNA), 9. mezosomi, 10. ribosomi, 11. vakuole in vključki.
Polprepustna citoplazemska membrana zagotavlja selektivni vstop snovi v celico in sproščanje vanjo okolju presnovni produkti in tvori tudi retrakcijo znotraj citoplazme - lizosome. Redoks encimi se nahajajo na membranah lizosomov, fotosintetske bakterije pa imajo ustrezne pigmente, zaradi katerih lahko opravljajo funkcijo mitohondrijev, kloroplastov ali Golgijevega aparata.
Tanka in elastična celična stena, ki vključuje murein, daje bakterijski celici določeno obliko, ščiti vsebino celice pred učinki škodljivih dejavnikov zunanje okolje in opravlja številne druge funkcije. Mnoge vrste tvorijo sluzasto kapsulo.
V osrednjem delu celice je nuklid, vsebuje eno zaprto verigo DNA, ki nadzoruje normalen potek vseh znotrajceličnih procesov in je nosilec genetske informacije. Nukleoli niso bili najdeni v bakterijah. Prav tako ni mitohondrijev, kloroplastov, Golgijevega kompleksa in drugih membranskih struktur, značilnih za vse evkariontske celice. Vendar pa je v citoplazmi bakterijske celice ogromno ribosomov (včasih do 20 tisoč). Nekatere vodne in talne bakterije brez bičkov imajo v citoplazmi plinske vakuole. Z uravnavanjem količine plinov v vakuolah se lahko vodne bakterije potopijo v vodni stolpec ali dvignejo na njegovo površino, medtem ko se talne bakterije lahko gibljejo v talnih kapilarah.
Rezervne snovi bakterijske celice so polisaharidi (škrob, glikogen), maščobe, polifosfati.
Večina bakterij je brezbarvnih in le nekatere (zelene in vijolične) vsebujejo pigmente v citoplazmi, kot sta zeleni klorofil in rdeči fikoeritrin.
Bakterije se razmnožujejo s preprosta delitev celice po dvoje (slika 93). Razmnoževanje z brstenjem se pri bakterijah pojavi izjemoma. IN Zadnje čase nekatere bakterije imajo poenostavljene oblike spolnega procesa (na primer pri Escherichia coli) (slika 94).
riž. 93. Delitev grampozitivnih in gramnegativnih bakterij.
Sl.94. F-faktor konjugacija in prenos: 1-replikacija, prenos (2) in sinteza 2. verige (3). Spodaj je mikrofotografija bakterijske konjugacije.
Spolni proces je podoben konjugaciji, pri kateri pride do prenosa genskega materiala iz ene celice v drugo med njihovim neposrednim stikom. Po tem se celice ločijo. Število osebkov zaradi spolnega procesa ostane enako, vendar se njihov dedni material izmenjuje, to je genetska rekombinacija.
Majhna skupina bakterij je nagnjena k sporulaciji. Hkrati se v bakterijski celici odvijajo številni biokemični procesi: količina proste vode v njej se zmanjša, encimsko aktivnost, se citoplazma skrči in postane prekrita z zelo gosto membrano.
Spore zagotavljajo sposobnost prenašanja neugodnih razmer. Prenesejo dolgotrajno sušenje, segrevanje nad 100 stopinj in ohlajanje skoraj do absolutne ničle. V normalnem stanju so bakterije nestabilne pri sušenju, izpostavljenosti neposredni sončni svetlobi, ko se temperatura dvigne na 65-80 stopinj itd. V ugodnih razmerah spore nabreknejo in vzklijejo ter tvorijo novo bakterijsko celico.
riž. 95. Bakterije, ki tvorijo spore.
Kljub nenehnemu odmiranju bakterij so ti primitivni organizmi preživeli že od pradavnine zaradi sposobnosti hitrega razmnoževanja, tvorbe spor, izjemne odpornosti na različne okoljske dejavnike in vseprisotne razširjenosti.
Po vrsti hrane Bakterije delimo v dve skupini: avtotrofne in heterotrofne. Avtotrofne bakterije sintetizirajo organske snovi iz anorganskih. Fuzijske reakcije spremljajo porabo energije. Glede na to, kakšno energijo avtotrofi uporabljajo za sintezo organskih snovi, ločimo foto- in kemosintetske bakterije.
Po vrsti dihanja(Glede na stopnjo potrebe po molekularnem kisiku) bakterije delimo v tri skupine:
riž. 96. Moderni pogledi mikroorganizmi - paličaste bakterije in koki (mikrografija).
vprašanja:
1. Kakšna je zgradba bakterijske celice?
2. Kakšna je razlika med bakterijsko in rastlinsko celico?
4. Kako se razmnožujejo bakterije?
5. Kaj se zgodi z bakterijami, ko nastopijo neugodne razmere?
§27. Bakterije so koristne za ljudi.
Mikroorganizmi imajo velik pomen za človeka: prvič, ker imajo pomembno vlogo v biosferi, in drugič, ker jih je mogoče uporabiti v različne namene. Človek vse bolj uporablja bakterije z ustvarjanjem novih biotehnologij. Biotehnologija svoj uspeh v veliki meri dolguje genetikom.
riž. 97. Celice E. coli
Bakterije in rodovitnost tal.
Bakterije igrajo pomembno vlogo pri rodovitnosti tal. Zaradi vitalne aktivnosti bakterij pride do razgradnje in mineralizacije organskih snovi mrtvih rastlin in živali. Nastalo preprosto anorganske spojine sodelujejo v splošnem kroženju snovi, brez katerih bi bilo življenje na zemlji nemogoče. Bakterije skupaj z lišaji, glivami algami uničujejo kamnine s tem sodelujejo pri začetnih fazah procesi tvorjenja tal.
Posebno vlogo v naravi imajo bakterije, ki so sposobne vezati molekularni dušik, ki je višjim rastlinam nedostopen. Če živijo v tleh, jih takšne bakterije obogatijo z dušikom. V to skupino spadajo nodulne bakterije, ki se naselijo na koreninah stročnic. Ko prodrejo skozi koreninski las v korenino, povzročijo močno rast koreninskih celic v obliki vozličkov. Sprva bakterije živijo na račun rastline, nato pa začnejo vezati dušik, čemur sledi tvorba amoniaka, iz njega pa nitriti in nitrati. Nastale dušikove snovi zadostujejo tako bakterijam kot rastlinam. Poleg tega se del nitritov in nitratov sprosti v tla, kar poveča njihovo rodovitnost.
Čiščenje odtokov.
Bakterije imajo v čistilnih napravah skoraj enako vlogo kot v zemlji. Prav tako razgradijo organske snovi v neškodljive topne anorganske spojine.
gospodinjstvo odpadne vode predhodno v posebnih usedalnicah ločimo na tekoči del in muljasti sediment, ki ju nato v več fazah obdelamo z aerobnimi in anaerobnimi bakterijami.
Metan, ki ga proizvajajo anaerobne bakterije, se včasih uporablja kot gorivo za delovne mehanizme čistilnih naprav. Po čiščenju dobimo prečiščeno tekočino, ki jo izpustimo v reke.
simbiotske bakterije.
Sesalci in druge živali ne morejo prebaviti vlaknin, ker nimajo encima celuloze. Glavnino hrane, ki jo zaužijejo rastlinojede živali, predstavljajo vlaknine.
Vendar pa v njihovem črevesju živijo simbiotske bakterije in praživali, ki prebavljajo vlakna. Pri kuncih takšne bakterije živijo v cekumu in slepiču, pri kravah in ovcah - v vampu. Posredno te bakterije služijo tudi človeku, saj za prehrano uporabljajo meso domačih živali.
Najbolj neposredno povezana s človekom je »mikroflora« lastnega črevesja. V črevesju živi veliko bakterij, nekatere med njimi sintetizirajo vitamine B in K.
Nekatere bakterije, ki živijo na človeški koži, jo ščitijo pred okužbo s poliogenimi organizmi.
Človeški bakterijski simbionti sestavljajo njegovo normalno mikrofloro. Živijo v črevesju, na koži, na sluznicah in zagotavljajo bodisi zaščito (na konkurenčen način preprečujejo, da bi druge, škodljive bakterije naselile ta področja), bodisi sodelujejo pri prebavi hrane in sintezi nekaterih vitaminov, potrebnih za oseba. Človeškega simbionta smo že omenili coli. Skupno približno 500 vrst bakterij pripada normalni človeški mikroflori. Če ubijete vse bakterije na koži ali v črevesju človeka, potem iz tega ne bo nič dobrega. Vlogo normalne mikroflore smo preučevali na sterilnih živalih. Živali (podgane ali miši) gojijo v posebnih pogojih in opazujejo, kaj se z njimi dogaja v odsotnosti bakterij. Treba je opozoriti, da ne živijo zelo dobro. Tako vsak pravi moški- to ni samo predstavnik vrste Homo sapiens, ampak celotna zbirka različnih organizmov.
Virusi, kot je virus herpesa, se lahko prenašajo tudi spolno. Virus herpesa povzroča mehurje na koži, napolnjene z virusnimi delci ("vročina"). Med prebivalstvom zahodne države 70-90% je okuženih z virusom herpesa, 30% ima izpuščaje, 10% ima genitalne oblike bolezni. Virusi humane imunske pomanjkljivosti se lahko prenašajo spolno (povzročijo aids – sindrom progresivne imunske pomanjkljivosti), hepatitis B in C (prizadenejo jetra), papiloma virusi (povzročijo rast kožnega epitelija in nastanek brad; nekatere vrste povzročijo razvoj raka) .
Med povzročitelji spolno prenosljivih bolezni so bili prej opisani gonokok, bleda spiroheta in evkariontski organizem Trichomonas. Dolgo časa, če je imel bolnik znake genitourinarne okužbe, vendar nobeden od teh treh patogenov ni bil odkrit, je bil diagnosticiran z nespecifičnim uretritisom. Vendar pa so v drugi polovici dvajsetega stoletja odkrili povzročitelje "nespecifičnega" vnetja. Sem spadajo gardnerela, klamidija, ureaplazma, mikoplazma in nekatere druge vrste. Bolezni, ki jih povzročajo, se razlikujejo po tem, da pogosto potekajo brez simptomov, jih nosilec ne opazi in preidejo v kronična oblika. Vsaj enega od teh povzročiteljev najdemo pri 30-50% ljudi, pri nekaterih ljudeh (ki imajo več spolnih partnerjev) lahko najdete cel "šopek" povzročiteljev. Do zdaj so nekateri zdravniki menili, da te bakterije niso nevarne. To ni res, že dolgo je dokazano, da te bakterije niso samo povzročitelji bolezni okužbe sečil, eden izmed najbolj hudi zapleti kar je neplodnost, pa tudi vrsta pogostih bolezni, se šele ustaljene predstave počasi spreminjajo.
Bakterija gardnerella, ki povzroča gardnerelozo vnetna bolezen urinarnega trakta - je bil opisan sredi dvajsetega stoletja. Gardnerella je nekoliko večja od gonokoka, ima strukturo, značilno za prokariote. V pripravkih, pridobljenih od bolnikov, so celice epitelija genitalnega trakta videti kot "poprane"; ta poprova zrna so samo gardnerela. Povzročajo tudi vnetja urogenitalnega trakta in večina huda posledica taka bolezen je neplodnost.
Pojdimo k virusom.
Virusi niso prokarionti. Včasih so izolirani v ločenem kraljestvu, včasih so opisani zunaj kraljestev narave. Obstaja nekaj težav s klasifikacijo virusov, spori o tem, ali so virusi živi ali neživi. Prej so virusi veljali za najpreprostejše organizme, saj so najmanjši in imajo najmanj beljakovin in DNK, vsi drugi organizmi pa so veljali za izvor virusov. Toda zdaj, ko je ugotovljeno, da virusi ne morejo živeti brez celice, ni razloga za domnevo, da so se pojavili pred celico. Očitno je ideja, da so virusi "pobesneli" geni, najbližje resnici; to so geni, ki so postali avtonomni in so pridobili sistem lastnega razmnoževanja.
Kljub vsem razlikam v obliki in velikosti pa vsi virusi nastanejo na podoben način. Vsi so pokriti z beljakovinsko ovojnico in vsebujejo nukleinsko kislino - RNK ali DNK. DNK je lahko krožna ali linearna, RNK je lahko eno ali dvoverižna.
Razmislite o strukturi virusnih delcev na primeru virusa herpesa. Beljakovinska ovojnica virusa, imenovana nukleokapsida, je zgrajena iz beljakovin in je pravilnega šesterokotnika. Okoli je lupina, ki jo virus zgradi iz koščkov celičnih membran, ki jih telo ne napada, saj so to membrane njegovih lastnih celic. Res je, da so te membrane prekrite z virusnimi beljakovinami, zato lahko imunski sistem še vedno prepozna virus herpesa. "Ovijanje" v membrano je način zaščite pred virusom. Znotraj beljakovinskega šesterokotnika je linearna dvoverižna molekula DNA. Spodnja slika na desni prikazuje celico, "polnjeno" z delci dozorevajočega virusa. Virus herpesa se razmnožuje v celicah kožnega epitelija, vendar med razmnoževanjem virusni delci okužijo živčevje in virus po živcu vstopi v hrbtenjačo. Tam se virusna DNK integrira v genom celic hrbtenjačnih korenin, zato je oseba, ko je enkrat okužena, nosi virusno DNK. Nemogoče ga je ozdraviti za vedno, razen morda odstraniti skupaj s celicami hrbtenjače. Od časa do časa lahko genomske kopije sintetizirajo novo virusno DNA. Če pa človekov imunski sistem dobro deluje, potem ima protitelesa, ki ga ščitijo pred tem virusom. Ta protitelesa preprečujejo, da bi virus ušel iz svojega skrivališča. Ko pa je imunski sistem oslabljen, na primer pri prehladu, pade titer protiteles v krvi, virusi zapustijo celice hrbtenjače in po živcu pridejo do kožnega epitelija in se tam že začnejo razmnoževati. Zato se mehurčki, ki se izlijejo na tistih mestih, skozi katere je virus vstopil v telo - najpogosteje na obrazu, na ustnicah - imenujejo "prehladi".
Bližnji sorodnik virusa herpesa je virus noric. Človek zboli za noricami enkrat v življenju, običajno v otroštvu. Celotno telo otroka je prekrito s herpetičnimi vezikli; takrat se naseli tudi virus noric hrbtenjača, aktivacija virusa pa povzroči vnetje živcev in kožni izpuščaj, imenovan pasovec. Postopek je precej boleč in lahko človeku mesec dni odvzame delovno sposobnost.
Papilomavirus je veliko manjši od virusa herpesa. V bistvu je struktura enaka. Prenaša se z neposrednim stikom, vključno s spolnim stikom. Papilomavirus je precej pogost; povzroči razraščanje epitelija (nastanejo bradavice in papilomi). Nekateri sevi tega virusa so onkogeni – pri ženskah povzročajo raka materničnega vratu. To pomeni, da je oblika raka, ki se prenaša spolno. Zdaj so razvili cepiva za zaščito ljudi pred to obliko raka.
virus aidsa
Spodnja slika prikazuje model in fotografijo virusa humane imunske pomanjkljivosti (HIV). Virus povzroča sindrom progresivne imunske pomanjkljivosti (AIDS). Virusni delec vsebuje več beljakovinskih lupin, znotraj katerih sta dve molekuli virusne RNA. Ta virus okuži limfocite, celice, ki ščitijo telo pred okužbo. Uničuje limfocite, prikrajša osebo imunska zaščita proti različne okužbe. Prav sočasne okužbe ali tumorji, ki nastanejo zaradi oslabljene imunske obrambe, povzročijo smrt bolnikov z aidsom.
Življenjski cikel virusa humane imunske pomanjkljivosti je značilen tudi za druge viruse, ki vsebujejo RNK in svoj genom RNK integrirajo v genom gostitelja.
Razlikujemo lahko naslednje stopnje:
Virus se veže na receptorje na celični površini.
Virus s pomočjo teh receptorjev vstopi v celico in se "sleče" - odstrani beljakovinsko lupino iz RNK.
Na virusni RNA s pomočjo encima reverzne transkriptaze (revertaze) sintetizira kopijo DNA na RNA. Revertaza je del virusnega delca. Najprej se sintetizira ena veriga DNA, nato se RNA v tem kompleksu uniči z RNazo in sintetizira se druga veriga DNA.
Kopija DNK virusnega genoma vstopi v jedro in se integrira v celični genom. Po tem lahko virus tam obstaja več let, ne da bi se pokazal. To se imenuje latentna faza.
Transkripcija poteka na virusni DNA, vdelani v gostiteljski genom, in sintetizirajo se virusni proteini. Izvajajo procese, potrebne za predelavo RNA in njeno spreminjanje v obliko, ki je del virusnih delcev. Nato se nalezljivi delci sestavijo.
Novi virusni delci zapustijo celice. Po nekaj transformacijah proteinov, ki sestavljajo različice, delec postane kužen ("dozori") in cikel se lahko znova ponovi.
Verjetnost okužbe s HIV z enkratno izpostavljenostjo
Spolni stiki (vaginalni, analni, oralni) 1,0 %
Transfuzija krvi in krvnih pripravkov > 90 %
Parenteralno (kontaminirani medicinski in drugi instrumenti) od 1,0 % do 90 %
Medicinsko osebje poškodovano zaradi kontaminiranih instrumentov< 0,5 %
Perinatalna (nosečnost, porod) okužba od 2-5% do 30%
Zaščitna oprema.
Nebakterijske okužbe urogenitalnega trakta
Poleg bakterijskih okužb se spolno prenašajo tudi bolezni, ki jih povzročajo evkariontski organizmi – praživali in glive. Med najpogostejše spolno prenosljive glivične okužbe sodi kandidiaza (soor) - imenovana kvasovkam podobna gliva iz rodu Candida.
Vnetje genitourinarnega trakta povzroča Trichomonas - najpreprostejši enocelični. Kot vsi evkarionti ima trichomonas jedro, zanimivo pa je, da nima mitohondrijev. Organele Trichomonas, ki zagotavljajo energijo, imenujemo hidrogenosomi. Poudarjajo molekularni vodik in so učinkoviti pri pomanjkanju kisika, ko je aerobno dihanje nedostopno. Hidrogenosomi so evolucijski derivati mitohondrijev, kar dokazuje dejstvo, da so v njih našli DNK. Poleg trihomonade vsebujejo še nekatere druge praživali.
Trichomonas lahko absorbira druge mikroorganizme. Spodnja fotografija prikazuje Trichomonas z gonokoki, ki jih je ujel. Hkrati jih ščiti pred delovanjem antibiotikov, zato zdravnik vedno upošteva, katero kombinacijo povzročiteljev najdemo. Najprej morate zdraviti trihomonijazo in šele nato bakterijske okužbe.
Te okužbe zdravimo z antibiotiki. Prvi antibiotik je bil izoliran iz glive penicillum. Odkritje je bilo narejeno v poznih dvajsetih letih prejšnjega stoletja. Alexander Fleming, laboratorijski delavec v bolnišnici v Londonu ( Nobelova nagrada v medicini 1945). Antibiotik so poimenovali penicilin in njegova uporaba je mnogim ljudem rešila življenje. Penicilin deluje na bakterijske membrane. Spada v skupino beta-laktamskih antibiotikov. V molekuli teh antibiotikov je tako imenovani laktamski obroč. Posnema element bakterijske celične stene, zato se encimi, ki gradijo celično steno, vežejo na molekulo antibiotika in so zavirani. V bakterijski celični steni se pojavijo "luknje" in celica lahko preprosto poči. V to skupino antibiotikov spadajo tudi cefalosporini.
Antibiotiki drugih skupin, vključno s tetraciklinom, blokirajo različne stopnje sinteze beljakovin na mRNA. Delujejo le na majhne prokariontske ribosome. Pri ljudeh, pa tudi pri drugih evkariontskih organizmih, so ribosomi veliki. Toda mitohondriji vsebujejo ribosome prokariontskega tipa, zato ta razred antibiotikov poškoduje mitohondrije. Običajno najprej trpijo mitohondriji v celicah, ki delujejo v srednjem ušesu, zato se lahko kot zaplet zdravljenja s tovrstnimi antibiotiki razvije gluhost. Pri zdravljenju je treba upoštevati priporočene odmerke zdravila in ne uporabljati več antibiotikov z enakim stranskim učinkom enega za drugim.
Protiglivični antibiotiki delujejo na membrano glivičnih celic, saj so glive evkarionti in na njihove ribosome težko vplivamo. Njihove membrane se razlikujejo od membran človeških celic, zato lahko blokirate njegovo sintezo.
Bibliografija
M.V. GUSEV, L.A. MINEEV. Učbenik MIKROBIOLOGIJE za študente bioloških specialnosti univerz MOSKVSKA UNIVERZITETNA ZALOŽBA 1992 (http://phm.bio.msu.ru/edocs/micro/index.html)
Informacije o spolno prenosljivih boleznih (http://www.primer.ru/std/gallery_std/)
Mokeeva T.M. Spolno prenosljive bolezni. Biologija v šoli, 1996, št. 2.
"Zemeljska ljubezen", Enciklopedija "ABANTA", zvezek "Človek" (PDF, 274 Kb)
Za pripravo tega dela so bili uporabljeni materiali s spletnega mesta http://bio.fizteh.ru.
Številne nestročnice, tako lesnate kot grmičaste in zelnate, imajo tudi korenine, ki lahko vežejo molekularni dušik. Fiksacija dušika v takih primerih, kot pri stročnicah, temelji na simbiozi s prokarionti. V drevesni in grmovni vegetaciji gomolje najpogosteje tvorijo aktinomicete, ki vežejo dušik, v zelnati vegetaciji - bakterije. V večini primerov so simbionti dreves in grmovnic aktinomicete iz rodu Frankia(slika 49). To so aerobni organizmi s septiranim micelijem, ki tvori sporangije.
Znanih je 17 rodov lesnatih in grmičastih kritosemenk, ki tvorijo s Frankia nodule. So v vrstnem redu Casuarinales, Coriariales, Fagales, Cucurbitales, Myricales, Rhamnales in Rosales. Med rastlinami, ki zelo učinkovito vežejo dušik, je kazuarina ( Casuarina), jelša ( Alnus), rakitovec (Hipofa), v tem pogledu manj učinkovita (Myrica) jerebikova trava ( dryas), goof (Elaeagnus) in pastirja (Šeferdija).
Koreninski vozlički lesnatih rastlin so precej veliki, običajno nastanejo na stranskih koreninah. Noduli so dveh vrst - koralni (gost pleksus korenin, razvejan kot korale) in s koreninami, ki poganjajo skozi lobule nodulov (ohlapen šop odebeljenih korenin), usmerjenih
riž. 49. Vpliv okužbe z aktinomicetami rodu Frankia za rast jelše: A. B - okužene rastline Frankia; b- neokužena rastlina (št: S. O. Suetin) gor. Prvo vrsto nodul opazimo pri jelši in rakitovcu, drugo pa pri kazuarini. Ugotovljeno je bilo, da imajo aktinomicete, ki vežejo dušik, določeno specifičnost za rastline. Na primer, ena skupina Frankia okuži jelša, voščenka in "sladka" praprot (podjetje), drugi - sesalec, rakitovec in sheferdia.
Aktinomicete-simbionti lahko okužijo samo parenhimske celice koreninskega korteksa. Tako kot pri okužbi s stročnicami pride mikroorganizem v korenine iz zemlje skozi koreninske dlačice, ki se zaradi tega zvijejo. Na mestu okužbe se stene koreninskega laska odebelijo in hife, ki so prodrle v celico, se prekrijejo z debelim ovojem. Ko se hife premikajo vzdolž koreninskih dlačic, se ovoj stanjša in okoli hif se oblikuje ovojnica, ki naj bi jo tvorila tako rastlina kot aktinomist.
Iz koreninskega lasu hife prodrejo v povrhnjico in koreninsko skorjo ter povzročijo delitev in hipertrofijo. okužene celice. Gotlji hif praviloma zapolnijo središče rastlinske celice, celične stene se razširijo in razdelijo konce hif, v slednjem primeru nastanejo specifične strukture, t.i. vezikli(Slika 50). V vozličih se tvori snov, podobna leghemoglobinu stročnic. Ob koncu rastne sezone se vezikli razgradijo, vendar hife ostanejo v rastlinskih celicah in okužijo
riž. 50. Vezikli, ki jih tvori micelij Frankia v jelševih gomoljih (po: I. Gardner) nova tkiva, ki izvirajo spomladi. Običajno v simbiozi z rastlinami, ki niso metuljnice, energija fiksacije dušika z aktinomicetami iz rodu Frankia več kot nodulne bakterije stročnic.
Nodule so bile najdene v veliki skupini zelnatih rastlin - žitaricah, šaših, maslenicah itd. V vozličih teh rastlin so bile najdene mikrobne asociacije, sestavljene iz dveh ali treh vrst mikroorganizmov, ki jih predstavljajo gram-pozitivni in gram-negativni bakterije. Ugotovljeno je bilo, da se v nodulih izvaja fiksacija dušika, vendar vloga posameznih bakterij pri tem še ni določena.
V zadnjem času iz nodulov na rastlinah, ki niso stročnice - tropski grm Trema orientalis(družina kopriv) in blizu nje Parasponia parviflora - izolirane bakterije blizu nodulnih bakterij stročnic. Te bakterije lahko okužijo stročnice in tvorijo vozliče. Spadajo v rod Rhizobium. Iz nodulov na listih tropskih grmovnic Pavetta in Psihotrija izolirane bakterije, ki vežejo dušik, uvrščene v rod Klebsiella (Klebsiella rubacearum). Listni noduli obogatijo rastlino tudi z dušikom. Zato v Indiji, Šrilanki in drugih državah listi Pavetta uporabljajo kot zeleno gnojilo.
Simbioti, ki vežejo dušik, obogatijo tla z dušikom v naslednjem obsegu: enoletne stročnice (fižol, soja, grašica, fižol, grah, leča) naberejo 40-110 kg / ha dušika na leto, trajnice (detelja, lucerna) - 150 -220, tropske stročnice - Sesbania rostrata- od 324 (sušno obdobje) do 458 (mokro obdobje), nestročnice - 150-300 kg/ha dušika letno.
