Уникальная по своему обеспечивает их разнообразие и особенности жизнедеятельности.
Современная микробиология для изучения и классификации использует следующие отличительные особенности бактерий:
- Морфологическое клеточное строение:
- шаровидные «кокки»;
- палочковидные «бациллы»;
- спиралевидные «спирохеты»;
- извитой формы «вибрионы».
- Дыхание:
- дышат кислородом «аэробные»;
- бескислородные «анаэробные».
- Способ питания:
- автотрофные «самостоятельные» – способны синтезировать органические вещества из неорганических с помощью энергии химических реакций или фотосинтеза (к примеру, сине-зеленые водоросли);
- гетеротрофные – преобразовывают и перерабатывают готовые органические вещества, полученные в результате жизнедеятельности других организмов, сюда относятся патогенные (болезнетворные), и симбиотические (полезные) микроорганизмы, а также бактерии, живущие за счет процессов брожения, гниения и т.д.
- Среда обитания:
- внешняя среда (почва, вода и т.д.);
- внутри живых организмов;
- мертвая органика (трупы, отложения, продукты жизнедеятельности).
- Способ распространения и выживания (образовывают ли клеточные споры, чехлы, слизь).
- Реакция на тест по Граму (разделение по особенностям состава и строения стенок, ключевая классификация в разрезе темы строения клеточной стенки):
- грамположительные – окрашиваются во время проведения процедуры окрашивания по Граму (оболочка проницаема для анилинового красителя (кристаллвиолет, метиловый фиолетовый и др.));
- грамотрицательные – не окрашиваются во время проведения процедуры окрашивания по Граму (клеточная оболочка непроницаема для красителя).
Особенности клеточной оболочки грамположительных бактерий
Суть проведения теста (предложен Г.К.Грамом в 1884 году) состоит в процедуре обработки образца бактериальной культуры анилиновым красителем (кристаллвиолет, кристаллический фиолетовый). При последующей промывке спиртом, Грам (+) виды микроорганизмов сохраняют синюю окраску, другие же обесцвечиваются. Способность клеточной оболочки фиксировать краситель определяется составом и строением клеточной стенки. Классификация одноклеточных по типу структуры клеточной стенки, поддающейся окраске или нет с помощью метода Грама, является одной из ключевых. На практике результаты грам-теста помогают диагностировать инфекционные заболевания изучать биохимические свойства микроорганизмов.
Стены клеток имеют уникальный биосинтетический аппарат, связанный с уникальным морфогенезом клеток
Клеточные стенки растений состоят из двух фаз: микрофилы встроены в гелевую матрицу из других полисахаридов и некоторых очень специализированных белков. Два разных набора биосинтетического аппарата генерируют микрофибры и матричные компоненты, что дает дополнительные уникальные возможности для организации клеток растений.
Рисунок 4 Основные типы микротрубочек могут сильно различаться в специализированных клетках и тканях. Развивающиеся устьицы проявляют много сложностей, включая асимметричные клеточные деления и образование клеточных стенок с необычным усилением микрофибрилл. Охраняемая материнская клетка виделась и теперь разделена продольно, чтобы образовать две клетки-хранители в устьицах.
Окрашивание по Граму. Кокки (шаровидные) — грамположительные и бациллы (палочки) — грамотрицательные
Большинство грамположительных бактерий имеют массивную однослойную оболочку, проницаемую для анилинового красителя. Состав стенки включает в себя сложные органические молекулы, основу механической жесткости придает муреин (гетерополимер), гликопептиды, мукопептиды. Строение стенки определяет форму микроорганизма и является чем-то вроде внешнего скелета, с пористой структурой, толщиной порядка 40 молекул гликопептида. Кроме пептидогликановой основы, в состав оболочки входят тейхоевые кислоты и полисахариды.
Все четыре дочерние ячейки уже сформированы. Во время дифференцировки защитных клеток микротрубочки в коре клетки излучают из будущего поры. Один биосинтетический аппарат состоит из целлюлозопроизводящих ферментных комплексов в плазматической мембране. Они часто работают под руководством массива микротрубочек, который лежит на внутренней поверхности плазматической мембраны и направляет цепочки целлюлозы в конкретные ориентации. Это жизненно важная система регулирования, поскольку прочность клеточных стенок зависит от ориентации ее микрофиллов.
Несмотря на общую реакцию на краситель, среди грамположительных можно встретить организмы, принадлежащие к самым разным подвидам, разных форм, размеров, среды обитания и способа питания.
Большинство патогенных для человека бактерий являются граположительными, среди которых, к примеру, возбудители таких инфекционных заболеваний:
Цитоскелет микротрубочек, расположенный под плазматической мембраной, является инструментом, посредством которого клетки контролируют локальную направленную прочность их стенок. Массивы микротрубочек косвенно определяют форму, которую клетка принимает, когда она растягивается тургор. Подобного сочетания мембранного синтеза и руководства цитоскелетными микротрубочками в клетках животных нет. В растениях он является основным механизмом формирования клеток и лежит в основе значительной части морфогенеза растений.
Второй биосинтетический аппарат для производства стен имеет аналог у животных, но аромат отличается, опять же, с самой стеной. Все эукариотические клетки имеют сложную систему мембран, в которой определенные белки изготавливаются, модифицируются и секретируются. Большинство белков, выделяемых клетками животных, представляют собой гликопротеины, то есть белки с карбогидратными боковыми цепями, прикрепленными к ним. Особая область мембранной системы, аппарат Гольджи, добавляет эти боковые цепи. Растения также делают гликопротеины, но большая часть их активности Гольджи передается на производство полисахаридов матрицы клеточной стенки.
- столбняк (Clostridium tetani),
- ботулизм (Clostridium botulinum),
- сибирская язва (),
- стрептококки,
- стафилококки (Staphylococcus aureus), обладающие высокой устойчивостью к температуре и действию лекарственных препаратов.
В клетках животных тела Гольджи обычно являются центральными, около ядра, тогда как в растительных клетках они широко рассеиваются в многофункциональных «гольджи-штабелях» мембран. После изготовления материалов из стеновой матрицы везикулы, содержащие их, доставляются из стеблей Гольджи в определенные области поверхности клетки, а оттуда - к растущим клеточным стенкам. Особенно в больших клетках это внутриклеточное движение снова зависит от цитоплазматической потоковой системы на основе актина, которая развивается в стеновых клетках.
Кислотоустойчивые , благодаря особому многослойному строению оболочки (в нее входят воски, полисахариды и белки), как правило, не окрашиваются по методу Грама. Для них применяют специальный метод Циля-Нельсена. Но некоторые дают положительный результат по методу Грама в случае очень высокой концентрации красителя или повышенной температуры во время проведения процедуры.
Рисунок 5 Клеточные стенки, плоскости деления клеток и форма тела растения показаны в родах зеленых водорослей. Колония Эудорина. Составляющие клетки внедряют в желатиновую матрицу. В конце деления клеток дочерние клетки отделяются друг от друга. Это показывает, что происходит, когда деление всегда находится в одной плоскости. Разделение новых перекрестных стен дочерними клетками заставляет их придерживаться друг друга.
Рисунок 6 Стены клеток, плоскости деления клеток и форма тела растения, иллюстрируемые эмбриогенезом на более высоком растении. Последующие деления формируют сердцевидный эмбрион с поверхностными и внутренними стенками и эмбрионическим корнем и семядолями.
Кислотоустойчивые одноклеточные сохраняют жизнеспособность в кислых и щелочных средах, хотя нормальная для их развития и роста среда – нейтральная. обычно классифицируются как грамположительные. Опасными для людей и животных представителями этой группы являются возбудители таких болезней, как туберкулез и проказа. Также кислотоустойчивыми являются некоторые грунтовые бактерии, способные к фиксации атмосферного азота и являющиеся симбионтами растений.
Полная нить накаливания, а также глобулярный про-эмбрион. В эмбрионы внедряются в ткань эндосперма в эмбриональном мешке; в которые они были выделены из их зародышевых мешков. Расширение существующих клеток является лишь одним из компонентов роста и формирования растений. Производство новых клеток путем деления клеток - другое. Хотя деление клеток универсально у растений и животных - действительно, регуляторные гены очень похожи в обоих царствах - клеточная стенка снова придает уникальный ботанический аромат.
Основные различия проявляются к концу деления клеток после митоза, когда образуются отдельные дочерние клетки. У животных новообразованные клетки являются гибкими и могут мигрировать и регулировать свое положение в организме. Стены клеток препятствуют таким корректировкам в растениях, поэтому растениям необходимо размещать свои новые клетки с достаточной точностью для создания многоклеточных тканей, в которых компоненты клеток находятся в функциональных приспособлениях. Рисунки 5 и 6 иллюстрируют важность плоскостей деления в развитии растений, принимая примеры из очень простых водорослей и образования эмбрионов на цветущей установке.
Особенности оболочки грамотрицательных бактерий
Несмотря на то, что толщина мукопептидной стенки у них намного меньше, стенка является непроницаемой для кристаллического фиолетового красителя. Все дело в принципиально ином строении и химическом составе клеточной . Оболочка имеет многослойную структуру и состоит из:
В двух сложных цитоскелетных устройствах точно устанавливаются новые клеточные стенки. Первый - это препарат для деления клеток. Цитоскелет родительской клетки устанавливает сайт и плоскость деления еще до того, как ядро подвергается митозу. Этот цитоскелетный аппарат не обнаружен в современных водорослях и может возникнуть после стадии водорослей развития растений. Вторая цитоскелетная структура инициирует фактическое изготовление новых клеточных стенок. Он инициируется между дочерними ядрами и вырастает наружу, чтобы присоединиться к родительским стенам на заранее определенном участке.
- внешней оболочки (мембаны), основной ее состав – липосахариды и белки;
- периплазматического пространства;
- внутреннего слоя (муреин пептидогликановый), его состав аналогичен, как и у стенок грамположительных бактерий, но как правило, более чем в два раза тоньше.
Благодаря более сложной структуре некоторые представители этой группы имеют повышенную устойчивость к антителам и антибиотикам.
Клеточная стенка: ограничения и возможности в питании
Ни одно из этих цитоскелетных устройств для установления и реализации точных участков и плоскостей деления клеток не встречается у животных. Свойства клеточной стенки имеют последствия для питания растений. Тонкая ткань клеточных стенок выметает все, но очень маленькие молекулы питательных веществ. Это исключает механизм кормления, который, вероятно, был распространен в ранних формах жизни - абсорбировать частицы пищи в петлях плазматической мембраны и интернализировать их для пищеварения. Первые стеновые клетки должны были адаптировать свои пищевые привычки, приводящие к по меньшей мере двум эволюционным исходам.
С усложнением клеточной стенки появились новые функции и возможности. Некоторые виды бактерий, живущие на твердых поверхностях, приобрели возможность менять форму клетки (стенки «скелета» стали пластичными). Это важно при скольжении и перемещении по неровностям твердой среды обитания.
Современные грибы существуют на внешних источниках пищи, выделяя ферменты, которые переваривают макромолекулы достаточным образом, чтобы продукты проходили через клеточные стенки. Корни высших растений также секретируют внеклеточные ферменты, такие как фосфатазы, которые высвобождают неорганический фосфат. Высшие растения также вступили в внутриклеточный симбиоз с фотосинтезирующими организмами, которые затем служили внутренними источниками органических соединений углерода. Это привело к появлению зеленых растений, чьи современные хлоропласты считаются сильно модифицированными потомками изначально свободно живущих фотоавтотрофов.
Периплазматическое пространство приобрело функцию изолированного места хранения некоторых гидролизующих ферментов, необходимых для жизнедеятельности клетки, но в то же время способных расщепить и полимерные молекулы самой бактерии. Благодаря гидролизу попадающих извне полимерных молекул живая клетка расширяет круг пригодных для питания веществ, в то же время непроницаемая для ферментов внутренняя оболочка препятствует «самоперевариванию» бактериальной клетки.
Симбиотическая связь между хозяевами, обнесенными стеной, и партнерами по фотосинтезу заложила основу для огромного разнообразия растительной жизни, упомянутого в начале этого тематического исследования. Стены клеток ограничивают пути транспорта внутри растений.
Другая адаптация клеточных стенок позволила ранним колонистам земли развить труд между корнями и побегами и подняться до воздушной высоты полей и лесов. Внешние слои кутикулы, которые уменьшают потерю воды в атмосфере, позволяют клеткам воздушных частей выживать при условии, что вода может быть доставлена из органов растений в контакте с внешними источниками, в основном корнями. Возникают многочисленные другие изменения структуры стены, некоторые из которых связаны с механической прочностью или защитой, а многие - с транспортировкой воды и питательных веществ.
В структуру внешней мембраны входят белки, способные образовывать гидрофильные поры, через которые внутрь клетки могут проходить некоторые макромолекулы (сахара и аминокислоты), необходимые для питания бактерии.
К данному классу бактерий относятся многие бактерии, способные менять химический состав среды обитания (бактерии уксусного и спиртового брожения); симбиотические – кишечная палочка (E coli), многие патогенные (болезнетворные) организмы, такие как менингококк (Neisseria meningitidis); легионелла (Legionella pneumophila), и знаменитая Helicobacter pylori вызывающая язвенную болезнь и обладающая высокой кислотоустойчивостью.
Разработка клеточной стенки в выступы, которые облицованы плазматической мембраной, что обеспечивает повышенную площадь поверхности для обмена многих различных видов растворенных веществ. Передающие клетки развиваются в различных тканях растений, участвующих в транспорте.
Молекулярная конструкция и небольшие размеры пор клеточных стенок ограничивают размер молекул, которые могут транспортироваться вокруг тел растений. Один путь транспорта состоит из взаимосвязанной решетки самих клеточных стенок - «апоплазмы». Пропитка стеновой матрицы гидрофобными веществами создает апоплазматические барьеры в некоторых стратегических местах; в других местах апоплазма открыта и проницаема. В «клетках-переносчиках» стенки стенки выступают в цитоплазму и обеспечивают необычно большую площадь поверхности для транспортировки через соседнюю плазматическую мембрану.
Использование человеком особенностей строения бактерий
Первыми микроорганизмами, которые были использованы человеком для своих нужд, были молочнокислые и бактерии спиртового брожения. Именно они готовили для нас и готовят до сих пор сыр, хлеб и вино. Причем пользоваться продуктом их работы люди начали задолго до открытия бактерий и начала изучения строения и состава продуктов их жизнедеятельности.
Эта местная адаптация обладает многими участками интенсивного поглощения или секреции. Начиная с самой ранней эволюции многоклеточных растений, мелкие цилиндрические расширения цитоплазмы - плазмодесматы - пробивали стену между соседними клетками. Проходя через клеточные стенки и среднюю пластинку, плазмо-десмата образуют трансцеллюлярную общину живого содержимого клетки, известную как «симплазма». Через этот важный путь переноса клеток к клеткам, ограниченный непрерывной плазматической мембранной системой, ткани уклоняются от некоторых транспортных ограничений, налагаемых клеточными стенками.
В настоящее время биологические методы очистки сточных и фекальных вод стали доступны не только муниципальным предприятиям, но и частным домовладельцам. Спящие культуры входят в состав современных препаратов для выгребных ям и локальных канализаций. Фермерские хозяйства часто используют кислотоустойчивые для скоростной переработки компоста и животноводческих отходов на удобрения и для многих других целей.
Разделение труда на корни, стебли, листья, меристемы и другие органы зависит от массового переноса продуктов обмена. Поскольку растворенные вещества, перемещаемые вокруг растений, иногда должны проходить через стенки клеток, не может быть эквивалента кровотока животных, который поставляет макромолекулы в массовом потоке. Только малые, проницаемые для стен молекулы подходят для массового транспорта в растениях. В свою очередь, необходимость импорта и экспорта этих малых молекул определяет характер многих биохимических путей и физиологических систем в растениях.
Также многие генетически модифицированные бактерии участвуют в процессах производства лекарственных препаратов, синтеза новых видов полимеров и других материалов с уникальными химическими свойствами и сложным строением.