Для бактериальной днк характерно

Помимо 5 царств живой природы, существует еще два надцарства: прокариоты и эукариоты. Поэтому если рассматривать систематическое положение бактерий, то оно будет следующим:

1. Империя Клеточные.
2. Надцарство Безъядерные.
3. Царство Прокариоты.
4. Подцарство Бактерии.

Почему эти организмы выделяются в отдельный таксон? Все дело в том, что для бактериальной клетки характерно наличие некоторых особенностей, налагающих отпечаток на ее жизнедеятельность и взаимодействие с другими существами и человеком.

Открытие бактерий

Открытие бактериальных клеток произошло только с развитием техники. А конкретно, с изобретением в 1695 году микроскопа, дающего увеличение в 300 раз. Сделано это было итальянцем Антонио Ван Левенгуком. Ученый рассматривал в свое изобретение капельки грязной воды и увидел, что они просто кишат мельчайшими организмами. Назвал он их анималькули.

Доказательство их несомненного существования и непосредственного участия в развитии различных заболеваний у человека было совершено благодаря опытам Луи Пастера.

После этого открытия были выявлены и изучены многие возбудители инфекций. Развитие микробилогии (науки о микроорганизмах) пошло интенсивными шагами вперед.

Конкретно то, каковы особенности строения бактериальной клетки, их разнообразие и формы, значение и образ жизни, изучает раздел микробиологии – бактериология. В настоящее время она тесно коррелирует с другими науками: медицинской микробиологией, молекулярной биологией и биохимией, биофизикой, космической биологией и другими.

Формы бактериальных клеток

Таковых различают несколько.

1. Шаровидные, или кокковые структуры. Подразделяются на:

• микрококки – очень мелкие, одиночные представители;
• диплококки – приставка "ди" означает "два" (то есть бактерии, собранные по парам);
• тетракокки – образуют четырехструктурные организмы;
• стрептококки – колония шарообразных микробов, собранная в единую цепочку;
• сарцины – формируют будто пакет из 8, 12 или 16 структур;
• стафилококки – колония бактерий в форме виноградной грозди.

2. Бациллы, или палочкообразные бактерии. Различаются по нескольким критериям.

• по форме: правильная и неправильная;
• по размеру: мелкие, средние или крупные;
• по форме концевых структур: заостренные, закругленные, обрубленные, утолщенные;
• по группировке и расположению: одиночные, диплобациллы, стрептобактерии.

3. Извитые. Делятся на:

• вибрионы – слегка изогнутые в полукруг;
• спириллы – характеризуются различным количеством завитков.

4. Спирохеты. Делятся на:

• лептоспиры – в форме буквы S;
• боррелии – до 12 завитков в структуре;
• трепонемы – от 12 до 17 завитков мелкого размера.

Очевидно, что для бактериальной клетки характерно наличие различных форм для приспособления к любым условиям обитания.

Особенности структурной организации

Бактерии не зря относятся к отдельному царству живой природы. Людьми была установлена их внутренняя сущность, изучены механизмы процессов и образ жизни. Поэтому и стало понятно, что существуют некоторые особенности строения бактериальной клетки.

Есть несколько основных частей, которые обязательны для каждого представителя этого царства.

1. Присутствие полупроницаемой цитоплазматической мембраны.
2. Жидкая внутренняя среда – цитоплазма, в которой присутствует генетический материал и рибосомы.

Также для бактериальной клетки характерно присутствие и необязательных структур. Таких, как:

• клеточная стенка;
• микрокапсула;
• включения;
• пили;
• капсула;
• споры;
• жгутики;
• околоклеточная слизь.

Рассмотрим более подробно, каковы особенности строения бактериальной клетки.

Строение клетки

Снаружи каждая бактерия покрыта цитоплазматической мембраной. Данная структура представляет собой трехслойную фосфолипидо-белковую организацию. Очень схожа по своему строению и составу с мембраной животной клетки. При рассмотрении в микроскоп явно видны верхний и нижний слой, они более темные, состоят из фосфолипидов. Средний – это белки, которые словно пронизывают всю мембрану, поэтому относятся к интегральным.

Основная функция цитоплазматической мембраны – полупроницаемость и, как следствие, выборочный транспорт веществ в клетку и из нее. Также она является барьером, обеспечивает нормальный уровень осмотического давления и тургор клетки (форму тела).

Для бактериальной клетки характерно наличие цитоплазмы – полужидкой внутренней среды, в которой находятся важные элементы. Ее состав представлен:

• белками;
• полисахаридами;
• гранулами гликогена;
• бета-масляной кислотой;
• волютином.

Отдельного внимания заслуживают органоиды клетки, погруженные в цитоплазму.

Нуклеоид и рибосомы

Как и в любой эукариотической клетке, в бактериальной есть свой генетический аппарат. Он представляет собой плотно упакованную в клубок двухцепочечную молекулу ДНК, которая составляет одну хромосому. Данная структура не отделена от цитоплазмы кариолеммой и потому называется не ядром, а нуклеоидом.

Дополнительным генетическим материалом, распределенным в цитоплазме, являются структуры под названием плазмиды. Они представляют собой кольцевые молекулы ДНК, поэтому выполняют дополнительные наследственные функции бактериальной клетки.

Рибосомы – мельчайшие структуры, в большом количестве разбросанные в цитоплазме. Природа их представлена молекулами РНК. Данные гранулы являются материалом, по которому можно определить степень родства и систематическое положение конкретного вида бактерии. Функция их – сборка белковых молекул.

Капсула

Для бактериальной клетки характерно наличие защитных слизистых оболочек, состав которых определяется полисахаридами или полипептидами. Такие структуры имеют название капсул. Различают микро- и макрокапсулы. Данная структура формируется не у всех видов, но у подавляющего большинства, то есть не является обязательной.

От чего защищает капсула бактериальную клетку? От фагоцитоза антителами хозяина, если бактерия патогенная. Либо от высыхания и воздействия вредных веществ, если говорить о других видах.

Слизь и включения

Также необязательные структуры бактерий. Слизь, или гликокаликс, по химической основе является мукоидным полисахаридом. Может формироваться как внутри клетки, так и наружными ферментами. Хорошо растворима в воде. Предназначение: прикрепление бактерии к субстрату – адгезия.

Включения – это микрогранулы в цитоплазме различной химической природы. Это могут быть белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты или полисахариды.

Органоиды движения

Особенности бактериальной клетки также проявляются и в ее движении. Для этого присутствуют жгутики, которые могут быть в разном количестве (от одного до нескольких сотен на клетку). Основа каждого жгутика – белок флагеллин. Благодаря эластичным сокращениям и ритмичным движениям из стороны в сторону бактерия может передвигаться в пространстве. Крепится жгутик к цитоплазматической мембране. Расположение также может варьироваться у разных видов.

Еще более тонкие, чем жгутики, структуры, принимающие участие в:

• прикреплении к субстрату;
• водно-солевом питании;
• половом размножении.

Состоят из белка пилина, количество их может доходить до нескольких сотен на клетку.

Сходство с клетками растений

Бактериальная и растительная клетка имеют одно неоспоримое сходство – наличие клеточной стенки. Однако если у растений она есть бесспорно, то у бактерий присутствует не у всех видов, то есть относится к необязательным структурам.

Химический состав бактериальной клеточной стенки:

• пептидогликан муреин;
• полисахариды;
• липиды;
• белки.

Обычно данная структура имеет двойной слой: наружный и внутренний. Функции выполняет такие же, как клеточная стенка растений. Поддерживает и обозначает постоянную форму тела и обеспечивает механическую защиту.

Образование спор

Каково строение бактериальной клетки, мы рассмотрели достаточно подробно. Осталось только упомянуть о том, как бактерии могут переживать неблагоприятные условия, очень долгое время не теряя жизнеспособности.

Это им удается путем формирования структуры под названием спора. Она не имеет отношения к размножению и лишь предохраняет бактерии от неблагоприятных условий. По форме споры могут быть различными. При восстановлении нормальных окружающих условий спора инициируется и прорастает в активную бактерию.

Бактерии – прокариотические микроорганизмы, генетический материал которых в основном представлен единственной кольцевой двухцепочечной ДНК, называемой генетиками хромосомой. В относительно редких случаях хромосома представлена линейной молекулой ДНК.

Размер этой ДНК намного превышает размер самой бактериальной клетки. Так, например, у E. coli протяженность хромосомной ДНК равна 1300 мкм (1,3 мм – 4,6 х 10 6 п.н.), а размер клетки 1,1-1,5 х 2,0-6,0 мкм. Причем ДНК не заполняет всю клетку, а содержится только в ограниченной области, составляющей, весьма приблизительно, одну треть объема клетки.

Рис.1. Бактериальный геном и схема уровней его компактизации.

Отсюда следует, что ДНК существует в клетке в высокоупорядоченном (сконденсированном) состоянии в виде компактной структуры. Эта структура, отдаленно напоминая ядра эукариот, получила название нуклеоид и видна в микроскопе только после специфичных для ДНК окрасок (рис.1). В электронном микроскопе она выглядит как образование, состоящее из многочисленных петель, отходящих от плотной центральной области. Образование большого числа (до 140 на геном) петель, называемых доменами, является одним из уровней компактизации ДНК. Каждый домен закреплен у основания молекулой РНК и состоит примерно из 40 т.п.н. ДНК петель находится не в виде свободно вытянутого дуплекса, а имеет второй уровень компактизации за счет скручивания в сверхспиральные образования с помощью связи с белками HLP.

Эти белки имеют небольшой размер, обладают сильноосновными свойствами и прочно связываются с ДНК. По аминокислотному составу они напоминают гистоны эукариот.

Нуклеоид не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной и прикреплен к мезосомам – специфическим впячиваниям цитоплазматической мембраны внутрь клетки. Связь ДНК со специфическим участком мембраны необходима для функционирования генома.

Кольцевая молекула ДНК бактерий (хромосома) представляет самореплицирующуюся генетическую молекулу – репликон. Репликация начинается с точки инициации репликации (ori– orign), локализующейся, как правило, в участке прикрепления ДНК к мембране. От точки инициации репликация происходит последовательно, двунаправленно, по полуконсервативному механизму. Заканчивается репликация в районе терминации репликации (ter), расположенном на участке кольцевой ДНК, противоположном точке начала репликации (рис.2).

Рис.2. Репликация бактериальной хромосомы по θ-типу (тета-тип).

Как правило, после репликации следует расхождение копий ДНК к полюсам растущей клетки за счет роста участка мезосомы, расположенного между точками прикрепления дочерних ДНК (рис.3).

Рис. 3. Распределение дочерних копий ДНК и деление клетки бактерий.

Число хромосом в одной клетке бактерий зависит от стадии развития и физиологических условий роста культуры. В логарифмической стадии роста у E. coli на 1 нуклеоид приходится 2,8 ДНК эквивалентов одного генома, вследствие замедленной сегрегации двух дочерних хромосом, или реинициации новых циклов репликации ДНК еще до деления клетки (рис.4).

Рис.4. Число хромосом в клетке в стационарной (А) и логарифмической (Б) стадиях роста культуры.

У некоторых бактерий клетки в норме содержат не одну, а много хромосом. Они могут формировать один или несколько нуклеоидов. Также наблюдается зависимость содержания ДНК в клетке от ее размеров, хотя это не означает соответствующего изменения объема генетической информации.

Для бактериальной ДНК характерна высокая плотность генов (1 ген на 1тпн). ДНК, кодирующая белки, составляет около 85-90% всей ДНК. Средний размер ДНК-последовательностей между генами – только 110—125 п.н. Некодирующая бактериальная ДНК занимает менее 1%, и она обычно представлена в виде транспозонов. Так, в ДНК штамма Escherichia coli K12 линии MG 1655 найдена 41 копия различных транспозонов (IS), которые участвуют в процессах внедрения и исключения плазмид. Многие фаги, исключаясь из генома бактерии не полностью, оставляют там в качестве следа некоторые свои гены. Эти остатки, не способные к самостоятельному перемещению и развитию, называют "криптическими" фагами.

Интроны встречаются в бактериальных геномах крайне редко. Имеются случаи перекрывания генов, где один ген находится внутри другого на той же нити ДНК. Для бактериальных геномов характерны опероны: у Е. coli 27% предсказанных транскрипционных единиц являются оперонами.

В клетке бактерий могут содержаться и другие репликоны, способные существовать отдельно от бактериальной хромосомы. Их называют плазмидами. Плазмиды представляют собой кольцевые (у некоторых видов линейные) молекулы двухцепочечной ДНК различных размеров от 1000 п.н. до почти трети величины самой бактериальной хромосомы. Количество и спектр плазмид в клетках бактерий может варьировать. Часто наблюдаются различия по спектру плазмид даже между клетками разных штаммов одного и того же вида бактерий. Некоторые плазмиды могут встраиваться в бактериальную хромосому, составляя при этом часть репликона бактерии, и могут вновь исключаться из нее, восстанавливая форму автономного репликона. Такие плазмиды называют эписомами.

В генетический материал бактерий могут быть включены и профаги.

Дата добавления: 2015-02-07 ; просмотров: 4136 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

В2 Установите соответствие между подцарствами бактерий и их представителями.
ПРЕДСТАВИТЕЛИ ПОДЦАРСТВА
А) клубеньковые бактерии 1) Настоящие бактерии
Б) метанообразующии бактерии 2) Архебактерии
В) анабена 3) Оксифотобактерии
Установите правильную последовательность биологических процессов, явлений, практических действий.

В3 Определите систематическое положение галобактерий, расположив таксоны в правильной последовательности, начиная с царства.
А) Прокариоты
Б) Архебактерии
В) Галобактерии