post

Бактерии. Прокариотна клетка – безядрени организми

плакат на междузвездни войни

Бактерии (бактерия – ед.ч.) – безядрени едноклетъчни организми (прокариотни).

Откриване на прокариотните организми

През 1676 година Антон ван Льовенхук наблюдавал през собствен микроскоп не само едноклетъчни организми, а и някакви странни образувания (зародиши) от малки летаргични обекти, които обаче се хранят, растат и размножават. През 1773 година Ото Фредерик Мюлер ги класифицирал в две групи: бацили (малки пръчици) и спирили (спирали). Теодор Билрот добавил и трета група – коки  (малки топчета). Всички те били наречени от Фердинанд Кон бактерии (малки пръчици). Днес са известни и множество други форми освен основните и заедно с тях се обединяват под общото название прокариотни или безядрени организми (царство Mоnera).

бактерии, прокариотни

видове бактерии според формата на клетката и групирането им

Прокариоти са същинските бактерии, цианобактериите (синьозелените водорасли) и архебактериите (археи). Археите, макар да приличат много на останалите безядрени, притежават и съществени различия, затова те няма да са обект на разглеждане в тази публикация. Бактериите са стотици пъти по-малки от еукариотните клетки (0,2-2,0 µm). Видовете бактерии надхвърлят десетки хиляди, но само няколко хиляди са изучени до днес.

Устройство на прокариотна клетка

строеж на бактерии

общ модел за строеж на бактерии

Прокариотната клетка е покрита с клетъчна мембрана (плазмена мембрана) от липиди и белтъци. Тя има характерния за всички клетъчни мембрани строеж и изпълнява същите функции. Плазмената мембрана е покрита отвън с клетъчна стена от полизахариди, липиди и белтъци. Тя придава на клетката определена форма и има защитна функция. В цитоплазмата (цитозол) няма мембранни органели. Изключение е мезозомата – вгъване на клетъчната мембрана навътре, към което се прикрепва нуклеоидът.

В цитозола се наблюдава голямо количество рибозоми, различаващи се от тези при еукариотите и археите, но имат същата функция – да синтезират белтъци. Тъй като бактериите нямат мембранни органели, следователно нямат и митохондрии. Те обаче притежават целия набор митохондриални ензими, които в цитоплазмата осъществяват процесите на окислени и осигуряват енергийно клетката. Съществуват и бактерии, получаващи енергия за сметка на окислението на неорганични вещества, а дори и такива, които фотосинтезират, т.е. използват енергията доставена от фотоните на слънчевата светлина.

Размножаване

Както вече споменахме бактериите са безядрени, т.е. нямат ядро и наследствената им информация е организирана в нуклеоид, който представлява циклична молекула на ДНК под формата на хромозома, формираща комплекс с белтъци и РНК. Репликацията на ДНК започва точно до мезозомата, при което се удвоява генетичния материал преди деленето на клетката. Размножаването на всяка прокариотна клетка става чрез просто делене наречено амитоза (бинарно делене).

Репликацията протича непрекъснато, за да се осигури бързо размножаване на прокариотите. Двете новополучени копия на бактериалната ДНК се ориентират към двата края на клетката, където се закрепват с помощта на специални протеини. Тялото на бактерията същевременно се удължава и когато двата нуклеоида са напълно разделене, майчината клетка се разделя на две дъщерни.

митоза при бактерии

митоза при прокариотните организми

В зависимост от броя на деленията и равнината, в която те протичат, само при сферичните бактерии се различават диплококи (двойки), тетракоки (четворки), стрептококи (верижки), стафилококи (гроздове) и сарцини (пакети). Бактериите се размножават изключително бързо и едно поколение живее само около 30 min.

бактерии, коки

бактерии – коки

Движение

Придвижването на прокариотите става с помощта на флагелуми (камшичета), с които те се движат в течна среда. Камшичетата имат въртеливо движение по часовниковата стрелка при едни видове и обратно, при други. Някои бактерии притежават и множество къси израстъци, наречени пили, с чиято помощ се свързват помежду си или прилепват към повърхността на еукариотните клетки.

бактерии, вибриони на холера

бактерии – вибриони на холера

Значение на бактериите за човека

Съществуват бактерии безопасни или дори полезни за човека, но други са били в продължение хилядолетия страшен бич за цялото човечество. Лекари и учени като Земелвайс, Листър и Пастьор правят първите стъпки в борбата със страшните патогени. Те са пионерите на стерилизирането с химически и физически методи. За да живеят и да се размножават бактериите имат нужда от благоприятни условия – наличие на хранителни вещества, кислород, топлина и влага. Премахването на тези условия, използването на химически агенти (фенол, йод и др.) и изваряването на медицинските инструменти довело до намаляването на болничните инфекции.

бактерии, бацили

бактерии – бацили

Патогенни щамове и антибиотици

Съществуват и една група химически вещества – с естествен произход или синтетични, които могат силно да подтискат клетъчната активност и дори да убиват бактериите. Тези вещества се наименоват под общото название антибиотици.

Най-известният антибиотик е пеницилинът открит от Александър Флеминг в далечната 1929 година. Това вещество възпрепятства образуването на клетъчната стена. Човешките клетки нямат такава и не се влияят от него, а негови жертви са само бактериалните.

Пеницилинът за първи път е използван през 1943г. в САЩ и веднага се превръща в революция в медицината. Той лекува широк диапазон от болести (пневмония, менингит, сифилис и др.), което го определя като широкоспектърен антибиотик и същевременно практически безвреден за човека. Изключение правят хората, които са алергични към пеницилин.

бактерии, спирохетия

бактерии – спирохетия – причинител на сифилис (луес)

Стрептомицинът на Ваксман е далеч по-токсичен, но с него се лекува туберколозата. Широкоспектърни антибиотици с междинна токсичност между пеницилина и стрептомицините са тетрациклините открити от Дъгър. Всички тези вещества са извлечени от различни плесени и микроорганизми в почвата и се оказват незаменими в борбата с патогенните бактериални щамове (генетични вариации или подтипове на даден вид бактерия).

В някои случаи обаче се появяват бактерии мутанти и образуват нови мутантни щамове, които са защитени от действието на даден антибиотик (например разграждат пеницилина). Честото размножаване позволява наследствената им програма силно да се изменя под влияние на средата. Това свойство е причината за бързото им приспособяване. Борбата с мутантите става с помощта на нови синтетични антибиотици създадени изцяло в лабораториите.

бактерии - стрептококи

бактерии – стрептококи

Освен вредните патогени, много бактерии са изключително полезни за човека не само от гледна точка на еволюционно възникнала симбиоза, но и такива, имащи стопанско значение за стари и съвременни биотехнологични производства.

Бактерии – приспособимост и стерилизация

Съществуват бактерии, притежаващи възможността да живеят при екстремни условия. Други прокариоти са изключително чувствителни към заобикалящата ги среда (температура, киселинност и др.). При неблагоприятни условия (недостиг на хранителни вещества, засушаване и др.) някои видове бактерии образуват спори. Клетката се покрива с плътна обвивка и всички клетъчни процеси замират до появата на подходящи условия за живот. Спорите са изключително жизнеспособни за възстановяване на нормалните функции на бактериите, процес който се наблюдава дори след стотици години „летаргия“.

бактерии, стафилококи

бактерии – стафилококи

След загряване за около 10 min при 80°С (пастьоризиране) клетките на повечето видове бактерии загиват, но спорите могат да издържат варене в продължение на часове. Ето защо при домашни условия, за надеждно консервиране на храни се налага продължително варене. Стерилизацията, която се прави в медицината и хранителната промишленост, цели унищожаването на спорите, освен на бактериите. Тя се извършва с различни средства: обгаряне на пламък до зачервяване, кипене 6 дестилирана Вода или обработка с водна пара (120° -150°С и налягане 0,15 – 0,20 МРа) в течение на 1,5 – 2 h, използване на химични средства – 70% спирт, 5% йодна тинктура, разтвор на сублимат и др.

Цианобактерии

Цианобактериите са много близки строеж и функции до същинските бактериите притежават всички описани за бактериите структури, но нямат камшичета. Характерна тяхна особеност са множеството мембранни пластинки (тилакоиди), разположени в цитоплазмата. Те съдържат зеления пигмент хлорофил, с чиято помощ клетката фотосинтезира – поглъща светлинна енергия и я превръща в химическа. Подобно на хлоропластите, клетките на цианобактериите използват тази енергия за синтеза на АТФ.

Прокариотните организми в природата

Краткият преглед на бактериите показва, че прокариотната клетка притежава главните структури за изпълнение на основните функции на живата клетка: синтез на белтъци по определена наследствена програма, превръщане и акумулиране на химическата енергия или слънчевата светлина в АТФ, избирателен пренос на вещества през плазмената мембрана. Но този безядрен организъм няма специализирани органели, с които да изпълнява съответните специализирани функции.

Бактериите имат огромно значение в природата. Те са основен фактор при гниенето – процес на разграждане на белтъците, на органичната материя и последващото ѝ минерализиране. В това отношение играят първостепенна роля в кръговрата на веществата.

В почвата, където съдържанието на бактерии е огромно, те не само осигуряват разлагането на животински и растителни отпадъци. Някои видове бактерии са азотфиксиращи, които улавят азота от въздуха и го включват в синтезата на белтъци, обогатявайки почвата с така необходимите за растенията азотни съединения. Такива бактерии живеят и в симбиоза с кореновите клетки на бобовите растения. В селското стопанство за повишаване добивите от различни култури се препоръчва използването на естествени торове, които са силно обогатени на бактерии.

Прокариотни организми населяват и храносмилателната система на животните и човека. При тревопасните животински видове, те подпомагат разграждането на целулозата, която постъпва с храната.

Днес се разработват модерни биотехнологични направления, в които се използват различни високопродуктивни бактерии за производство на ензими, витамини, хормони, антибиотици и др. Бактерии се използват дори за извличане на метали от рудни изкопаеми.

Цианобактериите са разпространени широко в замърсени водоеми. По тяхното присъствие се съди за степента на замърсяване на водата.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *