Baktérie sú najstarším organizmom na Zemi a tiež najjednoduchším vo svojej štruktúre. Skladá sa len z jednej bunky, ktorú možno vidieť a študovať len pod mikroskopom. Charakteristickým znakom baktérií je absencia jadra, preto sú baktérie klasifikované ako prokaryoty.

Niektoré druhy tvoria malé skupiny buniek; takéto zhluky môžu byť obklopené puzdrom (puzdrom). Veľkosť, tvar a farba baktérie sú veľmi závislé od prostredia.

Baktérie sa podľa svojho tvaru rozlišujú na tyčinkovité (bacil), guľovité (koky) a stočené (spirilla). Existujú aj modifikované - kubické, v tvare písmena C, v tvare hviezdy. Ich veľkosť sa pohybuje od 1 do 10 mikrónov. Niektoré druhy baktérií sa môžu aktívne pohybovať pomocou bičíkov. Tie sú niekedy dvakrát väčšie ako samotná baktéria.

Druhy foriem baktérií

Na pohyb baktérie používajú bičíky, ktorých počet sa líši - jeden, pár alebo zväzok bičíkov. Umiestnenie bičíkov môže byť tiež rôzne - na jednej strane bunky, po stranách alebo rovnomerne rozmiestnené po celej rovine. Taktiež sa za jeden zo spôsobov pohybu považuje kĺzanie vďaka hlienu, ktorým je prokaryot pokrytý. Väčšina z nich má vakuoly vo vnútri cytoplazmy. Úprava plynovej kapacity vakuol im pomáha pohybovať sa nahor alebo nadol v kvapaline, ako aj pohybovať sa cez vzduchové kanály pôdy.

Vedci objavili viac ako 10 tisíc druhov baktérií, no podľa vedeckých výskumníkov je na svete viac ako milión druhov. Všeobecné charakteristiky baktérií umožňujú určiť ich úlohu v biosfére, ako aj študovať štruktúru, typy a klasifikáciu bakteriálnej ríše.

Biotopy

Jednoduchosť štruktúry a rýchlosť prispôsobenia sa podmienkam prostredia pomohli baktériám šíriť sa v širokom spektre našej planéty. Existujú všade: voda, pôda, vzduch, živé organizmy - to všetko je najprijateľnejším biotopom pre prokaryoty.

Baktérie sa našli na južnom póle aj v gejzíroch. Nachádzajú sa na dne oceánu, ako aj v horných vrstvách vzduchového obalu Zeme. Baktérie žijú všade, no ich počet závisí od priaznivých podmienok. Napríklad veľké množstvo bakteriálnych druhov žije v otvorených vodných útvaroch, ako aj v pôde.

Štrukturálne vlastnosti

Bakteriálna bunka sa vyznačuje nielen tým, že nemá jadro, ale aj absenciou mitochondrií a plastidov. DNA tohto prokaryota sa nachádza v špeciálnej jadrovej zóne a má vzhľad nukleoidu uzavretého v kruhu. V baktériách sa bunková štruktúra skladá z bunkovej steny, puzdra, membrány podobnej puzdru, bičíka, pili a cytoplazmatickej membrány. Vnútornú štruktúru tvorí cytoplazma, granule, mezozómy, ribozómy, plazmidy, inklúzie a nukleoid.

Bunková stena baktérie plní funkciu obrany a podpory. Látky cez ňu môžu vďaka priepustnosti voľne prúdiť. Táto škrupina obsahuje pektín a hemicelulózu. Niektoré baktérie vylučujú špeciálny hlien, ktorý môže pomôcť chrániť pred vysychaním. Hlien tvorí kapsulu - polysacharid v chemickom zložení. V tejto forme baktéria znesie aj veľmi vysoké teploty. Vykonáva aj ďalšie funkcie, ako je priľnavosť k akýmkoľvek povrchom.

Na povrchu bakteriálnej bunky sú tenké bielkovinové vlákna nazývané pili. Môže ich byť veľké množstvo. Pili pomáhajú bunke odovzdať genetický materiál a tiež zabezpečujú adhéziu k iným bunkám.

Pod rovinou steny sa nachádza trojvrstvová cytoplazmatická membrána. Zaručuje transport látok a významne sa podieľa aj na tvorbe spór.

Cytoplazma baktérií je zo 75 percent tvorená vodou. Zloženie cytoplazmy:

  • Fishsomes;
  • mezozómy;
  • aminokyseliny;
  • enzýmy;
  • pigmenty;
  • cukor;
  • granule a inklúzie;
  • nukleoid.

Metabolizmus v prokaryotoch je možný s kyslíkom aj bez neho. Väčšina z nich sa živí hotovými živinami organického pôvodu. Len veľmi málo druhov je schopných syntetizovať organické látky z anorganických. Ide o modrozelené baktérie a sinice, ktoré sa významnou mierou podieľali na tvorbe atmosféry a jej saturácii kyslíkom.

Rozmnožovanie

V podmienkach priaznivých pre reprodukciu sa vykonáva pučaním alebo vegetatívne. Asexuálna reprodukcia prebieha v nasledujúcom poradí:

  1. Bakteriálna bunka dosiahne svoj maximálny objem a obsahuje potrebnú zásobu živín.
  2. Bunka sa predĺži a v strede sa objaví septum.
  3. K deleniu nukleotidov dochádza vo vnútri bunky.
  4. Hlavná a oddelená DNA sa rozchádzajú.
  5. Bunka sa delí na polovicu.
  6. Zvyšková tvorba dcérskych buniek.

Pri tomto spôsobe rozmnožovania nedochádza k výmene genetických informácií, takže všetky dcérske bunky budú presnou kópiou matky.

Zaujímavejší je proces rozmnožovania baktérií za nepriaznivých podmienok. Vedci sa dozvedeli o schopnosti sexuálnej reprodukcie baktérií pomerne nedávno - v roku 1946. Baktérie sa nedelia na ženské a reprodukčné bunky. Ale ich DNA je heterogénna. Keď sa dve takéto bunky priblížia k sebe, vytvoria kanál na prenos DNA a dôjde k výmene miest - rekombinácii. Proces je pomerne dlhý, výsledkom ktorého sú dvaja úplne noví jedinci.

Väčšinu baktérií je veľmi ťažké vidieť pod mikroskopom, pretože nemajú vlastnú farbu. Len málo odrôd má fialovú alebo zelenú farbu kvôli obsahu bakteriochlorofylu a bakteriopurpurínu. Hoci ak sa pozrieme na niektoré kolónie baktérií, je jasné, že do svojho prostredia uvoľňujú farebné látky a získavajú jasnú farbu. Aby bolo možné podrobnejšie študovať prokaryoty, sú zafarbené.


Klasifikácia

Klasifikácia baktérií môže byť založená na ukazovateľoch, ako sú:

  • Formulár
  • spôsob cestovania;
  • spôsob získavania energie;
  • odpadové produkty;
  • stupeň nebezpečenstva.

Symbionty baktériížijú v spoločenstve s inými organizmami.

Baktérie saprofytyžijú na už mŕtvych organizmoch, produktoch a organickom odpade. Podporujú procesy hniloby a fermentácie.

Hnitie čistí prírodu od mŕtvol a iného organického odpadu. Bez procesu rozkladu by v prírode neexistoval kolobeh látok. Aká je teda úloha baktérií v kolobehu látok?

Hnijúce baktérie sú pomocníkom v procese rozkladu proteínových zlúčenín, ako aj tukov a iných zlúčenín obsahujúcich dusík. Po vykonaní komplexnej chemickej reakcie rozbijú väzby medzi molekulami organických organizmov a zachytia proteínové molekuly a aminokyseliny. Pri rozklade molekuly uvoľňujú amoniak, sírovodík a iné škodlivé látky. Sú jedovaté a môžu spôsobiť otravu u ľudí a zvierat.

Hnijúce baktérie sa rýchlo množia v podmienkach, ktoré sú pre ne priaznivé. Keďže nejde len o prospešné baktérie, ale aj o škodlivé, aby sa zabránilo predčasnému hnitiu výrobkov, ľudia sa ich naučili spracovať: sušenie, nakladanie, solenie, údenie. Všetky tieto liečebné metódy zabíjajú baktérie a zabraňujú ich množeniu.

Fermentačné baktérie s pomocou enzýmov sú schopné rozkladať sacharidy. Ľudia si túto schopnosť všimli už v staroveku a stále používajú takéto baktérie na výrobu produktov kyseliny mliečnej, octov a iných potravinárskych produktov.

Baktérie, spolupracujúce s inými organizmami, vykonávajú veľmi dôležitú chemickú prácu. Je veľmi dôležité vedieť, aké druhy baktérií existujú a aké výhody alebo škody prírode prinášajú.

Význam v prírode a pre ľudí

Veľký význam mnohých druhov baktérií (v procesoch hnitia a rôznych druhov fermentácie) sme zaznamenali už vyššie, t.j. plnia sanitárnu úlohu na Zemi.

Baktérie tiež zohrávajú obrovskú úlohu v kolobehu uhlíka, kyslíka, vodíka, dusíka, fosforu, síry, vápnika a ďalších prvkov. Mnohé druhy baktérií prispievajú k aktívnej fixácii atmosférického dusíka a premieňajú ho na organickú formu, čím pomáhajú zvyšovať úrodnosť pôdy. Mimoriadne dôležité sú tie baktérie, ktoré rozkladajú celulózu, ktorá je hlavným zdrojom uhlíka pre život pôdnych mikroorganizmov.

Baktérie redukujúce sírany sa podieľajú na tvorbe ropy a sírovodíka v liečivom bahne, pôde a moriach. Vrstva vody nasýtená sírovodíkom v Čiernom mori je teda výsledkom životne dôležitej činnosti baktérií redukujúcich sírany. Aktivita týchto baktérií v pôdach vedie k tvorbe sódy a sóde salinizácii pôdy. Baktérie redukujúce sírany premieňajú živiny v pôde ryžových plantáží na formu, ktorá je dostupná pre korene plodiny. Tieto baktérie môžu spôsobiť koróziu kovových podzemných a podvodných štruktúr.

Vďaka životne dôležitej aktivite baktérií je pôda zbavená mnohých produktov a škodlivých organizmov a je nasýtená cennými živinami. Baktericídne prípravky sa úspešne používajú na boj proti mnohým druhom hmyzích škodcov (vŕtačka kukuričná atď.).

Mnoho druhov baktérií sa používa v rôznych odvetviach na výrobu acetónu, etylalkoholu a butylalkoholu, kyseliny octovej, enzýmov, hormónov, vitamínov, antibiotík, proteínovo-vitamínových prípravkov atď.

Bez baktérií nie sú možné procesy opaľovania kože, sušenia tabakových listov, výroby hodvábu, gumy, spracovania kakaa, kávy, máčania konope, ľanu a iných lykových rastlín, kyslej kapusty, čistenie odpadových vôd, lúhovanie kovov atď.

Baktérie sú najstaršou skupinou organizmov, ktoré v súčasnosti existujú na Zemi. Prvé baktérie sa pravdepodobne objavili pred viac ako 3,5 miliardami rokov a takmer miliardu rokov boli jedinými živými tvormi na našej planéte. Keďže išlo o prvých predstaviteľov živej prírody, ich telo malo primitívnu stavbu.

Postupom času sa ich štruktúra stala zložitejšou, ale dodnes sú baktérie považované za najprimitívnejšie jednobunkové organizmy. Je zaujímavé, že niektoré baktérie si stále zachovávajú primitívne črty svojich dávnych predkov. Pozoruje sa to u baktérií žijúcich v horúcich sírových prameňoch a anoxickom bahne na dne nádrží.

Väčšina baktérií je bezfarebná. Len niektoré sú fialové alebo zelené. Ale kolónie mnohých baktérií majú jasnú farbu, ktorá je spôsobená uvoľňovaním farebnej látky do prostredia alebo pigmentáciou buniek.

Objaviteľom sveta baktérií bol Antony Leeuwenhoek, holandský prírodovedec zo 17. storočia, ktorý ako prvý vytvoril dokonalý zväčšovací mikroskop, ktorý zväčšuje predmety 160-270-krát.

Baktérie sú klasifikované ako prokaryoty a sú zaradené do samostatnej ríše - Baktérie.

Tvar tela

Baktérie sú početné a rôznorodé organizmy. Líšia sa tvarom.

Názov baktérieTvar baktériíObrázok baktérie
Cocci V tvare gule
BacillusV tvare tyče
Vibrio V tvare čiarky
SpirillumŠpirála
streptokokyReťazec kokov
StaphylococcusZhluky kokov
Diplococcus Dve okrúhle baktérie uzavreté v jednej hlienovej kapsule

Spôsoby dopravy

Medzi baktériami existujú mobilné a imobilné formy. Pohyby sa pohybujú v dôsledku vlnovitých kontrakcií alebo pomocou bičíkov (skrútených špirálových závitov), ​​ktoré pozostávajú zo špeciálneho proteínu nazývaného bičík. Môže existovať jeden alebo viac bičíkov. V niektorých baktériách sú umiestnené na jednom konci bunky, v iných - na dvoch alebo na celom povrchu.

Pohyb je však vlastný aj mnohým ďalším baktériám, ktorým bičíky chýbajú. Baktérie pokryté z vonkajšej strany hlienom sú teda schopné kĺzavého pohybu.

Niektoré vodné a pôdne baktérie bez bičíkov majú v cytoplazme plynové vakuoly. V bunke môže byť 40-60 vakuol. Každý z nich je naplnený plynom (pravdepodobne dusíkom). Reguláciou množstva plynu vo vakuolách môžu vodné baktérie klesať do vodného stĺpca alebo stúpať na jeho povrch a pôdne baktérie sa môžu pohybovať v pôdnych kapilárach.

Habitat

Vďaka svojej jednoduchosti organizácie a nenáročnosti sú baktérie v prírode rozšírené. Baktérie sa nachádzajú všade: v kvapke aj tej najčistejšej pramenitej vody, v zrnkách pôdy, vo vzduchu, na skalách, v polárnom snehu, púštnom piesku, na dne oceánov, v oleji vyťaženom z veľkých hĺbok a dokonca aj v voda z horúcich prameňov s teplotou okolo 80ºC. Žijú na rastlinách, ovocí, rôznych živočíchoch a u ľudí v črevách, ústnej dutine, končatinách a na povrchu tela.

Baktérie sú najmenšie a najpočetnejšie živé tvory. Vďaka svojej malej veľkosti ľahko prenikajú do akýchkoľvek trhlín, štrbín alebo pórov. Veľmi odolný a prispôsobený rôznym životným podmienkam. Znášajú sušenie, extrémny chlad a ohrev až na 90ºC bez toho, aby stratili svoju životaschopnosť.

Na Zemi prakticky neexistuje miesto, kde by sa baktérie nenachádzali, ale v rôznom množstve. Životné podmienky baktérií sú rôzne. Niektoré z nich vyžadujú vzdušný kyslík, iné ho nepotrebujú a sú schopné žiť v prostredí bez kyslíka.

Vo vzduchu: baktérie stúpajú do vyšších vrstiev atmosféry až do vzdialenosti 30 km. a viac.

V pôde je ich obzvlášť veľa. 1 g pôdy môže obsahovať stovky miliónov baktérií.

Vo vode: v povrchových vrstvách vody v otvorených nádržiach. Užitočné vodné baktérie mineralizujú organické zvyšky.

V živých organizmoch: patogénne baktérie vstupujú do tela z vonkajšieho prostredia, ale len za priaznivých podmienok spôsobujú choroby. Symbiotické žijú v tráviacich orgánoch, pomáhajú rozkladať a vstrebávať potravu a syntetizovať vitamíny.

Vonkajšia štruktúra

Bakteriálna bunka je pokrytá špeciálnou hustou škrupinou - bunkovou stenou, ktorá plní ochranné a podporné funkcie a tiež dáva baktérii trvalý, charakteristický tvar. Bunková stena baktérie sa podobá stene rastlinnej bunky. Je priepustná: cez ňu živiny voľne prechádzajú do bunky a metabolické produkty odchádzajú do prostredia. Baktérie často vytvárajú ďalšiu ochrannú vrstvu hlienu na vrchnej časti bunkovej steny - kapsulu. Hrúbka kapsuly môže byť mnohonásobne väčšia ako priemer samotnej bunky, ale môže byť aj veľmi malá. Kapsula nie je podstatnou súčasťou bunky, vzniká v závislosti od podmienok, v ktorých sa baktérie nachádzajú. Chráni baktérie pred vysychaním.

Na povrchu niektorých baktérií sú dlhé bičíky (jeden, dva alebo veľa) alebo krátke tenké klky. Dĺžka bičíka môže byť mnohonásobne väčšia ako veľkosť tela baktérie. Baktérie sa pohybujú pomocou bičíkov a klkov.

Vnútorná štruktúra

Vo vnútri bakteriálnej bunky je hustá, nepohyblivá cytoplazma. Má vrstvenú štruktúru, neexistujú žiadne vakuoly, preto sa v samotnej látke cytoplazmy nachádzajú rôzne proteíny (enzýmy) a rezervné živiny. Bakteriálne bunky nemajú jadro. V centrálnej časti ich bunky je sústredená látka nesúca dedičnú informáciu. Baktérie, - nukleová kyselina - DNA. Ale táto látka sa netvorí do jadra.

Vnútorná organizácia bakteriálnej bunky je zložitá a má svoje špecifické vlastnosti. Cytoplazma je oddelená od bunkovej steny cytoplazmatickou membránou. V cytoplazme je hlavná látka alebo matrica, ribozómy a malý počet membránových štruktúr, ktoré vykonávajú rôzne funkcie (analógy mitochondrií, endoplazmatického retikula, Golgiho aparát). Cytoplazma bakteriálnych buniek často obsahuje granuly rôznych tvarov a veľkostí. Granule môžu byť zložené zo zlúčenín, ktoré slúžia ako zdroj energie a uhlíka. Kvapky tuku sa nachádzajú aj v bakteriálnej bunke.

V centrálnej časti bunky je lokalizovaná jadrová látka – DNA, ktorá nie je od cytoplazmy ohraničená membránou. Toto je analóg jadra - nukleoid. Nukleoid nemá membránu, jadierko ani sadu chromozómov.

Spôsoby stravovania

Baktérie majú rôzne spôsoby výživy. Medzi nimi sú autotrofy a heterotrofy. Autotrofy sú organizmy, ktoré sú schopné samostatne produkovať organické látky pre svoju výživu.

Rastliny potrebujú dusík, ale samé nedokážu absorbovať dusík zo vzduchu. Niektoré baktérie kombinujú molekuly dusíka vo vzduchu s inými molekulami, výsledkom čoho sú látky, ktoré sú dostupné pre rastliny.

Tieto baktérie sa usadzujú v bunkách mladých koreňov, čo vedie k tvorbe zhrubnutia na koreňoch, nazývaných uzliny. Takéto uzliny sa tvoria na koreňoch rastlín z čeľade bôbovitých a niektorých iných rastlín.

Korene poskytujú baktériám sacharidy a baktérie poskytujú koreňom látky obsahujúce dusík, ktoré môže rastlina absorbovať. Ich spolužitie je obojstranne výhodné.

Korene rastlín vylučujú množstvo organických látok (cukry, aminokyseliny a iné), ktorými sa baktérie živia. Preto sa najmä veľa baktérií usadzuje v pôdnej vrstve obklopujúcej korene. Tieto baktérie premieňajú odumreté rastlinné zvyšky na látky dostupné pre rastliny. Táto vrstva pôdy sa nazýva rizosféra.

Existuje niekoľko hypotéz o penetrácii baktérií uzlín do koreňového tkaniva:

  • cez poškodenie epidermálneho a kortexového tkaniva;
  • cez koreňové chĺpky;
  • len cez mladú bunkovú membránu;
  • vďaka sprievodným baktériám produkujúcim pektinolytické enzýmy;
  • v dôsledku stimulácie syntézy kyseliny B-indoloctovej z tryptofánu, vždy prítomnej v sekrétoch koreňov rastlín.

Proces zavádzania baktérií uzlín do koreňového tkaniva pozostáva z dvoch fáz:

  • infekcia koreňových chĺpkov;
  • proces tvorby uzlín.

Vo väčšine prípadov sa invázna bunka aktívne množí, vytvára takzvané infekčné vlákna a vo forme takýchto vlákien sa presúva do rastlinného tkaniva. Baktérie uzlín vystupujúce z infekčného vlákna sa naďalej množia v hostiteľskom tkanive.

Rastlinné bunky naplnené rýchlo sa množiacimi bunkami nodulových baktérií sa začínajú rýchlo deliť. Spojenie mladého uzlíka s koreňom strukovinovej rastliny sa uskutočňuje vďaka cievno-vláknitým zväzkom. Počas obdobia fungovania sú uzliny zvyčajne husté. V čase, keď dôjde k optimálnej aktivite, uzliny získajú ružovú farbu (vďaka pigmentu leghemoglobínu). Len tie baktérie, ktoré obsahujú leghemoglobín, sú schopné fixovať dusík.

Baktérie uzlíkov vytvárajú desiatky a stovky kilogramov dusíkatého hnojiva na hektár pôdy.

Metabolizmus

Baktérie sa navzájom líšia svojim metabolizmom. V niektorých sa vyskytuje za účasti kyslíka, v iných - bez neho.

Väčšina baktérií sa živí hotovými organickými látkami. Len niektoré z nich (modrozelené, resp. sinice) sú schopné vytvárať organické látky z anorganických. Zohrali dôležitú úlohu pri akumulácii kyslíka v zemskej atmosfére.

Baktérie absorbujú látky zvonku, trhajú svoje molekuly na kúsky, z týchto častí zostavujú svoj obal a dopĺňajú obsah (takto rastú) a vyhadzujú zbytočné molekuly. Škrupina a membrána baktérie jej umožňuje absorbovať len potrebné látky.

Ak by obal a membrána baktérie boli úplne nepriepustné, do bunky by sa nedostali žiadne látky. Ak by boli priepustné pre všetky látky, obsah bunky by sa zmiešal s médiom – roztokom, v ktorom baktéria žije. Aby baktérie prežili, potrebujú škrupinu, ktorá prepúšťa potrebné látky, ale nie látky nepotrebné.

Baktéria absorbuje živiny nachádzajúce sa v jej blízkosti. Čo bude ďalej? Ak sa môže pohybovať samostatne (pohybom bičíka alebo zatlačením hlienu späť), potom sa pohybuje, kým nenájde potrebné látky.

Ak sa nemôže pohybovať, čaká, kým difúzia (schopnosť molekúl jednej látky preniknúť do húštiny molekúl inej látky) k nej privedie potrebné molekuly.

Baktérie spolu s ďalšími skupinami mikroorganizmov vykonávajú obrovskú chemickú prácu. Premenou rôznych zlúčenín získavajú energiu a živiny potrebné pre svoj život. Metabolické procesy, spôsoby získavania energie a potreba materiálov na stavbu látok ich tiel sú u baktérií rôznorodé.

Ostatné baktérie uspokojujú všetky svoje potreby uhlíka potrebného na syntézu organických látok v tele na úkor anorganických zlúčenín. Nazývajú sa autotrofy. Autotrofné baktérie sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických. Medzi nimi sú:

Chemosyntéza

Využitie energie žiarenia je najdôležitejší, ale nie jediný spôsob, ako vytvárať organickú hmotu z oxidu uhličitého a vody. Sú známe baktérie, ktoré ako zdroj energie na takúto syntézu nevyužívajú slnečné svetlo, ale energiu chemických väzieb vyskytujúcich sa v bunkách organizmov pri oxidácii niektorých anorganických zlúčenín - sírovodík, síra, amoniak, vodík, kyselina dusičná, železnaté zlúčeniny železo a mangán. Organickú hmotu vytvorenú pomocou tejto chemickej energie využívajú na stavbu buniek svojho tela. Preto sa tento proces nazýva chemosyntéza.

Najdôležitejšou skupinou chemosyntetických mikroorganizmov sú nitrifikačné baktérie. Tieto baktérie žijú v pôde a oxidujú amoniak vznikajúci pri rozklade organických zvyškov na kyselinu dusičnú. Ten reaguje s minerálnymi zlúčeninami pôdy a mení sa na soli kyseliny dusičnej. Tento proces prebieha v dvoch fázach.

Železné baktérie premieňajú železité železo na oxidové železo. Výsledný hydroxid železa sa usadzuje a vytvára takzvanú bahennú železnú rudu.

Niektoré mikroorganizmy existujú v dôsledku oxidácie molekulárneho vodíka, čím poskytujú autotrofný spôsob výživy.

Charakteristickou črtou vodíkových baktérií je schopnosť prejsť na heterotrofný životný štýl, keď sa im poskytujú organické zlúčeniny a neprítomnosť vodíka.

Chemoautotrofy sú teda typickými autotrofmi, pretože nezávisle syntetizujú potrebné organické zlúčeniny z anorganických látok a neberú ich hotové z iných organizmov, ako sú heterotrofy. Chemoautotrofné baktérie sa líšia od fototrofných rastlín v úplnej nezávislosti od svetla ako zdroja energie.

Bakteriálna fotosyntéza

Niektoré sírne baktérie obsahujúce pigment (fialové, zelené), obsahujúce špecifické pigmenty - bakteriochlorofyly, sú schopné absorbovať slnečnú energiu, pomocou ktorej sa v ich telách rozkladá sírovodík a uvoľňuje atómy vodíka na obnovu zodpovedajúcich zlúčenín. Tento proces má veľa spoločného s fotosyntézou a líši sa len tým, že vo fialových a zelených baktériách je donorom vodíka sírovodík (občas karboxylové kyseliny) a v zelených rastlinách je to voda. V oboch sa separácia a prenos vodíka uskutočňuje vďaka energii absorbovaných slnečných lúčov.

Táto bakteriálna fotosyntéza, ktorá prebieha bez uvoľnenia kyslíka, sa nazýva fotoredukcia. Fotoredukcia oxidu uhličitého je spojená s prenosom vodíka nie z vody, ale zo sírovodíka:

6СО 2 +12Н 2 S+hv → С6Н 12 О 6 +12S=6Н 2 О

Biologický význam chemosyntézy a bakteriálnej fotosyntézy v planetárnom meradle je relatívne malý. V procese kolobehu síry v prírode hrajú významnú úlohu iba chemosyntetické baktérie. Síra absorbovaná zelenými rastlinami vo forme solí kyseliny sírovej sa redukuje a stáva sa súčasťou proteínových molekúl. Ďalej, keď sú odumreté rastlinné a živočíšne zvyšky zničené hnilobnými baktériami, síra sa uvoľňuje vo forme sírovodíka, ktorý je sírovými baktériami oxidovaný na voľnú síru (alebo kyselinu sírovú), pričom v pôde vznikajú siričitany, ktoré sú prístupné pre rastliny. Chemo- a fotoautotrofné baktérie sú nevyhnutné v cykle dusíka a síry.

Sporulácia

Vo vnútri bakteriálnej bunky sa tvoria spóry. Počas procesu sporulácie prechádza bakteriálna bunka množstvom biochemických procesov. Množstvo voľnej vody v ňom klesá a enzymatická aktivita klesá. Tým je zabezpečená odolnosť spór voči nepriaznivým podmienkam prostredia (vysoká teplota, vysoká koncentrácia solí, vysychanie atď.). Sporulácia je charakteristická len pre malú skupinu baktérií.

Spóry sú voliteľným štádiom životného cyklu baktérií. Sporulácia začína až nedostatkom živín alebo hromadením produktov látkovej premeny. Baktérie vo forme spór môžu zostať dlho nečinné. Bakteriálne spóry vydržia dlhší var a veľmi dlhé mrazenie. Keď nastanú priaznivé podmienky, spóra vyklíči a stane sa životaschopnou. Bakteriálne spóry sú adaptáciou na prežitie v nepriaznivých podmienkach.

Rozmnožovanie

Baktérie sa rozmnožujú rozdelením jednej bunky na dve. Po dosiahnutí určitej veľkosti sa baktéria rozdelí na dve rovnaké baktérie. Potom sa každý z nich začne kŕmiť, rastie, delí sa atď.

Po predĺžení buniek sa postupne vytvorí priečna priehradka a potom sa oddelia dcérske bunky; V mnohých baktériách za určitých podmienok zostávajú bunky po rozdelení spojené v charakteristických skupinách. V tomto prípade v závislosti od smeru deliacej roviny a počtu delení vznikajú rôzne tvary. Rozmnožovanie pučaním sa u baktérií vyskytuje výnimočne.

Za priaznivých podmienok dochádza u mnohých baktérií k deleniu buniek každých 20-30 minút. Pri takomto rýchlom rozmnožovaní je potomstvo jednej baktérie za 5 dní schopné vytvoriť hmotu, ktorá môže naplniť všetky moria a oceány. Jednoduchý výpočet ukazuje, že denne môže vzniknúť 72 generácií (720 000 000 000 000 000 000 buniek). Ak sa prepočíta na hmotnosť - 4720 ton. V prírode sa to však nedeje, pretože väčšina baktérií rýchlo zomiera pod vplyvom slnečného žiarenia, sušenia, nedostatku potravy, zahrievania na 65-100 ° C v dôsledku boja medzi druhmi atď.

Baktéria (1), ktorá absorbuje dostatok potravy, sa zväčší (2) a začne sa pripravovať na reprodukciu (bunkové delenie). Jeho DNA (v baktérii je molekula DNA uzavretá do kruhu) sa zdvojnásobí (baktéria vytvorí kópiu tejto molekuly). Obidve molekuly DNA (3,4) sa ocitnú pripojené k stene baktérie a ako sa baktéria predĺži, vzdialia sa (5,6). Najprv sa delí nukleotid, potom cytoplazma.

Po divergencii dvoch molekúl DNA sa na baktérii objaví zúženie, ktoré postupne rozdelí telo baktérie na dve časti, z ktorých každá obsahuje molekulu DNA (7).

Stáva sa (u Bacillus subtilis), že sa dve baktérie zlepia a vytvorí sa medzi nimi most (1,2).

Prepojka prenáša DNA z jednej baktérie do druhej (3). V jednej baktérii sa molekuly DNA prepletú, na niektorých miestach sa zlepia (4) a potom si vymenia časti (5).

Úloha baktérií v prírode

Gyre

Baktérie sú najdôležitejším článkom vo všeobecnom kolobehu látok v prírode. Rastliny vytvárajú zložité organické látky z oxidu uhličitého, vody a minerálnych solí v pôde. Tieto látky sa vracajú do pôdy s mŕtvymi hubami, rastlinami a mŕtvolami zvierat. Baktérie rozkladajú zložité látky na jednoduché, ktoré potom využívajú rastliny.

Baktérie ničia zložité organické látky mŕtvych rastlín a mŕtvol zvierat, výlučky živých organizmov a rôzne odpady. Saprofytické baktérie, ktoré sa živia týmito organickými látkami, ich premieňajú na humus. Ide o akýchsi usporiadateľov našej planéty. Baktérie sa teda aktívne zúčastňujú kolobehu látok v prírode.

Tvorba pôdy

Keďže baktérie sú rozšírené takmer všade a vyskytujú sa v obrovských množstvách, do značnej miery určujú rôzne procesy prebiehajúce v prírode. Na jeseň opadáva listy stromov a kríkov, odumierajú nadzemné výhonky tráv, opadávajú staré konáre a z času na čas opadávajú kmene starých stromov. To všetko sa postupne mení na humus. V 1 cm3. Povrchová vrstva lesnej pôdy obsahuje stovky miliónov saprofytických pôdnych baktérií viacerých druhov. Tieto baktérie premieňajú humus na rôzne minerály, ktoré môžu byť absorbované z pôdy koreňmi rastlín.

Niektoré pôdne baktérie sú schopné absorbovať dusík zo vzduchu a využívajú ho v životne dôležitých procesoch. Tieto baktérie viažuce dusík žijú samostatne alebo sa usadzujú v koreňoch strukovín. Po preniknutí do koreňov strukovín spôsobujú tieto baktérie rast koreňových buniek a tvorbu uzlín na nich.

Tieto baktérie produkujú zlúčeniny dusíka, ktoré rastliny využívajú. Baktérie získavajú sacharidy a minerálne soli z rastlín. Medzi strukovinovou rastlinou a baktériami uzlíkov je teda úzky vzťah, ktorý je prospešný pre jeden aj druhý organizmus. Tento jav sa nazýva symbióza.

Vďaka symbióze s nodulárnymi baktériami obohacujú strukoviny pôdu dusíkom, čím pomáhajú zvyšovať úrodu.

Distribúcia v prírode

Mikroorganizmy sú všadeprítomné. Výnimkou sú len krátery aktívnych sopiek a malé oblasti v epicentrách vybuchnutých atómových bômb. Existencii a rozvoju mikroflóry neprekážajú ani nízke teploty Antarktídy, ani vriace prúdy gejzírov, ani nasýtené soľné roztoky v soľných bazénoch, ani silné slnečné žiarenie na vrcholkoch hôr, ani prudké ožiarenie jadrových reaktorov. Všetky živé bytosti neustále interagujú s mikroorganizmami, často sú nielen ich úložiskami, ale aj ich distribútormi. Mikroorganizmy sú domorodci našej planéty a aktívne skúmajú tie najneuveriteľnejšie prírodné substráty.

Pôdna mikroflóra

Počet baktérií v pôde je mimoriadne veľký – stovky miliónov a miliardy jedincov na gram. V pôde je ich oveľa viac ako vo vode a vo vzduchu. Celkový počet baktérií v pôde sa mení. Počet baktérií závisí od typu pôdy, jej stavu a hĺbky vrstiev.

Na povrchu pôdnych častíc sa mikroorganizmy nachádzajú v malých mikrokolóniách (každá 20-100 buniek). Často sa vyvíjajú v hrúbke zrazenín organickej hmoty, na živých a umierajúcich koreňoch rastlín, v tenkých kapilárach a vo vnútri hrudiek.

Pôdna mikroflóra je veľmi rôznorodá. Existujú rôzne fyziologické skupiny baktérií: hnilobné baktérie, nitrifikačné baktérie, baktérie viažuce dusík, sírne baktérie atď. Medzi nimi sú aeróbne a anaeróbne, spórové a nespórové formy. Mikroflóra je jedným z faktorov tvorby pôdy.

Oblasťou vývoja mikroorganizmov v pôde je zóna susediaca s koreňmi živých rastlín. Nazýva sa rizosféra a súhrn mikroorganizmov v nej obsiahnutých sa nazýva mikroflóra rizosféry.

Mikroflóra nádrží

Voda je prirodzené prostredie, kde sa vo veľkom množstve vyvíjajú mikroorganizmy. Väčšina z nich vstupuje do vody z pôdy. Faktor, ktorý určuje počet baktérií vo vode a prítomnosť živín v nej. Najčistejšie vody sú z artézskych studní a prameňov. Otvorené nádrže a rieky sú veľmi bohaté na baktérie. Najväčší počet baktérií sa nachádza v povrchových vrstvách vody, bližšie k brehu. Keď sa vzďaľujete od brehu a zväčšujete hĺbku, počet baktérií klesá.

Čistá voda obsahuje 100-200 baktérií na ml a znečistená voda obsahuje 100-300 tisíc alebo viac. V spodnom kale je veľa baktérií, najmä v povrchovej vrstve, kde baktérie vytvárajú film. Tento film obsahuje veľa sírnych a železných baktérií, ktoré oxidujú sírovodík na kyselinu sírovú a tým zabraňujú úhynu rýb. V naplaveninách je viac výtrusných foriem, vo vode prevládajú formy bez výtrusov.

Z hľadiska druhového zloženia je mikroflóra vody podobná mikroflóre pôdy, existujú však aj špecifické formy. Zničením rôznych odpadov, ktoré sa dostanú do vody, mikroorganizmy postupne uskutočňujú takzvané biologické čistenie vody.

Vzduchová mikroflóra

Mikroflóra vzduchu je menej početná ako mikroflóra pôdy a vody. Baktérie stúpajú do vzduchu s prachom, môžu tam nejaký čas zostať a potom sa usadia na povrchu zeme a zomierajú z nedostatku výživy alebo pod vplyvom ultrafialových lúčov. Počet mikroorganizmov vo vzduchu závisí od geografického pásma, terénu, ročného obdobia, znečistenia prachom atď. každé zrnko prachu je nosičom mikroorganizmov. Väčšina baktérií je vo vzduchu nad priemyselnými podnikmi. Vzduch vo vidieckych oblastiach je čistejší. Najčistejší vzduch je nad lesmi, horami a zasneženými oblasťami. Horné vrstvy vzduchu obsahujú menej mikróbov. Vzduchová mikroflóra obsahuje veľa pigmentovaných a spórových baktérií, ktoré sú odolnejšie ako iné voči ultrafialovým lúčom.

Mikroflóra ľudského tela

Ľudské telo, aj úplne zdravé, je vždy nositeľom mikroflóry. Pri kontakte ľudského tela so vzduchom a pôdou sa na odeve a pokožke usádzajú rôzne mikroorganizmy, vrátane patogénnych (tetanové bacily, plynatosť a pod.). Najčastejšie exponované časti ľudského tela sú kontaminované. E. coli a stafylokoky sa nachádzajú na rukách. V ústnej dutine je viac ako 100 druhov mikróbov. Ústa svojou teplotou, vlhkosťou a zvyškami živín sú výborným prostredím pre vývoj mikroorganizmov.

Žalúdok reaguje kyslo, takže väčšina mikroorganizmov v ňom zomrie. Počnúc od tenkého čreva sa reakcia stáva zásaditou, t.j. priaznivé pre mikróby. Mikroflóra v hrubom čreve je veľmi rôznorodá. Každý dospelý človek denne vylúči v exkrementoch asi 18 miliárd baktérií, t.j. viac jednotlivcov ako ľudí na svete.

Vnútorné orgány, ktoré nie sú prepojené s vonkajším prostredím (mozog, srdce, pečeň, močový mechúr atď.), sú zvyčajne bez mikróbov. Mikróby vstupujú do týchto orgánov iba počas choroby.

Baktérie v kolobehu látok

Mikroorganizmy vo všeobecnosti a baktérie zvlášť zohrávajú veľkú úlohu v biologicky dôležitých cykloch látok na Zemi, pričom vykonávajú chemické premeny, ktoré sú úplne nedostupné pre rastliny ani zvieratá. Rôzne štádiá cyklu prvkov vykonávajú organizmy rôznych typov. Existencia každej jednotlivej skupiny organizmov závisí od chemickej premeny prvkov uskutočňovanej inými skupinami.

Cyklus dusíka

Cyklická premena dusíkatých zlúčenín hrá primárnu úlohu pri dodávaní potrebných foriem dusíka organizmom biosféry s rôznymi nutričnými potrebami. Viac ako 90 % celkovej fixácie dusíka je spôsobených metabolickou aktivitou určitých baktérií.

Uhlíkový cyklus

Biologická premena organického uhlíka na oxid uhličitý, sprevádzaná redukciou molekulárneho kyslíka, si vyžaduje spoločnú metabolickú aktivitu rôznych mikroorganizmov. Mnohé aeróbne baktérie vykonávajú úplnú oxidáciu organických látok. Za aeróbnych podmienok sa organické zlúčeniny najprv rozložia fermentáciou a organické konečné produkty fermentácie sa ďalej oxidujú anaeróbnym dýchaním, ak sú prítomné anorganické akceptory vodíka (dusičnany, sírany alebo CO 2 ).

Cyklus síry

Síra je pre živé organizmy dostupná najmä vo forme rozpustných síranov alebo redukovaných organických zlúčenín síry.

Železný cyklus

Niektoré sladkovodné útvary obsahujú vysoké koncentrácie redukovaných solí železa. Na takýchto miestach vzniká špecifická bakteriálna mikroflóra – železité baktérie, ktoré redukované železo oxidujú. Podieľajú sa na tvorbe rašelinných železných rúd a vodných zdrojov bohatých na soli železa.

Baktérie sú najstaršie organizmy, ktoré sa objavili asi pred 3,5 miliardami rokov v Archeane. Asi 2,5 miliardy rokov dominovali na Zemi, tvorili biosféru a podieľali sa na tvorbe kyslíkovej atmosféry.

Baktérie sú jedným z najjednoduchšie štruktúrovaných živých organizmov (okrem vírusov). Predpokladá sa, že sú to prvé organizmy, ktoré sa objavili na Zemi.

Baktérie sú prokaryoty(nejadrové) bunkové organizmy.Toto sú najjednoduchšie, najmenšie arozšírené organizmyktoré existujú na Zemi viac ako 3miliardy rokov, no zároveň neustále
rozvíjanie. Baktérie sú takéodlišný od ostatných živých vecíorganizmov, ktoré sú zaradené do samostatného kráľovstva, baktérie. Nie je to tak na celom sveteexistuje veľa miest bez baktérií. Žijú vo vode, pôde, vzduchu,vo vnútri a na povrchu tiel zvierat a rastliny.

Tvary baktérií


koky (sférické) - osamelé

diplokoky (zbierané po dvoch)

tetrakoky (po štyri)

reťazce (streptokoky)

vo forme trsu (stafylokoky)

bacily (tyčinkové)


spletité - vibriá (v tvare čiarky)

spirilla (jedna alebo viac pravidelných kučier)

spirochéty (dlhé a tenké stočené tvary s početnými malými zákrutami)

Životne dôležitá aktivita baktérií:

Dych

Aeróby – kyslík je nevyhnutný pre život

Anaeróby – nepotrebujú k životu kyslík

Mnoho baktérií môže žiariť, keď dýchajú (žiara morskej vody, hniloba lesa)

Podľa spôsobu výživy sa delia na:

a) sporofyty - baktérie, ktoré sa živia hotovými organickými látkami mŕtvych organizmov (kyselina mliečna, hnilobné baktérie);

c) symbionti – žijú vo vnútri iných organizmov a prospievajú im. (dusík viažuce baktérie na koreňoch strukovín, črevné baktérie)

d) autotrofné baktérie - schopné syntetizovať organické látky z anorganických (fotosyntetické - zelené baktérie a chemosyntetické - sírne baktérie, nitrifikačné baktérie, železité baktérie, vodíkové baktérie a pod.)

Rozmnožovanie

Väčšina baktérií sa rozmnožuje rozdelením bunky na 2 časti (amitóza) prostredníctvom zúženia alebo v dôsledku vytvorenia deliacej priehradky. Valcové tvary sú rozdelené naprieč, sférické - v ľubovoľnom smere. Niektoré sa rozmnožujú pučaním. Sexuálny proces je zaznamenaný len v niekoľkých prípadoch (u E. coli). Baktérie sa vyznačujú vysokou rýchlosťou reprodukcie: delenie nastáva rýchlo (po 20-30 minútach). Pri takejto intenzite by potomstvo jednej baktérie zaplnilo panvy všetkých morí a oceánov za 5 dní. Ich rozmnožovanie je však limitované klimatickými podmienkami, vystavením slnečnému žiareniu, bojom medzi druhmi, hromadením produktov látkovej premeny atď.

Sporulácia

Za nepriaznivých podmienok sú tyčinkovité baktérie schopné vytvárať spóry. Sporulácia nie je reprodukcia, pretože Z každej bunky sa vytvorí jedna spóra a počet jedincov sa nezvyšuje.Spóra sa vyvíja vo vnútri bakteriálnej bunky: až 60 % vody sa naviaže, protoplast sa stiahne a pokryje sa veľmi hustou schránkou. Škrupina bývalej bunky je zničená a spóra je uvoľnená. Je schopný zostať životaschopný po mnoho rokov (odolný voči vysychaniu, vysokým a nízkym teplotám, toxickým látkam). Keď nastanú priaznivé podmienky, spóry napučia, membrány prasknú a vychádzajú mladé vytvorené bunky. Spóra (v baktériách) je teda štádiom prežívania nepriaznivých podmienok

Bibliografia.

1. M.V. Gusev, L.A. Minaeva. Mikrobiológia. Učebnica pre špeciálne univerzity M.: "Akadémia", 2003

2. V.V. Lysák. Mikrobiológia. Učebnica pre lekárske univerzity. Minsk: BSU, 2007

Baktérie- jeden z najstarších organizmov na Zemi. Napriek jednoduchosti svojej stavby žijú vo všetkých možných biotopoch. Väčšina z nich sa nachádza v pôde (až niekoľko miliárd bakteriálnych buniek na 1 gram pôdy). Vo vzduchu, vode, potrave, vo vnútri a na telách živých organizmov je veľa baktérií. Baktérie sa našli na miestach, kde iné organizmy nemôžu žiť (na ľadovcoch, v sopkách).

Baktéria je zvyčajne jedna bunka (hoci existujú koloniálne formy). Okrem toho je táto bunka veľmi malá (od zlomkov mikrónu po niekoľko desiatok mikrónov). Ale hlavnou črtou bakteriálnej bunky je absencia bunkového jadra. Inými slovami, baktérie patria prokaryoty.

Baktérie sú mobilné alebo nepohyblivé. V prípade nepohyblivých foriem sa pohyb uskutočňuje pomocou bičíkov. Môže ich byť niekoľko, alebo len jeden.

Bunky rôznych typov baktérií sa môžu značne líšiť tvarom. Existujú guľovité baktérie ( koky), tyčovitý ( bacily), podobne ako čiarka ( vibrácie), krimpované ( spirochéty, spirilla) a pod.

Štruktúra bakteriálnej bunky

Mnohé bakteriálne bunky majú hlienová kapsula. Vykonáva ochrannú funkciu. Predovšetkým chráni bunku pred vysychaním.

Rovnako ako rastlinné bunky, bakteriálne bunky majú bunková stena. Na rozdiel od rastlín je však jeho štruktúra a chemické zloženie trochu odlišné. Bunková stena je tvorená vrstvami komplexných sacharidov. Jeho štruktúra je taká, že umožňuje rôznym látkam preniknúť do bunky.

Pod bunkovou stenou je cytoplazmatická membránanA.

Baktérie sú klasifikované ako prokaryoty, pretože ich bunky nemajú vytvorené jadro. Nemajú chromozómy charakteristické pre eukaryotické bunky. Chromozóm obsahuje nielen DNA, ale aj proteín. V baktériách ich chromozóm pozostáva iba z DNA a je to kruhová molekula. Tento genetický aparát baktérií je tzv nukleoid. Nukleoid sa nachádza priamo v cytoplazme, zvyčajne v strede bunky.

Baktérie nemajú pravé mitochondrie a množstvo ďalších bunkových organel (Golgiho komplex, endoplazmatické retikulum). Ich funkcie sa vykonávajú invagináciami bunkovej cytoplazmatickej membrány. Takéto invaginácie sa nazývajú mezozómy.

V cytoplazme je ribozómy, ako aj rôzne organické začlenenie: bielkoviny, sacharidy (glykogén), tuky. Bakteriálne bunky môžu tiež obsahovať rôzne pigmenty. V závislosti od prítomnosti alebo neprítomnosti určitých pigmentov môžu byť baktérie bezfarebné, zelené alebo fialové.

Výživa baktérií

Baktérie vznikli na úsvite života na Zemi. Boli to práve oni, ktorí „objavili“ rôzne spôsoby stravovania. Až neskôr, s komplikáciou organizmov, jasne vznikli dve veľké kráľovstvá: Rastliny a Živočíchy. Líšia sa od seba predovšetkým spôsobom kŕmenia. Rastliny sú autotrofy a zvieratá sú heterotrofy. Baktérie majú oba typy výživy.

Výživa je spôsob, akým bunka alebo telo získava potrebné organické látky. Môžu byť získané zvonku alebo syntetizované nezávisle od anorganických látok.

Autotrofné baktérie

Autotrofné baktérie syntetizujú organické látky z anorganických. Proces syntézy vyžaduje energiu. Podľa toho, odkiaľ autotrofné baktérie túto energiu prijímajú, sa delia na fotosyntetické a chemosyntetické.

Fotosyntetické baktérie využiť energiu Slnka, zachytiť jeho žiarenie. V tomto sú podobné rastlinám. Kým však rastliny pri fotosyntéze uvoľňujú kyslík, väčšina fotosyntetických baktérií ho neuvoľňuje. To znamená, že bakteriálna fotosyntéza je anaeróbna. Tiež zelený pigment baktérií sa líši od podobného pigmentu rastlín a je tzv bakteriochlorofyl. Baktérie nemajú chloroplasty. Vo vodách (čerstvých a slaných) žijú väčšinou fotosyntetické baktérie.

Chemosyntetické baktérie Na syntézu organických látok z anorganických sa využíva energia rôznych chemických reakcií. Energia sa neuvoľňuje pri všetkých reakciách, ale iba pri exotermických. Niektoré z týchto reakcií prebiehajú v bakteriálnych bunkách. Takže v nitrifikačné baktérie dochádza k oxidácii amoniaku na dusitany a dusičnany. Železné baktérie oxidovať železité železo na oxid železo. Vodíkové baktérie oxidujú molekuly vodíka.

Heterotrofné baktérie

Heterotrofné baktérie nie sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických. Preto sme nútení ich získavať z okolia.

Baktérie, ktoré sa živia organickými zvyškami iných organizmov (vrátane mŕtvych tiel), sú tzv saprofytické baktérie. Inak sa im hovorí hnijúce baktérie. Takýchto baktérií je veľa v pôde, kde rozkladajú humus na anorganické látky, ktoré následne využívajú rastliny. Baktérie mliečneho kvasenia sa živia cukrami a premieňajú ich na kyselinu mliečnu. Baktérie kyseliny maslovej rozkladajú organické kyseliny, sacharidy a alkoholy na kyselinu maslovú.

Baktérie uzlíkov žijú v koreňoch rastlín a živia sa organickou hmotou živej rastliny. Fixujú však dusík zo vzduchu a poskytujú ho rastline. To znamená, že v tomto prípade existuje symbióza. Iné heterotrofné symbiontné baktériežijú v tráviacom systéme zvierat, pomáhajú pri trávení potravy.

Počas procesu dýchania sa organické látky ničia a uvoľňuje sa energia. Táto energia sa následne vynakladá na rôzne životne dôležité procesy (napríklad pohyb).

Efektívnym spôsobom získavania energie je kyslíkové dýchanie. Niektoré baktérie však dokážu získať energiu aj bez kyslíka. Existujú teda aeróbne a anaeróbne baktérie.

Aeróbne baktérie kyslík je potrebný, preto žijú na miestach, kde je dostupný. Kyslík sa podieľa na oxidačnej reakcii organických látok na oxid uhličitý a vodu. V procese takéhoto dýchania dostávajú baktérie pomerne veľké množstvo energie. Tento spôsob dýchania je charakteristický pre veľkú väčšinu organizmov.

Anaeróbne baktérie Na dýchanie nepotrebujú kyslík, takže môžu žiť v prostredí bez kyslíka. Energiu prijímajú z fermentačné reakcie. Tento spôsob oxidácie je neúčinný.

Rozmnožovanie baktérií

Vo väčšine prípadov sa baktérie množia rozdelením svojich buniek na dve časti. Predtým sa kruhová molekula DNA zdvojnásobí. Každá dcérska bunka prijíma jednu z týchto molekúl a je teda genetickou kópiou materskej bunky (klonu). Je teda typický pre baktérie asexuálna reprodukcia.

Za priaznivých podmienok (s dostatkom živín a priaznivých podmienok prostredia) sa bakteriálne bunky veľmi rýchlo delia. Takže z jednej baktérie môžu denne vzniknúť stovky miliónov buniek.

Hoci sa baktérie rozmnožujú nepohlavne, v niektorých prípadoch sa u nich prejavuje tzv sexuálny proces, ktorý prúdi vo forme konjugácia. Počas konjugácie sa dve rôzne bakteriálne bunky priblížia a vytvorí sa spojenie medzi ich cytoplazmami. Časti DNA jednej bunky sa prenesú do druhej a časti DNA druhej bunky sa prenesú do prvej. Počas sexuálneho procesu si teda baktérie vymieňajú genetické informácie. Niekedy si baktérie nevymieňajú časti DNA, ale celé molekuly DNA.

Bakteriálne spóry

Prevažná väčšina baktérií vytvára spóry za nepriaznivých podmienok. Bakteriálne spóry sú skôr spôsob prežitia nepriaznivých podmienok a spôsob šírenia, než spôsob rozmnožovania.

Keď sa vytvorí spóra, cytoplazma bakteriálnej bunky sa stiahne a samotná bunka je pokrytá hustou, hrubou ochrannou membránou.

Bakteriálne spóry zostávajú dlho životaschopné a sú schopné prežiť aj veľmi nepriaznivé podmienky (extrémne vysoké a nízke teploty, vysychanie).

Keď sa spóra ocitne v priaznivých podmienkach, napučí. Potom sa ochranný obal odstráni a objaví sa obyčajná bakteriálna bunka. Stáva sa, že dochádza k deleniu buniek a vzniká niekoľko baktérií. To znamená, že sporulácia je kombinovaná s reprodukciou.

Význam baktérií

Úloha baktérií v kolobehu látok v prírode je obrovská. Týka sa to predovšetkým hnijúcich baktérií (saprofytov). Nazývajú sa poriadky prírody. Rozkladom zvyškov rastlín a živočíchov baktérie premieňajú zložité organické látky na jednoduché anorganické látky (oxid uhličitý, voda, amoniak, sírovodík).

Baktérie zvyšujú úrodnosť pôdy tým, že ju obohacujú dusíkom. Nitrifikačné baktérie podliehajú reakciám, pri ktorých vznikajú dusitany z amoniaku a dusičnany z dusitanov. Nodulové baktérie sú schopné asimilovať atmosférický dusík a syntetizovať zlúčeniny dusíka. Žijú v koreňoch rastlín, tvoria uzliny. Vďaka týmto baktériám dostávajú rastliny zlúčeniny dusíka, ktoré potrebujú. Strukoviny v podstate vstupujú do symbiózy s baktériami uzlín. Po ich odumretí sa pôda obohatí dusíkom. Toto sa často používa v poľnohospodárstve.

V žalúdku prežúvavcov baktérie rozkladajú celulózu, čo podporuje efektívnejšie trávenie.

Pozitívna úloha baktérií v potravinárskom priemysle je skvelá. Mnoho druhov baktérií sa používa na výrobu produktov kyseliny mliečnej, masla a syrov, nakladanie zeleniny a tiež pri výrobe vína.

V chemickom priemysle sa baktérie používajú na výrobu alkoholov, acetónu a kyseliny octovej.

V medicíne sa baktérie využívajú na produkciu množstva antibiotík, enzýmov, hormónov a vitamínov.

Škodiť však môžu aj baktérie. Potravu nielen kazia, ale svojimi výlučkami ju robia jedovatou.

Podľa druhu výživy sa mikróby delia na autotrofy A heterotrofy. Prvé sú schopné syntetizovať zložité organické látky z jednoduchých anorganických zlúčenín. Ako zdroj uhlíka môžu využívať oxid uhličitý a iné anorganické zlúčeniny uhlíka.

Podľa spôsobu asimilácie dusíka sú mikroorganizmy rozdelené do 2 skupín: aminoautotrofy a amonoheterotrofy.

Aminoautotrofy – na syntézu bielkovín bunky využívajú molekulárny dusík zo vzduchu alebo ho absorbujú z amónnych solí.

Aminoheterotrofy – získavajú dusík z organických zlúčenín – aminokyselín, komplexných bielkovín (všetky patogénne mikroorganizmy a väčšina saprofytov).

Podľa charakteru zdroja využitia energie sa mikroorganizmy delia na fototrofy (využívajú energiu slnečného žiarenia) a chemotrofy (využívajú energiu oxidáciou anorganických látok) (mikroorganizmy patogénne pre človeka).

Mikrobiálny typ potravy

Autotrofy Heterotrofy

(patogénne a oportúnne mikroorganizmy)

Nepovinný povinný

Silový mechanizmus. Prienik rôznych látok do bakteriálnej bunky závisí od veľkosti a rozpustnosti ich molekúl, pH prostredia, koncentrácie, priepustnosti membrány a pod. Hlavným regulátorom vstupu látok do bunky je cytoplazmatická membrána. K uvoľňovaniu látok z bunky dochádza difúziou a za účasti transportných systémov.

Prenikanie živín do mikrobiálnej bunky prebieha rôznymi spôsobmi:

1. Pasívna difúzia, t.j. pohyb látok cez hrúbku membrány, v dôsledku čoho sa vyrovnáva koncentrácia látok a osmotický tlak na oboch stranách membrány. Živiny môžu takto prenikať vtedy, keď koncentrácia v prostredí výrazne prevyšuje koncentráciu látok v bunke. Tento proces prebieha bez spotreby energie.

2. Uľahčená difúzia– prienik živín do bunky ich aktívnym transportom špeciálnymi nosnými molekulami tzv preniká. Tento proces prebieha bez použitia energie, pretože pohyb látok nastáva z vyšších koncentrácií do nižších.

3. Aktívna dopravaživiny sa tiež vykonávajú pomocou permeáz. Tento proces vyžaduje energiu. V tomto prípade môže živina vstúpiť do bunky, ak jej koncentrácia v bunke výrazne prevyšuje koncentráciu v médiu.

4. Prepravovaná látka môže podliehať chemickej úprave. Táto metóda sa nazýva radikálny prenos resp translokácia chemických skupín. Tento proces je podobný aktívnemu transportu.

Uvoľňovanie látok z mikrobiálnej bunky prebieha buď formou pasívnej difúzie alebo v procese facilitovanej difúzie za účasti permeáz.

Pre rast mikróbov na živných pôdach používaných na ich kultiváciu sú potrebné určité ďalšie zložky, zlúčeniny, ktoré si mikróby samotné nedokážu syntetizovať. Takéto spojenia sú tzv rastové faktory(aminokyseliny, puríny a pyrimidíny, vitamíny atď.)

Dátum pridania: 20.10.2015 | Zobrazenia: 247 | porušenie autorských práv

Spôsoby kŕmenia baktérií.

Uhlíková výživa. Medzi najdôležitejšie chemické prvky potrebné na syntézu organických zlúčenín patria: uhlík (C), dusík (N), vodík (H), kyslík (O). Baktérie uspokojujú svoju potrebu vodíka a kyslíka prostredníctvom vody. Podľa spôsobu výživy uhlíkom sa baktérie delia na: autotrofy (autotrofy) a heterotrofy.

Autotrofy- organizmy, ktoré plne uspokojujú svoju potrebu uhlíka z CO2. Sú schopné syntetizovať organické látky z anorganických pomocou svetelnej energie a oxidačných reakcií.

Saprofyty– zdrojom výživy sú odumreté organické substráty.

Heterotrofy absorbujú uhlík z hotových organických zlúčenín, čo si vyžaduje energiu. Existujú 2 zdroje energie – fotosyntéza a chemosyntéza.

Fotosyntéza je syntéza využívajúca energiu slnečného žiarenia. Chemosyntéza - je to energia získaná oxidáciou anorganických zlúčenín.

Dusíková výživa. Podľa spôsobu výživy dusíkom sa baktérie delia na aminoautotrofy a aminoheterotrofy.

Aminoautotrofy– sú schopné plne uspokojiť svoje potreby dusíka, potrebného pre syntézu bielkovín a nukleových kyselín, pomocou atmosférického a minerálneho dusíka.

Aminoheterotrofy- pre rast a rozmnožovanie potrebujú hotové organické dusíkaté zlúčeniny: niektoré aminokyseliny a vitamíny.

K aminoautotrofom patria baktérie viažuce dusík voľne žijúce v pôde - nodulové baktérie (rozmnožujú sa na koreňoch strukovín) Ich symbióza s rastlinami je obojstranne výhodná, keďže spolu produkujú množstvo fyziologicky aktívnych látok, ktoré priaznivo pôsobia na strukoviny . Žijú v pôde ako saprofyty. Druhú skupinu aminoautotrofov predstavujú nitrifikačné baktérie, ktoré sa využívajú na syntézu bielkovín ako zdroj dusíka, amónnych solí, kyseliny dusnej a dusičnej. Tieto 2 skupiny baktérií zohrávajú dôležitú úlohu pri zabezpečovaní úrodnosti pôdy.

Aminoheterotrofy Pre rast a rozmnožovanie potrebujú rôzne organické zlúčeniny dusíka. Mnohé baktérie syntetizujú aminokyseliny a zásady z minerálnych zdrojov dusíka a vyžadujú vitamíny (rastové faktory): vit. N, vit.B 1, vit. B 2, vit.B 3, vit.B 4, vit. B 5, vit. B 9.

Pre normálny život baktérie nevyhnutne potrebujú tieto ióny: Na, K, Cl, Ca 2+, Mn 2+, Mg 2+, Fe 2+, Cu 2+, ako aj síru a fosfor, ktoré vstupujú do bunky difúziou a aktívna doprava. Všetky metabolické procesy sú reťazcom samoregulačných reakcií prepojených v čase a priestore.

Spôsoby kŕmenia baktérií.

Každá reakcia je katalyzovaná (urýchľovaná) zodpovedajúcim enzýmom.

Enzýmy.

Enzýmy(z gréckeho fermentum – kvas), alebo enzýmy – špecifické proteínové katalyzátory prítomné vo všetkých živých bunkách. Plazmidy a niektoré vírusy ich nemajú. V baktériách bolo nájdených 6 tried enzýmov:

1. oxidoreduktázy(katalyzovať redoxné reakcie);

2. transferázy(katalyzujú reakcie prenosu skupín atómov a iných látok);

3. hydrolázy(katalyzujú rozklad rôznych zlúčenín - hydrolýzu bielkovín, tukov, sacharidov. Bielkoviny - na aminokyseliny a peptóny, tuky - na mastné kyseliny a glycerol, sacharidy - na di- a monosacharidy);

4. ligázy(katalyzujú reakcie eliminácie chemickej skupiny zo substrátu alebo naopak jej adície);

5. izomerázy(katalyzovať intramolekulárne transformácie);

6. syntetázy(katalyzujú spojenie dvoch molekúl).

Štúdium enzýmov v baktériách je zaujímavé pre mikrobiologický priemysel (používajú sa v pivovarníctve, vinárstve a na zlepšenie pórovitosti chleba). Štúdium metabolizmu patogénnych baktérií je nevyhnutné na pochopenie mechanizmov, ktorými realizujú svoju patogenitu, t.j. na objasnenie patogenézy infekčných chorôb.

Dýchanie baktérií.

Podľa typu dýchania sa baktérie delia na:

1. prísne aeróby– rozmnožovať sa len v prítomnosti kyslíka (O 2).

2. mikroaerofily- vyžadujú zníženú koncentráciu kyslíka.

3. fakultatívne anaeróby- sú schopné konzumovať glukózu a reprodukovať sa v aeróbnych aj anaeróbnych podmienkach.

4. prísne anaeróby- rozmnožovať sa len v neprítomnosti kyslíka.

Aeróby zahŕňajú také mikroorganizmy, ako sú pôvodcovia cholery, tuberkulózy a záškrtu, a anaeróby zahŕňajú pôvodcu tetanu a plynatej gangrény.

Základom životnej činnosti každej živej bunky, vrátane mikroorganizmov, je metabolizmus. Metabolizmus pozostáva z dvoch typov procesov: konštruktívneho a energetického metabolizmu. V dôsledku série biochemických premien sa zo živín prostredia syntetizujú zložité organické látky bunky. Tento proces sa nazýva konštruktívny (stavebná) výmena. Na jeho uskutočnenie, ako aj na udržanie ďalších životných funkcií (rast, rozmnožovanie, pohyb atď.) potrebujú mikroorganizmy neustály tok energie, ktorú dostávajú v dôsledku rozkladu živín vstupujúcich do bunky. Tento proces sa nazýva energie výmena. Konštruktívne a energetické výmeny prebiehajú súčasne a sú úzko prepojené. Objemovo energetické procesy väčšinou prevyšujú biosyntetické.

Vzájomný vzťah týchto metabolických procesov sa prejavuje predovšetkým v tom, že celkový objem konštruktívnych procesov závisí od množstva dostupnej energie uvoľnenej počas energetického metabolizmu.

Metabolizmus mikroorganizmov je mimoriadne rôznorodý. Je to spôsobené schopnosťou mikroorganizmov využívať na metabolizmus široké spektrum organických a minerálnych zlúčenín.

Epizootológia

Táto schopnosť je spôsobená prítomnosťou širokého spektra enzýmov v mikroorganizmoch. Enzýmy sú syntetizované samotnou bunkou a slúžia ako katalyzátory biochemických reakcií, ktoré v nej prebiehajú. Jednou z vlastností enzýmov ako katalyzátorov je prísna špecifickosť ich pôsobenia. Mnohé enzýmy tvoria v bunke takzvané multienzýmové systémy, ktoré sa líšia zložitosťou svojej molekulárnej organizácie.

Aktivita enzýmov je ovplyvnená teplotou, pH a ďalšími faktormi prostredia - vystavenie chemikáliám prostredia, energia žiarenia atď. Fyziologické procesy prebiehajúce v bunkách mikroorganizmov takmer úplne závisia od aktivity enzýmov, preto akýkoľvek faktor pôsobiaci na enzým ovplyvní aj metabolizmus mikroorganizmov.

Každý typ mikroorganizmu je charakterizovaný určitým súborom enzýmov, ktoré sú neustále prítomné v bunke (tzv konštitutívny enzýmy). Niektoré enzýmy sú zároveň bunkou syntetizované až vtedy, keď sa v prostredí objaví vhodný substrát. Takéto enzýmy sa nazývajú indukčné.

Podľa charakteru pôsobenia sa enzýmy delia na exoenzýmy, uvoľňované bunkou do okolia, a endoenzýmy. pevne spojené s bunkovými štruktúrami (mitochondrie, cytoplazmatická membrána a mezozómy) a pôsobia vo vnútri bunky. Obidve hrajú dôležitú úlohu v metabolizme mikroorganizmov. Exoenzýmy (zvyčajne hydrolázy) katalyzujú reakcie mimo bunky. Medzi endoenzýmy patria oxidoreduktázy (redoxné enzýmy), transferázy (transferové enzýmy) atď., ktoré hrajú dôležitú úlohu v energetickom metabolizme. Enzýmy sú podrobne diskutované v kurze Biochémia.

⇐ Predchádzajúci576577578579580581582583584585Ďalší ⇒

Dátum publikácie: 4. 11. 2014; Prečítané: 2755 | Porušenie autorských práv stránky

Studopedia.org – Studopedia.Org – 2014 – 2018 (0,001 s)…

Mikrobiálne dýchanie

Dych je zdrojom energie pre živé bytosti. Syntetické procesy tvorby protoplazmy, rastu, reprodukcie, pohybu atď., ktoré sa vyskytujú v mikrobiálnej bunke.

Výživa mikróbov. Podľa druhu výživy sa mikróby delia na autotrofy a heterotrofy.

vyžadujú prílev voľnej energie, pretože tieto procesy sú endotermické. Preto v mikrobiálnej bunke neustále prebiehajú procesy disimilácie súčasne s procesmi asimilácie, čím sa uvoľňuje energia pre jej životnú aktivitu.

Súbor biochemických procesov, ktorých výsledkom je tvorba energie potrebnej pre život bunky, predstavuje energetický metabolizmus. Na rozdiel od vyšších organizmov má energetický metabolizmus u mikroorganizmov rôzne formy: dýchanie, fermentácia atď.

Dýchanie je oxidácia organických látok pomocou plynného kyslíka na oxid uhličitý a vodu. Oxidáciu cukru pri dýchaní teda vyjadruje rovnica C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6 CO 2 + 6 H 2 O + energia. Táto rovnica je opakom rovnice fotosyntézy 6CO 2 + 6H 2 O + energia = C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

V roku 1861 Louis Pasteur pri štúdiu maslovej fermentácie zistil, že pôvodca tejto fermentácie (Bac. butyricus) sa normálne vyvíja len v neprítomnosti voľného kyslíka, energiu dodáva reakciou štiepenia organického substrátu. Pasteur definoval podstatu fermentácie ako život bez kyslíka. Vzdušný kyslík sa nezúčastňuje fermentácie a organická hmota sa oxiduje v dôsledku odstraňovania vodíka, ktorý sa pridáva do produktov rozpadu tej istej organickej hmoty alebo sa uvoľňuje v plynnom stave.

Autotrofy získavajú energiu oxidáciou jednoduchých anorganických zlúčenín: sírovodík, amoniak, vodík. Denitrifikačné a desulfatačné baktérie získavajú energiu oxidáciou dusičnanov, respektíve síranov, ale energiu môžu získavať aj oxidáciou organických látok. U niektorých mikróbov sa oxidačná reakcia s kyslíkom nedostane ku konečným produktom - CO 2 a H 2 O. Takýto neúplný oxidačný proces pozorujeme u baktérií kyseliny octovej, ktoré oxidujú alkohol len na kyselinu octovú, a niektorých druhov plesní, ktoré rozkladajú cukor na kyselinu šťaveľovú a citrónovú.

Hnilobné baktérie využívajú energiu uvoľnenú pri rozklade bielkovín a energia chemických väzieb aminokyselín sa premieňa na energiu ATP.

Vo vzťahu ku kyslíku sa mikróby delia na dve skupiny: aeróby, ktoré sa vyvíjajú iba v prítomnosti kyslíka v prostredí, a anaeróby, ktoré sa vyvíjajú bez voľného kyslíka. Okrem toho existuje ďalšia stredná skupina - fakultatívne anaeróby, schopné žiť v aeróbnych aj anaeróbnych podmienkach. Existujú aj mikroaerofily, ktoré sa vyvíjajú so zníženým množstvom kyslíka v prostredí, napríklad Brucella bacillus.

Výsledná chemická energia sa len čiastočne rozptýli ako teplo. Väčšina tejto energie je zachytená a uložená vo forme vysokoenergetických väzieb ATP. Fosfátové skupiny sú na seba voľne naviazané a ľahko uvoľňujú svoju energiu v správnom množstve tam, kde je potrebná pre život bunky. ATP, ktorý stráca energiu, sa premieňa na ADP (adenozíndifosfát) a AMP (adenozínmonofosfát).

1. ATP+H20→ADP+H3PO4 +10000 cal

2. ADP + H 2 O → AMP + H 3 PO 4 +10000 cal

ATP, ADP, AMP a kyselina fosforečná sú vždy prítomné v rôznych pomeroch v každej bunke. Tieto reakcie sú reverzibilné; AMP a ADP môžu pripojiť kyselinu fosforečnú a premeniť sa na ATP. To zaisťuje viac-menej konštantné množstvo ATP v bunke. Zásoba ATP v bunke je obmedzená. Na obnovenie makroergických väzieb ATP sa neustále využíva energia rozkladu sacharidov a iných látok.

Dlho sa verilo, že proces dýchania je charakteristický pre vyššie organizmy a fermentácia iba pre mikroorganizmy. Potom sa zistilo, že spolu úzko súvisia. Dýchanie a fermentácia sú veľmi zložité komplexy spriahnutých redoxných procesov, ktoré sú determinované jedným alebo druhým súborom enzýmov.

Vo všetkých energetických procesoch v bunke možno rozlíšiť tri stupne. V prvom, prípravnom štádiu sa veľké molekuly sacharidov, tukov a bielkovín rozkladajú na malé molekuly glukózy, glycerolu, mastných kyselín a aminokyselín. Látky sú pripravené na ďalšie premeny, nedochádza k výraznému odberu energie.

V ďalšej fáze, ktorá sa nazýva fáza čiastočnej oxidácie, sa výsledná glukóza, mastné kyseliny a ďalšie látky podrobujú zložitému viacstupňovému procesu. Ide o neúplnú oxidáciu, ktorá sa nazýva glykolýza alebo fermentácia. Táto fáza je anaeróbna. Glykolýza je viac ako desať po sebe idúcich enzymatických reakcií. Z glukózy sa postupne vytvára desať rôznych medziproduktov (substrátov) a pôsobí rovnaký počet špecifických enzýmov. Celý tento proces sleduje typ mliečneho kvasenia spôsobeného baktériami mliečneho kvasenia a má veľa podobností s alkoholovým kvasením spôsobeným kvasinkami.

Proces začína enzýmom hexokinázou, pod vplyvom ktorého glukóza reaguje s AMP a vzniká hexóza-6-fosfát. Hexóza-6-fosfát sa pôsobením enzýmu aldolázy mení na fruktóza-6-fosfát atď. Konečným produktom glykolýzy je kyselina mliečna. Celková rovnica celého procesu je vyjadrená takto: C6H1206 = 2C3H603.

Posledným stupňom procesu je úplná oxidácia substrátov na finálne produkty – CO 2 a H 2 O. Táto fáza prebieha za aeróbnych podmienok. Preto je prítomný iba v aeróboch. Toto štádium zahŕňa organické kyseliny pozostávajúce z troch atómov uhlíka, a preto sa nazýva cyklus trikarboxylových kyselín (Kreps, 1953).

Cyklus začína oxidáciou dvoch molekúl kyseliny mliečnej za vzniku dvoch molekúl kyseliny pyrohroznovej. Jedna z molekúl kyseliny pyrohroznovej sa oxiduje za eliminácie jednej molekuly oxidu uhličitého a vzniká kyselina octová. Oxid uhličitý sa viaže s ďalšou molekulou kyseliny pyrohroznovej za vzniku kyseliny oxaloctovej. Kyselina octová sa spája s koenzýmom A, kondenzuje s kyselinou oxaloctovou a vodou a vzniká kyselina citrónová.

Kyselina citrónová sa premieňa na kyselinu akonitovú. Ďalej nastáva ďalšia séria transformácií s tvorbou kyseliny oxaloctovej, čím sa cyklus končí. Ukázalo sa, že kyselina citrónová je úplne rozložená. Medzi enzýmy zapojené do cyklu patria dehydrogenázy NAD, FAD a cytochrómy. Pri dehydrogenácii kyseliny jantárovej v cykle sa jej teda odoberie elektrón, ten sa prenesie do FAD a vznikne FAD-N 2, kyselina jantárová sa oxiduje na kyselinu fumarovú. Elektróny sa potom pohybujú pozdĺž reťazca cytochrómov ku kyslíku. Dochádza ku kombinácii s kyslíkom aktivovaným cytochrómoxidázou za vzniku vody. Kyslík sa priamo nezúčastňuje reakcií.


Ryža. 19. Schéma cyklu trikarboxylových kyselín (Krebsov cyklus)

Odhaduje sa, že v tomto cykle sa z jednej molekuly glukózy vytvorí 36 molekúl ATP a v procese glykolýzy sa vytvoria dve molekuly ATP, takže celkovo 38 molekúl ATP alebo 380 veľkých kalórií zo 680 veľkých kalórií obsiahnutých v gram molekuly glukózy, t.j.

Získalo sa 55 % užitočnej chemickej energie. To je veľmi veľké percento v porovnaní s účinnosťou dosiahnutou v technológii (12-25%). Energia sa uvoľňovala postupne po častiach. Ak by bol okamžite uvoľnený, bunka by sa poškodila.

Enzýmy zapojené do reakcií sa nachádzajú v mitochondriách a sú umiestnené v radoch podľa poradia ich pôsobenia počas glykolýzy a cyklu trikarboxylových kyselín.

Produkty rozpadu trióz sa čiastočne využívajú na biosyntézu. Alanín teda môže vzniknúť z kyseliny pyrohroznovej, kyselina glutámová z kyseliny ketoglutarovej a kyselina asparágová z kyseliny oxaloctovej amináciou.

Kyselina octová sa môže použiť na syntézu vyšších mastných kyselín.

Reakcie prebiehajúce pri dýchaní majú spojený oxidačno-redukčný charakter. Pri oxidačno-redukčných reakciách vzniká elektromotorická sila, ktorú je možné merať vo forme takzvaného redoxného potenciálu (rH 2).

Aeróby sú prispôsobené na vyššiu rH 2 (20 a viac), anaeróby - na nízku rH (0-12), fakultatívne anaeróby - 0-20. Znížením rH 2 média je možné dosiahnuť rast anaeróbov v prítomnosti kyslíka a zvýšením rH 2 je možné pestovať aeróby v anaeróbnych podmienkach.

Z energetického hľadiska je anaeróbne dýchanie mnohonásobne menej efektívne ako aeróbne. Ak sa teda počas aeróbneho procesu oxidácie glukózy na CO 2 a H 2 O získa 674 kcal, potom pri alkoholovej fermentácii - 27 kcal, pri fermentácii kyseliny mliečnej - 18 kcal a pri fermentácii kyseliny maslovej - iba 15 kcal. Vysvetľuje to skutočnosť, že konečnými produktmi anaeróbnej oxidácie sú organické zlúčeniny, ktoré si stále zachovávajú veľkú zásobu energie. Napríklad alkohol (produkt alkoholového kvasenia) dobre horí.

Straty tepla počas fermentácie možno pozorovať u plodín, ktoré sú dobre chránené pred stratou tepla. V dôsledku uvoľnenia tohto tepla dochádza k samozohrievaniu mokrého sena, hnoja, rašeliny atď.

U svetelných baktérií sa strata energie prejavuje ako žiara. Žiar morskej vody, zhnitého dreva, machu a rýb sa vysvetľuje prítomnosťou špeciálnych svietiacich aeróbnych baktérií na nich. Majú špeciálny enzým – luciferázu, ktorý premieňa chemickú energiu ATP na svetelnú energiu.

Medzi anaeróbne baktérie patrí tetanus, botulín, baktérie kyseliny maslovej, pôvodcovia plynovej gangrény atď.

Aeróby zahŕňajú nitrifikáciu, kyselinu octovú, azotobaktérie, myxobaktérie, plesne, mykobaktérie a Vibrio cholerae. Fakultatívne anaeróby – Escherichia coli, difteria coli, streptokok, stafylokok, spirilla atď.

Výživa a dýchanie baktérií

Telo baktérie pozostáva z jednej bunky a nemá špeciálne orgány výživy.

V tomto ohľade celý proces výživy v baktérii prebieha veľmi elementárne: každá bunka osmózou cez polopriepustné prepážky zo živného roztoku, ktorý ju obmýva celým povrchom tela, berie všetky prvky, ktoré potrebuje. a vracia späť do svojho prostredia všetky odpadové produkty metabolizmu, ktoré nepotrebuje a škodlivé.

Baktérie potrebujú na výživu uhlík, dusík, kyslík a vodík. Spolu s druhmi, ktoré vyžadujú hotové organické zlúčeniny, existujú aj skupiny baktérií, ktoré sú schopné asimilovať oxid uhličitý a absorbovať voľný dusík z atmosféry. Na základe asimilácie uhlíka možno baktérie rozdeliť do dvoch skupín - autotrofný A heterotrofné. Autotrofné baktérie sú schopné asimilovať uhlík z kyseliny uhličitej a podobať sa tak zeleným rastlinám, zatiaľ čo heterotrofné baktérie vyžadujú hotové organické zlúčeniny.

Baktérie sú menej náročné na minerálnu výživu. V tomto ohľade sa môžu uspokojiť s tým, čo je k dispozícii v prirodzenom substráte obsadenom baktériami, najmä v pôde. Pre normálny vývoj baktérií je potrebná zmes minerálnych solí. Predpokladá sa, že ich zriedené roztoky slúžia ako príčinné činidlá chemických síl bakteriálnej bunky a zvyšujú pôsobenie enzýmov.

Život baktérie a všetky jej rôzne prejavy – pohyb, rast, rozmnožovanie – sú spojené s neustálym výdajom energie. Baktérie získavajú všetku energiu potrebnú pre život výlučne chemickými reakciami, ku ktorým dochádza pri uvoľňovaní tepla. Latentná energia chemických zlúčenín sa mení na produktívnu silu živej bunky.

Baktérie, ktoré vyžadujú kyslík, sa nazývajú aeróbne. Rovnako ako u vyšších živočíchov je ich dýchanie sprevádzané absorpciou kyslíka a uvoľňovaním oxidu uhličitého. Anaeróby sa nazývajú baktérie, ktoré sa normálne vyvíjajú pri úplnej absencii voľného kyslíka, čo je pre niektorých dokonca silný jed. Anaeróbne baktérie získavajú potrebnú energiu nie dýchaním kyslíka, ale rozkladom látok obsahujúcich veľkú zásobu latentnej energie bez voľného kyslíka.

Existujú takzvané prísne alebo povinné aerony a anaeróby. Spojovacím článkom medzi nimi sú fakultatívne alebo podmienené anaeróby. Hranica medzi jedným a druhým nie je vždy dostatočne ostrá. Distribúcia anaeróbnych baktérií v prírode je veľmi veľká. Možno ich nájsť všade tam, kde dochádza k rozkladu organických zvyškov bez prístupu vzduchu alebo s prekážkou prúdenia vzduchu. Ako poznamenal M. V. Gorlenko (1950), medzi fytopatogénnymi baktériami neexistujú žiadne povinné anaeróby.

Vplyv vonkajších podmienok na rast a vývoj baktérií

Život baktérií, podobne ako iných organizmov, je úzko závislý od podmienok prostredia. Faktory prostredia ako teplota, svetlo, vlhkosť alebo kyslosť majú na baktérie rôzne účinky. Pri pôsobení teploty sa napríklad rozlišuje najvyššia, najpriaznivejšia teplota a najnižšia možná teplota.

Fyziológia mikróbov

Prechod do extrémnych teplôt je sprevádzaný spomalením životných funkcií alebo ich zastavením.

Baktérie nedokážu regulovať svoju telesnú teplotu. Mení sa v nich v súlade so zmenami okolitej teploty. Najlepšia teplota pre vývoj baktérií bude tá, ktorej sa prispôsobili v prirodzených podmienkach svojho života. Baktérie patogénne pre človeka napríklad úspešnejšie rastú pri teplote ľudského tela (+37°). Najpriaznivejšie teploty pre saprofytické baktérie sa pohybujú od +20 do +35 °. Aktívny život väčšiny baktérií leží v pomerne širokom rozmedzí - od +2-4 do +45°. Vplyv nízkych teplôt je oveľa slabší ako účinok vysokých teplôt. Bakteriálne spóry zostávajú životaschopné šesť mesiacov pri teplote kvapalného vzduchu (-190°) a 10 hodín dokonca aj pri teplote kvapalného vodíka (-253°). Nízke teploty zastavujú hnilobné a fermentačné procesy. To je základ pre konzerváciu potravín zmrazením. Striedavé zmrazovanie a rozmrazovanie má na baktérie škodlivý vplyv.

Oveľa väčší vplyv na baktérie majú vysoké teploty. Za týchto podmienok plazma baktérií koaguluje a odumierajú pri zahriatí na +50-60° (po 30 minútach) a pri +70° (po 5-10 minútach). Vzťah k teplote je však spojený s jednotlivými vlastnosťami baktérií. Niektoré druhy takzvaných termogénnych a termofilných baktérií znesú teploty až do +70-80°.

Baktérie, až na pár výnimiek, svetlo nevyžadujú. Rozptýlené svetlo nemá škodlivý účinok na väčšinu baktérií, ale môže spomaliť vývoj druhov, ktoré sú obzvlášť citlivé na svetlo. Priame slnečné žiarenie zabíja baktérie v priebehu niekoľkých hodín. V tom spočíva veľký hygienický význam svetla. Ultrafialové lúče majú obzvlášť škodlivý účinok na baktérie. Nie všetky druhy baktérií sú však rovnako citlivé na svetlo.

Postoj baktérií k vlhkosti prostredia je určený skutočnosťou, že nemôžu prejaviť svoju životnú aktivitu, ak nemajú k dispozícii vlhkosť. Potrebujú ho ako rozpúšťadlo pre svoje nutričné ​​prvky a ako podmienku pre činnosť enzýmov. Na tom je založené sušenie ako prostriedok konzervácie. Niektoré druhy baktérií, predovšetkým spóry, však ľahko tolerujú hlbokú a dlhotrvajúcu dehydratáciu. Po vysušení sa dajú skladovať desiatky či stovky rokov. Sušenie však zabíja obrovské množstvo baktérií v polietavom prachu a horných vrstvách pôdy.

Baktérie strácajú schopnosť normálneho vývoja, aj keď je vody veľa, ale je vo viazanej forme. Medzi baktériami existujú druhy, ktoré sa prispôsobili životu v koncentrovaných soľných roztokoch morskej vody v slanej pôde.

Postoj baktérií ku kyslosti prostredia je rôzny. Niektoré z nich sa lepšie vyvíjajú v neutrálnom alebo zásaditom prostredí a nemôžu rásť v kyslom prostredí, zatiaľ čo iné sú dobre prispôsobené kyslej reakcii prostredia.

Habitat baktérií

Ich nepatrná veľkosť, mimoriadna rýchlosť rozmnožovania a úžasná prispôsobivosť všetkým druhom životných podmienok viedli k úžasnému šíreniu baktérií v okolitej prírode. Vzduchovými prúdmi a drobnými zrnkami prachu sa pohybujú v atmosfére a usadzujúcim sa prachom zakrývajú všetky predmety nachádzajúce sa vo vzduchu a v interiéri. 1 g vnútorného a vonkajšieho prachu môže obsahovať viac ako milión baktérií. Akonáhle sú vo vode, sú unášané prúdom.

Vzduch ako biotop je nepriaznivý pre vývoj baktérií. Vplyvom sušenia a priameho slnečného žiarenia viac-menej rýchlo odumierajú. V oblastiach s teplou a vlhkou klímou je vo vzduchu viac baktérií ako v suchých a studených oblastiach. V zime je ich menej ako v lete. V husto osídlených oblastiach je ich viac ako v riedko osídlených oblastiach a najmä v priemyselných mestách, kde je vzduch nasýtený uhoľným prachom, je veľa.

Vody rôzneho pôvodu obsahujú rôzne množstvá baktérií. Najmenej sa vyskytujú v destilovanej vode, z artézskych studní a pramenitej vode. Vo vode hlboko uzavretých studní a dažďovej vode je ich málo. Vo vode jazier a morí počet baktérií klesá so vzdialenosťou od brehu; V riečnej vode je viac baktérií ako v morskej vode.

Pôda je prostredie, ktoré je obývané výlučne baktériami. Tu nachádzajú všetky potrebné podmienky pre úspešný vývoj: organické a minerálne látky, vlhkosť, ochranu pred slnkom. Počet baktérií v pôde však prudko kolíše v závislosti od jej fyzikálnych a chemických vlastností, topografie, vlhkosti, osvetlenia, ročného obdobia, klimatických faktorov, spôsobov starostlivosti o ňu atď.

Význam baktérií v pôdnom živote je obrovský. Samotná tvorba pôdy úzko súvisí s činnosťou rôznych mikroorganizmov. S vitálnou činnosťou baktérií úzko súvisia aj procesy mineralizácie organických zvyškov vstupujúcich do pôdy, tvorba humínových látok, nitrifikácia a denitrifikácia.

V pôde sa vyvíjajú rôzne druhy baktérií. Všetky ešte neboli úplne identifikované pre veľké ťažkosti s ich identifikáciou a definíciou. Okrem baktérií úzko súvisiacich s pôdnym životom obsahuje aj druhy, ktoré sú patogénne pre ľudí, zvieratá a rastliny. Príkladom v tomto ohľade môže byť tetanový bacil, mikrób antraxu a pôvodca rakoviny koreňov rastlín. Život rastlín úzko súvisí s pôdou a pôdny život má rovnaký vzťah k mikroorganizmom. Preto je prirodzené, že pôdnej mikrobiológii sa venuje veľká pozornosť.

Ak nájdete chybu, zvýraznite časť textu a kliknite Ctrl+Enter.

V kontakte s

Spolužiaci

Mikróby sa živia bielkovinami, tukami, sacharidmi a minerálmi, ktoré v rozpustenej forme vstupujú do bunky cez membránu osmózou (proces difúzie cez polopriepustnú membránu). Proteíny a komplexné sacharidy sú mikróbmi absorbované až po ich rozklade na jednoduché zložky pomocou enzýmov uvoľňovaných mikroorganizmami do prostredia.

Pre normálnu výživu mikróbov je potrebné, aby koncentrácia látok vo vnútri bunky a v prostredí bola v určitom pomere.

Najpriaznivejšia koncentrácia je 0,5 % chloridu sodného v prostredí. V prostredí, kde je koncentrácia rozpustných látok oveľa vyššia (2-10%) ako v bunke, prechádza voda z bunky do okolia, dochádza k dehydratácii a zmršťovaniu cytoplazmy, čo vedie k smrti mikrobiálnych buniek. Táto vlastnosť mikroorganizmov sa využíva pri konzervovaní potravín cukrom alebo soľou.