Строение клеточной стенки бактерий. Химический состав и функции

Твердые питательные среды  более благоприятны для образования  пигментов. По химическому строению различают каратиноидные, хиновые, меланиновые и другие пигменты, которые  могут быть красного, оранжевого, желтого, коричневого, черного, синего или зеленого цвета. Чаще пигменты нерастворимы в  питательных средах и окрашивают только клетки. Пигменты, растворимые  в воде (пиоцианин), диффундируют в  среду, окрашивая ее. К пигментам  бактерий относятся также бактериохларофилл,  придающий фиолетовую или зеленую окраску некоторым фотосинтезирующим бактериям.

Ферменты бактерий делятся  на функционирующие только внутри клетки (эндоферменты) и только вне клетки (экзоферменты). Эндоферменты в основном катализируют синтетические процессы, дыхание и т.п. Эндоферменты катализируют главным образом гидролиз высокомолекулярных субстратов до  соединения с более низким молекулярным весом, способных проникать внутрь клетки.

В клетке ферменты связаны  с соответствующими структурами  и органеллами. Например, аутолитические ферменты связаны с клеточной  стенкой, окислительно-восстановительные  ферменты с цитоплазматической мембраной, ферменты, связанные с репликацией  ДНК с мембраной или нуклеоидом.

Активность ферментов  зависит от ряда условий, в первую очередь от температуры выращивания  бактерий и pH среды.

3. Процессы жизнедеятельности  бактерии

3.1 Питание

Используют питательные  вещества только в относительно небольших  молекул, проникающих внутрь клетки. Такой способ питания, характерный  для всех организмов растительного  происхождения, называют голофитным. Сложные  органические вещества (белок, полисахариды, клетчатка и т.д.) могут служить  источником питания и энергии  только после их предварительного гидролиза  до более простых соединений, растворимых  в воде либо в липоидах. Способность  различных соединений проникать  в цитоплазму в клетку зависит  от проницаемости цитоплазматической мембраны и химической структуры  питательного вещества.

Вещества, которые служат источником питания бактерии поразительно разнообразны. Важнейшим элементом, необходимым для живых организмов, является углерод. Одни виды бактерий (аутотрофы) могут использовать неорганический углерод из углекислоты и ее солей, другие (гетеротрофы) только из органических соединений. Подавляющее большинство  бактерий, относятся к гетеротрофам. Для усвоения углерода требуется  посторонний источник энергии. Немногочисленные виды бактерий, обладающие фотосинтетическими пигментами, используют энергию солнечного света. Эти бактерии называются фотосинтезирующими. Среди них имеются аутотрофы (зеленые  и пурпурные серобактерии) и гетеротрофы (несерные пурпурные бактерии) их называют также, соответственно, фотолитотрофами  и фотоорганотрофами. Большинство  же бактерий используют энергию химических реакций и называются хемосинтезирующими. Хемосинтезирующие аутотрофы называются хемолитотрофами, а гетеротрофы  – хемоорганотрофами.

Гетеротрофные бактерии усваивают  углерод усваивают углерод из органических соединений различной  химической природы, легко усваивают  вещества, содержащие ненасыщенные связи  или атомы углерода с частично окисленными валентностями. В связи  с этим наиболее доступными источниками  углерода, являются сахара, многоатомные спирты и др. некоторые гетеротрофы  наряду с усвоением органического  углерода могут усваивать и неорганический углерод.

Отношение бактерий к источникам азота также различно. Существуют бактерии, усваивающие минеральный  и даже атмосферный азот.  Другие бактерии неспособны синтезировать белковые молекулы или некоторые аминокислоты из простейших соединений азота. В этой группе имеются формы, использующие азот из отдельных аминокислот, из пептонов, сложных белковых веществ и из минеральных источников азота с добавлением несинтезируемых ими аминокислот. К этой группе принадлежат многие виды патогенных бактерий.

Кроме источников азота и  углерода, бактерии нуждаются в фосфоре, сере, калии, магнии, железе, микроэлементах, а также в дополнительных факторах роста.

 

 

З. 2 Размножение

Бактериальная клетка начинает делится после завершения последовательных реакций, связанных с воспроизведением ее компонентов.

У быстро растущих культур  имеется несколько репликационных точек. Процесс репликации ДНК сопровождается сегрегацией синтезирующих цепей  ДНК клетки. В разделении нитей  ДНК большую роль играют мезосомы клетки. Во время деления рост клетки замедляется и начинается вновь после деления.

Окончание репликации ДНК  является моментом, инициирующим деление  клетки. Угнетение синтеза до окончания  репликации приводит к нарушению  процесса деления: клетка перестает  делится и растет в длину. На примере E. Coli показано, что для начала деления  требуется наличие термолабильного  белка и такое состояние между  отдельными полиаминами в клетке, при котором количество путресцина должно превышать количество спермидина. Имеются данные о значении фосфолипидов и аутолизинов для процесса деления  клеток.

Механизм воспроизведения  мезосом, как и мембранного аппарата клетки, еще не ясен. Предполагают, что  при росте бактериальной клетки мезосомы постепенно разделяются.

При росте бактериальной  клетки клеточная перегородка формируется  рядом с мезосомой. Образование  перегородки приводит к делению  клетки. Вновь образованные дочерние клетки отделяются друг от друга. У  некоторых бактерий образование  перегородки не приводит к разделению клеток: образуются многокамерные клетки.

4. Значение бактерий  в природе и жизни человека

В природе бактерии распространены чрезвычайно широко. Они населяют почву, выполняя роль разрушителей органического  вещества – остатков погибших животных и растений. Преобразуя органические молекулы в неорганические, бактерии тем самым очищают поверхность  планеты от гниющих остатков и  возвращают химические элементы и биологический  круговорот.

И в жизни человека роль бактерий огромна. Так, получение многих пищевых и технических продуктов  невозможно без участия различных  бродильных бактерий. В результате жизнедеятельности бактерий получают простоквашу, кефир, сыр, кумыс, а также ферменты, спирты, лимонную кислоту. Процессы квашения пищевых продуктов тоже связаны с бактериальной активностью.

Встречаются бактерии –  симбионты (от лат. «сим» - вместе, «биос» - жизнь), которые живут в организмах растений и животных и приносят им определенную пользу. Например, клубеньковые бактерии, поселяющиеся в корешках некоторых растений, способны усваивать  газообразный азот из почвенного воздуха  и таким образом снабжают эти  растения азотом, необходимым для  жизнедеятельности. Отмирая, растения обогащают почву соединениями азота, что было бы невозможно без участия  таких бактерий. Известны хищные бактерии, поедающие представителей других видов  прокариот.

Велика и отрицательная  роль бактерий. Различные виды бактерий вызывают порчу пищевых продуктов, выделяя в них продукты своего обмена, ядовитые для человека. Наиболее опасны патогенные (от греч. «патос» - болезнь  и «генезис» - происхождение) бактерии – источник различных заболеваний  человека и животных, таких, как воспаление легких, туберкулез, аппендицит, сальмонеллезы, чума, холера и др. Поражают бактерии и растения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Бактерии населяют всю  биосферу, едва ли можно найти такие  ее участки, где была бы жизнь, но не было бы бактерий. Вместе с тем в  условиях, которые определяются как  экстремальные, нередко обитают  только бактерии, например, пери экстремальных  значениях температуры, солености, рН. Огромному разнообразию условий, представляемых биосферой бактериям, соответствует разнообразие их свойств  и адаптаций. Обладая огромной численностью популяций и выработанными эволюцией механизмами изменчивости и диффузии генетических детерминаций, большинство бактериальных видов находится в состоянии постоянного адаптационного движения в соответствии с постоянно изменяющимися условиями среды, Буль то организмы или элементы неживой природы.

Не смотря на относительную  простоту организации бактериальной  клетки и ее незначительный объем, она  обладает весьма сложными и совершенными механизмами  молекулярных адаптаций, существование которых еще относительно недавно нельзя было даже предположить. Важным фактором эволюции бактерий сейчас становится бурное развитие биотехнологий и генной инженерии. Исследование экологии промышленно важных микроорганизмов в условиях производств становится насущной необходимостью.

Рассматривая экологию бактерий, необходимо иметь в виду, что оня  являются не только обитателями, но и  создателями современной биосферы, а в настоящее время сами являются экологическим фактором практических для всех живых организмов, с которыми они взаимодействуют, как косвенно, через процессы круговорота элементов, так и непосредственно являясь  симбионтами или паразитами.

Экология бактерий – бурно  развивающаяся наука, ее прогресс определяется не только интенсивностью проведения специальных экологических исследований, но и успехами во всех других областях микробиологии, а также в соответствующих разделах генетики и молекулярной биологии.

Крайняя недостаточность  имеющихся к настоящему времени  знаний о практически неисчерпаемом  разнообразии взаимодействии бактерий со средой и организмами несомненна. Это позволяет с уверенностью утверждать, что в скором будущем  предстоят увлекательные открытия в области экологической микробиологии.

Список литературы

1. Вавилов С.И. Большая советская энциклопедия. 2-ое издание. М.: «БЭС», 1950
2. Воробьев А.А., Кривошеина Д.С. Основы иммунологии. М.: «Мастерство», 2001
3. Гранов Б.В., Павленко П.В. Экология бактерий. Ленинград: Изд-во ленинградского ун-та, 1989
4. Мишустин Е.Н., Емцев Т.В. Микробиология. М.: «Москва – Агропромиздат», 1987
5. Петровский Б.В. Большая медицинская энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1975