ПЛАН:
ведення.
БУДОВА І життєдіяльності бактерій
Будова
Сенсорні функції та поведінку
Розмноження і генетика
МЕТАБОЛІЗМ
Головні джерела енергії
Дихання
Бактерії і ПРОМИСЛОВІСТЬ
Боротьби з бактеріями У ПРОМИСЛОВОСТІ
Література
Введення
Бактерії, що велика група одноклітинних мікроорганізмів, які характеризуються відсутністю оточеного оболонкою клітинного ядра. Разом з тим генетичний матеріал бактерії (дезоксирибонуклеиновая кислота, або ДНК) займає в клітці цілком певне місце - зону, звану Нуклеоїд. Організми з такою будовою клітин називаються прокаріоти ( «доядернимі») на відміну від всіх інших - еукаріот ( «істинно ядерних»), ДНК яких знаходиться в оточеному оболонкою ядрі.
Бактерії, що раніше вважалися мікроскопічними рослинами, зараз виділені в самостійне царство Monera - одна з п'яти в нинішній системі класифікації поряд з рослинами, тваринами, грибами і Найпростіші.
БУДОВА І життєдіяльності бактерій
Бактерії набагато дрібніше клітин багатоклітинних рослин і тварин. Товщина їх зазвичай складає 0,5-2,0 мкм, а довжина - 1,0-8,0 мкм. Розгледіти деякі форми ледь дозволяє роздільна здатність стандартних світлових мікроскопів (приблизно 0,3 мкм), але відомі і види завдовжки більше 10 мкм і шириною, також виходить за зазначені межі, а низка дуже тонких бактерій може перевищувати в довжину 50 мкм. На поверхні, що відповідає поставленої олівцем точці, уміщатиметься чверть мільйона середніх за величиною представників цього царства.
Будова. За особливостями морфології виділяють наступні групи бактерій: коки (більш-менш сферичні), бацили (палички або циліндри із закругленими кінцями), спірілли (жорсткі спіралі) і спірохети (тонкі і гнучкі волосовидний форми). Деякі автори схильні об'єднувати два останні групи в одну - спірілли.
Прокаріоти відрізняються від еукаріотів головним чином відсутністю оформленого ядра і наявністю в типовому випадку лише однієї хромосоми - дуже довгою кільцевої молекули ДНК, прикріпленою в одній точці до клітинної мембрани. У прокаріотів немає і оточених мембранами внутрішньоклітинних органел, званих мітохондріями і хлоропластами. У еукаріотів мітохондрії виробляють енергію в процесі дихання, а в хлоропластах йде фотосинтез (див. також КЛЕТКА). У прокаріотів вся клітина цілком (і в першу чергу - клітинна мембрана) бере на себе функцію мітохондрії, а у фотосинтезуючих форм - заодно і хлоропласта. Як і у еукаріотів, всередині бактерії знаходяться дрібні нуклеопротеіновие структури - рибосоми, необхідні для синтезу білка, але вони не пов'язані з будь-якими мембранами. За дуже невеликим винятком, бактерії не здатні синтезувати стероли - важливі компоненти мембран еукаріотичної клітини.
Зовні від клітинної мембрани більшість бактерій одягнено клітинною стінкою, дещо нагадує целюлозний стінку рослинних клітин, але що складається з інших полімерів (до їх складу входять не тільки вуглеводи, а й амінокислоти і специфічні для бактерій речовини). Ця оболонка не дає бактеріальної клітці луснути, коли в неї за рахунок осмосу надходить вода. Поверх клітинної стінки часто знаходиться захисна слизова капсула. Багато бактерії забезпечені джгутиків, за допомогою яких вони активно плавають. Джгутики бактерій влаштовані простіше і трохи інакше, ніж аналогічні структури еукаріотів.
Сенсорні функції та поведінку. Багато бактерії мають хімічними рецепторами, які реєструють зміни кислотності середовища і концентрацію різних речовин, наприклад цукрів, амінокислот, кисню і діоксиду вуглецю. Для кожної речовини існує свій тип таких «смакових» рецепторів, і втрата якогось з них в результаті мутації призводить до часткової «смакової сліпоти». Багато рухомі бактерії також реагують на коливання температури, а фотосинтезуючі види - на зміни освітленості. Деякі бактерії сприймають напрям силових ліній магнітного поля, в тому числі магнітного поля Землі, за допомогою присутніх в їх клітинах частинок магнетиту (магнітного залізняку - Fe3O4). У воді бактерії використовують цю свою здатність для того, щоб плисти вздовж силових ліній у пошуках сприятливого середовища.
Умовні рефлекси у бактерій невідомі, але певного роду примітивна пам'ять у них є. Плаваючи, вони порівнюють сприйману інтенсивність стимулу з її колишнім значенням, тобто визначають, стала вона більше або менше, і, виходячи з цього, зберігають напрямок руху або змінюють його.
Розмноження і генетика. Бактерії розмножуються безстатевим шляхом: ДНК в їхній клітці реплікується (подвоюється), клітина ділиться навпіл, і кожна дочірня клітина отримує по одній копії батьківського ДНК. Бактеріальна ДНК може передаватися і між неделящіміся клітинами. При цьому їх злиття (як у еукаріотів) не відбувається, число особин не збільшується, і звичайно в іншу клітину переноситься лише невелика частина генома (повного набору генів), на відміну від «справжнього» статевого процесу, при якому нащадок отримує з повного комплекту генів від кожного з батьків.
Таке перенесення ДНК може здійснюватися трьома шляхами. При трансформації бактерія поглинає з навколишнього середовища «голу» ДНК, що потрапила туди при руйнуванні інших бактерій або свідомо «підсунуту» експериментатором. Процес називається трансформацією, оскільки на ранніх стадіях його вивчення основна увага приділялася перетворенню (трансформації) таким шляхом нешкідливих організмів у вірулентні. Фрагменти ДНК можуть також переноситися від бактерії до бактерії особливими вірусами - бактеріофагами. Це називається трансдукції. Відомий також процес, що нагадує запліднення і званий кон'югацією: бактерії з'єднуються один з одним тимчасовими трубчастими виростамі (копуляціоннимі фімбріями), через які ДНК переходить з «чоловічий» клітини на «жіночу».
Іноді в бактерії присутні дуже дрібні додаткові хромосоми - плазміди, які також можуть переноситися від особи до особи. Якщо при цьому плазміди містять гени, що обумовлюють резистентність до антибіотиків, кажуть про інфекційну резистентності. Вона важлива з медичної точки зору, оскільки може розповсюджуватися між різними видами і навіть родами бактерій, в результаті чого вся бактеріальна флора, скажімо кишечника, стає стійкою до дії певних лікарських препаратів.
МЕТАБОЛІЗМ
Почасти в силу дрібних розмірів бактерій інтенсивність їх метаболізму набагато вище, ніж у еукаріот. При самих сприятливих умовах деякі бактерії можуть подвоювати свою загальну масу і чисельність приблизно кожні 20 хв. Це пояснюється тим, що ряд їхніх найважливіших ферментних систем функціонує з дуже високою швидкістю. Так, кролику для синтезу білкової молекули потрібні лічені хвилини, а бактерії - секунди. Однак у природному середовищі, наприклад у грунті, більшість бактерій знаходиться «на голодному пайку», тому якщо їх клітини і діляться, то не кожні 20 хв, а раз на декілька днів.
Харчування. Бактерії бувають автотрофи і гетеротрофів. Автотрофи ( «самі себе живлять») не мають потреби в речовинах, вироблених іншими організмами. В якості головного або єдиного джерела вуглецю вони використовують його діоксид (CO2). Включаючи CO2 та інші неорганічні речовини, зокрема аміак (NH3), нітрати (NO-3) і різні сполуки сірки, у складні хімічні реакції, вони синтезують всі необхідні їм біохімічні продукти.
Гетеротрофи ( «харчуються іншим») використовують в якості основного джерела вуглецю (деякими видами потрібен і CO2) органічні (вуглецевмісний) речовини, синтезовані іншими організмами, зокрема цукру. Окислюючись, ці сполуки постачають енергію і молекули, необхідні для росту і життєдіяльності клітин. У цьому сенсі гетеротрофні бактерії, до яких належить переважна більшість бактерій, схожі з людиною.
Головні джерела енергії. Якщо для утворення (синтезу) клітинних компонентів використовується переважно світлова енергія (фотони), то процес називається фотосинтезом, а здатні до нього види - фототрофів. Фототрофні бактерії діляться на фотогетеротрофов і фотоавтотрофов в залежності від того, які сполуки - органічні або неорганічні - служать для них головним джерелом вуглецю.
Фотоавтотрофної ціанобактерії (синьо-зелені водорості), як і зелені рослини, за рахунок світлової енергії розщеплюють молекули води (H2O). При цьому виділяється вільний кисень (1/2O2) і утворюється водень (2H +), який, можна сказати, перетворює діоксид вуглецю (CO2) у вуглеводи. У зелених і пурпурових сірчаних бактерій світлова енергія використовується для розщеплення не води, а інших неорганічних молекул, наприклад сірководню (H2S). В результаті також утворюється водень, який відновлює діоксид вуглецю, але кисень не виділяється. Такий фотосинтез називається аноксигенний.
Фотогетеротрофние бактерії, наприклад пурпурні несерние, використовують світлову енергію для одержання водню з органічних речовин, зокрема ізопропанол, але його джерелом у них може служити і газоподібний H2.
Якщо основне джерело енергії в клітині - окислення хімічних речовин, бактерії називаються хемогетеротрофамі або хемоавтотрофамі в залежності від того, які молекули служать головним джерелом вуглецю - органічні або неорганічні. У першому органіка дає як енергію, так і вуглець. Хемоавтотрофи отримують енергію при окисленні неорганічних речовин, наприклад водню (до води: 2H4 + O2? 2H2O), заліза (Fe2 +? Fe3 +) або сірки (2S + 3O2 + 2H2O? 2SO42-+ 4H +), а вуглець - з СO2. Ці організми називають також хемолітотрофамі, підкреслюючи тим самим, що вони «харчуються» гірськими породами.
Дихання. Клітинне дихання - процес вивільнення хімічної енергії, запасеної в «харчових» молекулах, для її подальшого використання в життєво необхідних реакціях. Дихання може бути аеробних і анаеробних. У першому випадку для нього необхідний кисень. Він потрібен для роботи т.зв. електронотранспортному системи: електрони переходять від однієї молекули до іншої (при цьому виділяється енергія) і в остаточному підсумку приєднуються до кисню разом з іонами водню - утворюється вода.
Анаеробним організмам кисень не потрібен, а для деяких видів цієї групи він навіть отруйний. Вивільняються в ході дихання електрони приєднуються до інших неорганічних акцептори, наприклад нітрату, сульфату або карбонату, або (при одній з форм такого дихання - бродінні) до певної органічної молекулі, зокрема до глюкози
Бактерії і ПРОМИСЛОВІСТЬ
З огляду на різноманітність каталізуються бактеріями хімічних реакцій, не дивно, що вони широко використовуються у виробництві, в ряді випадків з глибокої давнини. Славу таких мікроскопічних помічників людини прокаріоти ділять з грибами, в першу чергу - дріжджами, які забезпечують більшу частину процесів спиртового бродіння, наприклад при виготовленні вина і пива. Зараз, коли стало можливим вводити в бактерії корисні гени, примушуючи їх синтезувати цінні речовини, наприклад інсулін, промислове застосування цих живих лабораторій отримало новий потужний стимул.
Харчова промисловість. В даний час бактерії застосовуються цією галуззю в основному для виробництва сирів, інших кисломолочних продуктів і оцту. Головні хімічні реакції тут - освіта кислот. Так, при отриманні оцту бактерії роду Acetobacter окислюють етиловий спирт, що міститься в сидр або інших рідинах, до оцтової кислоти. Аналогічні процеси відбуваються при квашенні капусти: анаеробні бактерії зброджують що містяться в листі цієї рослини цукру до молочної кислоти, а також оцтової кислоти і різних спиртів.

Боротьби з бактеріями У ПРОМИСЛОВОСТІ
Бактерії приносять не тільки користь; боротьба з їх масовим розмноженням, наприклад у харчових продуктах або в водних системах целюлозно-паперових підприємств, перетворився на цілий напрям діяльності.
Їжа псується під дією бактерій, грибів і власних викликають Автоліз ( «самопереваріваніе») ферментів, якщо не інактивувати їх нагріванням або іншими способами. Оскільки головна причина псування все-таки бактерії, розробка систем ефективного зберігання продовольства вимагає знання меж витривалості цих мікроорганізмів.
Одна з найбільш поширених технологій - пастеризація молока, що вбиває бактерії, які викликають, наприклад, туберкульоз і бруцельоз. Молоко витримують при 61-63? С протягом 30 хв або при 72-73? З усього 15 с. Це не погіршує смаку продукту, але інактивує хвороботворні бактерії. Пастеризувати можна також вино, пиво і фруктові соки.
Давно відома користь зберігання харчових продуктів на холоді. Низькі температури не вбивають бактерій, але не дають їм рости і розмножуватися. Правда, при заморожування, наприклад, до -25? З чисельність бактерій через кілька місяців знижується, однак велика кількість цих мікроорганізмів все ж таки виживає. При температурі трохи нижче нуля бактерії продовжують розмножуватися, але дуже повільно. Їх життєздатні культури можна зберігати майже нескінченно довго після ліофілізації (заморожування - висушування) в середовищі, що містить білок, наприклад в сироватці крові.
До іншим відомим методам зберігання харчових продуктів відносяться висушування (в'ялення і копчення), добавка великої кількості солі або цукру, що фізіологічно еквівалентно зневоднення, і маринування, тобто приміщення в концентрований розчин кислоти. При кислотності середовища, відповідної pH 4 і нижче, життєдіяльність бактерій зазвичай сильно гальмується або припиняється.