Bakterid: määratlus, tüübid ja näited

Sisu

• TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
• Miks on bakterid olulised?
• Sümbioos: näited
• Patogeensed bakterid
• Toitainete ringlussevõtt
• Bakterite ajalugu
• Prokarüoodid enne eukarüoote
• Bakteriraku struktuur
• Rakuseina eripära
• Muud bakteriraku elemendid
• Bakterite erinevad tüübid
• Kuidas bakterid paljunevad
• Jaoskond toimub

Bakterid on kõige arvukamad elusorganismid planeedil, aga ka teadaolevalt kõige iidsemad eluvormid. Bakterite lihtsus ja väikesed mõõtmed varjavad mõnes mõttes nende eluvormide vastupidavust, antiiki ja üldlevinud olemust.

TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)

Bakterid on üherakulised organismid ja nad esindavad ühte kahest taksonoomilise kategooria domeenist, mida nimetatakse prokarüootid. Teine on Archaea, mis suudab mõne maakera ekstreemsemates keskkonnatingimustes ellu jääda.

Sõna "prokarüoot" pärineb kreeka sõnast "enne tuuma", mis tõstab esile peamise erinevuse prokarüootide ja nende biosfääris hiljuti ilmnenud kolleegide vahel, eukarüootid ("hea tuum").

Lühidalt, prokarüootid on üherakulised organismid, millel on anukleaat rakus, samas kui eukarüootid on mitmerakulised organismid, millel on tuumas rakud; harvad erandid esinevad mõlemas kategoorias.

Miks on bakterid olulised?

Bakterid on aktiivsed peaaegu kõigil teadaolevatel ökosüsteemidel planeedil (ökosüsteem on organismide kogum, mis interakteerub ühises füüsilises keskkonnas).

Ehkki nende peamine kuulsus on nende võime põhjustada nakkushaiguste levikut, paljud neist võivad lõppeda surmaga, mängivad paljud bakterid inimeste ja teiste eukarüootide elus tegelikult kasulikku rolli.

Kui kaks erinevat tüüpi organismi elavad koos mõlemale kasulikul viisil, nimetatakse seda sümbioos. (Sellele võib vastandada parasitism, mille korral üks kahest organismist kahjustab teist, nt paelussid, kes elavad imetajate soolestikus ja põhjustavad selle käigus inimeste terviseprobleeme.)

Sümbioos: näited

Üks näide bakterite ja inimeste sümbioosist on teatud bakteriliikide toodetud K-vitamiin, mis on vere hüübimisel oluline molekul.

Muud bakterid elavad sümbiootiliselt inimese nahal ja mujal kehas ning need võivad aidata hävitada haigusi põhjustavaid rakke ja olla abiks seedesüsteemis.

Lisaks oleks kulinaarne maastik märkimisväärselt erinev, kui segus pole baktereid. Ilma nendeta poleks maailmas juustu, jogurtit ja muid toite, mille valmistamisel tuginetakse nende mikroorganismide kontrollitud ja jälgitud tegevusele.

Patogeensed bakterid

Vähem kui üks protsent teadaolevatest bakteritest on võimelised inimestel haigusi põhjustama.

Bakteriaalsed nakkused on siiski endiselt üks suurimaid surma- ja haiguste põhjustajaid kogu maailmas, eriti piirkondades, kus kanalisatsioon on kehv, asustustihedus on kõrge ja bakterite vastu võitlemiseks vajalike antibiootikumide kättesaadavus on piiratud - rahvatervise probleemid, mida kahjuks sageli leidub kombinatsioon.

Inimestel on kõige levinumad patogeensed või haigusi põhjustavad bakteriliigid Streptokokid ja Stafülokokid sama hästi kui E. coli.

Streptokokk ja Stafülokokk on perekonnanimed ja igas kategoorias on mitmesuguseid patogeenseid liike. E. coli, lühike Escherichia coli, on spetsiifiline bakteriliik, nii et perekonnanimi ja liiginimi on lisatud, nagu ka Homo sapiens viidata tänapäeva inimestele.

Kogu taksonoomilises maailmas on perekonnanimi alati suurtähtedega kirjutatud, liigi nime aga mitte kunagi.

Toitainete ringlussevõtt

Bakterid annavad positiivse panuse ka globaalsesse ökosüsteemi, osaledes selles toitainete ringlussevõtt (nt süsiniku tsükkel, lämmastiku tsükkel).

Need protsessid viivad süsteemi ümber olulised süsinikku ja lämmastikku sisaldavad molekulid, mis on n-ö toiduahela ülaosast bakteritele allosas edasi liikunud, muutes need kättesaadavaks taimede ja loomade uuteks kasvuks; Kui need organismid surevad, satuvad nende süsiniku- ja lämmastikuaatomid tagasi pinnasesse ja vette, sageli pärast seda, kui bakterid on lagundanud oma jäänused ja ammutanud oma kasvu jaoks energiat.

Bakterite ajalugu

Bakterid on Maal eksisteerinud umbes 3,5 miljardit aastat, mis tähendab, et nad on olnud umbes kolm neljandikku sama kaua kui Maa ise.

(Mõelge, et dinosaurused arvatakse olevat surnud umbes 65 miljonit aastat tagasi; see on vähem kui üks-viiekümnes nii sügavale geoloogilisse ajalukku kui bakterite väljanägemine.)

Nende prokarüootsed sugulased, arhaea, on viibinud veelgi kauem. Võib-olla näete termineid suurtähtedega; Arhaea ja bakterid on ka neid organisme hõlmavate taksonoomiliste domeenide nimed.

Kui mitte midagi muud, ei pea "arheanid" ressurssidega konkureerima teiste organismidega, sest nad elavad ainult kõige ebasoodsamates keskkondades: kuumi või eriti happelise vee keetmine, eriti soolased (soolased) basseinid, väävlivabad vulkaanilised avad ja sügaval Antarktika jää sees.

Arvatakse, et bakterite ja arhaea lõhenemine toimus umbes 4 miljardit aastat tagasi.

Ehkki baktereid ja arhaea on lähedaste nõbudena hõlbus näha, on biokeemilisel ja geneetilisel tasandil need kaks organismirühma üksteisest sama erinevad, kui kumbki inimesest.

Prokarüoodid enne eukarüoote

Eukarüootid tekkisid esmakordselt miljonite aastate jooksul pärast esimesi baktereid ja nende tekkimise eelduseks on üks prokarüootide tüüp, mis varjab teist viisil, mis aja jooksul "välja töötas"; Kujutage ette, et AirBnB viibib alaliselt toakaaslasena.

Täpsemalt öeldes arvatakse, et eukarüootsetes rakkudes asuvad mitokondriteks olevad organellid, mis vastutavad aeroobse ainevahetuse eest ja seega võivad suhteliselt suure massi suurusega eukarüootid hapniku sõltuvuse tõttu (aeroobsed vahendid "koos hapnikuga") olla kunagi iseseisvad bakterid. omaette.

Bakterite avastamist ei saa üheselt krediteerida, kuid 17. sajandi Hollandi teadlasele Antony von Leeuwenhoekile omistatakse krediit esimesele, kes kasutas mikroskoopi nende organismide ulatuslike uuringute läbiviimiseks.

Alles 1800. aastatel said teadlased, nende hulgas Robert Koch ja Louis Pasteur, teada, et bakterid võivad inimestel haigusi põhjustada, ja alles veidi enne Teist maailmasõda, 20. sajandi esimese poole lõpul, leidsid meditsiiniteadlased kindlaks ja hakkas kasutama antibiootikume, mis on looduslikud või sünteetilised kemikaalid, mis võivad peatada bakterite paljunemise selle jälgedes, kas täielikult või ilma organismide tapmiseta.

Bakteriraku struktuur

Nii nagu loomad saavad ühelt liigilt peadpööritavalt palju füüsilisi vorme, on ka erinevat tüüpi baktereid mitmesuguse kuju ja suurusega, nagu kirjeldatakse järgmises osas.

Nii nagu kõigil eukarüootsetel rakkudel on teatud ühised jooned, on paljud bakterite omadused universaalsed.

Võib-olla on bakteri kõige olulisem iseseisev struktuur raku sein. (Pange tähele, et "ainult" umbes 90 protsendil bakteritest on see omadus olemas.)

Lisaks nende funktsioonile ja keemilisele koostisele kasutatakse raku seina, mis on väljaspool rakumembraani, mis kõigil rakkudel on, bakterite jagamiseks, lähtudes seinte vastusest laboratoorsele protseduurile, mida nimetatakse Grami peitsiks.

Nn gram-positiivsetel (G +) bakteritel, mis säilitavad suurema osa värvimisprotsessis kasutatavast värvainest, on seinad, millel on värvimisel lilla värv, samas kui gram-negatiivsed (G-) bakterid, mis vabastavad suurema osa värvainest, ilmuvad roosa. (Traditsiooniliselt ei tehta "gram-positiivset" ja "gram-negatiivset" suurtähtedega, hoolimata sellest, et juursõna on õige nimisõna.)

Nii G + kui ka G-bakteri rakuseinad sisaldavad aineid, mida nimetatakse peptidoglükaanid mida ei leidu kusagil mujal looduses.

Rakuseina eripära

Ligikaudu 90 protsenti G + rakuseintest on tehtud peptidoglükaanidest, ülejäänud osa koosneb teichoic hape.

Seevastu ainult umbes 10 protsenti G-bakterirakkude seintest koosneb peptidoglükaanidest. G-bakterid sisaldavad rakupinna välisküljel ka plasmamembraani, et täiendada selle all olevat primaarset rakumembraani.

Koos moodustavad rakusein ja bakteri üks või kaks rakumembraani seda, mida ühiselt nimetatakse rakuümbrik.

Bakterite geneetiline teave sisaldub desoksüribonukleiinhappes (DNA), nagu ka eukarüootides. Bakterirakudel puuduvad aga tuumad, kus DNA-d leidub eukarüootides, seega leitakse bakteriaalne DNA tsütoplasmas (raku aine rakumembraanis) ahelate lahtises paigutuses, mida nimetatakse nukleoidiks.

••• Teadmine

Muud bakteriraku elemendid

Rakuseinast väljaspool ja väliskeskkonda eendudes on mitmesuguseid struktuure, mis osalevad bakterite liikumises ja geneetilise teabe vahetamises teiste bakteritega.

A flagellum on piitsa moodi väljaulatuv osa, mis töötab sarnaselt paadis sõukruviga ning koosneb hõõgniidist, konksust ja mootorist, mis kõik on valmistatud erinevatest valkudest.

A sammas (mitmuses pili) on väiksem, juustele sarnanev projektsioon, millel võib olla väike roll liikumisel, kuid seda kasutatakse kõige sagedamini bakterite kinnitamiseks teiste rakkude pindadele. Kui see teine ​​rakk on ise bakter, võib tulemuseks olla konjugeerimine või DNA viimine ühest bakterirakust teise.

Ribosoomid, mis esinevad ka eukarüootides, on rakkudes valkude sünteesi saidid.

Need struktuurid, mis asuvad tsütoplasmas laiali, kasutavad DNA kaudu kodeeritud teavet messenger-ribonukleiinhappeks (mRNA), et ehitada aminohapete alaühikutest spetsiifilisi valke, mis on muude valkude poolt ribosoomidesse viidud.

Bakterite erinevad tüübid

Lisaks bakterite jagamisele kategooriatesse nende eelnimetatud rakuseina värvimise käitumise alusel saab baktereid eristada ka nende kuju järgi.

Põhivorme on kolm:

Cocci leidub sageli kolooniates.

Diplokokid on koktsid, mis on paigutatud paaridesse; streptokokid leidub ahelates. Stafülokokid eksisteerivad ebakorrapärastes, viinamarjakujulistes kobarates. Batsillid on suuremad kui koktsid ja kui need jagunevad, võib tulemuseks olla ahel (streptobatsillid) või ümmarguse klastri (coccobacilli).

Lõpuks, spirilla on kolme oma maitsega: vibrio, mis on kumera kujuga kaardus varras; spirochete, õhuke ja painduv spiraal; ja "tüüpiline" spirillum, mis moodustab jäiga spiraali.

Kuidas bakterid paljunevad

Bakterid paljunevad nn binaarne lõhustumise, mille tulemuseks on kahe tütarbakteri moodustumine, mis on koostiselt praktiliselt identsed "lähtebakteriga" ja on üksteisega võrdsed.

See on aseksuaalne paljunemisvorm ja sarnaneb eukarüootsetes rakkudes täheldatud mitoosiga.

Mitoos viitab aga rangelt rakkude geneetilise materjali ehk DNA replikatsioonile. Ehkki see toimub peaaegu koos eukarüootsete rakkude jagamisega, nimetatakse ühe eukarüootse raku lõhenemist kaheks tsütokinees.

Tuletage meelde, et bakteri DNA ei pakendatud tuumasse, vaid paikneb tsütoplasmas lõdvalt organiseeritud ahelate komplektis.

Binaarse lõhustumise ettevalmistamisel pikeneb kogu bakterirakk koordineeritult, nii raku sein kui ka tsütoplasma muutuvad ulatuslikumaks. Kuna see juhtub, hakkab rakk tegema oma DNA-st täiesti uue koopia (replikatsioon).

Jaoskond toimub

"Joon", mida mööda bakter jaguneb, nimetatakse a vahesein, moodustavad lahtri keskel; vaheseina süntees tugineb valgule, mida nimetatakse FtsZ.

Alguses näeb vahesein välja nagu rõngas, kuid siis surub see oma teed raku vastaskülgede poole, viies lõpuks lõhenemiseni ja kahe tütarbakteri moodustumiseni.

Kuna binaarse lõhustumise tagajärjel moodustuvad kaks tervet funktsionaalset organismi, on bakterite genereerimisaeg, mida sageli antakse tundides, tavaliselt palju lühem kui eukarüootsete organismide genereerimisaeg, mida tavaliselt mõõdetakse kuude või aastatega.

Seotud teema: Antibiootikumiresistentsus