Prema mjestu bičeva bakterije se dijele na. Organele kretanja: funkcije i struktura, značajke kretanja protozoa
Struktura. Otprilike polovica poznatih vrsta bakterija na površini ima organe za kretanje - valovito zakrivljene flagele. Masa flagela je do 2% suhe mase bakterije. Duljina flageluma je duža od duljine tijela mikroorganizma i iznosi 3–12 μm; debljina flageluma je 0,02 μm, a polarni bičevi su deblji od peritrihalnih.
Bičevi se sastoje od proteina flagelina (latinski flagella - flagelum), koji po svojoj strukturi pripada kontraktilnim proteinima tipa miozina. Flagellum sadrži ili jedan homogeni proteinski filament ili 2-3 filamenta čvrsto složena u pletenicu. Nit flageluma je kruta spirala uvijena u smjeru suprotnom od kazaljke na satu; korak spirale je specifičan za svaku bakterijsku vrstu.
Broj, veličina i raspored flagela značajke su koje su konstantne za pojedinu vrstu i uzimaju se u obzir u taksonomiji. Međutim, neke bakterije mogu formirati flagele. različiti tipovi. Osim toga, prisutnost flagela ovisi o uvjetima okoline: na čvrstim podlogama tijekom dugotrajnog uzgoja bakterije mogu izgubiti bičeve, a na tekućim podlogama mogu se ponovno nabaviti. Broj i položaj flagela u istoj vrsti može se odrediti prema fazi životnog ciklusa. Stoga se taksonomski značaj ove značajke ne smije precijeniti.
Podjela bakterija prema broju i položaju flagela:
1. Atrichi - flagele su odsutne.
2. Monotrichus- jedan flagellum koji se nalazi na jednom od polova stanice (rod Vibrio)- monopolarni monotrični raspored flagela, najpokretljivije bakterije.
3. Polytrichus - mnogo flagela:
– lofotričan- snop flagela na jednom polu stanice (rođenje Pseudomonas, Burkholderija) - monopolarni politrihozni raspored flagela;
– amfitrijski- na svakom polu stanice nalazi se snop flageluma (rod Spirillum)- bipolarni politrihozni raspored flagela;
– peritrihous- flagele su raspoređene bez određenog reda po cijeloj površini stanice (fam. Enterobacteriaceae(rođenje Escherichia, Proteus), fam. bacillaceae, obitelj Clostidiaceae), broj flagela varira od 6 do 1000 po stanici, ovisno o vrsti bakterije (slika 7).
sl.7. Mogućnosti položaja flagela u bakterijama:
1 - monotrih, 2 - lofotrih;
3 - amfitrik; 4 - peritrih.
– Elektronska mikroskopija to otkriva flagelum se sastoji od tri dijela: spiralna nit, kuka i bazalno tijelo (slika 8).
Glavni dio flageluma je dugačak spiralna nit (fibril) - kruti šuplji cilindar promjera oko 120 nm, koji se sastoji od proteina flagelina. Proteinske molekule čine 11 redova po duljini niti i raspoređene su u spiralu. Tijekom rasta niti, proteinske molekule sintetizirane unutar stanice prolaze kroz šupljinu cilindra i na njegovom kraju se pričvršćuju na spiralu. Na kraju flageluma nalazi se proteinska kapica (poklopac) koja zatvara otvor cilindra i sprječava izlazak proteinskih molekula u okolinu. Duljina filamenta biča može doseći nekoliko mikrometara. Kod nekih vrsta bakterija flagelum je izvana dodatno prekriven ovojnicom. Na površini CS spiralna nit prelazi u zadebljanu zakrivljenu strukturu – kuku.
Riža. osam. Shema strukture flageluma
2. Kuka(debljine 20-45 nm) blizu površine stanice nalazi se relativno kratak cilindar, sastavljen od proteina različitog od flagelina, a služi za pružanje fleksibilne veze filamenta s bazalnim tijelom.
3. Bazalno tijelo nalazi se na bazi flageluma i osigurava njegovu rotaciju. Bazalno tijelo sadrži 9-12 različitih proteina i sastoji se od dva ili četiri diska (prstena) nanizanih na štap, koji je nastavak udice. Ovi prstenovi se montiraju u CPM i CS. Dva unutarnja prstena (M i S) obavezne su komponente bazalnog tijela. M-prsten je lokaliziran u CPM-u, S-prsten je smješten u periplazmatskom prostoru Gram-negativnih bakterija ili u peptidoglikanskoj vrećici Gram-pozitivnih bakterija. Dva vanjska prstena (D i L) nisu potrebna za kretanje, budući da su prisutni samo u Gram-negativnih bakterija i lokalizirani su u sloju peptidoglikana odnosno u vanjskoj membrani CL. Prstenovi S, D i L su nepokretni i služe za fiksiranje flageluma u CS. Rotacija flageluma određena je rotacijom M-prstena ugrađenog u CPM stanice. Dakle, strukturne značajke bazalnog tijela flageluma određene su strukturom CS-a.
Funkcionalno, bazalno tijelo je električni motor kojeg pokreću protoni. M-prsten bazalnog tijela (rotirajući rotor) okružen je membranskim proteinima s negativnim nabojem (stator motora). Bakterijska stanica ima učinkovit mehanizam za pretvaranje elektrokemijske energije u mehaničku. Dakle, bakterija troši oko 0,1% sve energije koju troši na rad flageluma. Tijekom rada flageluma koristi se protonska pokretačka sila koju osigurava razlika u koncentraciji protona na vanjskoj i unutarnjoj strani membrane (na vanjskoj strani ih je više) i prisutnost više negativni naboj na unutarnjoj strani membrane. Motivna sila protona tjera protone da prođu kroz bazalno tijelo u stanicu, dok se zadržavaju u određenim dijelovima rotora, dajući im pozitivan naboj, zatim protoni ulaze u stanicu. Nabijeni dijelovi smješteni su na takav način da između nabijenih dijelova rotora i statora nastaje privlačna sila, M-prsten se počinje okretati brzinom od oko 300 okretaja u minuti. Rotacijski mehanizam: naboj-ponovno punjenje COOH skupine u aminokiselinama. Za potpunu revoluciju prstena, 500-1000 protona mora proći kroz bazalno tijelo. Rotacija M-prstena kroz os koja je kruto povezana s njim i kukom prenosi se na filament flageluma, koji funkcionira kao propeler ili brodski propeler. Bakterija pliva sve dok vijak radi, doprinos inercije je izuzetno mali.
Osim toga, bakterije, čak i mrtve, u vodenom okolišu kreću se kao rezultat Brownovog gibanja. Bakterijska stanica je stalno izložena udarima okolnih molekula koje su u toplinskom kretanju. Udarci iz različitih smjerova bacaju bakteriju s jedne na drugu stranu.
Tip kretanja flagela je rotacijski. Postoje dvije vrste kretanja: pravocrtno i prevrtanje (periodične nasumične promjene smjera kretanja). Kada se flagele okreću u smjeru suprotnom od kazaljke na satu (oko 1 sekunde), frekvencijom od 40-60 okretaja u minuti (približno brzini prosječnog elektromotora), njihove niti su utkane u jedan snop (slika 9a). Rotacija flagela prenosi se na stanicu. Budući da je stanica puno masivnija od flageluma, počinje se kretati pravocrtno u suprotnom smjeru, brzinom 3 puta manjom od brzine flageluma.
To osigurava translacijsko kretanje stanice, čija brzina u tekućem mediju za različiti tipovi bakterija je 20–200 μm/s (ovo odgovara oko 300–3000 duljina tijela u minuti) i sporije kretanje po površini krutog medija.
Bakterija može namjerno plivati u jednom smjeru ne dulje od 3 s, a zatim je udarci okolnih molekula okreću u nasumičkom smjeru. Stoga su bakterije razvile mehanizam za spontanu promjenu smjera kretanja - prebacivanje bičevog motora. Kada se počne okretati u smjeru kazaljke na satu (oko 0,1 s), bakterija se zaustavlja i okreće (izvodi "prevrtanje") u nasumičnom smjeru. U ovom slučaju, bičevi se raspršuju u različitim smjerovima (slika 9b). Kod amfitriha, kada se kreće, jedan snop flagela okrenut je naopako (kao kišobran koji je vjetar okrenuo naopako). Zatim se motor ponovno okreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, a bakterija ponovno pliva pravocrtno, ali u drugom, nasumičnom smjeru.
Flagela također može promijeniti smjer kao odgovor na vanjski podražaj. Ako se bakterija kreće prema optimalnoj koncentraciji atraktanta, bičevi guraju stanicu kroz medij, njezino pravocrtno kretanje postaje duže, a frekvencija tumbanja manja, što joj omogućuje eventualno kretanje u željenom smjeru.
Poznati su slučajevi postojanja neaktivnih (paraliziranih) flagela. Za kretanje bičevatih bakterija nužna je cjelovitost (netaknutost) CS-a. Tretman stanica lizozimom, koji dovodi do uklanjanja peptidoglikanskog sloja CS-a, uzrokuje gubitak sposobnosti kretanja bakterija, iako bičevi ostaju netaknuti.
Taksiji bakterija. Pozdrav okoliš ostaje nepromijenjena, bakterije plivaju nasumično. Međutim, okoliš je rijetko potpuno homogen. Ako je okoliš heterogen, bakterije pokazuju elementarne reakcije ponašanja: aktivno se kreću u smjeru određenom određenim vanjskim čimbenicima. Takva genetski određena svrhovita kretanja bakterija nazivaju se taksijima. Ovisno o čimbeniku, razlikuju se kemotaksija (poseban slučaj je aerotaksija), fototaksija, magnetotaksija, termotaksija i viskozitaksija.
Kemotaksija- kretanje u određenom smjeru u odnosu na izvor kemikalije. Kemijske tvari dijele se u dvije skupine: inertni i uzročnici taksija – kemoefektori. Među kemoefektorima postoje tvari koje privlače bakterije - atraktanti (šećeri, aminokiseline, vitamini, nukleotidi), te tvari koje ih odbijaju - repelenti (neke aminokiseline, alkoholi, fenoli, anorganski ioni). Atraktant za aerobne i repelent za anaerobne prokariote je molekularni kisik. Atraktanti su često predstavljeni prehrambenim supstratima, iako ne djeluju sve tvari potrebne tijelu kao atraktanti. Također, ne služe sve otrovne tvari kao repelenti i nisu svi repelenti štetni. Dakle, bakterije nisu u stanju reagirati ni na kakve spojeve, već samo na određene i različite za različite bakterije.
U površinskim strukturama bakterijske stanice nalaze se posebne proteinske molekule – receptori koji se specifično vežu za određeni kemoefektor, pri čemu se molekula kemoefektora ne mijenja, već dolazi do konformacijskih promjena u molekuli receptora. Receptori su raspoređeni neravnomjerno po cijeloj površini stanice, a koncentrirani su na jednom od polova. Stanje receptora odražava izvanstaničnu koncentraciju odgovarajućeg efektora.
Kemotaksija ima adaptivnu vrijednost. Na primjer, oblici kolera vibrija s poremećenom kemotaksijom su manje virulentni.
Aerotaksija- Bakterije koje trebaju molekularni kisik nakupljaju se oko mjehurića zraka koji su pali ispod pokrovnog stakala.
Fototaksi- kretanje prema ili od svjetlosti, karakteristično za fototrofne bakterije koje koriste svjetlost kao izvor energije.
magnetotaksija- sposobnost vodenih bakterija koje sadrže kristale minerala koji sadrže željezo da plivaju duž linija Zemljinog magnetskog polja.
Termotaksija- kretanje u smjeru promjene temperature, koje ima veliki značaj za neke patogene bakterije.
Viskozitaksija- sposobnost reagiranja na promjene viskoznosti otopine. Bakterije obično teže mediju većeg viskoziteta, što je od velike važnosti za patogene vrste.
Klizne bakterije. Sposobnost klizanja malom brzinom (2-11 µm/s) preko čvrste ili viskozne podloge pronađena je kod nekih prokariota, na primjer, mikoplazme.
Postoji nekoliko hipoteza koje objašnjavaju klizno kretanje. Prema hipoteza o mlaznom pogonu nastaje zbog oslobađanja sluzi kroz brojne sluzne pore u SC-u, uslijed čega se stanica odbija od supstrata u smjeru suprotnom od smjera oslobađanja sluzi. Prema hipoteza putujućeg vala klizno kretanje u pokretnim oblicima bez flagelata povezano je s prisutnošću između sloja peptidoglikana i vanjske membrane CL tankog proteinskog sloja uređenih fibrila, sličnih filamentima bičeva. Rotacijsko kretanje fibrila, koje "lansiraju" te strukture, dovodi do pojave "putujućeg vala" (pokretnih mikroskopskih izbočina CL) na površini stanice, uslijed čega se stanica odbija od podloge. Naposljetku, strukture koje podsjećaju na bazalna tijela flageliranih oblika opisane su kod nekih klizajućih bakterija.
Funkcije flagela:
1. Omogućite prianjanje - početno stanje infektivni proces.
2. Osigurati pokretljivost bakterija.
3. Odredite antigensku specifičnost, to je H-antigen.
Detekcija flagela:
1. Fazno kontrastna mikroskopija nativnih preparata (“zdrobljene” i “viseće” kapi). Mikroskopski se utvrđuje pokretljivost u stanicama dnevne kulture. Kako bi se pokretljivost razlikovala od pasivnog Brownovog gibanja, kap 5% vodene otopine fenola doda se kapi proučavane kulture; u tom slučaju aktivno kretanje prestaje.
2. Mikroskopija tamnog polja nativnih preparata.
3. Svjetlosna mikroskopija preparata obojenih bojama ili metalima. Budući da se flagele vrlo lako oštećuju tijekom pripreme pripravka, ove se metode rijetko koriste u svakodnevnoj praksi.
Flagele se boje pomoću stanica uzgojenih na kosom agaru. Stanice koje se nalaze u blizini kondenzacijske vode biraju se bakterijskom petljom i pažljivo prenose u sterilnu destiliranu vodu iste temperature kao temperatura inkubacije bakterija na kosom agaru, a bakterije se ne otresaju s petlje, već pažljivo uranjaju u vodu. Epruveta s bakterijama ostavi se na sobnoj temperaturi 30 minuta. Koristi se kemijski čisto (oprano u smjesi kroma) staklo na koje se nakapaju 2-3 kapi suspenzije. Laganim naginjanjem suspenzija se rasporedi po staklenoj površini. Osušite lijek na zraku.
Flagele su vrlo tanke, pa se mogu otkriti samo posebnom obradom. U početku se uz pomoć jetkanja postiže njihovo bubrenje i povećanje veličine, a zatim se preparat boji, zbog čega postaju vidljivi pod svjetlosnim mikroskopom.
Češće se koristi metoda posrebrivanja prema Morozovu (slika 10):
- pripravak se fiksira otopinom ledene octene kiseline 1 minutu, ispere vodom;
- nanesite otopinu tanina (štavljenje, čineći flagele gušćima) 1 minutu, isprati vodom;
- preparat se tretira zagrijavanjem s otopinom srebrovog nitrata za impregniranje 1-2 minute, ispere vodom, osuši i mikroskopira.
Mikroskopski su vidljive tamnosmeđe stanice i svjetlije flagele.
Riža. deset. Identifikacija flagela posrebrivanjem
Riža. jedanaest. Identifikacija flagela
elektronskim mikroskopom
Slika 4. Elektronska mikroskopija preparata nataloženih teškim metalima (Slika 11).
5. Neizravno - prema prirodi rasta bakterija kada se sije u polutekući 0,3% agar. Nakon inkubacije usjeva u termostatu 1-2 dana, bilježi se priroda rasta bakterija:
- kod nepokretljivih bakterija (npr. S.saprophyticus) postoji rast duž injekcije - "nokat", a medij je proziran;
kod pokretnih bakterija (npr. E coli) postoji rast sa strane injekcije, kroz cijeli stupac agara - "riblja kost", i difuzno zamućenje medija.
Sve bakterije dijele se na pokretne i nepokretne. Organi kretanja kod bakterija su flagele. Sastoje se od flagelina, proteina koji je strukturno sličan kontraktilnim proteinima miozinskog tipa.
Baza flageluma je bazalno tijelo koje se sastoji od sustava diskova (blefaroplast: 1 disk - vanjska strana stanične stijenke, 2 disk - unutarnja strana stanične stijenke, 3 disk - citoplazmatska membrana), "ugrađenih" u citoplazmu membrana i stanična stijenka. Duljina flageluma veća je od duljine tijela samog mikroba.
Prema broju flagela i njihovom položaju, pokretni mikroorganizmi se dijele na:
1. Monotrichous, ima jedan flagellum na kraju tijela (najpokretljiviji). Na primjer, Vibrio cholerae.
2. Lophothrichous, koji ima snop flagela na jednom od polova stanice. Na primjer, Burkholderia (Pseudomonas) pseudomalei je uzročnik melioidoze.
3. Amphitrichous, ima flagellum na oba pola stanice. Na primjer, Spirillum volutans.
4. Peritrih, ima flagele po cijelom obodu stanice. Na primjer, Escherichia coli, Salmonella typhi.
Detekcija flagela. Flagele su vrlo tanke, pa se mogu otkriti samo posebnom obradom. Konkretno, najprije se uz pomoć jednog sredstva postiže bubrenje i povećanje njihove veličine, a zatim se preparat boji, zbog čega postaju vidljivi pod svjetlosnim mikroskopom. Flagele se mogu otkriti bojanjem po Morozovu, Leffleru, kao i elektronskom mikroskopijom. Flagele se također mogu otkriti aktivnom pokretljivošću bakterija.
Kretanje mikroba uočava se u pripravcima "zdrobljenih" i "visećih" kapi iz živih kultura. Ti se preparati mikroskopiraju suhom ili imerzijskom lećom u tamnom polju ili u faznom kontrastu. Osim toga, pokretljivost se može odrediti prirodom rasta bakterija u polutekućem agaru.
Pio od bakterija.
Pili (pili), sinonimi: resice, fimbrije, tanke su šuplje niti proteinske prirode koje prekrivaju površinu bakterijskih stanica. Za razliku od flagela, oni ne obavljaju motoričku funkciju.
Pili se protežu od površine stanice i sastoje se od proteina pilina.
Prema funkcionalnoj namjeni dijele se u 2 vrste.
1) Pili prvog tipa prisutni su u većini bakterija, pa se nazivaju "resice općeg tipa" (obični pili). Oni uzrokuju pričvršćivanje ili prianjanje bakterija na određene stanice organizma domaćina. Adhezija je početna faza svakog infektivnog procesa.
2) Pili drugog tipa (sinonimi: konjugativni ili spolni - spolni pili) dostupni su samo u bakterijama donorima koje imaju poseban plazmid. Njihov broj je mali - 1-4 po stanici.
Podne pile obavljaju sljedeće funkcije:
1. Sudjeluju u prijenosu genetskog materijala iz jedne stanice u drugu tijekom konjugacije bakterija.
2. Adsorbiraju specifične bakterijske viruse – bakteriofage
Bakterijske spore, uvjeti nastanka, lokalizacija, mehanizam i stadiji bojenja po Aujeszkom.
polemika- osebujan oblik mirujućih bakterija s gram-pozitivnom vrstom strukture stanične stijenke.
sporulacija- ovo je način očuvanja vrste (genofora) u vanjskom okruženju u nepovoljnim uvjetima, a ne metoda reprodukcije.
Nastaju spore u nepovoljnim uvjetima za postojanje bakterija (sušenje, nedostatak hranjivih tvari i sl.). Unutar bakterijske stanice nastaje jedna spora (endospora).
Faze sporulacije
1. Pripremni. U citoplazmi bakterija nastaje zbijeno područje koje nema slobodne vode, nazvano "sporogena zona", u kojem se nalazi nukleoid.
2. Stadij prespore (prospores). Oko sporogene zone stvara se ovojnica od dvostruke citoplazmatske membrane.
3. Formiranje korteksa koji se sastoji od peptidoglikana i vanjske membrane s visokim sadržajem kalcijevih soli i lipida.
4. Faza sazrijevanja. Na vanjskoj strani vanjske membrane stvara se ovojnica spore, nakon čega dolazi do lize vegetativnog dijela stanice, oslobađajući sporu.
Razvoj mikrobiologije donio je mnoga otkrića posljednjih desetljeća. A jedna od njih su osobitosti kretanja bakterija s bičevima. Pokazalo se da je dizajn motora ovih drevnih organizama vrlo složen i, prema principu njihovog rada, vrlo se razlikuje od flagela naših najbližih eukariotski srodnika protozoa. Motor bakterije flagelate bio je najžešća polemika između kreacionista i evolucionista. O bakterijama, njihovim bičevim motorima i još mnogo toga - ovaj članak.
Opća biologija
Za početak, podsjetimo se kakvi su to organizmi i koje mjesto zauzimaju u sustavu organskog svijeta našeg planeta. Domena bakterija ujedinjuje veliki broj jednostaničnih prokariotskih (bez formirane jezgre) organizama.
Ove žive stanice pojavile su se na sceni života prije gotovo 4 milijarde godina i bile su prvi doseljenici planeta. Mogu biti vrlo različitih oblika (koke, štapići, vibrioni, spirohete), ali većina ih je bičala.
Gdje žive bakterije? Svugdje, posvuda. Više od 5 × 10 30 živi na planetu. U 1 gramu tla ima ih oko 40 milijuna, au našem tijelu živi do 39 trilijuna. Mogu se naći na dnu Marijanske brazde, u vrućim "crnim pušačima" na dnu oceana, u ledu Antarktika, a na rukama trenutno imate i do 10 milijuna bakterija.
Vrijednost je neosporna
Unatoč njihovoj mikroskopskoj veličini (0,5-5 mikrona), njihova ukupna biomasa na Zemlji veća je od biomase životinja i biljaka zajedno. Njihova uloga u kruženju tvari je nezamjenjiva, a njihova svojstva potrošača (razarači organske tvari) ne dopuštaju da planet bude prekriven planinama leševa.
Pa, ne zaboravite na patogene: uzročnici kuge, malih boginja, sifilisa, tuberkuloze i mnogih drugih zaraznih bolesti također su bakterije.
Bakterije su našle primjenu u ljudskoj gospodarskoj djelatnosti. Počevši od prehrambene industrije ( mliječni proizvodi, sirevi, kiselo povrće, alkoholna pića), „zelene“ ekonomije (biogoriva i bioplin) do metoda staničnog inženjeringa i proizvodnje lijekova (cjepiva, seruma, hormona, vitamina).
Opća morfologija
Kao što je već spomenuto, ovi jednostanični predstavnici života nemaju jezgru, njihov nasljedni materijal (molekule DNA u obliku prstena) nalaze se u određenom području citoplazme (nukleoid). Njihova stanica ima plazmatsku membranu i gustu kapsulu koju tvori peptidoglikan murein. Od staničnih organela bakterije imaju mitohondrije, mogu postojati kloroplasti i druge strukture s različitim funkcijama.
Većina bakterija su flagele. Čvrsta kapsula na površini stanice sprječava ih da se kreću mijenjajući samu stanicu, kao što to čine amebe. Njihove flagele su guste proteinske tvorevine različitih duljina i promjera oko 20 nm. Neke bakterije imaju jedan flagelum (monotrične), dok druge imaju dva (amfitrične). Ponekad su flagele raspoređene u snopiće (lofotrihose) ili prekrivaju cijelu površinu stanice (peritrihose).
Mnoge od njih žive kao pojedinačne stanice, ali neke tvore nakupine (parove, lance, filamente, hife).
Značajke pokreta
Flagelirane bakterije mogu se kretati na različite načine. Neki se kreću samo naprijed, a smjer mijenjaju prevrtanjem. Neki su sposobni za trzanje, drugi se kreću klizanjem.
Flagela bakterija obavlja funkcije ne samo staničnog "vesla", već može biti i alat za "ukrcaj".
Donedavno se vjerovalo da bič bakterije maše poput zmijskog repa. Nedavne studije pokazale su da je flagelum bakterija mnogo kompliciraniji. Radi kao turbina. Spojen na pogon, okreće se u jednom smjeru. Pokretač, ili flagelarni motor bakterija, složena je molekularna struktura koja radi poput mišića. S tom razlikom što se mišić mora opustiti nakon kontrakcije, a bakterijski motor radi stalno.
Nanomehanizam flageluma
Ne ulazeći u biokemiju kretanja, napominjemo da u stvaranju pogona flageluma sudjeluje do 240 proteina koji su podijeljeni u 50 molekularnih komponenti sa specifičnom funkcijom u sustavu.
U ovom pogonskom sustavu bakterija postoji rotor koji se kreće i stator koji osigurava to kretanje. Tu je pogonsko vratilo, čahura, kvačilo, kočnice i gasovi
Ovaj minijaturni motor omogućuje bakterijama da putuju 35 puta veće od svoje veličine u samo 1 sekundi. U isto vrijeme, rad samog flagelluma, koji čini 60 tisuća okretaja u minuti, tijelo troši samo 0,1% sve energije koju stanica troši.
Također je iznenađujuće da bakterija može "u hodu" zamijeniti i popraviti sve rezervne dijelove svog motornog mehanizma. Samo zamislite da ste u avionu. A tehničari mijenjaju lopatice motora koji radi.
Bakterija flagelata protiv Darwina
Motor koji može raditi do 60 000 okretaja u minuti, sam se pokreće i koristi samo ugljikohidrate (šećer) kao gorivo, ima uređaj sličan elektromotoru - je li takav uređaj mogao nastati u procesu evolucije?
Ovo je pitanje koje si je 1988. godine postavio Michael Behe, doktor biologije. On je u biologiju uveo pojam ireduktibilnog sustava - sustava u kojemu su svi njegovi dijelovi istovremeno nužni za osiguranje njegovog rada, a uklanjanje barem jednog dijela dovodi do potpunog poremećaja njegovog funkcioniranja.
Sa stajališta Darwinove evolucije, sve strukturne promjene u tijelu događaju se postupno i samo one uspješne odabiru se prirodnom selekcijom.
Zaključci M. Behea, izneseni u knjizi "Darwinova crna kutija" (1996.): motor bakterije s bičem je nedjeljiv sustav od više od 40 dijelova, a nepostojanje barem jednog dovest će do potpune disfunkcije sustav, što znači da taj sustav nije mogao nastati prirodnom selekcijom.
Melem za kreacioniste
Teorija stvaranja koju je iznio znanstvenik i profesor biologije, dekan Fakulteta bioloških znanosti Sveučilišta Lehigh u Betlehemu (SAD) M. Behe odmah je privukla pozornost crkvenih službenika i pristaša teorije o božanskom. podrijetlo života.
Godine 2005. čak je bilo i suđenje u Sjedinjenim Državama, gdje je Behe bio svjedok među pristašama teorije "inteligentnog dizajna", koji su razmatrali uvođenje studija kreacionizma u školama Dovera u kolegiju " O pandama i ljudima." Proces je izgubljen, nastava takvog predmeta prepoznata je kao suprotna važećem ustavu.
No rasprava između kreacionista i evolucionista traje i danas.
Flagelum je površinska struktura bakterijske stanice, koja im služi za kretanje u tekućim medijima.
Ovisno o položaju flagela, bakterije se dijele na (slika 1):
Peritrihijalni
mješoviti
Pol
Substožerni
Pole flagella- jedan ili više flagela nalazi se na jednom (monopolarni) ili na oba (bipolarni) pola stanice, a baza je paralelna s dužom osi stanice.
Subpolarni bičevi(subpolarni) - jedna ili više flagela nalaze se na mjestu prijelaza bočne površine na pol stanice na jednom ili dva njegova kraja. U osnovi je pravi kut s dužom osi ćelije.
Bočne flagele(bočno) - jedna ili više flagela u obliku snopa nalaze se na sredini jedne od polovica stanice.
Peritrihijalne flagele- smješteni po cijeloj površini stanice jedan po jedan ili u snopovima, polovi su ih obično lišeni.
Mješoviti bičevi- nalaze se dva ili više flagela različite točke Stanice.
Ovisno o broju flagela, razlikuju se:
Monotrichous - jedan flagellum
Polytrichs - hrpa flagela
Također se ističe:
lofotričan- monopli politrihijalni raspored flagela.
amfitrihe- bipolarni politrihijalni raspored flagela.
Građa bakterijskog biča i bazalnog tijela. Flagellum.
Sam po sebi, flagellum je uređen vrlo jednostavno: nit koja je pričvršćena na bazalno tijelo. Ponekad se između bazalnog tijela i filamenta može umetnuti zakrivljeni dio cjevčice, takozvana kuka, koja je deblja od filamenta i sudjeluje u fleksibilnom pričvršćivanju filamenta na bazalno tijelo.
Što se tiče kemijskog sastava, flagellum se sastoji od 98% proteina flagelina (flagellum - flagellum), sadrži 16 aminokiselina, prevladavaju glutaminska i asparaginska kiselina, triptofan, cistein i cistin su odsutni u maloj količini aromatskih aminokiselina. Flagelin nameće antigensku specifičnost, naziva se H-antigen. Bakterijske flagele nemaju aktivnost ATPaze.
Debljina flageluma je 10-12 nm, duljina 3-15 µm.
To je kruta spirala, upletena u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Rotacija flageluma također se izvodi u smjeru suprotnom od kazaljke na satu s frekvencijom od 40 okretaja u minuti do 60 okretaja u minuti, što uzrokuje rotaciju stanice u suprotnom smjeru, ali budući da stanica je puno teža od flageluma, tada joj je rotacija sporija od 12 do 14 okretaja u minuti.
Flagellum raste s distalnog kraja, gdje podjedinice ulaze kroz unutarnji kanal. Kod nekih vrsta flagelum je izvana dodatno prekriven ovojnicom koja je nastavak stanične stijenke i vjerojatno ima istu strukturu.
Bazalno tijelo
Bazalno tijelo se sastoji od 4 dijela:
Spajanje štapa s niti ili udicom
Dva diska nanizana na šipku. (M i S)
Skupina proteinskih kompleksa (statora)
proteinska kapa
Bakterije koje imaju unutarnju i vanjsku membranu imaju 2 dodatna diska (P i L) i proteinske strukture koje se nalaze na vanjskoj membrani u blizini bazalnog tijela, stoga nemaju važnu ulogu u kretanju.
Osobitost strukture bazalnog tijela određena je strukturom stanične stijenke: njegova netaknutost je neophodna za kretanje flagela. Tretiranje stanica lizozimom dovodi do uklanjanja sloja peptidoglikana sa stanične stijenke, što dovodi do gubitka kretanja, iako struktura flageluma nije poremećena.
Bakterijske bičeve određuju pokretljivost bakterijske stanice. Flagele su tanke niti koje potječu iz citoplazmatske membrane i dulje su od same stanice. Flagele su debele 12-20 nm i dugačke 3-15 µm. Sastoje se od 3 dijela: spiralne niti, kukice i bazalnog tijela koje sadrži štapić s posebnim diskovima (1 par diskova za gram-pozitivne i 2 para diskova za gram-negativne bakterije). Diskovi flagela pričvršćeni su za citoplazmatsku membranu i staničnu stijenku. To stvara učinak elektromotora s motornom šipkom koja rotira flagellum. Flagele se sastoje od bjelančevine - flagellina (od flagellum - flagellum); je H antigen. Podjedinice flagelina su namotane. Broj flagela kod bakterija različitih vrsta varira od jednog (monotrich) kod Vibrio cholerae do deset ili stotina bičeva koji se protežu duž perimetra bakterije (peritrih) kod Escherichia coli, Proteus itd. Lophotrichous imaju snop flagela na jednom mjestu. kraj ćelije. Amphitrichousi imaju jedan bič ili snop bičeva na suprotnim krajevima stanice.
Pili (fimbrije, resice) - nitaste tvorevine, tanje i kraće (3-10 nm x 0,3-10 mikrona) od flagela. Pili se protežu od površine stanice i sastoje se od proteina pilina koji ima antigensko djelovanje. Postoje pili odgovorni za adheziju, odnosno za pričvršćivanje bakterija na zahvaćenu stanicu, kao i pili odgovorni za prehranu, metabolizam vode i soli i spolni (F-pili), odnosno konjugacijski pili. Pića ima u izobilju - nekoliko stotina po kavezu. Međutim, spolnih pila obično ima 1-3 po stanici: formiraju ih takozvane "muške" donorske stanice koje sadrže transmisivne plazmide (F-, R-, Col-plazmidi). Posebnost spolnih pila je interakcija s posebnim "muškim" sfernim bakteriofagima, koji se intenzivno adsorbiraju na spolnim pilima.
Spore su osebujan oblik uspavanih firmikutnih bakterija, tj. bakterije s gram-pozitivnom strukturom stanične stijenke. Spore nastaju u nepovoljnim uvjetima za postojanje bakterija (sušenje, nedostatak hranjivih tvari i sl.. Jedna spora (endospora) nastaje unutar bakterijske stanice. Stvaranje spora doprinosi očuvanju vrste i nije način razmnožavanja , kao kod gljiva.Spore koje tvore bakterije roda Bacillus imaju spore koje ne prelaze promjer stanice.Bakterije čija veličina spora prelazi promjer stanice nazivaju se klostridije, npr. bakterije roda Clostridium (lat. Clostridium - vretenasto). Spore su otporne na kiselinu, pa se boje crveno po Aujeszky metodi ili po Ziehl-Neelsen metodi, a vegetativna stanica u plavo.
Oblik spora može biti ovalan, sferičan; mjesto u ćeliji je terminalno, tj. na kraju štapića (kod uzročnika tetanusa), subterminalni - bliže kraju štapića (kod uzročnika botulizma, plinske gangrene) i središnji (kod bacila antraksa). Spora postoji dugo vremena zbog prisutnosti višeslojne ljuske, kalcijevog dipikolinata, niskog sadržaja vode i usporenih metaboličkih procesa. Pod povoljnim uvjetima, spore klijaju kroz tri uzastopna stadija: aktivacija, inicijacija, klijanje.
8. Glavni oblici bakterija
Globularne bakterije (koke) su obično sferični, ali mogu biti blago ovalni ili u obliku graha. Koki se mogu nalaziti pojedinačno (mikrokoke); u parovima (diplococci); u obliku lanaca (streptokoki) ili grozdova (stafilokoki), paket (sarcinas). Streptokoki mogu izazvati tonzilitis i erizipele, stafilokoke - razne upalne i gnojne procese.
štapićaste bakterije najčešći. Štapići mogu biti pojedinačni, povezani u parove (diplobakterije) ili u lance (streptobakterije). U štapićaste bakterije spadaju Escherichia coli, uzročnici salmoneloze, dizenterije, trbušnog tifusa, tuberkuloze itd. Neke štapićaste bakterije imaju sposobnost stvaranja u nepovoljnim uvjetima sporovi.Štapići koji stvaraju spore nazivaju se bacili. Vretenasti bacili nazivaju se klostridije.
Sporulacija je složen proces. Spore se značajno razlikuju od normalne bakterijske stanice. Imaju gustu ljusku i vrlo malu količinu vode, ne zahtijevaju hranjive tvari, a razmnožavanje potpuno prestaje. Spore mogu dugo izdržati sušenje, visoke i niske temperature i mogu biti u održivom stanju desecima i stotinama godina (spore antraksa, botulizma, tetanusa i dr.). Kad se nađu u povoljnom okruženju, spore klijaju, odnosno prelaze u uobičajeni vegetativni oblik za razmnožavanje.
Uvijene bakterije mogu biti u obliku zareza - vibrioni, s nekoliko uvojaka - spirila, u obliku tankog uvijenog štapića - spirohete. Vibriosi su uzročnici kolere, a uzročnik sifilisa je spiroheta.
9. Značajke morfologije rikecije i klamidije
Rikecije su mali gram-negativni mikroorganizmi karakterizirani izrazitim polimorfizmom - tvore koke, štapićaste i nitaste forme (slika 22). Veličine rikecija variraju od 0,5 do 3-4 µm, duljina filamentnih oblika doseže 10-40 µm. Ne stvaraju spore i kapsule, obojeni su crveno prema Zdrodovskom.
Klamidije su sferične, jajolike ili štapićaste. Njihove veličine fluktuiraju unutar 0,2-1,5 mikrona. Morfologija i veličina klamidija ovise o stupnju njihovog unutarstaničnog razvojnog ciklusa, koji je karakteriziran transformacijom male kuglaste elementarne formacije u veliko početno tijelo s binarnom podjelom. Prije diobe čestice klamidije obavijene su tvorevinom nalik bakterijskoj kapsuli. Klamidija mrlja "* prema Romanovsky-Giemsa, gram-negativna, jasno vidljiva u intravitalnim preparatima fazno-kontrastnom mikroskopijom.
10. Građa i biologija mikoplazmi.
Samo jedan red, Mycoplasmatales, pripada razredu Mollicutes. Predstavnici ovog reda - mikoplazme -
Razlikuju se od bakterija po tome što nemaju staničnu stijenku. Umjesto toga, sadrže troslojnu lipoproteinsku citoplazmatsku membranu. Veličine mikoplazme variraju unutar 125-250 mikrona. Okrugli su, ovalni ili nitasti, gram-negativni.
Mikoplazme se razmnožavaju binarnom fisijom, kao i većina bakterija, osobito nakon stvaranja malih kokoidnih tvorevina (elementarnih tjelešaca, EB) u nitastim strukturama.
Mikoplazme su sposobne pupati i segmentirati. Minimalna jedinica za reprodukciju je ET (0,7-0,2 mikrona). Glavna komponenta stanične membrane je kolesterol. Mikoplazme nisu sposobne stvarati kolesterol i iskorištavaju ga iz tkiva ili hranjivih medija dopunjenih njihovim unosom. Boje se negativno po Gramu, ali najbolje rezultate daje bojanje po Romanovsky-Giemsa. Mikoplazme su zahtjevne u pogledu uvjeta uzgoja: u hranjive medije potrebno je dodati nativni serum, kolesterol, nukleinske kiseline, ugljikohidrate, vitamine i razne soli. Na gustim podlogama stvaraju karakteristične male prozirne kolonije s uzdignutim zrnastim središtem, što im daje izgled "pečenih jaja". Na medijima s krvlju neke vrste mikoplazme daju a- i beta-hemolizu. U polutekućim medijima, mikoplazme rastu duž linije ubrizgavanja, tvoreći raspršene, mrvičaste kolonije. U tekućim medijima dovode do blagog zamagljivanja ili opalescencije; neki sojevi mogu stvoriti najtanji masni film. Kod ljudi su izolirani predstavnici rodova Mycoplasma, Ureaplasma i Acholeplasma, uključujući patogene i saprofitne vrste.