Menurut lokasi flagela, bakteri dibagi menjadi. Organel pergerakan: fungsi dan struktur, fitur pergerakan protozoa

Struktur. Sekitar setengah dari spesies bakteri yang dikenal di permukaan memiliki organ gerakan - flagela melengkung seperti gelombang. Massa flagela hingga 2% dari massa kering bakteri. Panjang flagel lebih panjang dari panjang tubuh mikroorganisme dan 3-12 m; ketebalan flagel adalah 0,02 m, dan flagela kutub lebih tebal daripada yang peritrik.

Flagela terdiri dari protein flagelin (flagela Latin - flagel), yang dalam strukturnya termasuk protein kontraktil dari jenis miosin. Flagel mengandung satu filamen protein homogen atau 2-3 filamen yang terlipat rapat menjadi jalinan. Benang flagel adalah spiral kaku yang dipelintir berlawanan arah jarum jam; nada heliks spesifik untuk setiap spesies bakteri.

Jumlah, ukuran, dan susunan flagela adalah fitur yang konstan untuk spesies tertentu dan diperhitungkan dalam taksonomi. Namun, beberapa bakteri dapat membentuk flagela. jenis yang berbeda. Selain itu, keberadaan flagela tergantung pada kondisi lingkungan: pada media padat selama budidaya jangka panjang, bakteri dapat kehilangan flagela, dan pada media cair mereka dapat diperoleh kembali. Jumlah dan lokasi flagela dalam spesies yang sama dapat ditentukan oleh tahap siklus hidup. Oleh karena itu, signifikansi taksonomi dari fitur ini tidak boleh dilebih-lebihkan.

Klasifikasi bakteri menurut jumlah dan letak flagela:

1. Atrichi - flagela tidak ada.

2. Monotrikus- satu flagel terletak di salah satu kutub sel (genus Vibrio)- Susunan flagela monopolar monotrik, bakteri yang paling mobile.

3. Polytrichus - banyak flagela:

– lofotrik- berkas flagela pada salah satu kutub sel (kelahiran pseudomonas, Burkholderia) - susunan flagela politrik monopolar;

– amfitrik- pada setiap kutub sel terdapat seikat flagel (genus Spirillum)- susunan flagela politrik bipolar;

– peritrik- flagela tersusun tanpa urutan tertentu di seluruh permukaan sel (fam. Enterobacteriaceae(kelahiran Escherichia, Proteus), keluarga. bacillaceae, keluarga Clostidiaceae), jumlah flagela bervariasi dari 6 hingga 1000 per sel, tergantung pada jenis bakteri (Gbr. 7).

Gbr.7. Opsi untuk lokasi flagela pada bakteri:

1 - monotrik, 2 - lofotrik;

3 - amfitrik; 4 - peritrich.

– Mikroskop elektron mengungkapkan bahwa flagel terdiri dari tiga bagian: filamen spiral, kait dan badan basal (Gbr. 8).

Bagian utama dari flagel adalah panjang benang spiral (fibril) - silinder berongga kaku dengan diameter sekitar 120 nm, terdiri dari protein flagelin. Molekul protein membentuk 11 baris sepanjang benang dan tersusun dalam spiral. Selama pertumbuhan benang, molekul protein yang disintesis di dalam sel melewati rongga silinder dan melekat pada spiral di ujungnya. Di ujung flagel terdapat tutup protein (tutup) yang menutup bukaan silinder dan mencegah pelepasan molekul protein ke lingkungan. Panjang filamen flagel bisa mencapai beberapa mikrometer. Pada beberapa spesies bakteri, flagel juga ditutupi dengan selubung di bagian luar. Di permukaan CS, benang spiral masuk ke struktur melengkung yang menebal - sebuah kait.

Beras. delapan. Skema struktur flagel

2. Kait(Tebal 20–45 nm) di dekat permukaan sel adalah silinder yang relatif pendek, terdiri dari protein yang berbeda dari flagelin, dan berfungsi untuk menyediakan sambungan fleksibel filamen ke badan basal.

3. Tubuh basal terletak di dasar flagel dan memastikan rotasinya. Badan basal mengandung 9-12 protein berbeda dan terdiri dari dua atau empat piringan (cincin) yang digantung pada batang, yang merupakan kelanjutan dari kait. Cincin ini dipasang di CPM dan CS. Dua cincin bagian dalam (M dan S) adalah komponen wajib tubuh basal. Cincin-M terlokalisasi di CPM, cincin-S terletak di ruang periplasmik bakteri Gram-negatif atau di kantung peptidoglikan bakteri Gram-positif. Dua cincin luar (D dan L) adalah opsional untuk pergerakan, karena mereka hanya ada pada bakteri Gram-negatif dan terlokalisasi, masing-masing, di lapisan peptidoglikan dan di membran luar CL. Cincin S, D, dan L tidak bergerak dan berfungsi untuk memperbaiki flagel di CS. Rotasi flagel ditentukan oleh rotasi cincin-M yang terpasang pada CPM sel. Dengan demikian, fitur struktural tubuh basal flagel ditentukan oleh struktur CS.

Secara fungsional, tubuh basal adalah motor listrik yang ditenagai oleh proton. Cincin-M dari badan basal (rotor berputar) dikelilingi oleh protein membran dengan muatan negatif (motor stator). Sel bakteri memiliki mekanisme yang efisien untuk mengubah energi elektrokimia menjadi energi mekanik. Oleh karena itu, bakteri menghabiskan sekitar 0,1% dari semua energi yang dikeluarkannya untuk pengoperasian flagel. Ketika flagel beroperasi, gaya gerak proton digunakan, yang disediakan oleh perbedaan konsentrasi proton di sisi luar dan dalam membran (ada lebih banyak di sisi luar) dan adanya muatan yang lebih negatif. di sisi dalam membran. Gaya gerak proton memaksa proton untuk melewati badan basal ke dalam sel, sementara mereka berlama-lama di bagian tertentu dari rotor, memberi mereka muatan positif, kemudian proton masuk ke dalam sel. Bagian bermuatan terletak sedemikian rupa sehingga gaya tarik muncul antara bagian bermuatan dari rotor dan stator, cincin-M mulai berputar pada kecepatan sekitar 300 rpm. Mekanisme rotasi: pengisian ulang gugus COOH dalam asam amino. Untuk satu putaran penuh cincin, 500-1000 proton harus melewati badan basal. Rotasi cincin-M melalui sumbu yang terhubung secara kaku padanya dan kait ditransmisikan ke filamen flagel, yang berfungsi sebagai baling-baling atau baling-baling kapal. Bakteri berenang selama sekrup bekerja, kontribusi inersia sangat kecil.

Selain itu, bakteri, bahkan yang mati, di lingkungan akuatik bergerak sebagai akibat dari gerak Brown. Sel bakteri terus-menerus mengalami dampak dari molekul sekitarnya, yang bergerak termal. Pukulan dari arah yang berbeda melemparkan bakteri dari sisi ke sisi.

Jenis gerakan flagela adalah rotasi. Ada dua jenis gerakan: bujursangkar dan jatuh (perubahan acak berkala dalam arah gerakan). Ketika flagela berputar berlawanan arah jarum jam (sekitar 1 detik), pada frekuensi 40-60 rpm (mendekati kecepatan rata-rata motor listrik), benangnya dijalin menjadi satu ikatan (Gbr. 9a). Rotasi flagela ditransmisikan ke sel. Karena sel jauh lebih masif daripada flagel, ia mulai bergerak dalam garis lurus ke arah yang berlawanan, dengan kecepatan 3 kali lebih kecil dari kecepatan flagel.

Ini memastikan gerakan translasi sel, yang kecepatannya dalam media cair untuk jenis yang berbeda bakteri adalah 20-200 m / s (ini sesuai dengan sekitar 300-3000 panjang tubuh per menit) dan gerakan lebih lambat pada permukaan media padat.

Bakteri dapat berenang dengan sengaja ke satu arah selama tidak lebih dari 3 detik, kemudian tumbukan molekul di sekitarnya mengubahnya ke arah yang acak. Oleh karena itu, bakteri telah mengembangkan mekanisme untuk perubahan spontan dalam arah gerakan - mengganti motor flagellar. Ketika mulai berputar searah jarum jam (sekitar 0,1 detik), bakteri berhenti dan membalik (melakukan "jatuh") ke arah yang acak. Dalam hal ini, flagela menyebar ke arah yang berbeda (Gbr. 9b). Dalam amphitricous, ketika bergerak, satu bundel flagela dibalik (seperti payung dibalik oleh angin). Kemudian motor kembali berputar ke putaran berlawanan arah jarum jam, dan bakteri kembali berenang dalam garis lurus, tetapi dalam arah yang berbeda dan acak.

Flagela juga dapat mengubah arah sebagai respons terhadap stimulus eksternal. Jika bakteri bergerak menuju konsentrasi atraktan yang optimal, flagela mendorong sel melalui medium, gerakan bujursangkarnya menjadi lebih panjang, dan frekuensi jatuhnya lebih rendah, yang pada akhirnya memungkinkannya bergerak ke arah yang diinginkan.

Kasus keberadaan flagela yang tidak aktif (lumpuh) diketahui. Untuk pergerakan bakteri berflagel, integritas (keutuhan) CS diperlukan. Perawatan sel dengan lisozim, yang mengarah pada penghapusan lapisan peptidoglikan CS, menyebabkan hilangnya kemampuan bakteri untuk bergerak, meskipun flagela tetap utuh.

Taksi bakteri. Selamat tinggal lingkungan tetap tidak berubah, bakteri berenang secara acak. Namun, lingkungan jarang benar-benar homogen. Jika lingkungannya heterogen, bakteri menunjukkan reaksi perilaku dasar: mereka secara aktif bergerak ke arah yang ditentukan oleh faktor eksternal tertentu. Pergerakan bakteri dengan tujuan tertentu yang ditentukan secara genetik disebut taksi. Tergantung pada faktornya, kemotaksis (kasus khusus adalah aerotaksis), fototaksis, magnetotaksis, termotaksis dan viscositaksis dibedakan.

Kemotaksis- gerakan ke arah tertentu relatif terhadap sumber bahan kimia. zat kimia dibagi menjadi dua kelompok: inert dan menyebabkan taksi - chemoeffectors. Di antara chemoeffectors ada zat yang menarik bakteri - atraktan (gula, asam amino, vitamin, nukleotida), dan zat yang mengusir mereka - penolak (beberapa asam amino, alkohol, fenol, ion anorganik). Penarik untuk aerob dan penolak untuk prokariota anaerob adalah oksigen molekuler. Atraktan sering diwakili oleh substrat makanan, meskipun tidak semua zat yang diperlukan tubuh bertindak sebagai atraktan. Juga, tidak semua zat beracun berfungsi sebagai penolak dan tidak semua penolak berbahaya. Dengan demikian, bakteri tidak dapat bereaksi terhadap senyawa apa pun, tetapi hanya pada senyawa tertentu dan berbeda untuk bakteri yang berbeda.

Pada struktur permukaan sel bakteri terdapat molekul protein khusus - reseptor yang secara khusus terhubung dengan kemoefektor tertentu, sedangkan molekul kemoefektor tidak berubah, tetapi perubahan konformasi terjadi pada molekul reseptor. Reseptor terletak tidak merata di seluruh permukaan sel, dan terkonsentrasi di salah satu kutub. Keadaan reseptor mencerminkan konsentrasi ekstraseluler dari efektor yang sesuai.

Kemotaksis memiliki nilai adaptif. Misalnya, bentuk vibrio kolera dengan gangguan kemotaksis kurang ganas.

Aerotaksis- Bakteri yang membutuhkan oksigen molekuler menumpuk di sekitar gelembung udara yang jatuh di bawah kaca penutup.

Fototaksis- pergerakan menuju atau menjauhi cahaya, ciri bakteri fototrofik yang menggunakan cahaya sebagai sumber energi.

magnetotaksis- kemampuan bakteri air yang mengandung kristal mineral yang mengandung besi untuk berenang di sepanjang garis medan magnet bumi.

Termotaksis- gerakan ke arah perubahan suhu, yang memiliki sangat penting untuk beberapa bakteri patogen.

Viscositaksis- kemampuan untuk menanggapi perubahan viskositas larutan. Bakteri biasanya cenderung ke media dengan viskositas yang lebih tinggi, yang sangat penting untuk spesies patogen.

bakteri geser. Kemampuan untuk meluncur dengan kecepatan rendah (2-11 m/s) di atas substrat padat atau kental telah ditemukan di beberapa prokariota, misalnya, mikoplasma.

Ada beberapa hipotesis yang menjelaskan gerakan geser. Berdasarkan hipotesis propulsi jet itu karena sekresi lendir melalui banyak pori-pori lendir di SC, akibatnya sel ditolak dari substrat ke arah yang berlawanan dengan arah sekresi lendir. Berdasarkan hipotesis gelombang berjalan gerakan meluncur dalam bentuk bebas flagela motil dikaitkan dengan keberadaan antara lapisan peptidoglikan dan membran luar CL dari lapisan protein tipis fibril yang dipesan, mirip dengan filamen flagela. Pergerakan rotasi fibril, "diluncurkan" oleh struktur ini, mengarah pada munculnya "gelombang perjalanan" (memindahkan tonjolan mikroskopis CL) pada permukaan sel, akibatnya sel ditolak dari substrat. Akhirnya, struktur yang menyerupai badan basal dari bentuk berflagel telah dijelaskan pada beberapa bakteri yang meluncur.

Fungsi flagela:

1. Memberikan adhesi - tahap awal proses infeksi.

2. Memberikan motilitas bakteri.

3. Tentukan spesifisitas antigenik, ini adalah antigen-H.

Deteksi flagela:

1. Mikroskop kontras fase dari sediaan asli (tetesan "hancur" dan "menggantung"). Secara mikroskopis, mobilitas ditentukan dalam sel-sel budaya sehari-hari. Untuk membedakan mobilitas dari gerakan Brown pasif, setetes larutan fenol 5% ditambahkan ke setetes kultur yang dipelajari; dalam hal ini, gerakan aktif berhenti.

2. Mikroskop medan gelap preparasi asli.

3. Mikroskop cahaya preparat diwarnai dengan pewarna atau logam. Karena flagela sangat mudah rusak selama persiapan persiapan, metode ini jarang digunakan dalam praktik sehari-hari.

Flagela diwarnai menggunakan sel yang ditanam pada agar miring. Sel yang terletak di dekat air kondensasi dipilih dengan lingkaran bakteri dan dengan hati-hati dipindahkan ke air suling steril dengan suhu yang sama dengan suhu inkubasi bakteri pada agar miring, dan bakteri tidak dikocok dari lingkaran, tetapi direndam dengan hati-hati dalam air. Tabung dengan bakteri dibiarkan pada suhu kamar selama 30 menit. Kaca murni kimia (dicuci dalam campuran kromium) digunakan, di mana 2-3 tetes suspensi diterapkan. Suspensi disebarkan di atas permukaan kaca dengan memiringkannya secara perlahan. Keringkan obat di udara.

Flagela sangat tipis, sehingga hanya dapat dideteksi dengan pemrosesan khusus. Awalnya, dengan bantuan etsa, pembengkakan dan peningkatan ukurannya tercapai, dan kemudian preparasi diwarnai, yang karenanya menjadi terlihat di bawah mikroskop cahaya.

Lebih sering digunakan metode perak menurut Morozov (Gbr. 10):

- sediaan difiksasi dengan larutan asam asetat glasial selama 1 menit, dicuci dengan air;

- oleskan larutan tanin (penyamakan, membuat flagela lebih padat) selama 1 menit, dicuci dengan air;

- preparat diperlakukan dengan pemanasan dengan larutan perak nitrat impregnasi selama 1-2 menit, dicuci dengan air, dikeringkan dan dimikroskop.

Secara mikroskopis, sel-sel coklat tua dan flagela yang lebih terang terlihat.

Beras. sepuluh. Identifikasi flagela dengan silvering

Beras. sebelas. Identifikasi flagela

dengan mikroskop elektron

Gbr. 4. Mikroskop elektron dari preparat yang diendapkan dengan logam berat (Gbr. 11).

5. Secara tidak langsung - menurut sifat pertumbuhan bakteri ketika ditaburkan dalam agar-agar 0,3% semi-cair. Setelah inkubasi tanaman dalam termostat selama 1-2 hari, sifat pertumbuhan bakteri dicatat:

- pada bakteri non-motil (mis. S.saprophyticus) ada pertumbuhan di sepanjang injeksi - "kuku", dan medianya transparan;

pada bakteri motil (mis. E. coli) ada pertumbuhan di sisi injeksi, di seluruh kolom agar - "tulang herring", dan kekeruhan media yang menyebar.

Semua bakteri dibagi menjadi bergerak dan tidak bergerak. Alat gerak pada bakteri adalah flagela. Mereka terdiri dari flagelin, protein yang secara struktural terkait dengan protein kontraktil tipe miosin.

Dasar flagel adalah tubuh basal, terdiri dari sistem disk (blepharoplast: 1 disk - sisi luar dinding sel, 2 disk - sisi dalam dinding sel, 3 disk - membran sitoplasma), "tertanam" di sitoplasma membran dan dinding sel. Panjang flagel lebih besar dari panjang tubuh mikroba itu sendiri.
Menurut jumlah flagela dan lokasinya, mikroorganisme motil dibagi menjadi:

1. Monotrik, memiliki satu flagel di ujung tubuhnya (paling banyak bergerak). Contohnya Vibrio cholerae.

2. Lofotrik, memiliki seikat flagela di salah satu kutub sel. Misalnya, Burkholderia (Pseudomonas) pseudomalei adalah agen penyebab melioidosis.
3. Amfitrichous, memiliki flagel di kedua kutub sel. Contohnya Spirillum volutan.
4. Peritrichous, memiliki flagela di sekeliling seluruh sel. Contohnya Escherichia coli, Salmonella typhi.

Deteksi flagela. Flagela sangat tipis, sehingga hanya dapat dideteksi dengan pemrosesan khusus. Secara khusus, pada awalnya, dengan bantuan mordan, pembengkakan dan peningkatan ukurannya tercapai, dan kemudian preparat diwarnai, yang karenanya menjadi terlihat di bawah mikroskop cahaya. Flagela dapat dideteksi dengan pewarnaan menurut Morozov, Leffler, serta dengan mikroskop elektron. Flagela juga dapat dideteksi dengan motilitas aktif bakteri.

Pergerakan mikroba diamati dalam persiapan tetes "hancur" dan "gantung" dari kultur hidup. Preparat ini dimikroskop dengan lensa kering atau lensa imersi dalam medan gelap atau dalam fase kontras. Selain itu, motilitas dapat ditentukan oleh sifat pertumbuhan bakteri pada agar semi cair.

Minum dari bakteri.

Pili (pili), sinonim: vili, fimbria, adalah filamen tipis berongga yang bersifat protein yang menutupi permukaan sel bakteri. Tidak seperti flagela, mereka tidak melakukan fungsi motorik.

Pili memanjang dari permukaan sel dan terdiri dari protein pilina.

Menurut tujuan fungsionalnya, mereka dibagi menjadi 2 jenis.

1) Pili tipe pertama terdapat pada sebagian besar bakteri, sehingga disebut "vili tipe umum" (common pili). Mereka menyebabkan perlekatan atau adhesi bakteri ke sel-sel tertentu dari organisme inang. Adhesi adalah tahap awal dari setiap proses infeksi.
2) Pili tipe kedua (sinonim: konjugatif, atau pili seksual - seks) hanya tersedia pada bakteri donor yang memiliki plasmid khusus. Jumlahnya kecil - 1-4 per sel.

Gergaji lantai melakukan fungsi-fungsi berikut:

1. Berpartisipasi dalam transfer materi genetik dari satu sel ke sel lain selama konjugasi bakteri.

2. Mereka menyerap virus bakteri tertentu - bakteriofag

Spora bakteri, kondisi pembentukan, lokasi, mekanisme dan tahapan pewarnaan Aujeszky.

kontroversi- bentuk khas bakteri istirahat dengan struktur dinding sel tipe gram positif.

sporulasi- ini adalah cara melestarikan spesies (genofor) di lingkungan eksternal di bawah kondisi yang merugikan, dan bukan metode reproduksi.

Spora terbentuk dalam kondisi yang tidak menguntungkan bagi keberadaan bakteri (pengeringan, kekurangan nutrisi, dll.). Di dalam sel bakteri, satu spora (endospora) terbentuk.

Tahapan sporulasi

1. Persiapan. Dalam sitoplasma bakteri, terbentuk area padat yang tidak memiliki air bebas, yang disebut "zona sporogen", yang berisi nukleoid.

2. Tahap prespora (prospora). Di sekitar zona sporogen, selubung membran sitoplasma ganda terbentuk.

3. Pembentukan korteks yang terdiri dari peptidoglikan dan membran luar dengan kandungan garam kalsium dan lipid yang tinggi.

4. Tahap pematangan. Sebuah amplop spora terbentuk di sisi luar membran luar, setelah itu bagian vegetatif sel dilisiskan, melepaskan spora.

Perkembangan mikrobiologi telah membawa banyak penemuan dalam beberapa dekade terakhir. Dan salah satunya adalah kekhasan pergerakan bakteri berflagel. Desain mesin organisme purba ini ternyata sangat kompleks dan, menurut prinsip kerja mereka, sangat berbeda dari flagela kerabat eukariotik terdekat kita dari protozoa. Mesin bakteri flagellata telah menjadi kontroversi paling panas antara kreasionis dan evolusionis. Tentang bakteri, motor flagel mereka, dan banyak lagi - artikel ini.

Biologi umum

Untuk memulainya, mari kita ingat organisme macam apa mereka dan tempat apa yang mereka tempati dalam sistem dunia organik di planet kita. Domain Bakteri menyatukan sejumlah besar organisme prokariotik uniseluler (tanpa nukleus yang terbentuk).

Sel-sel hidup ini muncul di panggung kehidupan hampir 4 miliar tahun yang lalu dan merupakan pemukim pertama di planet ini. Bentuknya bisa sangat berbeda (kokus, batang, vibrio, spirochetes), tetapi kebanyakan dari mereka berflagel.

Di mana bakteri hidup? Di mana pun. Lebih dari 5 × 10 30 hidup di planet ini. Ada sekitar 40 juta di antaranya dalam 1 gram tanah, hingga 39 triliun hidup di tubuh kita. Mereka dapat ditemukan di dasar Palung Mariana, di "perokok hitam" panas di dasar lautan, di es Antartika, dan saat ini Anda memiliki hingga 10 juta bakteri di tangan Anda.

Nilainya tak terbantahkan

Meskipun ukurannya mikroskopis (0,5-5 mikron), total biomassa mereka di Bumi lebih besar daripada gabungan biomassa hewan dan tumbuhan. Peran mereka dalam sirkulasi zat tidak tergantikan, dan sifat konsumen mereka (penghancur bahan organik) tidak memungkinkan planet ini ditutupi dengan tumpukan mayat.

Nah, jangan lupa tentang patogen: agen penyebab wabah, cacar, sifilis, TBC, dan banyak penyakit menular lainnya juga bakteri.

Bakteri telah menemukan aplikasi dalam aktivitas ekonomi manusia. Mulai dari industri makanan ( produk susu, keju, acar sayuran, minuman beralkohol), ekonomi "hijau" (biofuel dan biogas) hingga metode rekayasa sel dan produksi obat-obatan (vaksin, serum, hormon, vitamin).

Morfologi umum

Seperti yang telah disebutkan, perwakilan kehidupan uniseluler ini tidak memiliki nukleus, bahan herediternya (molekul DNA dalam bentuk cincin) terletak di area sitoplasma tertentu (nukleoid). Sel mereka memiliki membran plasma dan kapsul padat yang dibentuk oleh peptidoglikan murein. Dari organel sel, bakteri memiliki mitokondria, mungkin terdapat kloroplas dan struktur lain dengan fungsi yang berbeda.

Sebagian besar bakteri adalah flagela. Kapsul ketat pada permukaan sel mencegah mereka bergerak dengan mengubah sel itu sendiri, seperti yang dilakukan amuba. Flagela mereka adalah formasi protein padat dengan berbagai panjang dan diameter sekitar 20 nm. Beberapa bakteri memiliki flagel tunggal (monotrik), sementara yang lain memiliki dua (amphitrik). Kadang-kadang flagela tersusun dalam bundel (lophotricous) atau menutupi seluruh permukaan sel (peritrichous).

Banyak dari mereka hidup sebagai sel tunggal, tetapi beberapa membentuk kelompok (pasangan, rantai, filamen, hifa).

Fitur Gerakan

Bakteri berflagel dapat bergerak dengan cara yang berbeda. Beberapa hanya bergerak maju, dan mengubah arah dengan berguling. Beberapa mampu berkedut, yang lain bergerak dengan meluncur.

Flagela bakteri melakukan fungsi tidak hanya sebagai "dayung" seluler, tetapi juga dapat menjadi alat "naik".

Sampai saat ini, diyakini bahwa flagel bakteri berkibas seperti ekor ular. Studi terbaru menunjukkan bahwa flagel bakteri jauh lebih rumit. Ia bekerja seperti turbin. Terlampir ke drive, itu berputar dalam satu arah. Aktuator, atau motor flagela bakteri, adalah struktur molekul kompleks yang bekerja seperti otot. Dengan perbedaan bahwa otot harus rileks setelah kontraksi, dan motor bakteri bekerja terus-menerus.

Mekanisme nano dari flagel

Tanpa mempelajari biokimia gerakan, kami mencatat bahwa hingga 240 protein terlibat dalam pembuatan penggerak flagel, yang dibagi menjadi 50 komponen molekuler dengan fungsi spesifik dalam sistem.

Dalam sistem propulsi bakteri ini, ada rotor yang bergerak dan stator yang menyediakan gerakan ini. Ada poros penggerak, bushing, kopling, rem dan akselerator

Mesin mini ini memungkinkan bakteri untuk melakukan perjalanan 35 kali ukuran mereka sendiri hanya dalam 1 detik. Pada saat yang sama, kerja flagel itu sendiri, yang menghasilkan 60 ribu putaran per menit, tubuh hanya menghabiskan 0,1% dari semua energi yang dikonsumsi sel.

Juga mengejutkan bahwa bakteri dapat mengganti dan memperbaiki semua suku cadang dari mekanisme motornya "saat bepergian". Bayangkan saja Anda berada di pesawat terbang. Dan teknisi mengganti bilah motor yang sedang berjalan.

Bakteri flagellata vs. Darwin

Sebuah mesin yang mampu beroperasi pada kecepatan hingga 60.000 putaran per menit, memulai sendiri dan hanya menggunakan karbohidrat (gula) sebagai bahan bakar, memiliki perangkat yang mirip dengan motor listrik - dapatkah perangkat seperti itu muncul dalam proses evolusi?

Inilah pertanyaan yang diajukan Michael Behe, Ph.D. dalam biologi pada dirinya sendiri pada tahun 1988. Dia memperkenalkan ke dalam biologi konsep sistem yang tidak dapat direduksi - sebuah sistem di mana semua bagiannya secara bersamaan diperlukan untuk memastikan operasinya, dan penghapusan setidaknya satu bagian menyebabkan gangguan total pada fungsinya.

Dari sudut pandang evolusi Darwin, semua perubahan struktural dalam tubuh terjadi secara bertahap dan hanya yang berhasil yang dipilih oleh seleksi alam.

Kesimpulan M. Behe, yang dituangkan dalam buku "Kotak Hitam Darwin" (1996): mesin bakteri flagellar adalah sistem yang tidak dapat dibagi lebih dari 40 bagian, dan tidak adanya setidaknya satu akan menyebabkan disfungsi lengkap dari sistem, yang berarti bahwa sistem ini tidak mungkin terjadi melalui seleksi alam.

Balsem untuk kreasionis

Teori penciptaan yang dikemukakan oleh ilmuwan dan profesor biologi, dekan Fakultas Ilmu Biologi di Universitas Lehigh Bethlehem (AS) M. Behe ​​ini langsung menarik perhatian para pendeta gereja dan pendukung teori ketuhanan. asal kehidupan.

Pada tahun 2005, di Amerika Serikat, bahkan ada gugatan di mana Behe ​​menjadi saksi dari para pendukung teori "rancangan yang masuk akal", yang menganggap pengenalan studi kreasionisme di sekolah-sekolah Dover dalam kursus " Tentang panda dan manusia." Prosesnya hilang, pengajaran mata pelajaran semacam itu diakui bertentangan dengan konstitusi saat ini.

Namun perdebatan antara kreasionis dan evolusionis berlanjut hingga hari ini.

Flagel adalah struktur permukaan sel bakteri, yang berfungsi untuk pergerakan dalam media cair.

Tergantung pada lokasi flagela, bakteri dibagi menjadi (Gbr. 1):

Tiang

Subpolar

• Peritrikial

  Campuran

Flagela tiang- satu atau lebih flagela terletak pada satu kutub (monopolar) atau kedua kutub (bipolar) sel dan alasnya sejajar dengan sumbu panjang sel.

Flagela subpolar(subpolar) - satu atau lebih flagela terletak pada titik transisi permukaan lateral ke kutub sel pada satu atau dua ujungnya. Di pangkalan adalah sudut siku-siku dengan sumbu panjang sel.

Flagela lateral(lateral) - satu atau lebih flagela dalam bentuk bundel terletak di titik tengah salah satu bagian sel.

Flagela peritrikial- terletak di seluruh permukaan sel satu per satu atau dalam bundel, kutub biasanya tidak memilikinya.

Flagela campuran- dua atau lebih flagela terletak di titik yang berbeda sel.

Tergantung pada jumlah flagela, ada:

Monotrik - satu flagel

Polytrichs - sekelompok flagela

Juga dibedakan:

lofotrik- susunan flagela politrik monoply.

amfitrich- susunan flagela politrikal bipolar.

Struktur flagel bakteri dan badan basal. Flagel.

Flagel itu sendiri diatur cukup sederhana: filamen yang melekat pada tubuh basal. Kadang-kadang bagian melengkung dari tabung, yang disebut kait, dapat dimasukkan antara badan basal dan filamen; itu lebih tebal dari filamen dan berpartisipasi dalam perlekatan fleksibel filamen ke badan basal.

Dalam hal komposisi kimia, flagel terdiri dari 98% protein flagel (flagellum - flagel), mengandung 16 asam amino, glutamin dan asam aspartat mendominasi, triptofan, sistein dan sistin tidak ada dalam sejumlah kecil asam amino aromatik. Flagelin memaksakan spesifisitas antigenik, itu disebut antigen-H. Flagela bakteri tidak memiliki aktivitas ATPase.

Ketebalan flagel adalah 10–12 nm, panjangnya 3–15 m.

Ini adalah spiral kaku, memutar berlawanan arah jarum jam. Rotasi flagel juga dilakukan berlawanan arah jarum jam dengan frekuensi 40 rpm sampai 60 rpm, yang menyebabkan sel berputar ke arah yang berlawanan, tetapi karena sel jauh lebih berat daripada flagel, maka rotasinya lebih lambat dari 12 hingga 14 rpm.

Flagel tumbuh dari ujung distal, di mana subunit masuk melalui saluran internal. Pada beberapa spesies, flagel juga ditutupi di bagian luar dengan selubung, yang merupakan kelanjutan dari dinding sel dan mungkin memiliki struktur yang sama.

Tubuh basal

Tubuh basal terdiri dari 4 bagian:

Perkawinan batang dengan filamen atau kait

Dua disk digantung pada batang. (M dan S)

Kelompok kompleks protein (stator)

tutup protein

Bakteri yang memiliki membran dalam dan luar memiliki 2 piringan tambahan (P dan L) dan struktur protein yang berada di membran luar dekat badan basal, sehingga tidak berperan penting dalam pergerakan.

Keunikan struktur tubuh basal ditentukan oleh struktur dinding sel: keutuhannya diperlukan untuk pergerakan flagela. Perawatan sel dengan lisozim mengarah pada penghapusan lapisan peptidoglikan dari dinding sel, yang menyebabkan hilangnya gerakan, meskipun struktur flagel tidak terganggu.

Flagela bakteri menentukan motilitas sel bakteri. Flagela adalah filamen tipis yang berasal dari membran sitoplasma dan lebih panjang dari sel itu sendiri. Flagela memiliki tebal 12-20 nm dan panjang 3-15 m. Mereka terdiri dari 3 bagian: benang spiral, kait dan badan basal yang berisi batang dengan cakram khusus (1 pasang cakram untuk bakteri gram positif dan 2 pasang cakram untuk bakteri gram negatif). Cakram flagela melekat pada membran sitoplasma dan dinding sel. Ini menciptakan efek motor listrik dengan batang motor yang memutar flagel. Flagela terdiri dari protein - flagelin (dari flagel - flagel); adalah antigen H. Subunit flagelin melingkar. Jumlah flagela pada bakteri dari spesies yang berbeda bervariasi dari satu (monotrich) di Vibrio cholerae hingga sepuluh atau ratusan flagela yang membentang di sepanjang perimeter bakteri (peritrich) di Escherichia coli, Proteus, dll. Lofotrichs memiliki seikat flagela di satu ujung sel. Amfitrichous memiliki satu flagel atau seikat flagela di ujung sel yang berlawanan.

Pili (fimbriae, villi) - formasi berserabut, lebih tipis dan lebih pendek (3-10 nm x 0,3-10 mikron) dari flagela. Pili memanjang dari permukaan sel dan terdiri dari protein pilin, yang memiliki aktivitas antigenik. Ada pili yang bertanggung jawab untuk adhesi, yaitu, untuk menempelkan bakteri ke sel yang terkena, serta pili yang bertanggung jawab untuk nutrisi, metabolisme air-garam dan seksual (F-pili), atau pili konjugasi. Minuman berlimpah - beberapa ratus per kandang. Namun, pili seks biasanya 1-3 per sel: mereka dibentuk oleh apa yang disebut sel donor "jantan" yang mengandung plasmid yang dapat ditularkan (F-, R-, Col-plasmid). Ciri khas pili seks adalah interaksi dengan bakteriofag bulat "jantan" khusus, yang secara intensif teradsorpsi pada pili seks.

Spora adalah bentuk khas dari bakteri firmicute dorman, yaitu bakteri dengan struktur dinding sel gram positif. Spora terbentuk dalam kondisi yang tidak menguntungkan bagi keberadaan bakteri (pengeringan, kekurangan nutrisi, dll. Satu spora (endospora) terbentuk di dalam sel bakteri. Pembentukan spora berkontribusi pada pelestarian spesies dan bukan merupakan metode reproduksi , seperti pada jamur.Bakteri pembentuk spora dari genus Bacillus memiliki spora yang tidak melebihi diameter sel.Bakteri yang ukuran sporanya melebihi diameter sel disebut clostridia, misalnya bakteri dari genus Clostridium (lat. Clostridium - gelendong).Spora tahan asam, oleh karena itu, diwarnai merah menurut metode Aujeszky atau menurut metode Ziehl-Neelsen, dan sel vegetatif menjadi biru.

Bentuk perselisihan bisa oval, bulat; lokasi di dalam sel bersifat terminal, mis. di ujung tongkat (dalam agen penyebab tetanus), subterminal - lebih dekat ke ujung tongkat (dalam patogen botulisme, gangren gas) dan pusat (dalam basil antraks). Spora bertahan untuk waktu yang lama karena adanya cangkang berlapis-lapis, kalsium dipikolinat, kadar air yang rendah dan proses metabolisme yang lamban. Dalam kondisi yang menguntungkan, spora berkecambah melalui tiga tahap berturut-turut: aktivasi, inisiasi, perkecambahan.

8. Bentuk utama bakteri

Bakteri berbentuk bulat (kokus) biasanya bulat, tetapi mungkin sedikit oval atau berbentuk kacang. Cocci dapat ditemukan secara tunggal (micrococci); berpasangan (diplokokus); dalam bentuk rantai (streptokokus) atau tandan anggur (staphylococci), paket (sarcinas). Streptococci dapat menyebabkan tonsilitis dan erisipelas, staphylococci - berbagai proses inflamasi dan purulen.

bakteri berbentuk batang yang paling umum. Batang bisa tunggal, terhubung berpasangan (diplobacteria) atau dalam rantai (streptobacteria). Bakteri berbentuk batang termasuk Escherichia coli, patogen salmonellosis, disentri, demam tifoid, TBC, dll. Beberapa bakteri berbentuk batang memiliki kemampuan untuk terbentuk dalam kondisi buruk perselisihan. Batang pembentuk spora disebut basil. Basil berbentuk gelendong disebut klostridia.

Sporulasi adalah proses yang kompleks. Spora berbeda secara signifikan dari sel bakteri normal. Mereka memiliki cangkang yang padat dan jumlah air yang sangat sedikit, mereka tidak membutuhkan nutrisi, dan reproduksi benar-benar berhenti. Spora mampu menahan pengeringan, suhu tinggi dan rendah dalam waktu yang lama dan dapat bertahan hidup selama puluhan dan ratusan tahun (spora antraks, botulisme, tetanus, dll). Begitu berada di lingkungan yang menguntungkan, spora berkecambah, yaitu, mereka berubah menjadi bentuk perbanyakan vegetatif yang biasa.

Bakteri berbelit-belit bisa dalam bentuk koma - vibrio, dengan beberapa ikal - spirilla, dalam bentuk tongkat bengkok tipis - spirochetes. Vibrio adalah agen penyebab kolera, dan agen penyebab sifilis adalah spirochete.

9. Fitur morfologi rickettsia dan klamidia

Rickettsia adalah mikroorganisme gram negatif kecil yang ditandai dengan polimorfisme yang jelas - mereka membentuk kokus, berbentuk batang dan berbentuk filamen (Gbr. 22). Ukuran Rickettsia bervariasi dari 0,5 hingga 3-4 mikron, panjang bentuk filamen mencapai 10-40 mikron. Mereka tidak membentuk spora dan kapsul, mereka diwarnai merah menurut Zdrodovsky.

Chlamydia berbentuk bulat, bulat telur atau batang. Ukurannya berfluktuasi dalam 0,2-1,5 mikron. Morfologi dan ukuran klamidia bergantung pada tahap siklus perkembangan intraselulernya, yang ditandai dengan transformasi formasi dasar bola kecil menjadi tubuh awal yang besar dengan pembelahan biner. Sebelum membelah, partikel klamidia terbungkus dalam formasi yang menyerupai kapsul bakteri. Pewarnaan klamidia "* menurut Romanovsky-Giemsa, gram negatif, terlihat jelas dalam sediaan intravital dengan mikroskop fase-kontras.

10. Struktur dan biologi mikoplasma.

Hanya satu ordo, Mycoplasmatales, yang termasuk dalam kelas Mollicutes. Perwakilan dari ordo ini - mikoplasma -

Mereka berbeda dari bakteri karena mereka tidak memiliki dinding sel. Sebaliknya, mereka mengandung membran sitoplasma lipoprotein tiga lapis. Ukuran mikoplasma berfluktuasi dalam 125-250 mikron. Mereka bulat, oval atau berserabut, Gram-negatif.

Mikoplasma berkembang biak dengan pembelahan biner, seperti kebanyakan bakteri, terutama setelah pembentukan formasi kokoid kecil (badan dasar, EB) dalam struktur berfilamen.

Mycoplasmas mampu bertunas dan segmentasi. Unit reproduksi minimum adalah ET (0,7-0,2 mikron). Komponen utama membran sel adalah kolesterol. Mikoplasma tidak mampu membentuk kolesterol dan memanfaatkannya dari jaringan atau media nutrisi yang dilengkapi dengan introduksinya. Pewarnaan Gram negatif, tetapi pewarnaan Romanovsky-Giemsa memberikan hasil terbaik. Mycoplasma menuntut kondisi budidaya: serum asli, kolesterol, asam nukleat, karbohidrat, vitamin dan berbagai garam harus ditambahkan ke media nutrisi. Pada media padat, mereka membentuk koloni kecil yang tembus cahaya dengan pusat granular yang terangkat, memberi mereka penampilan "telur goreng". Pada media dengan darah, beberapa jenis mikoplasma memberikan a- dan beta-hemolisis. Dalam media semi-cair, mikoplasma tumbuh di sepanjang jalur injeksi, membentuk koloni yang tersebar dan rapuh. Dalam media cair, mereka menyebabkan sedikit kabut atau opalescence; beberapa strain mampu membentuk lapisan berminyak tertipis. Pada manusia, perwakilan dari genus Mycoplasma, Ureaplasma, dan Acholeplasma diisolasi, termasuk spesies patogen dan saprofit.