Kamçıların bulunduğu yere göre bakteriler ikiye ayrılır. Hareket organelleri: fonksiyonlar ve yapı, protozoa hareketinin özellikleri
Yapı. Yüzeydeki bilinen bakteri türlerinin yaklaşık yarısının hareket organları vardır - dalga benzeri kavisli kamçı. Flagella'nın kütlesi bakterinin kuru kütlesinin %2'si kadardır. Flagellum'un uzunluğu mikroorganizmanın vücut uzunluğundan daha uzundur ve 3–12 μm'dir; kamçının kalınlığı 0,02 μm'dir ve kutup kamçısı peritriköz olanlardan daha kalındır.
Flagella, yapısında miyosin tipi kontraktil proteinlere ait olan flagellin proteininden (Latin flagella - flagellum) oluşur. Kamçı, ya bir homojen protein lifi ya da sıkıca bir örgüye katlanmış 2-3 lif içerir. Kamçının ipliği, saat yönünün tersine bükülmüş sert bir spiraldir; sarmalın perdesi her bakteri türüne özgüdür.
Flagella'nın sayısı, boyutu ve düzeni, belirli bir tür için sabit olan ve taksonomide dikkate alınan özelliklerdir. Bununla birlikte, bazı bakteriler kamçı oluşturabilir. farklı şekiller. Ek olarak, flagella'nın varlığı çevresel koşullara bağlıdır: uzun süreli yetiştirme sırasında katı ortamda, bakteriler flagella'yı kaybedebilir ve sıvı ortamda tekrar elde edilebilirler. Aynı türdeki kamçıların sayısı ve yeri, yaşam döngüsünün aşamasına göre belirlenebilir. Bu nedenle, bu özelliğin taksonomik önemi fazla tahmin edilmemelidir.
Bakterilerin flagella sayısına ve konumuna göre sınıflandırılması:
1. Atrichi - kamçı yoktur.
2. Monotrikus- hücrenin kutuplarından birinde bulunan bir flagellum (cins Vibrio)- en hareketli bakteri olan flagella'nın monopolar monotriköz düzenlemesi.
3. Polytrichus - birçok flagella:
– lofotrik- Hücrenin bir kutbundaki kamçı demeti (doğum Pseudomonas, Burkholderia) - flagella'nın monopolar politriköz düzenlemesi;
– amfitrik- hücrenin her kutbunda bir kamçı demeti vardır (cins Spirillum)- flagella'nın iki kutuplu politriköz düzenlemesi;
– peritriköz- flagella, hücrenin tüm yüzeyi üzerinde belirli bir sırada düzenlenmemiştir (fam. Enterobacteriaceae(doğum Escherichia, Proteus), dostum. basilgiller, aile Clostidiaceae), flagella sayısı, bakteri türüne bağlı olarak hücre başına 6 ila 1000 arasında değişir (Şekil 7).
Şekil 7. Bakterilerde flagella'nın yeri için seçenekler:
1 - monotrik, 2 - lofotrik;
3 - amfitrik; 4 - peritrik.
– Elektron mikroskobu gösteriyor ki flagellum üç bölümden oluşur: spiral filaman, kanca ve kaide gövdesi (Res. 8).
Flagellum'un ana kısmı uzundur. sarmal iplik (fibril) - flagellin proteininden oluşan, yaklaşık 120 nm çapında sert içi boş bir silindir. Protein molekülleri, ipliğin uzunluğu boyunca 11 sıra oluşturur ve bir spiral şeklinde düzenlenir. İpliğin büyümesi sırasında, hücre içinde sentezlenen protein molekülleri, silindirin boşluğundan geçer ve ucunda bir spirale bağlanır. Kamçının sonunda silindirin ağzını kapatan ve protein moleküllerinin çevreye salınmasını engelleyen bir protein kapağı (kapak) vardır. Flagellum filamentinin uzunluğu birkaç mikrometreye ulaşabilir. Bazı bakteri türlerinde flagellum ayrıca dışta bir kılıfla kaplıdır. CS'nin yüzeyinde, spiral iplik kalınlaştırılmış kavisli bir yapıya - bir kancaya geçer.
Pirinç. 8. Flagellum yapısının şeması
2. Kanca(20-45 nm kalınlığında) hücre yüzeyine yakın nispeten kısa bir silindirdir, flagellinden farklı bir proteinden oluşur ve filamanın bazal gövdeye esnek bir şekilde bağlanmasını sağlar.
3. Bazal gövde kamçının tabanında bulunur ve dönmesini sağlar. Bazal gövde 9-12 farklı protein içerir ve kancanın devamı olan bir çubuk üzerine dizilmiş iki veya dört diskten (halka) oluşur. Bu halkalar CPM ve CS'ye monte edilmiştir. İki iç halka (M ve S), bazal gövdenin zorunlu bileşenleridir. M halkası CPM'de lokalizedir, S halkası Gram negatif bakterilerin periplazmik boşluğunda veya Gram pozitif bakterilerin peptidoglikan kesesinde bulunur. İki dış halka (D ve L), yalnızca Gram-negatif bakterilerde bulunduklarından ve sırasıyla peptidoglikan tabakasında ve CL'nin dış zarında lokalize olduklarından hareket için isteğe bağlıdır. S, D ve L halkaları hareketsizdir ve CS'deki kamçıyı sabitlemeye yarar. Flagellum'un dönüşü, hücrenin CPM'sine yerleştirilmiş M halkasının dönüşü tarafından belirlenir. Böylece kamçının bazal gövdesinin yapısal özellikleri CS'nin yapısı tarafından belirlenir.
İşlevsel olarak bazal gövde, protonlarla çalışan bir elektrik motorudur. Bazal gövdenin (dönen rotor) M halkası, negatif yüklü (motor stator) zar proteinleri ile çevrilidir. Bakteri hücresi, elektrokimyasal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürmek için etkili bir mekanizmaya sahiptir. Bu nedenle bakteri, harcadığı tüm enerjinin yaklaşık %0,1'ini kamçının çalışmasına harcar. Flagellum çalıştığında, zarın dış ve iç taraflarındaki proton konsantrasyonlarındaki fark (dış tarafta daha fazlası vardır) ve daha negatif bir yükün varlığı ile sağlanan bir proton-hareket gücü kullanılır. zarın iç tarafında. Proton itici güç, protonları bazal gövdeden hücreye geçmeye zorlarken, rotorun belirli kısımlarında oyalanarak onlara pozitif bir yük verir, ardından protonlar hücrenin içine girer. Yüklü bölümler, rotorun yüklü bölümleri ile stator arasında çekici bir kuvvet oluşacak şekilde yerleştirilmiştir, M halkası yaklaşık 300 rpm hızla dönmeye başlar. Rotasyon mekanizması: COOH grubunun amino asitlerdeki şarj-yeniden şarjı. Halkanın tam bir dönüşü için bazal gövdeden 500-1000 proton geçmesi gerekir. M halkasının kendisine ve kancaya sıkı bir şekilde bağlı olan eksen boyunca dönüşü, bir pervane veya bir gemi pervanesi olarak işlev gören flagellum filamanına iletilir. Vida çalıştığı sürece bakteri yüzer, atalet katkısı son derece küçüktür.
Ayrıca su ortamındaki bakteriler, hatta ölüleri bile, Brown hareketinin bir sonucu olarak hareket eder. Bakteri hücresi sürekli olarak termal hareket halindeki çevredeki moleküllerin darbelerine maruz kalır. Farklı yönlerden gelen vuruşlar bakteriyi bir yandan diğer yana fırlatır.
Flagella'nın hareket türü rotasyoneldir. İki tür hareket vardır: doğrusal ve yuvarlanma (hareket yönündeki periyodik rastgele değişiklikler). Kamçı, 40-60 rpm'lik bir frekansta (ortalama bir elektrik motorunun hızına yakın) saat yönünün tersine (yaklaşık 1 saniye) döndüğünde, iplikleri tek bir demet halinde örülür (Şekil 9a). Flagella'nın dönüşü hücreye iletilir. Hücre kamçıdan çok daha ağır olduğu için kamçının hızından 3 kat daha az bir hızla ters yönde düz bir çizgide hareket etmeye başlar.
Bu, hızı sıvı bir ortamdaki hücrenin öteleme hareketini sağlar. farklı şekiller bakteri 20–200 μm/s'dir (bu, dakikada yaklaşık 300–3000 vücut uzunluğuna karşılık gelir) ve katı ortamın yüzeyinde daha yavaş hareket eder.
Bakteri kasıtlı olarak bir yönde en fazla 3 saniye yüzebilir, ardından çevredeki moleküllerin etkileri onu rastgele bir yöne çevirir. Bu nedenle bakteriler, hareket yönünde kendiliğinden bir değişiklik için bir mekanizma geliştirdiler - kamçılı motoru değiştirerek. Saat yönünde dönmeye başladığında (yaklaşık 0,1 s), bakteri durur ve rastgele bir yönde döner ("takla" gerçekleştirir). Bu durumda kamçı farklı yönlere dağılır (Şekil 9b). Amfitrikte, hareket ederken, bir kamçı demeti ters çevrilir (rüzgar tarafından tersyüz edilmiş bir şemsiye gibi). Daha sonra motor tekrar saat yönünün tersine dönmeye geçer ve bakteri tekrar düz bir çizgide, ancak farklı, rastgele bir yönde yüzer.
Flagella ayrıca bir dış uyarana yanıt olarak yön değiştirebilir. Bakteri optimal cezbedici konsantrasyonuna doğru hareket ederse, kamçı hücreyi ortam boyunca iter, doğrusal hareketi uzar ve yuvarlanma frekansı azalır, bu da sonuçta istenen yönde hareket etmesine izin verir.
Aktif olmayan (felçli) flagella'nın var olduğu durumlar bilinmektedir. Kamçılı bakterilerin hareketi için CS'nin bütünlüğü (bozulmamışlığı) gereklidir. Hücrelerin CS'nin peptidoglikan tabakasının çıkarılmasına yol açan lizozim ile işlenmesi, kamçı bozulmadan kalmasına rağmen bakterinin hareket etme yeteneğinin kaybına neden olur.
Bakteri taksileri. Hoşçakal Çevre değişmeden kalır, bakteriler rastgele yüzer. Ancak, çevre nadiren tamamen homojendir. Ortam heterojen ise, bakteriler temel davranış reaksiyonları sergilerler: belirli dış etkenler tarafından belirlenen yönde aktif olarak hareket ederler. Bakterilerin genetik olarak belirlenmiş bu tür amaçlı hareketlerine taksi denir. Faktöre bağlı olarak kemotaksis (özel bir durum aerotaksistir), fototaksis, manyetotaksis, termotaksis ve viskozitaksis ayırt edilir.
kemotaksis- kimyasalın kaynağına göre belirli bir yönde hareket. Kimyasal maddeler iki gruba ayrılır: inert ve neden olan taksiler - kemoefektörler. Kemoeffektörler arasında bakterileri çeken maddeler vardır - cezbedici maddeler (şekerler, amino asitler, vitaminler, nükleotidler) ve onları iten maddeler - iticiler (bazı amino asitler, alkoller, fenoller, inorganik iyonlar). Aerobik için cezbedici ve anaerobik prokaryotlar için itici moleküler oksijendir. Vücut için gerekli olan tüm maddeler cezbedici olarak hareket etmese de, cezbedici maddeler genellikle gıda substratları ile temsil edilir. Ayrıca, tüm zehirli maddeler kovucu görevi görmez ve tüm kovucular zararlı değildir. Böylece bakteriler herhangi bir bileşiğe değil, farklı bakteriler için yalnızca belirli ve farklı olanlara tepki verebilirler.
Bir bakteri hücresinin yüzey yapılarında, özel protein molekülleri vardır - belirli bir kemoefektöre spesifik olarak bağlanan reseptörler, kemoefektör molekül değişmezken, reseptör molekülünde konformasyonel değişiklikler meydana gelir. Reseptörler, hücrenin tüm yüzeyi üzerinde eşit olmayan bir şekilde yerleştirilmiştir ve kutuplardan birinde yoğunlaşmıştır. Reseptörün durumu, karşılık gelen efektörün hücre dışı konsantrasyonunu yansıtır.
Kemotaksis uyarlanabilir bir değere sahiptir. Örneğin, kemotaksisi bozulmuş kolera vibrio formları daha az öldürücüdür.
uçak taksisi- Lamel altına düşen hava kabarcıklarının etrafında moleküler oksijene ihtiyaç duyan bakteriler birikir.
foto taksiler- Işığı bir enerji kaynağı olarak kullanan fototrofik bakterilerin özelliği olan ışığa doğru veya ışıktan uzaklaşma hareketi.
manyetotaksis- demir içeren mineral kristalleri içeren suda yaşayan bakterilerin Dünya'nın manyetik alanı çizgileri boyunca yüzebilme yeteneği.
Termotaksis- sahip olan sıcaklık değişimi yönündeki hareket büyük önem bazı patojen bakteriler için
viskozite taksimi- çözeltinin viskozitesindeki değişikliklere yanıt verme yeteneği. Bakteriler genellikle, patojenik türler için büyük önem taşıyan daha yüksek viskoziteli bir ortama yönelirler.
Kayan bakteri. Katı veya viskoz bir substrat üzerinde düşük bir hızda (2–11 µm/s) kayma yeteneği bazı prokaryotlarda, örneğin mikoplazmalarda bulunmuştur.
Kayma hareketini açıklayan birkaç hipotez vardır. Göre jet tahrik hipotezi SC'deki çok sayıda mukus gözeneklerinden mukus salgılanmasından kaynaklanır ve bunun sonucunda hücre, mukus salgılama yönünün tersi yönde substrattan itilir. Göre yürüyen dalga hipotezi Hareketli kamçısız formlarda kayma hareketi, peptidoglikan tabakası ile CL'nin dış zarı arasında, flagella filamentlerine benzer şekilde sıralı fibrillerden oluşan ince bir protein tabakasının varlığıyla ilişkilidir. Bu yapılar tarafından "başlatılan" fibrillerin dönme hareketi, hücrenin substrattan itilmesinin bir sonucu olarak hücre yüzeyinde bir "gezici dalga" (CL'nin hareketli mikroskobik çıkıntıları) görünümüne yol açar. Son olarak, bazı süzülen bakterilerde kamçılı formların bazal gövdelerine benzeyen yapılar tanımlanmıştır.
Flagella'nın işlevleri:
1. Yapışma sağlayın - İlk aşama bulaşıcı süreç
2. Bakterilerin hareketliliğini sağlar.
3. Antijenik özgüllüğü belirleyin, bu H-antijenidir.
Flagella tespiti:
1. Doğal müstahzarların faz kontrast mikroskopisi (“ezilmiş” ve “asılı” damlalar). Mikroskobik olarak, hareketlilik günlük kültürün hücrelerinde belirlenir. Hareketliliği pasif Brownian hareketinden ayırt etmek için, incelenen kültürün bir damlasına %5 fenol sulu çözeltisinden bir damla eklenir, bu durumda aktif hareket durur.
2. Yerli müstahzarların karanlık alan mikroskobu.
3. Boyalar veya metallerle boyanmış müstahzarların ışık mikroskobu. Preparatın hazırlanması sırasında kamçı çok kolay zarar gördüğünden, bu yöntemler günlük pratikte nadiren kullanılır.
Flagella, agar slant üzerinde büyütülen hücreler kullanılarak boyanır. Yoğuşma suyunun yakınında bulunan hücreler bir bakteri döngüsü ile seçilir ve bakterilerin slant agar üzerindeki inkübasyon sıcaklığı ile aynı sıcaklıktaki steril damıtılmış suya dikkatlice aktarılır ve bakteriler döngüden çalkalanmaz, ancak dikkatlice suya daldırılır. Bakterili tüp 30 dakika oda sıcaklığında bırakılır. Üzerine 2-3 damla süspansiyon uygulanan, kimyasal olarak saf (krom karışımında yıkanmış) cam kullanılır. Süspansiyon hafifçe eğilerek cam yüzey üzerine yayılır. İlacı havayla kurutun.
Kamçı çok incedir, bu nedenle yalnızca özel işlemlerle tespit edilebilirler. Başlangıçta dağlama yardımı ile şişme ve boyutlarında bir artış sağlanır ve ardından ışık mikroskobu altında görünür hale geldikleri için preparasyon renklendirilir.
Daha sık kullanılan Morozov'a göre gümüşleme yöntemi (Şek. 10):
- müstahzar bir buzlu asetik asit çözeltisi ile 1 dakika sabitlenir, suyla yıkanır;
- 1 dakika boyunca bir tanen solüsyonu (bronzlaşma, kamçıyı daha yoğun hale getirme) uygulayın, suyla yıkayın;
- müstahzar, 1-2 dakika emprenye edici bir gümüş nitrat çözeltisi ile ısıtılarak işlenir, suyla yıkanır, kurutulur ve mikroskop altında tutulur.
Mikroskobik olarak, koyu kahverengi hücreler ve daha açık renkli kamçı görülebilir.
Pirinç. 10. Flagella'nın gümüşlenme ile tanımlanması
Pirinç. on bir. Flagella'nın tanımlanması
elektron mikroskobu ile
Şekil 4. Ağır metallerle kaplanmış müstahzarların elektron mikroskobu (Şekil 11).
5. Dolaylı olarak - %0,3 yarı sıvı agarda ekildiğinde bakteri üremesinin doğasına göre. Ekinlerin bir termostatta 1-2 gün inkübasyonundan sonra bakteri üremesinin doğası not edilir:
- hareketli olmayan bakterilerde (örn. S.saprophyticus) enjeksiyon boyunca büyüme var - bir "çivi" ve ortam şeffaf;
hareketli bakterilerde (örn. E. coli) agar kolonu boyunca enjeksiyonun yanında büyüme var - "balıksırtı" ve ortamın yaygın bulanıklığı.
Tüm bakteriler hareketli ve hareketsiz olarak ikiye ayrılır. Bakterilerde hareket organları kamçıdır. Yapısal olarak miyozin tipi kontraktil proteinlerle ilişkili bir protein olan flagellinden oluşurlar.
kamçı tabanı bir disk sisteminden oluşan bir bazal gövdedir (blefaroplast: 1 disk - hücre duvarının dış tarafı, 2 disk - hücre duvarının iç tarafı, 3 disk - sitoplazmik zar), sitoplazmik içine "gömülü" zar ve hücre duvarı. Kamçının uzunluğu, mikrobun kendi gövdesinin uzunluğundan daha fazladır.
Kamçı sayısına göre ve yerleri, hareketli mikroorganizmalar ayrılır:
1. Monotrik, vücudun sonunda bir kamçıya sahip (en hareketli). Örneğin, Vibrio cholerae.
2. Lophotrichous, hücrenin kutuplarından birinde bir kamçı demeti bulunan. Örneğin, Burkholderia (Pseudomonas) pseudomalei, melioidosisin etken maddesidir.
3. Amfitris, hücrenin her iki kutbunda da kamçısı olan. Örneğin, Spirillum volutans.
4. Peritriköz, hücrenin tüm çevresinde kamçıya sahip. Örneğin, Escherichia coli, Salmonella typhi.
Flagella tespiti. Kamçı çok incedir, bu nedenle yalnızca özel işlemlerle tespit edilebilirler. Özellikle ilk başta bir mordan yardımıyla şişme ve boyutlarında bir artış sağlanır ve ardından ışık mikroskobu altında görünür hale gelmeleri nedeniyle müstahzar renklendirilir. Flagella, Morozov, Leffler'e göre boyama ve elektron mikroskobu ile tespit edilebilir. Flagella, bakterilerin aktif hareketliliği ile de tespit edilebilir.
Canlı kültürlerden "ezilmiş" ve "asılı" damlaların müstahzarlarında mikropların hareketi gözlenir. Bu preparasyonlar, karanlık bir alanda veya faz kontrastında kuru veya daldırmalı bir mercekle mikroskoplanır. Ayrıca hareketlilik, yarı sıvı agarda bakteri üremesinin doğası ile belirlenebilir.
Bakterilerden içti.
Pili (pili), eşanlamlılar: villus, fimbria, bakteri hücrelerinin yüzeyini kaplayan protein yapısındaki ince içi boş filamentlerdir. Flagella'dan farklı olarak, motor bir işlev gerçekleştirmezler.
Pili hücre yüzeyinden uzanır ve proteinden oluşur pilina.
İşlevsel amaçlarına göre 2 türe ayrılırlar.
1) Birinci tip pili çoğu bakteride bulunur, bu nedenle "genel tip villi" (yaygın pili) olarak adlandırılırlar. Bakterilerin konakçı organizmanın belirli hücrelerine bağlanmasına veya yapışmasına neden olurlar. Yapışma, herhangi bir bulaşıcı sürecin ilk aşamasıdır.
2) İkinci tip pili (eşanlamlılar: konjugatif veya cinsel - cinsiyet pili) yalnızca özel bir plazmiti olan donör bakterilerde bulunur. Sayıları küçük - hücre başına 1-4.
Zemin testereleri aşağıdaki işlevleri yerine getirir:
1. Bakterilerin konjugasyonu sırasında genetik materyalin bir hücreden diğerine transferine katılın.
2. Spesifik bakteriyel virüsleri adsorbe ederler - bakteriyofajlar
Aujeszky boyamasının bakteri sporları, oluşum koşulları, yeri, mekanizması ve aşamaları.
tartışma- gram-pozitif hücre duvarı yapısına sahip tuhaf bir dinlenme bakteri formu.
sporlanma- bu, bir türü (genofor) dış ortamda olumsuz koşullar altında korumanın bir yoludur ve bir üreme yöntemi değildir.
sporlar oluşur bakteri varlığı için elverişsiz koşullar altında (kuruma, besin eksikliği vb.). Bakteri hücresinin içinde bir spor (endospor) oluşur.
Sporlanma aşamaları
1. Hazırlık. Bakterilerin sitoplazmasında, nükleoidi içeren "sporojen bölge" adı verilen, serbest suya sahip olmayan sıkıştırılmış bir alan oluşur.
2. Presporların aşaması (prosporlar). Sporojen bölgenin çevresinde, çift sitoplazmik bir zardan oluşan bir kılıf oluşur.
3. Peptidoglikandan ve yüksek oranda kalsiyum tuzları ve lipidler içeren bir dış zardan oluşan bir korteksin oluşumu.
4. Olgunlaşma aşaması. Dış zarın dış tarafında bir spor zarfı oluşur, ardından hücrenin bitkisel kısmı parçalanarak sporu serbest bırakır.
Mikrobiyolojinin gelişimi son yıllarda birçok keşfi beraberinde getirdi. Ve bunlardan biri, kamçılı bakterilerin hareketinin özellikleridir. Bu eski organizmaların motorlarının tasarımının çok karmaşık olduğu ortaya çıktı ve çalışma prensibine göre, protozoanın en yakın ökaryotik akrabalarımızın kamçısından çok farklı. Kamçılı bakterinin motoru, yaratılışçılar ile evrimciler arasındaki en hararetli tartışma konusu olmuştur. Bakteriler, kamçılı motorları ve çok daha fazlası hakkında - bu makale.
Genel biyoloji
Başlangıç olarak, ne tür organizmalar olduklarını ve gezegenimizdeki organik dünya sisteminde hangi yerleri işgal ettiklerini hatırlayalım. Bakteri alanı, çok sayıda tek hücreli prokaryotik (biçimli bir çekirdek olmadan) organizmayı birleştirir.
Bu canlı hücreler yaklaşık 4 milyar yıl önce yaşam sahnesine çıkmış ve gezegenin ilk yerleşimcileri olmuştur. Çok farklı şekillerde olabilirler (koklar, çubuklar, vibriolar, spiroketler), ancak çoğu kamçılıdır.
Bakteriler nerede yaşar? Her yer. Gezegende 5 × 10 30'dan fazla yaşıyor. 1 gram toprakta yaklaşık 40 milyon tane var, 39 trilyon kadarı vücudumuzda yaşıyor. Mariana Çukuru'nun dibinde, okyanusların dibindeki sıcak "siyah sigara içenlerde", Antarktika'nın buzlarında bulunabilirler ve şu anda ellerinizde 10 milyon kadar bakteri var.
Değer inkar edilemez
Mikroskobik boyutlarına (0.5-5 mikron) rağmen, Dünya üzerindeki toplam biyokütleleri, hayvanların ve bitkilerin toplam biyokütlesinden daha fazladır. Maddelerin dolaşımındaki rolleri yeri doldurulamaz ve tüketicilerin (organik madde yok edicileri) özellikleri, gezegenin ceset dağlarıyla kaplanmasına izin vermez.
Pekala, patojenleri unutmayın: veba, çiçek hastalığı, frengi, tüberküloz ve diğer birçok bulaşıcı hastalığın etken maddeleri de bakterilerdir.
Bakteriler, insan ekonomik aktivitesinde uygulama bulmuştur. Gıda endüstrisinden başlayarak ( Süt Ürünleri, peynirler, salamura sebzeler, alkollü içecekler), "yeşil" ekonomiden (biyoyakıtlar ve biyogaz) hücre mühendisliği yöntemlerine ve ilaç üretimine (aşılar, serumlar, hormonlar, vitaminler).
genel morfoloji
Daha önce de belirtildiği gibi, yaşamın bu tek hücreli temsilcilerinin bir çekirdeği yoktur, kalıtsal materyalleri (bir halka şeklindeki DNA molekülleri) sitoplazmanın (nükleoid) belirli bir bölgesinde bulunur. Hücreleri bir plazma zarına ve peptidoglikan murein tarafından oluşturulan yoğun bir kapsüle sahiptir. Hücre organellerinden bakterilerde mitokondri bulunur, kloroplastlar ve farklı işlevlere sahip diğer yapılar olabilir.
Bakterilerin çoğu kamçılıdır. Hücrenin yüzeyindeki sıkı kapsül, amiplerin yaptığı gibi hücrenin kendisini değiştirerek hareket etmelerini engeller. Kamçıları, çeşitli uzunluklarda ve yaklaşık 20 nm çapında yoğun protein oluşumlarıdır. Bazı bakterilerin tek kamçısı (monotrik), diğerlerinin ise iki kamçısı (amfitrik) vardır. Bazen flagella demetler halinde düzenlenir (lofotrik) veya hücrenin tüm yüzeyini kaplar (peritriköz).
Birçoğu tek hücreler olarak yaşar, ancak bazıları kümeler oluşturur (çiftler, zincirler, filamentler, hifler).
Hareket özellikleri
Kamçılı bakteriler farklı şekillerde hareket edebilir. Bazıları sadece ileri doğru hareket eder ve takla atarak yön değiştirir. Bazıları seğirebilir, diğerleri kayarak hareket eder.
Bakteri kamçısı, yalnızca hücresel bir "kürek" işlevini yerine getirmekle kalmaz, aynı zamanda bir "biniş" aracı da olabilir.
Yakın zamana kadar, bir bakterinin kamçısının yılan kuyruğu gibi sallandığına inanılıyordu. Son çalışmalar, bakteri kamçısının çok daha karmaşık olduğunu göstermiştir. Türbin gibi çalışır. Sürücüye bağlı olarak tek yönde döner. Aktüatör veya bakterilerin flagellar motoru, kas gibi çalışan karmaşık bir moleküler yapıdır. Kasın kasılmadan sonra gevşemesi gerektiği ve bakteriyel motorun sürekli çalıştığı farkla.
Flagellum'un nanomekanizması
Hareketin biyokimyasına girmeden, sistemde belirli bir işleve sahip 50 moleküler bileşene ayrılan flagellum sürücüsünün oluşturulmasında 240'a kadar proteinin yer aldığını not ediyoruz.
Bakterilerin bu itme sisteminde hareket eden bir rotor ve bu hareketi sağlayan bir stator vardır. Bir tahrik mili, burç, debriyaj, frenler ve hızlandırıcılar var
Bu minyatür motor, bakterilerin sadece 1 saniyede kendi boyutlarının 35 katı kadar seyahat etmelerini sağlar. Aynı zamanda, dakikada 60 bin devir yapan kamçının kendisinin çalışması, vücut, hücrenin tükettiği tüm enerjinin yalnızca% 0,1'ini harcar.
Bakterinin motor mekanizmasının tüm yedek parçalarını “hareket halindeyken” değiştirip tamir edebilmesi de şaşırtıcıdır. Sadece bir uçakta olduğunuzu hayal edin. Ve teknisyenler çalışan bir motorun kanatlarını değiştirir.
Kamçılı bakteri Darwin'e karşı
Dakikada 60.000 devire varan hızlarda çalışabilen, kendi kendine çalışan ve yakıt olarak yalnızca karbonhidratları (şeker) kullanan, elektrik motoruna benzer bir cihaza sahip bir motor - böyle bir cihaz evrim sürecinde ortaya çıkmış olabilir mi?
Bu, biyoloji alanında doktora sahibi olan Michael Behe'nin 1988'de kendisine sorduğu sorudur. Biyolojiye indirgenemez bir sistem kavramını tanıttı - çalışmasını sağlamak için tüm parçalarının aynı anda gerekli olduğu ve en az bir parçanın çıkarılmasının işleyişinin tamamen bozulmasına yol açtığı bir sistem.
Darwin'in evrimi açısından bakıldığında, vücuttaki tüm yapısal değişiklikler kademeli olarak gerçekleşir ve sadece başarılı olanlar doğal seleksiyonla seçilir.
M. Behe'nin "Darwin's Black Box" (1996) kitabında ortaya koyduğu sonuçlar: Kamçılı bir bakterinin motoru, 40'tan fazla parçadan oluşan bölünmez bir sistemdir ve en az birinin olmaması, tam bir işlev bozukluğuna yol açacaktır. yani bu sistem doğal seleksiyonla oluşamaz.
yaratılışçılar için merhem
Bilim adamı ve biyoloji profesörü, Beytüllahim Lehigh Üniversitesi (ABD) Biyolojik Bilimler Fakültesi dekanı M. Behe tarafından sunulan yaratılış teorisi, hemen kilise bakanlarının ve ilahi teorinin destekçilerinin dikkatini çekti. hayatın kökeni.
2005 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde, Dover okullarında yaratılışçılık çalışmasının derste tanıtılmasını düşünen "makul tasarım" teorisinin destekçilerinden Behe'nin tanık olduğu bir dava bile vardı. Pandalar ve insanlar hakkında." Süreç kaybedildi, böyle bir konunun öğretilmesi mevcut anayasaya aykırı kabul edildi.
Ancak yaratılışçılar ile evrimciler arasındaki tartışma bugün de devam ediyor.
Flagellum, bir bakteri hücresinin sıvı ortamda hareket etmesine hizmet eden yüzey yapısıdır.
Flagella'nın konumuna bağlı olarak, bakteriler ayrılır (Şekil 1):
peritrikial
karışık
Kutup
kutup altı
Kutup kamçısı- bir veya daha fazla kamçı hücrenin bir (monopolar) veya her iki (bipolar) kutbunda bulunur ve tabanı hücrenin uzun eksenine paraleldir.
kutup altı kamçı(subpolar) - bir veya daha fazla flagella, yanal yüzeyin hücrenin kutbuna geçiş noktasında bir veya iki ucunda bulunur. Tabanda, hücrenin uzun ekseni ile dik açı vardır.
yan kamçı(yanal) - hücrenin yarısından birinin orta noktasında bir demet şeklinde bir veya daha fazla flagella bulunur.
peritrik kamçı- hücrenin tüm yüzeyinde tek tek veya demetler halinde bulunan kutuplar genellikle bunlardan yoksundur.
karışık kamçı- iki veya daha fazla kamçı bulunur farklı noktalar hücreler.
Flagella sayısına bağlı olarak:
Monotrik - bir flagellum
Polytrichs - kamçı demet
Ayrıca ayırt edilir:
lofotrik- flagella'nın tek katlı politrichial düzenlemesi.
amfitiyatrolar- flagella'nın iki kutuplu politrikiyal düzenlemesi.
Bakteriyel flagellum ve bazal gövdenin yapısı. kamçı.
Kamçının kendisi oldukça basit bir şekilde düzenlenmiştir: bazal gövdeye bağlı bir iplik. Bazen borunun kavisli bir bölümü, sözde kanca, bazal gövde ile filaman arasına sokulabilir; bu, filamandan daha kalındır ve filamanın bazal gövdeye esnek bağlanmasına katılır.
Kimyasal bileşim açısından flagellum,% 98 oranında flagellin proteininden (flagellum - flagellum) oluşur, 16 amino asit içerir, glutamin ve aspartik asitler baskındır, az miktarda aromatik amino asitte triptofan, sistein ve sistin yoktur. Flagellin antijenik özgüllük getirir, buna H-antijeni denir. Bakteriyel kamçı ATPaz aktivitesine sahip değildir.
Flagellum'un kalınlığı 10–12 nm, uzunluğu 3–15 µm'dir.
Saat yönünün tersine bükülmüş sert bir spiraldir. Flagellum'un dönüşü de saat yönünün tersine 40 rpm ila 60 rpm frekansında gerçekleştirilir, bu da hücrenin ters yönde dönmesine neden olur, ancak çünkü hücre kamçıdan çok daha ağırdır, bu durumda dönüşü 12 ila 14 rpm'den daha yavaştır.
Flagellum, alt birimlerin iç kanaldan girdiği uzak uçtan büyür. Bazı türlerde flagellum ayrıca hücre duvarının devamı niteliğindeki ve muhtemelen aynı yapıya sahip olan bir kılıfla dıştan kaplanmıştır.
Bazal vücut
Bazal gövde 4 bölümden oluşur:
Filament veya kanca ile eşleşen çubuk
Bir çubuğa dizilmiş iki disk. (M ve S)
Protein kompleksleri grubu (statorlar)
protein kapağı
İç ve dış zara sahip olan bakterilerde 2 ek disk (P ve L) ve dış zar üzerinde bazal gövdeye yakın protein yapıları bulunur, bu nedenle harekette önemli bir rol oynamazlar.
Bazal gövdenin yapısının özelliği, hücre duvarının yapısı ile belirlenir: flagella'nın hareketi için sağlamlığı gereklidir. Hücrelerin lizozim ile muamelesi, hücre duvarından peptidoglikan tabakasının çıkarılmasına yol açar, bu da kamçının yapısı bozulmamasına rağmen hareket kaybına yol açar.
Bakteriyel flagella, bakteri hücresinin hareketliliğini belirler. Flagella, sitoplazmik zardan kaynaklanan ve hücrenin kendisinden daha uzun olan ince filamentlerdir. Kamçı 12–20 nm kalınlığında ve 3–15 µm uzunluğundadır. 3 parçadan oluşurlar: spiral bir iplik, bir kanca ve özel disklere sahip bir çubuk içeren bir taban gövdesi (gram pozitif bakteriler için 1 çift disk ve gram negatif bakteriler için 2 çift disk). Flagella diskleri, sitoplazmik zara ve hücre duvarına bağlanır. Bu, kamçıyı döndüren bir motor çubuğuna sahip bir elektrik motorunun etkisini yaratır. Flagella bir protein - flagellinden (flagellum - flagellum'dan) oluşur; bir H antijenidir. Flagellin alt birimleri kıvrılmıştır. Farklı türlerdeki bakterilerdeki flagella sayısı, Vibrio cholerae'deki bir (monotrich) ile Escherichia coli, Proteus, vb. bakterinin çevresi boyunca uzanan on veya yüzlerce flagella (peritrich) arasında değişir. hücrenin sonu. Amfitris, hücrenin zıt uçlarında bir kamçıya veya bir kamçı demetine sahiptir.
Pili (fimbriae, villi) - kamçıdan daha ince ve daha kısa (3-10 nm x 0.3-10 mikron) filamentli oluşumlar. Pili, hücre yüzeyinden uzanır ve antijenik aktiviteye sahip pilin proteininden oluşur. Adezyondan, yani bakterinin etkilenen hücreye bağlanmasından sorumlu pililerin yanı sıra beslenme, su-tuz metabolizması ve cinsel (F-pili) veya konjugasyon pili'den sorumlu pili vardır. İçecekler bol - kafes başına birkaç yüz. Bununla birlikte, cinsiyet pili genellikle hücre başına 1-3'tür: bunlar, aktarılabilir plazmitler (F-, R-, Col-plazmitler) içeren sözde "erkek" donör hücreler tarafından oluşturulur. Cinsiyet pilinin ayırt edici bir özelliği, cinsiyet pili üzerinde yoğun bir şekilde adsorbe edilen özel "erkek" küresel bakteriyofajlarla etkileşimidir.
Sporlar, uyuyan sert bakterilerin tuhaf bir şeklidir, yani. gram pozitif hücre duvarı yapısına sahip bakteriler. Bakterilerin varlığı için elverişsiz koşullarda (kuruma, besin eksikliği vb.) sporlar oluşur.Bakteri hücresinin içinde bir spor (endospor) oluşur.Sporların oluşması türün korunmasına katkı sağlar ve bir üreme yöntemi değildir. , mantarlarda olduğu gibi Bacillus cinsinin spor oluşturan bakterileri, hücrenin çapını aşmayan sporlara sahiptir.Spor boyutu hücrenin çapını aşan bakterilere clostridia denir, örneğin, Clostridium (lat. Clostridium - iğ).Sporlar aside dirençlidir, bu nedenle Aujeszky yöntemine veya Ziehl-Neelsen yöntemine göre kırmızıya ve vejetatif hücre maviye boyanır.
Anlaşmazlığın şekli oval, küresel olabilir; hücredeki konum terminaldir, yani çubuğun ucunda (tetanoza neden olan ajanda), subterminal - çubuğun ucuna daha yakın (botulizm patojenlerinde, gazlı kangrende) ve merkezi (şarbon basilinde). Spor, çok katmanlı bir kabuğun varlığı, kalsiyum dipikolinat, düşük su içeriği ve yavaş metabolik süreçler nedeniyle uzun süre devam eder. Uygun koşullar altında, sporlar art arda üç aşamada çimlenir: aktivasyon, başlatma, çimlenme.
8. Bakterilerin ana formları
Küresel bakteri (kok) genellikle küreseldir, ancak hafif oval veya fasulye şeklinde olabilir. Cocci tek başına bulunabilir (micrococci); çiftler halinde (diplococci); zincir (streptokok) veya üzüm salkımı (stafilokok), paket (sarcinas) şeklinde. Streptokoklar bademcik iltihabına ve erizipellere, stafilokoklara - çeşitli inflamatuar ve cerahatli süreçlere neden olabilir.
çubuk şeklindeki bakteri en genel. Çubuklar tek, çiftler halinde (diplobakteriler) veya zincirler halinde (streptobakteriler) bağlanabilir. Çubuk şeklindeki bakteriler arasında Escherichia coli, salmonelloz, dizanteri, tifo, tüberküloz vb. anlaşmazlıklar Spor oluşturan çubuklara denir basil.İğ şeklindeki basillere denir Clostridia.
Sporlanma karmaşık bir süreçtir. Sporlar normal bir bakteri hücresinden önemli ölçüde farklıdır. Yoğun bir kabuğa ve çok az miktarda suya sahiptirler, besin maddelerine ihtiyaç duymazlar ve üreme tamamen durur. Sporlar kurumaya, yüksek ve düşük sıcaklıklara uzun süre dayanabilir ve onlarca ve yüzlerce yıl yaşayabilir durumda olabilir (şarbon sporları, botulizm, tetanoz vb.). Uygun bir ortama girdikten sonra sporlar çimlenir, yani olağan bitkisel çoğalma biçimine dönüşürler.
Kıvrımlı bakteri virgül şeklinde olabilir - birkaç bukleli vibrios - spirilla, ince bükülmüş bir çubuk şeklinde - spiroketler. Kolera etkeni vibriolar, frengi etkeni ise spirokettir.
9. Riketsiya ve klamidyanın morfolojisinin özellikleri
Riketsiya, belirgin polimorfizm ile karakterize edilen küçük gram negatif mikroorganizmalardır - kok, çubuk şeklinde ve ipliksi formlar oluştururlar (Şekil 22). Rickettsia boyutları 0,5 ila 3-4 mikron arasında değişir, ipliksi formların uzunluğu 10-40 mikrona ulaşır. Spor ve kapsül oluşturmazlar, Zdrodovsky'ye göre kırmızıya boyanırlar.
Klamidya küresel, oval veya çubuk şeklindedir. Boyutları 0,2-1,5 mikron arasında dalgalanır. Chlamydia'nın morfolojisi ve boyutu, küçük küresel bir temel oluşumun ikili bölünme ile büyük bir ilk gövdeye dönüşmesi ile karakterize edilen hücre içi gelişim döngüsünün aşamasına bağlıdır. Klamidya partikülleri bölünmeden önce bakteri kapsülünü andıran bir oluşumla sarılır. Chlamydia lekesi "* Romanovsky-Giemsa'ya göre, gram-negatif, faz kontrast mikroskobu ile intravital preparatlarda açıkça görülebilir.
10. Mikoplazmaların yapısı ve biyolojisi.
Sadece bir takım, Mycoplasmatales, Mollicutes sınıfına aittir. Bu düzenin temsilcileri - mikoplazmalar -
Hücre duvarından yoksun oldukları için bakterilerden farklıdırlar. Bunun yerine, üç katmanlı bir lipoprotein sitoplazmik zar içerirler. Mikoplazmaların boyutları 125-250 mikron arasında dalgalanır. Yuvarlak, oval veya ipliksi, Gram negatiftirler.
Mikoplazmalar, çoğu bakteri gibi, özellikle filamentli yapılarda küçük kokoid oluşumların (elementer cisimler, EB) oluşumundan sonra ikili bölünme ile çoğalırlar.
Mikoplazmalar tomurcuklanma ve segmentasyon yeteneğine sahiptir. Minimum çoğaltma birimi ET'dir (0,7-0,2 mikron). Hücre zarının ana bileşeni kolesteroldür. Mikoplazmalar, kolesterol oluşturma yeteneğine sahip değildir ve onu, girişleri ile desteklenen dokulardan veya besleyici ortamlardan kullanır. Gram boyama negatiftir, ancak Romanovsky-Giemsa boyaması en iyi sonuçları verir. Mikoplazmalar yetiştirme koşullarında talepkardır: Besleyici ortamlara doğal serum, kolesterol, nükleik asitler, karbonhidratlar, vitaminler ve çeşitli tuzlar eklenmelidir. Yoğun ortamlarda, yükseltilmiş taneli bir merkeze sahip karakteristik küçük yarı saydam koloniler oluşturarak onlara "kızarmış yumurta" görünümü verirler. Kan içeren ortamlarda, bazı mikoplazma türleri a- ve beta-hemoliz verir. Yarı sıvı ortamda, mikoplazmalar enjeksiyon hattı boyunca büyüyerek dağılmış, ufalanan koloniler oluşturur. Sıvı ortamlarda, hafif pus veya opaklığa yol açarlar; bazı suşlar en ince yağlı filmi oluşturabilir. İnsanlarda, patojenik ve saprofitik türler dahil olmak üzere Mycoplasma, Ureaplasma ve Acholeplasma cinslerinin temsilcileri izole edilmiştir.