Bakterie_pierwsze_or..
advertisement
Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. BAKTERIE – PIERWSZE ORGANIZMY NA ZIEMI Patrząc na cały świat żywy znajdujemy, że rozpada on się w naturalny sposób na dwie duże, nierównej wielkości zresztą grupy. Do pierwszej z nich należą istoty żywe, których komórki nie mają wyodrębnionego jądra komórkowego, a ich nośnik informacji genetycznej – DNA – znajduje się bezpośrednio w cytoplazmie komórki. Komórkom tych organizmów brak jest także innych organelli komórkowych. Druga grupa to organizmy o komórkach opatrzonych wyraźnym jądrem komórkowym. Oznacza to, że ich DNA jest wyodrębniony z cytoplazmy za pomocą błony komórkowej. Ponadto komórki większości organizmów tej grupy mają specyficzne organella komórkowe. Te dwie grupy organizmów wyodrębnione zostały w randze królestwa – stąd można przedstawić podział świata żywego na dwa królestwa: organizmów bezjądrowych (Procaryota) i organizmów jądrowych (Eucaryota). Do organizmów bezjądrowych należą jedynie heterotroficzne bakterie oraz bliskie im samożywne – fotosyntetyzujące – sinice. Jądrowe to wszystkie pozostałe organizmy poza wcześniej wymienionymi. Historia bakteriologii Bakteriologia - dział mikrobiologii zajmujący się budową, sposobem życia i znaczeniem bakterii. Antony van Leeuwenhoek w 1686 roku po raz pierwszy zaobserwował „mikroby”, używając własnoręcznie wykonanego, mikroskopu. Nazwa "bakterie" została wprowadzona znacznie później, bo w 1838 r. przez Christiana Gottfrieda Ehrenberga. Antony van Leeuwenhoek Bakterie i sinice (cyjanobakterie) to jednokomórkowe organizmy bezjądrowe, tworzące w nowoczesnej klasyfikacji organizmów odrębne królestwo Procaryota. Są to organizmy mikroskopijnej wielkości (0,2 – 80 μm), żyjące pojedynczo lub w nitkowatych koloniach. Porównanie wielkości bakterii na tle innych organizmów a także cząsteczek oraz atomów Środowisko życia Bakterie są wszechobecne. Zasiedlają środowiska różnych typów – od najwyższych szczytów górskich po oceaniczne głębiny. Spotykamy je w atmosferze, litosferze, hydrosferze i to często w ekstremalnych warunkach lodowców, gorących źródeł czy głębin oceanu. Oczywiście każde środowisko jest zasiedlone przez jemu właściwe formy bakterii. Liczna jest także grupa bakterii, dla których środowiskiem życia są inne organizmy – rośliny lub zwierzęta. To „wszędobylstwo” bakterii wynika między innymi z dużej odporności ich komórek na niekorzystne dla życia warunki. Kształty komórek bakteryjnych Bakterie dzieli się na trzy podstawowe kształty: 1. Bakterie o kształcie kulistym: - ziarenkowce - gronkowce - paciorkowce - dwoinki - pakietowce 2. Bakterie o kształcie laseczkowatym: - pałeczki - laseczki 3. Bakterie o kształcie spiralnym: - śrubowce - przecinkowce - krętki ziarniaki laseczki paciorkowce dwoinki pakietowce gronkowce przecinkowce krętki pałeczki śrubowce Budowa komórki bakteryjnej Wszystkie bakterie mają stosunkowo prostą budowę komórkową. Nie posiadają jądra komórkowego, chloroplastów, mitochondriów, lizosomów, aparatu Golgiego oraz siateczki śródplazmatycznej, które są charakterystyczne dla komórek eukariotycznych. Komórkowy DNA występuje w cytoplazmie jako gęsto zwinięty kłębek o wyraźnym, lecz nieregularnym zarysie, tworzący w komórce obszar jądropodobny nazywany nukleoidem. Nić DNA stanowi normalną, podwójną spiralę i zamknięta jest w kolistą pętlę, tzn. pozbawiona jest wolnych końców. Prokariotyczny DNA nie tworzy połączeń z białkami jak to ma miejsce w komórkach Eucaryota. Nazywany jest często „chromosomem bakteryjnym” lub genoforem. DNA może też występować poza nukleoidem, jako niewielkie kuliste cząsteczki plazmidów. Zawarta w nich informacja dotyczy cech dodatkowych komórki, jak odporność na antybiotyki, zdolność do syntezy enzymów i in. Budowa komórki bakteryjnej Cytoplazma komórek prokariotycznych jest gęsta i nie występują w niej ruchy lub prądy. Zawiera rybosomy o współczynniku sedymentacji 70 S. Rybosom prokariotyczny składa się z dwóch podjednostek o stałych sedymantacji 30 i 50 S . Cytoplazmę otacza błona białkowo – lipidowa, która pełni wiele funkcji: pobierania pokarmu, oddychania, magazynowania energii. Z uwypukleń błony powstają różne struktury błoniaste. Cytoplazma, zawarte w niej struktury oraz otaczająca cytoplazmę błona stanowią żywy układ komórkowy zwany protoplastem. . Rybosom komórki bakteryjnej Budowa komórki bakteryjnej • Funkcje oddechowe w komórce prokariotycznej spełniają drobne twory zwane mezosomami. Są to uwypuklenia błony cytoplazmatycznej i odpowiedniki mitochondriów u Eucaryota. Mezosomy są też miejscem zakotwiczenia nukleoidu, biorą udział także w tworzeniu nowej błony poprzecznej podczas podziału komórki. • U fotosyntetyzujących bakterii wpuklenia, które oderwały się od błony i zawierają barwniki fotosyntetyzujące nazywane są ciałkami chromatoforowymi. Struktury te pełnią funkcję chloroplastów. • W cytoplazmie komórek bakteryjnych mogą też występować wkręty (inkluzje) substancji zapasowych. Materiałem zapasowym bakterii jest glikogen. • U niemal wszystkich prokariontów komórki wytwarzają sztywną ścianę komórkową. Zasadniczy zrąb tej ściany tworzą Łańcuchy mukopeptydu (zwanego peptydoglikanem lub mureiną). Dookoła ściany komórkowej często wykształca się tak zwana otoczka, która zbudowana jest najczęściej z substancji śluzowych. Mikrobiolodzy na podstawie różnic w budowie ściany komórkowej wyróżniają trzy główne grupy bakterii: - bakterie bez ściany komórkowej – mykoplazmy - bakterie - gramdodatnie - bakterie - gramujemne Bakterie można podzielić na grupy na podstawie reakcji barwnej • Metoda Grama barwienia bakterii została opracowana w 1884 roku przez Duńczyka, Hansa Christiana Grama. Pozwala ona doświadczalnie zróżnicować te organizmy na dwie duże grupy (gramdodatnie i gramujemne) ze względu na różnice w budowie ściany komórkowej oraz, co za tym idzie, także pewne różnice w fizjologii i podatności na leki. • Polega ona na traktowaniu komórek bakterii, utrwalonych nad płomieniem palnika, zasadowym barwnikiem – fioletem krystalicznym. Po tym zabiegu bakterie zostają wybarwione na fioletowo. Następnie traktuje się preparat wodnym roztworem jodu w jodku potasu - płynem Lugola. Jod tworzy a fioletem krystalicznym kompleks nierozpuszczalny w wodzie i słabo rozpuszczalny w alkoholu. Po czym komórki „różnicuje” się za pomocą alkoholu. Pod jego wpływem komórki Gramujemne ulegają odbarwieniu, natomiast grube ściany Gram-dodatnich pozostają fioletowe (zatrzymują kompleks barwnika z jodem). Dodatkowy barwnik (np. safranina, fuksyna) dobarwia, niezbyt mocno, komórki Gram-ujemne, nie zmieniając barwy komórek Gram-dodatnich. Mechanizm barwienia Bakterie gramdodatnie • Ściana komórkowa bakterii gramdodatnich jest dość gruba. U większości form mureina jest u nich połączona z innymi polimerami wielocukrowymi - z kwasami techojowymi. KWASY TECHOJOWE PEPTYDOGLIKAN BŁONA KOMÓRKOWA Bakterie gramujemne • Ściana komórki gramujemnej składa się z dwu warstw: cienkiej ściany z peptydoglikanu (1) oraz grubej błony zewnętrznej zbudowanej z lipoproteiny (3) i lipopolisacharydu (2). FOSFOLIPIDY 2 3 BŁONA ZEWNETRZNA 1 BŁONA KOMÓRKOWA PRZESTRZEŃ PERYPLAZMATYCZNA • Różnice w składzie ściany komórkowej bakterii mają duże znaczenie praktyczne. Antybiotyk penicylina zakłóca proces syntezy peptydoglikanu (1), prowadząc do powstanie osłabionej ściany komórkowej, która przestaje zapewniać komórce skuteczną ochronę. Penicylina działa najskuteczniej na bakterie gramdodatnie. 1 1 ŚCIANA BAKTERII GRAMUJEMNEJ ŚCIANA BAKTERII GRAM DODATNIEJ Ruch komórki bakteryjnej • Niektóre komórki bakteryjne wytwarzają organelle ruchu – rzęski. Są to cytoplazmatyczne, nitkowate struktury, utworzone ze spiralnie zwiniętych łańcuchów kurczliwego białka, zakotwiczone w błonie komórkowej i przez ścianę wychodzące na zewnętrz. Za pomocą rzęsek wykonujących śmigłowe obroty bakterie mogą poruszać się z szybkością do 60 μm/s. • Bakterie mogą mieć jedną, dwie lub wiele rzęsek umieszczonych na jednym lub obu biegunach albo dookoła całej komórki. • Na powierzchni komórek niektórych bakterii mogą występować wyrostki białkowe długości 0,2 – 10 μm, o budowie rurkowatej. Są to fimbrie (pile). Ich funkcje nie są dokładnie poznane. Niektóre z nich tzw. fimbrie płciowe, odgrywają ważna rolę w procesie koniugacji komórek bakteryjnych, służąc komórkom „męskim” do rozpoznania komórek „żeńskich”. Budowa komórki prokariotycznej 1-błona komórkowa 2-cytoplazma 3-nukleoid 4-rybosomy 5-substancje zapasowe 6-otoczka 7-rzęska 8-fimbrie 9-mezosom 10-ściana komórkowa Ze względu na bardzo małe rozmiary komórek i słabe zróżnicowanie morfologiczne, trudności w usystematyzowaniu bakterii są bardzo znaczne. Systematyka bakterii (wg Szweykowski A. J., 2005) Królestwo: Procayrota – bezjądrowe Podkrólestwo: Eubacteria – eubakterie Gromada: Prochlorophyta - prochlorofity Gromada: Cyanobacteria – sinice Gromada: Bacteria – bakterie Podkrólestwo: Archebacteria - archebakterie Literatura: • Szweykowska A., Szweykowski J., 2004. Botanika – morfologia. PWN, Warszawa • Szweykowska A., Szweykowski J., 2005. Botanika – systematyka. PWN, Warszawa • Lewiński W., Walkiewicz J., 2000. Biologia 1. Operon, Rumia • Villee i inni, 1996. Biologia. Multico, Warszawa • Biologia, 1994, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa
