PROKARIONTY, BEZJĄDROWE (PROKARYOTA) Bakterie i sinice

PROKARIONTY, BEZJĄDROWE (PROKARYOTA)
Bakterie i sinice należą do królestwa Procaryota1. Są to wszystkie organizmy, które nie posiadają jądra komórkowego.
Są to organizmy mikroskopijnej wielkości, żyjące jako pojedyncze komórki lub tworzące kolonie.
Bakterie, wkrótce po nich sinice, pojawiły się jako pierwsze organizmy na Ziemi około 3 mld lat temu. Obecnie
zamieszkują one wszelkie możliwe środowiska: wodne, lądowe, powietrzne, a nawet bardzo ekstremalne jak solanki, gejzery,
gorące źródła.
 budowa bakterii i sinic
Komórki bakterii i sinic mając bardzo prostą budowę. Jak każda komórka posiadają błonę komórkową, otaczającą
wnętrze komórki wypełnione cytoplazmą. Ich charakterystyczną cechą jest brak jądra komórkowego. Ich materiał
genetyczny leży bezpośrednio w cytoplazmie i nazywa się genoforem, a obszar tejże cytoplazmy z DNA to nukleoid. Poza tą
formą materiału genetycznego istnieją jeszcze krótki odcinki DNA, zwane plazmidami. Prokarionty posiadają rybosomy, ale
są one mniejsze niż w komórkach eukariotycznych. Niektóre z nich wytwarzają wpuklenia błony komórkowej:
- mezosomy – które są jak gdyby odpowiednikiem mitochondriów i biorą udział w oddychaniu
- tylakoidy – będące odpowiednikiem chloroplastów, biorące udział w fotosyntezie.
W budowie ich komórek można również wyróżnić ścianę komórkową, ale nie jest ona zbudowana jak typowa ściana
komórkowa. Składa się ona z tzw. mureiny (cukier). I w zależności od jej grubości pewien uczony Gram wyróżnił bakterie
Gram(+) – gramdodatnie i Gram(-) – gramujemne. Bakterie Gram(+) mają grubą ścianę komórkową, składającą się z kilku
warstw mureiny i dlatego zatrzymują one barwnik, stąd gramdodatnie. Natomiast Gram(-) mają cienką ścianę komórkową,
składającą się z 1-3 warstw mureiny i nie zatrzymują barwnika.
Często u bakterii spotyka się otoczki śluzowe, które pełnią funkcje ochronne. Mogą również występować rzęski i fimbrie,
które różnią się między sobą budową i funkcjami. Rzęski zbudowane są z białka – flageliny i służą bakteriom do poruszania
się, natomiast fimbrie mają postać białkowych rurek i, przede wszystkim, biorą udział w koniugacji.
 odżywianie bakterii i sinic
Bakterie odżywiają się na dwa sposoby:
 samożywnie (autotroficznie)  samożywność polega na wytwarzaniu sobie związków organicznych ze związków
nieorganicznych takich jak woda, dwutlenek węgla, przy użyciu energii:
 świetlnej w procesie zwanym fotosyntezą, czyli procesem przekształcania wody i dwutlenku węgla w cukier i tlen
(produkt uboczny):
CO2 + H2O  cukier + O2
Fotosynteza przeprowadzana jest przez wszystkie sinice i niektóre bakterie: zielone i purpurowe. Organizmy te muszą
posiadać specjalny barwnik i w tym przypadku jest to bakteriochlorofil (z wyjątkiem sinic, które poszły dalej w
ewolucji i posiadają chlorofil a).
 chemicznej pochodzącej z reakcji utleniania prostych związków nieorganicznych takich jak amoniak, siarkowodoru
itp. w procesie zwanym chemostyntezą. Jest to proces przeprowadzany przez bakterie azotowe, siarkowe, żelaziste czy
wodorowe.
- bakterie nitryfikacyjne utleniają amoniak i sole amonowe do azotynów (Nitrosomonas)
2NH3 + 3O2  2HNO2 + 2H2O + energia
lub azotyny do azotanów (Nitrobacter)
Świat ożywiony podzielony jest na 5 królestw: Procaryota (organizmy prokriotyczne), Rośliny (organizmy eukariotyczne
przeprowadzające proces fotosyntezy), Zwierzęta (organizmy eukariotyczne nie przeprowadzające fotosyntezy), Protisty (należą do nich
bardzo proste organizmy eukariotyczne, nie tworzące tkanek i narządów i są to: grzyby niższe, glony i pierwotniaki) oraz Grzyby
(organizmy eukariotyczne nie tworzące tkanek i organów, ale podobne do roślin, z tą różnicą, że nie przeprowadzają fotosyntezy)
1
2HNO2 + O2  2HNO3 + energia
- bakterie siarkowe utleniając siarkowodowodór do wolnej siarki
2H2S + O2  2S + 2H2O + energia
lub siarkę do siarczanów
2S + 3O2 + 2H2O  2H2SO4 + energia
- bakterie wodorowe utleniają wodór cząsteczkowy do wody
2H2 + O2  2H2O + energia
- bakterie żelazowe utleniają związki żelazowe do żelazawych
4FeCO3 + O2 + 6H2O  4Fe(OH)3 + 4CO2 + energia
Proces chemosyntezy można ogólnie zapisać:
1. związek mineralny (zredukowany) + O2  związek mineralny (utleniony) + energia (ATP + NADPH2)
2. CO2 + H2O + energia  związek organiczny (cukier) + O2
 cudzożywnie (heterotroficznie)  polega na pobieraniu gotowej materii organicznej wytworzonej przez inne organizmy.
Wiele bakterii wykorzystuje martwą materię organiczną (szczątki roślin, zwierząt) i tą grupę nazywa się saprobiontami.
Prawdopodobnie heterotroficzność była pierwszym sposobem odżywiania się, ponieważ pierwotne środowisko obfitowała
w związki chemiczne.
autotrofizm
związki organiczne wytwarzane są z dwutlenku węgla i wody przy
użyciu energii świetlnej lub chemicznej
heterotrofizm
związki organiczne powstaje z przekształcenia
innych związków organicznych
 wiązanie wolnego azotu atmosferycznego
W powietrzu znajduje się 78% azotu. Nam i innym organizmom azot jest niezbędny do życia jednak nie pobieramy go z
powietrza bezpośrednio tak jak np. tlen. Ale bakterie i sinice mają taką możliwość. Grupy, które dokonują tego to:
- bakterie beztlenowe z rodzaju Clostridium
- bakterie tlenowe z rodzaju Azotobacter
- sinice
- bakterie symbiotyczne z rodzaju Rhizobium2
Dzięki takim zdolnościom organizmy te mogą żyć w środowiskach ubogich w azot, ale również są jednym z ogniw
obiegu azotu w przyrodzie.
 oddychanie
Istotą oddychania jest całkowite lub częściowe utlenianie3 substratu oddechowego (zazwyczaj cukru) czemu towarzyszy
powstawanie energii niezbędnej do życia. Organizmy prokariotyczne mogą oddychać na dwa sposoby:
 tlenowo (aeroby)  odbywa się w udziałem mezosomów. Jego zaletą jest całkowite wykorzystanie substratu
oddechowego tzn. utlenienie cukru do prostych związków nieorganicznych: wody i dwutlenku węgla:
cukier + O2  CO2 + H2O
w tym przypadku uwolniona zostaje wszystka, możliwa do uwolnienia energia.
 beztlenowo (anaeroby)  proces ten odbywa się w cytoplazmie. W tym przypadku substrat oddechowy, czyli cukier nie
zostaje całkowicie utleniony, a jedynie częściowo do prostego związku organicznego np. kwasu mlekowego i nie cała energia
się uwalnia. W tym procesie powstaje dużo mniej energii niż w oddychaniu tlenowym. Inaczej oddychanie beztlenowe
nazywa się fermentacją.
Jeżeli końcowym produktem oddychania beztlenowego jest kwas mlekowy to jest to fermentacja mlekowa, którą
przeprowadzają np. bakterie z rodzaju Lactobacillus, a przebiega ona według równania:
Bakterie te współżyją z korzeniami roślin motylkowych dostarczając im przede wszystkim azotu, dlatego rośliny te bez problemu mogą żyć
na glebach ubogich w azot
3
Utlenianie to reakcja chemiczna z tlenem, w wyniku której powstaje energia w postaci ATP, dwutlenek węgla i jeszcze jakiś produkt w
zależności czy utlenianie jest całkowite (wtedy będzie to woda) czy częściowe (wtedy będzie to związek organiczny)
2
Jeżeli końcowym produktem oddychania beztlenowego jest alkohol etylowy to jest to fermentacja alkoholowa, którą
przeprowadzają np. bakterie z rodzaju Sarcina, a przebiega ona według równania:
glukoza → alkohol etylowy + CO2 + energia
Porównanie oddychania tlenowego i beztlenowego:
cecha
Podstawowy substrat oddechowy
Stopień utlenienia substratu
oddechowego
Końcowy akceptor wodorów
Produkt utleniania
Liczba uwalnianych moli ATP z
utleniania 1 mola glukozy
Etapy procesu
Miejsce zachodzenia procesu
oddychanie
beztlenowe
glukoza
niewielki
Tlenowe
glukoza
całkowity
pirogronian
alkohol lub kwas
organiczny
4 ATP
tlen atmosferyczny
dwutlenek węgla i woda
glikoliza + redukcja jej
produktu
cytoplazma
podstawowa
glikoliza, utlenianie pirogronianu do aktywnego octanu,
cykl Krebsa, łańcuch oddechowy
cytoplazma podstawowa i mitochondria
38 ATP
 rozmnażanie
Bakterie i sinice mogą rozmnażają się bezpłciowo poprzez podział komórkowy. Jeżeli tworzą kolonie to wtedy mogą
rozmnażać się poprzez fragmentację kolonii. Polega ona na tym, że część kolonii odrywa się i tworzy własną.
W celu zwiększenia różnorodności biologicznej przeprowadzają proces koniugacji, który nie jest rozmnażaniem
płciowym, a jedynie sposobem na wymieszanie materiału genetycznego dwóch bakterii. Polega on na tym, że dwa organizmy
się łączą i następuje wymieszanie ich materiału genetycznego.
Bakterie i sinice mogą tworzyć formy przetrwalnikowe – endospory, kiedy warunki środowiska są bardzo niekorzystne.
Przechodzą wtedy w stan anabiozy - komórka traci wodę, jej cytoplazma ulega zagęszczeniu i otacza się ona grubą ścianą
komórkową nasyconą substancjami tłuszczowymi.
 formy morfologiczne bakterii
 przegląd i znaczenie bakterii
 Archaebacteria (archebakterie)  najstarsze ewolucyjnie bakterie, zamieszkujące najbardziej ekstremalne środowiska.
Posiadają one inną budowę ściany komórkowej (brak mureiny) i bardzo odporne białka.
 Eubacteria (bakterie właściwe)
 bakterie Gram(-)
· bakterie jelitowe  bakterie, które żyją w jelitach zwierząt np. Echerichia coli
· riketsje (pałeczki)  należą tu przede wszystkim patogeny. Jeden z gatunków wywołuje dur plamisty
· krętki  jeden z gatunków wywołuje kiłę
·
·
·
·
·
·
·
dwionki  dwoinka zapalenia opon mózgowych, dwoinka rzeżączki
bakterie Gram(+)
paciorkowce  paciorkowiec ropny wywołuje płonicę (szkarlatynę)
gronkowce  gronkowiec złocisty
beztlenowe laseczki z rodzaju Clostridium  laseczka tężca
sinice
promieniowce  do złudzenia przypominające grzyby, wytwarzają antybiotyki
 najbardziej powszechne choroby bakteryjne:
Bakteria
Clostridium botulinum
Neisseria gonorrhoeae
Staphylococcus aureus
Clostridum tetani
Mycobacterium tuberculosis
Salmonella typhi
Jednostka chorobowa
produkuje jad kiełbasiany na starej żywności i może powodować ostre zatrucia pokarmowe
rzeżączka
zapalenia ropne
tężec
gruźlica
dur brzuszny