Садржај
- Основе ћелија
- Пример бактеријских ћелија
- Зид бактеријског зида
- Флагела, Пили и Ендоспоре
- Репродукција бактерија
Ћелије су основне животне јединице и као такве су најмањи различити елементи живог бића који задржавају сва кључна својства повезана са живим бићима, укључујући метаболизам, способност репродукције и средство за одржавање хемијске равнотеже. Ћелије су или прокариотски, израз који се односи на бактерије и наступе једноцеличних организама или еукариотска, који се односи на биљке, гљивице и животиње.
Бактеријске и остале прокариотске ћелије су далеко једноставније на готово сваки начин од њихових еукариотских колега. Све ћелије садрже најмање плазма мембрану, цитоплазму и генетски материјал у облику ДНК. Док се еукариотске ћелије одликују великим бројем елемената изван ових основа, ове три ствари представљају готово целину бактеријских ћелија. Бактеријске ћелије, међутим, укључују неколико карактеристика које еукариотске ћелије немају, а пре свега ћелијска стијенка.
Основе ћелија
Један еукариотски организам може имати трилијуне ћелија, иако је квас једноћелијски; с друге стране, бактеријске ћелије имају само једну ћелију. Док еукариотске ћелије укључују разне органонеле везане за мембрану, као што су језгро, митохондрије (код животиња), хлоропласти (биљке одговарају на митохондрије), Голгијева тела, ендоплазматски ретикулум и лизосоми, бактеријске ћелије немају органеле. И еукариоти и прокариоти укључују рибосоме, ситне структуре одговорне за синтезу протеина, али они се обично лакше визуализују у еукариотама, јер се многи од њих групирају дуж линеарног, тракастог ендоплазматског ретикулума.
Лако је да се бактеријске ћелије и саме бактерије сматрају „примитивним“, како због њиховог већег еволуцијског узраста (око 3,5 милијарди година, у поређењу са око 1,5 милијарди за прокариоте), тако и због њихове једноставности. То је, међутим, из неколико разлога погрешно. Један је да са чистог становишта преживљавања врста сложенији не мора значити и робусније; по свему судећи, бактерије као група наџивјет ће људе и друге "више" организме кад се услови на Земљи довољно промијене. Други разлог је тај што су бактеријске ћелије, иако једноставне, развиле различите моћне механизме преживљавања које еукариоти немају.
Пример бактеријских ћелија
Бактеријске ћелије долазе у три основна облика: шипкасти (бацили), округли (кокци) и спирални (спирилли). Ове морфолошке карактеристике бактеријских ћелија могу бити корисне у дијагностици инфективних болести изазваних познатим бактеријама. На пример, "стреп грло" су узроци по врстама Стрептококи, које су, као што и име говори, округле, као што су Стафилококи. Антракс проузрокује велики бацил, а лајмску болест изазива спирохета, спиралног облика. Поред различитих облика појединих ћелија, бактеријске ћелије имају тенденцију да се налазе у гроздовима, чија структура варира у зависности од врсте о којој се ради. Неки штапови и коке расту у дугим ланцима, док се неки други коци налазе у гроздовима који некако подсећају на облик појединих ћелија.
Већина бактеријских ћелија може, за разлику од вируса, живе независно од других организама и није зависна од других живих бића ради метаболичких или репродуктивних потреба. Изузеци, међутим, постоје; неке врсте Рицкеттсиае и Цхламидиае су обавезно унутарћелијске, што значи да немају друге могућности осим да насељавају ћелије живих бића како би преживеле.
Недостатак језгра бактеријских ћелија разлог је што су се прокариотске ћелије првобитно разликовале од еукариотских ћелија, јер је та разлика евидентна чак и под микроскопима релативно ниске моћи увећања. Бактеријска ДНК, иако није окружена нуклеарном мембраном попут оне еукариота, ипак се уско скупља, а резултирајућа груба формација назива се нуклеоидом. У бактеријским ћелијама има значајно мање ДНК у целини него у еукариотским ћелијама; ако се истегне крај до краја, једна копија типичног генетског материјала за еукарироте или хроматин би се протезала на око 1 милиметар, док би се код бактерија протезало око 1 до 2 микрометра - разлика од 500 до 1.000 пута. Генетски материјал еукариота укључује и сам ДНК и протеине који се називају хистони, док прокариотска ДНК има неколико полиамина (једињења азота) и магнезијумових јона који су повезани са њом.
Зид бактеријског зида
Можда најочитија структурна разлика између бактеријских ћелија и осталих ћелија је чињеница да бактерије поседују ћелијске зидове. Ови зидови, направљени од пептидогликан молекули леже тик изван ћелијске мембране, које имају све врсте ћелија. Пептидогликани се састоје од комбинације полисахаридних шећера и протеинских компоненти; њихов главни посао је да додају заштиту и крутост бактеријама и нуде место за учвршћивање структура попут пилића и флагела, које потичу из ћелијске мембране и протежу се кроз ћелијски зид до спољног окружења.
Да сте микробиолог оперирали у прошлом веку и желели да створите лек који би био опасан за бактеријске ћелије, док је углавном безопасан за људске ћелије, и имали сте знање о одговарајућим структурама ћелијског састава ових организама, можда бисте то покушали дизајнирати или проналажење супстанци токсичних за ћелијске зидове истовремено штедећи остале ћелијске компоненте. У ствари, управо тако делује пуно антибиотика: Они циљају и уништавају ћелијске зидове бактерија, услед чега убијају бактерије. Пеницилини, који се појавио раних четрдесетих година КСКС века као прва класа антибиотика, делују тако што инхибирају синтезу пептидогликана који чине ћелијске зидове неких, али не свих бактерија. Они то раде инактивирањем ензима који катализује процес назван умрежавањем осјетљивих бактерија. Током година, примјена антибиотика одабрала је бактерије за које настаје супстанце које се називају бета-лактамазама, а које циљају "упадљиве" пеницилине. Стога дуготрајна и непрекидна "трка у наоружању" остаје на снази између антибиотика и њихових ситних мета које узрокују болест.
Флагела, Пили и Ендоспоре
Неке бактерије имају спољне структуре које помажу бактеријама у кретању кроз физички свет. На пример, флагелла (једнина: флагеллум) су додаци који личе на биче који пружају средство за кретање бактерија које их поседују, слично ономе у облику младуна. Понекад их налазимо на једном крају бактеријске ћелије; неке бактерије их имају на оба краја. Флагеле „туку“ слично као пропелер, омогућавајући бактеријама да „јуре“ хранљиве материје, „беже“ од токсичних хемикалија или се крећу ка светлости (неке бактерије, тзв цијанобактерије, ослањајте се на фотосинтезу за енергију као што биљке то чине и стога захтева редовно излагање светлости).
Пили (једнина: пилус), структурно су сличне флагелама, јер су длачне избочине које се протежу према ван са површине ћелија бактерија. Њихова функција је, међутим, другачија. Уместо да помаже при кретању, пили помажу бактеријама да се привежу на друге ћелије и површине разних састава, укључујући стијене, црева и чак и цаклину зуба. Другим речима, они нуде "лепљивост" бактеријама на начин на који карактеристичне љуске баракама омогућавају овим организмима да се лепе за стене. Без пилија, многе патогене (тј. Болести које изазивају болести) бактерије нису заразне, јер се не могу лепити за ткива домаћина. За поступак који се зове, користе се специјализоване врсте пилија коњугација, у којима две бактерије размењују делове ДНК.
Прилично диаболична конструкција одређених бактерија су ендоспоре. Бациллус и Цлостридиум врсте могу да производе ове споре, које су отпорне на топлоту, дехидриране и неактивне верзије нормалних бактеријских ћелија које се стварају унутар ћелија. Садрже сопствени комплетни геном и све метаболичке ензиме. Кључна карактеристика ендоспора је његов комплексни заштитни споре. Ботулизам болести узрокује: а Цлостридиум ботулинум ендоспоре, који излучује смртоносну супстанцу названу ендотоксин.
Репродукција бактерија
Бактерије настају поступком званим бинарна фисија, што једноставно значи подвајање на пола и стварање пара ћелија које су свака генетски идентична матичној ћелији. Овај асексуални облик репродукције у оштрој је супротности са репродукцијом еукариота, који је сексуалан у томе што укључује два матична организма који доприносе једнакој количини генетског материјала да би створили потомство. Иако се сексуална репродукција на површини може чинити незграпном - на крају крајева, зашто увести овај енергетски скуп корак ако се ћелије уместо тога могу само поделити? - то је апсолутно осигурање генетске разноликости, а ова врста разноликости је од суштинског значаја за опстанак врста.
Размислите о томе: Ако би свако људско биће било генетски идентично или чак блиско, посебно на нивоу ензима и протеина које не можете видети, али који служе виталним метаболичким функцијама, тада би био довољан један врста биолошког противника да потенцијално уништи читаво човечанство . Већ знате да се људи разликују у својој генетској подложности одређеним стварима, од главних (неки људи могу умрети од изложености малим излагањем алергенима, укључујући кикирики и пчелињи отров) до релативно тривијалних (неки људи не могу пробавити лактазу шећера, због чега не могу да конзумирају млечне производе без озбиљних поремећаја у њиховом гастроинтестиналном систему). Врста која ужива велику генетску разноликост у великој је мјери заштићена од изумирања, јер та разноликост нуди сировину на коју могу дјеловати повољни природни притисци селекције. Ако се 10 посто популације одређене врсте догоди да је имун на одређени вирус који врста тек треба да доживи, то је пука чудност. Ако се, с друге стране, вирус манифестује у овој популацији, можда неће проћи дуго пре него што ова појава 10 процената представља 100 процената преживелих организама ове врсте.
Као резултат тога, бактерије су развиле бројне методе за обезбеђивање генетске разноликости. Ови укључују трансформација, коњугација и трансдукција. Не могу све бактеријске ћелије искористити све ове процесе, али између њих омогућавају да све бактеријске врсте преживе у далеко већој мери него што би то иначе учиниле.
Трансформација је процес преузимања ДНК из окружења и она се дели на природне и вештачке облике. При природној трансформацији, ДНК из мртвих бактерија се интернализује преко ћелијске мембране, у стилу чистача и уграђује у ДНК преживелих бактерија. У вештачкој трансформацији, научници често намерно уводе ДНК у бактерију домаћина Е. цоли (јер ова врста има мали, једноставан геном којим се лако манипулише) у циљу проучавања ових организама или стварања жељеног бактеријског производа. Често је уведена ДНК из а плазмид, природни прстен бактеријске ДНК.
Коњугација је процес којим једна бактерија користи пилулу или пили како би „директним контактом“ убризгала ДНК у другу бактерију. Пренесена ДНК може, као и код вештачке трансформације, бити плазмид или може бити различит фрагмент. Новонастала ДНК може да садржи витални ген који кодира протеине који омогућавају резистенцију на антибиотике.
Коначно, трансдукција се ослања на присуство инвазивног вируса званог бактериофаг. Вируси се ослањају на то да се живе репликације размножавају јер им, иако поседују генетски материјал, недостаје машина да направе копије. Ови бактериофаги убацују сопствени генетски материјал у ДНК бактерија које упадају и усмеравају бактерије да стварају више фага, чији геноми затим садрже мешавину оригиналне бактеријске ДНК и бактериофагне ДНК. Када ти нови бактериофаги напусте ћелију, они могу упасти у друге бактерије и пренети ДНК стечен од претходног домаћина у нову бактеријску ћелију.