Бактерії в природі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

На тему: «Бактерії»

Учениці 10 класу

Гімназії №39

Зікрач Евгенії

м. Дніпродзержинськ

ПЛАН:

Вступ

БУДОВА І ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ БАКТЕРІЙ

Будова

Сенсорні функції та поведінка

Розмноження і генетика

МЕТАБОЛІЗМ

Харчування

Головні джерела енергії

Дихання

БАКТЕРІЇ І ПРОМИСЛОВІСТЬ

Харчова промисловість

Боротьба з бактеріями у промисловості

ВСТУП

Бактерії - велика група одноклітинних мікроорганізмів, характеризуються відсутністю оточеного оболонкою клітинного ядра. Разом з тим генетичний матеріал бактерії (дезоксирібонуклеїнова кислота, або ДНК) займає в клітці цілком певне місце - зону, звану Нуклеоїд. Організми з такою будовою клітин називаються прокаріоти («доядерні») на відміну від всіх інших - еукаріот («істинно ядерних»), ДНК яких знаходиться в оточеному оболонкою ядрі. Бактерії, які раніше вважалися мікроскопічними рослинами, зараз виділені в самостійне царство Monera - одне з п'яти в нинішній системі класифікації поряд з рослинами, тваринами, грибами і Найпростіші.

БУДОВА І ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ БАКТЕРІЙ

Бактерії набагато дрібніше клітин багатоклітинних рослин і тварин. Товщина їх зазвичай складає 0,5-2,0 мкм, а довжина - 1,0-8,0 мкм. Розгледіти деякі форми ледь дозволяє роздільна здатність стандартних світлових мікроскопів (Приблизно 0,3 мкм), але відомі і види завдовжки більше 10 мкм і шириною, також виходить за зазначені рамки, а ряд дуже тонких бактерій може перевищувати в довжину 50 мкм. На поверхні, що відповідає поставленої олівцем точці, вміститься чверть мільйона середніх по величині представників цього царства.

Будова

За особливостями морфології виділяють наступні групи бактерій: коки (більш-менш сферичні), бацили (Палички або циліндри із закругленими кінцями), спірили (жорсткі спіралі) і спірохети (тонкі і гнучкі волосоподібні форми). Деякі автори схильні поєднувати дві останні групи в одну - спірили. Прокаріоти відрізняються від еукаріотів головним чином відсутністю оформленого ядра і наявністю в типовому випадку лише однієї хромосоми - дуже довгою кільцевої молекули ДНК, прикріпленою в одній точці до клітинної мембрани. У прокаріотів немає і оточених мембранами внутрішньоклітинних органел, які називаються мітохондріями і хлоропластами. У еукаріотів мітохондрії виробляють енергію в процесі дихання, а в хлоропластах йде фотосинтез (див. також клітина). У прокаріотів вся клітина цілком (і в першу чергу - клітинна мембрана) бере на себе функцію мітохондрії, а у фотосинтезуючих форм - заодно і хлоропласта.

Як і у еукаріот, всередині бактерії знаходяться дрібні нуклеопротеіновие структури - рибосоми, необхідні для синтезу білка, але вони не пов'язані з якими-небудь мембранами. За дуже небагатьма винятками, бактерії не здатні синтезувати стероли - важливі компоненти мембран еукаріотичної клітини. Зовні від клітинної мембрани більшість бактерій одягнено клітинною стінкою, кілька нагадує целюлозний стінку рослинних клітин, але складається з інших полімерів (до їх складу входять не тільки вуглеводи, а й амінокислоти і специфічні для бактерій речовини). Ця оболонка не дає бактеріальної клітці луснути, коли в неї за рахунок осмосу надходить вода. Поверх клітинної стінки часто знаходиться захисна слизова капсула. Багато бактерій забезпечені джгутиками, за допомогою яких вони активно плавають. Джгутики бактерій влаштовані простіше і трохи інакше, ніж аналогічні структури еукаріотів.

Сенсорні функції та поведінка

Багато бактерій володіють хімічними рецепторами, які реєструють зміни кислотності середовища і концентрацію різних речовин, наприклад цукрів, амінокислот, кисню і діоксиду вуглецю. Для кожної речовини існує свій тип таких «Смакових» рецепторів, і втрата якогось з них в результаті мутації призводить до часткової «смакової сліпоти». Багато рухливі бактерії реагують також на коливання температури, а фотосинтезуючі види - на зміни освітленості. Деякі бактерії сприймають напрямок силових ліній магнітного поля, в тому числі магнітного поля Землі, за допомогою присутніх в їх клітинах частинок магнетиту (магнітного залізняку - Fe3O4). У воді бактерії використовують цю свою здатність для того, щоб плисти вздовж силових ліній в пошуках сприятливого середовища. Умовні рефлекси у бактерій невідомі, але певного роду примітивна пам'ять у них є. Плаваючи, вони порівнюють сприйману інтенсивність стимулу з її колишнім значенням, тобто визначають, стала вона більше або менше, і, виходячи з цього, зберігають напрямок руху або змінюють його.

Розмноження і генетика бактерія організм харчовий промисловість

Бактерії розмножуються безстатевим шляхом: ДНК в їхній клітці реплікується (подвоюється), клітина ділиться надвоє, і кожна дочірня клітка одержує по одній копії батьківського ДНК. Бактеріальна ДНК може передаватися і між неділимими клітинами. При цьому їх злиття (як у еукаріотів) не відбувається, число особин не збільшується, і зазвичай в іншу клітину переноситься лише невелика частина генома (повного набору генів), на відміну від «справжнього» статевого процесу, при якому нащадок отримує по повного комплекту генів від кожного з батьків. Таке перенесення ДНК може здійснюватися трьома шляхами. При трансформації бактерія поглинає з навколишнього середовища «голу» ДНК, що потрапила туди при руйнуванні інших бактерій або свідомо «підсунуту» експериментатором. Процес називається трансформацією, оскільки на ранніх стадіях його вивчення основна увага приділялася перетворенню (трансформації) таким шляхом нешкідливих організмів у вірулентні.

Фрагменти ДНК можуть також переноситися від бактерії до бактерії особливими вірусами - бактеріофагами. Це називається трансдукція. Відомий також процес, який нагадує запліднення і званий кон'югацією: бактерії з'єднуються один з одним тимчасовими трубчастими виростами (копуляційними фімбріями), через які ДНК переходить з «чоловічий» клітини в «жіночу». Іноді в бактерії присутні дуже дрібні додаткові хромосоми - плазміди, які також можуть переноситися від особини до особини. Якщо при цьому плазміди містять гени, що обумовлюють резистентність до антибіотиків, говорять про інфекційної резистентності. Вона важлива з медичної точки зору, оскільки може поширюватися між різними видами і навіть родами бактерій, в результаті чого вся бактеріальна флора, скажімо кишечника, стає стійкої до дії певних лікарських препаратів.

МЕТАБОЛІЗМ

Почасти в силу дрібних розмірів бактерій інтенсивність їх метаболізму набагато вище, ніж у еукаріот. При найсприятливіших умовах деякі бактерії можуть подвоювати свою загальну масу і чисельність приблизно кожні 20 хв. Це пояснюється тим, що ряд їхніх найважливіших ферментних систем функціонує з дуже високою швидкістю. Так, кролику для синтезу білкової молекули потрібні лічені хвилини, а бактерії - секунди. Однак у природному середовищі, наприклад в ґрунті, більшість бактерій знаходиться «на голодному пайку», тому якщо їх клітини і діляться, то не кожні 20 хв., а раз на кілька днів.

Харчування

Бактерії бувають автотрофами і гетеротрофами. Автотрофи («самі себе живлять») не потребують речовинах, вироблених іншими організмами. В якості головного або єдиного джерела вуглецю вони використовують його діоксид (CO2). Включаючи CO 2 та інші неорганічні речовини, зокрема аміак (NH3), нітрати (NO-3) і різні сполуки сірки, у складні хімічні реакції, вони синтезують всі необхідні їм біохімічні продукти.

Гетеротрофи («харчуються іншим») використовують в якості основного джерела вуглецю (деяким видам потрібен і CO2) органічні (вуглецевміщуючі) речовини, синтезовані іншими організмами, зокрема цукру. Окислюючись, ці сполуки постачають енергію і молекули, необхідні для росту і життєдіяльності клітин. У цьому сенсі гетеротрофні бактерії, до яких належить переважна більшість прокаріот, схожі з людиною.

Головні джерела енергії

Якщо для освітлення (синтезу) клітинних компонентів використовується в основному світлова енергія (фотони), то процес називається фотосинтезом, а здатні до нього види - фототрофів. Фототрофні бактерії діляться на фотогетеротрофів і фотоавтотрофів в залежності від того, які сполуки - органічні або неорганічні - служать для них головним джерелом вуглецю. Фотоавтотрофні ціанобактерії (синьо-зелені водорості), як і зелені рослини, за рахунок світлової енергії розщеплюють молекули води (H2O).

При цьому виділяється вільний кисень (1/2O2) і утворюється водень (2H +), який, можна сказати, перетворює діоксид вуглецю (CO2) у вуглеводи. У зелених і пурпурових сірчаних бактерій світлова енергія використовується для розщеплення не води, а інших неорганічних молекул, наприклад сірководню (H2S).

В результаті також утворюється водень, який відновлює діоксид вуглецю, але кисень не виділяється. Такий фотосинтез називається аноксигенний.

Фотогетеротрофні бактерії, наприклад пурпурні несерние, використовують світлову енергію для отримання водню з органічних речовин, зокрема ізопропанолу, але його джерелом у них може служити і газоподібний H2.

Якщо основне джерело енергії в клітині - окислення хімічних речовин, бактерії називаються хемогетеротрофами або хемоавтотрофи в залежності від того, які молекули служать головним джерелом вуглецю - органічні або неорганічні. У перших органіка дає як енергію, так і вуглець. Хемоавтотрофи отримують енергію при окисленні неорганічних речовин, наприклад водню (до води: 2H 4 + O2 ® 2H2O), заліза (Fe2 + ® Fe3 + ) або сірки (2S + 3O2 + 2H2O ® 2SO42- + 4H +), а вуглець - з СO2. Ці організми називають також хемолітотрофами, підкреслюючи тим самим, що вони «харчуються» гірськими породами. Дихання. Клітинне дихання - процес вивільнення хімічної енергії, запасеної в «харчових» молекулах, для її подальшого використання в життєво необхідних реакціях. Дихання може бути аеробним та анаеробним. У першому випадку для нього необхідний кисень. Він потрібен для роботи т.зв. електронно-транспортної системи: електрони переходять від однієї молекули до іншої (при цьому виділяється енергія) і в кінцевому підсумку приєднуються до кисню разом з іонами водню - утворюється вода. Анаеробним організмам кисень не потрібен, а для деяких видів цієї групи він навіть отруйний. Вивільняються в ході дихання електрони приєднуються до іншим неорганічним акцептора, наприклад нітрату, сульфату або карбонату, або (при одній з форм такого дихання - бродінні) до певної органічної молекулі, зокрема до глюкози

БАКТЕРІЇ І ПРОМИСЛОВІСТЬ

Враховуючи різноманітність каталізуються бактеріями хімічних реакцій, не дивно, що вони широко використовуються у виробництві, в ряді випадків з глибокої давнини. Славу таких мікроскопічних помічників людини прокаріоти ділять з грибами, в першу чергу - дріжджами, які забезпечують більшу частина процесів спиртового бродіння, наприклад при виготовленні вина і пива. Зараз, коли стало можливим вводити в бактерії корисні гени, примушуючи їх синтезувати цінні речовини, наприклад інсулін, промислове застосування цих живих лабораторій отримало новий потужний стимул.

Харчова промисловість

В даний час бактерії застосовуються цією галуззю в основному для виробництва сирів, інших кисломолочних продуктів і оцту. Головні хімічні реакції тут - освіта кислот. Так, при отриманні оцту бактерії роду Acetobacter окислюють етиловий спирт, що міститься в сидрі або інших рідинах, до оцтової кислоти. Аналогічні процеси відбуваються при квашенні капусти: анаеробні бактерії зброджують містяться в листі цієї рослини цукру до молочної кислоти, а також оцтової кислоти і різних спиртів.

Боротьба з бактеріями у промисловості

Бактерії приносять не тільки користь; боротьба з їх масовим розмноженням, наприклад у харчових продуктах або в водних системах целюлозно-паперових підприємств, перетворилася в цілий напрямок діяльності. Їжа псується під дією бактерій, грибів і власних викликають

Автоліз («Самопереварювання») ферментів, якщо не інактивувати їх нагріванням або іншими способами.

Оскільки головна причина псування таки бактерії, розробка систем ефективного зберігання продовольства вимагає знання меж витривалості цих мікроорганізмів. Одна з найбільш поширених технологій - пастеризація молока, що вбиває бактерії, які викликають, наприклад, туберкульоз і бруцельоз. Молоко витримують при 61-63°С протягом 30 хв. або при 72-73° С всього 15 с. Це не погіршує смаку продукту, але інактивує хвороботворні бактерії. Пастеризувати можна також вино, пиво і фруктові соки. Давно відома користь зберігання харчових продуктів на холоді. Низькі температури не вбивають бактерій, але не дають їм рости і розмножуватися. Правда, при заморожуванні, наприклад, до -25°С чисельність бактерій через кілька місяців знижується, проте велика кількість цих мікроорганізмів все ж виживає. При температурі трохи нижче нуля бактерії продовжують розмножуватися, але дуже повільно. Їх життєздатні культури можна зберігати майже нескінченно довго після ліофілізації (заморожування - висушування) в середовищі, що містить білок, наприклад в сироватці крові. До інших відомих методів зберігання харчових продуктів відносяться висушування (в'ялення і копчення), добавка великих кількостей солі або цукру, що фізіологічно еквівалентно зневодненню, і маринування, тобто приміщення в концентрований розчин кислоти. При кислотності середовища, відповідній pH4 і нижче, життєдіяльність бактерій зазвичай сильно гальмується або припиняється.

Размещено на Allbest.ru