La struttura dei batteri: caratteristiche. L'attività vitale e la struttura dei batteri

Parlando di batteri, il più delle volte presentiamo qualcosa di negativo. Eppure sappiamo molto poco di loro. La struttura e l'attività vitale dei batteri sono piuttosto primitive, ma questo, secondo le ipotesi di alcuni scienziati, sono gli abitanti più antichi della Terra, e per così tanti anni non sono scomparsi o sono scomparsi. L'uomo usa molti tipi di tali microrganismi a proprio vantaggio, mentre altri causano gravi malattie e persino epidemie. Ma il danno di alcuni batteri a volte non è commisurato all'uso di altri. Parliamo di questi meravigliosi microrganismi e facciamo conoscenza con la loro struttura, fisiologia e classificazione.

Regno dei batteri

Questi sono microrganismi non nucleari, per lo più monocellulari. La loro scoperta nel 1676 è merito dello scienziato olandese A. Leeuwenhoek, che per primo vide minuscoli batteri sotto un ingranditore del microscopio. Ma il chimico e microbiologo francese Louis Pasteur iniziò a studiare la loro natura, la loro fisiologia e il loro ruolo nella vita umana negli anni '50 dell'Ottocento. La struttura dei batteri cominciò a essere attivamente studiata con l'avvento dei microscopi elettronici. La sua cellula è costituita da una membrana citoplasmatica, un ribosoma e un nucleotide. Il DNA dei batteri è concentrato in un unico punto (nucleoplasma) ed è un groviglio di fili sottili. Il citoplasma è separato dalla parete cellulare membrana citoplasmatica, contiene un nucleotide, vari sistemi di membrana, inclusioni cellulari. Il ribosoma di batteri consiste nel 60% di RNA, il resto è in proteine. La foto sotto mostra la struttura della salmonella.

Parete cellulare e suoi componenti

I batteri hanno una struttura cellulare. La parete cellulare ha uno spessore di circa 20 nm e, a differenza delle piante più alte, non ha una struttura fibrillare. La sua forza è assicurata da una copertura speciale chiamata borsa. Consiste principalmente di una sostanza polimerica - mureina. I suoi componenti (subunità) sono collegati in una sequenza specifica in speciali filamenti di poliglicani. Insieme ai peptidi brevi, formano una macromolecola che assomiglia a una rete. Questa è la borsa murein.

Organi di movimento

Questi microrganismi sono capaci di movimento attivo. È effettuato a scapito di flagelli del plasma, avendo una struttura elicoidale. I batteri possono muoversi a una velocità fino a 200 micron al secondo e girare attorno al suo asse 13 secondi in un secondo. La capacità di flagello di movimento è fornita da una speciale proteina contrattile, flagellina (un analogo della miosina nelle cellule muscolari).

Hanno le seguenti dimensioni: lunghezza - fino a 20 micron, diametro - 10-20 nm. Ogni flagello parte dal corpo basale, che è immerso nella parete cellulare del batterio. Gli organi di movimento possono essere singoli o disposti in fasci interi, come, ad esempio, nella spirilla. Il numero di flagelli può dipendere dalle condizioni ambientali. Ad esempio, Proteus Vulgaris con scarsa nutrizione ha solo due flagelli subpolari, mentre in condizioni normali di sviluppo in fasci ci possono essere da 2 a 50.

Movimento microbico

La struttura dei batteri (schema di seguito) è tale che può muoversi abbastanza attivamente. Il movimento nella maggior parte dei casi si verifica a causa della spinta e viene effettuato principalmente in un ambiente liquido o umido. A seconda del fattore attivo, in altre parole, il tipo di stimolo esterno, può essere:

• la chemiotassi è il movimento diretto di batteri verso sostanze nutritive o, al contrario, da qualsiasi tossina;
• Aerotassi - movimento verso l'ossigeno (da aerobi) o da esso (da anaerobi);
• fototassi - la reazione alla luce, che si manifesta in movimento, è caratteristica soprattutto dei fototrofi;
• La magnetotassi - una reazione ai cambiamenti in un campo magnetico, è spiegata dalla presenza di particelle speciali (magnetosomi) in alcuni microrganismi.

I batteri, la cui struttura cellulare consente loro di muoversi, possono creare grappoli in luoghi con condizioni ottimali per la loro attività vitale. Oltre ai flagelli, alcune specie hanno numerosi fili più sottili - sono chiamati "fimbriae" o "bevuti", ma la loro funzione non è stata ancora sufficientemente studiata. I batteri che non hanno flagelli speciali sono in grado di scorrere, sebbene sia caratterizzato da una velocità molto bassa: circa 250 micron al minuto.

Qualche parola sulla fisiologia

Per la vita attiva i microrganismi hanno bisogno di energia. La sua fonte può essere una varietà di organico e sostanze inorganiche così come la luce del sole. La maggior parte dei batteri sono eterotrofi. Non possono sintetizzare organico da composti inorganici usando la foto o la chemiosintesi, quindi usano materiale organico in decomposizione, parassitano o agiscono come simbionti.

Il secondo piccolo gruppo di batteri è autotrofi. Sono in grado di sintetizzare da inorganici materia organica può assorbire parzialmente il biossido di carbonio atmosferico e sono chemotropi. Questi batteri occupano un posto molto importante nella circolazione di elementi chimici in natura.

Ci sono anche due gruppi di veri fototropi. Le caratteristiche della struttura dei batteri in questa categoria sono che contengono una sostanza batterioclorofilla (pigmento) correlata alla clorofilla vegetale in natura e, poiché mancano del fotosistema II, la fotosintesi procede senza evoluzione dell'ossigeno.

Riproduzione per divisione

Il principale metodo di riproduzione è la divisione della cellula madre originale in due (l'amitosi). Per le forme aventi una forma allungata, ciò avviene sempre perpendicolare all'asse longitudinale. La struttura del batterio subisce cambiamenti a breve termine: dal bordo della cellula al centro, si forma una partizione trasversale, lungo la quale l'organismo materno si separa. Questo spiega il vecchio nome del regno - Drobyanka. Le cellule dopo la divisione possono rimanere collegate in catene instabili e sciolte.

Queste sono le caratteristiche distintive della struttura dei batteri di alcune specie, ad esempio gli streptococchi.

Sporulazione e riproduzione sessuale

Il secondo metodo di riproduzione è la sporulazione. È direttamente correlato al desiderio di adattarsi alle condizioni avverse ed è finalizzato a viverle. In alcuni batteri a forma di bastoncello, le spore si formano endogenamente, cioè all'interno della cellula. Sono molto resistenti al calore e possono persistere anche con l'ebollizione prolungata. La formazione di spore inizia con varie reazioni chimiche nella cellula madre, con circa il 75% di tutte le sue proteine ​​che si decompongono. Poi c'è una divisione. Allo stesso tempo, si formano due cellule figlie. Uno di questi (più piccolo) è coperto da un guscio spesso, che può richiedere fino al 50% in volume: questa è una disputa. Mantiene la vitalità e la prontezza a germinare per 200-300 anni.

Alcune specie sono capaci di riproduzione sessuale. Questo processo fu scoperto per la prima volta nel 1946, quando studiarono la struttura della cellula batterica Escherichia coli. Si è scoperto che è possibile il trasferimento parziale di materiale genetico. Cioè, i frammenti di DNA vengono trasferiti da una cellula (donatrice) a un'altra (ricevente) nel processo di coniugazione. Questo viene fatto con l'aiuto dei batteriofagi o mediante trasformazione.

La struttura dei batteri e le caratteristiche della sua fisiologia sono tali che, in condizioni ideali, il processo di divisione avviene costantemente e molto rapidamente (ogni 20-30 minuti). Ma nell'ambiente naturale è limitato da vari fattori (luce solare, mezzo nutritivo, temperatura, ecc.).

La classificazione di questi microrganismi si basa sulla diversa struttura della parete cellulare batterica, che determina la conservazione del colorante all'anilina nella cellula o la sua eluizione. Questo è stato rivelato da H. K. Gram, e successivamente, secondo il suo nome, sono state identificate due grandi sezioni di microrganismi, di cui parleremo in seguito.

Batteri Gram-positivi: caratteristiche della struttura e della vita

Questi microrganismi hanno una copertura di mureina multistrato (30-70% della massa secca totale della parete cellulare), in modo che il colorante all'anilina non venga rimosso dalle cellule (la foto sopra mostra la struttura di un batterio gram-positivo a sinistra e il batterio gram-negativo a destra). La loro peculiarità è che l'acido diaminopimelico è spesso sostituito dalla lisina. Il contenuto di proteine ​​è molto inferiore e i polisaccaridi sono assenti o collegati da legami covalenti. Tutti i batteri di questo dipartimento sono divisi in diversi gruppi:

1. Cocchi Gram-positivi. Sono cellule singole o gruppi di due, quattro o più celle (fino a 64), tenute insieme da cellulosa. Per tipo di cibo, questi sono in genere anaerobi obbligati o facoltativi, ad esempio batteri lattici dalla famiglia dello Streptococco, ma potrebbero esserci degli aerobi.
2. Bastoncini non spugnosi Per nome è già possibile capire la struttura della cellula batterica. Questo gruppo include specie di acido lattico aerobico anaerobico o facoltativo della famiglia Lactobacillus.
3. Bastoncini sporigeni Sono rappresentati da un'unica famiglia: Clostridia. Questi sono anaerobi obbligati, in grado di formare spore. Molti di loro formano catene caratteristiche o fili di singole celle.
4. Microrganismi corimorici. La struttura esterna dei batteri cellulari in questo gruppo può variare in modo significativo. Pertanto, i bastoncini possono diventare clavati, corti, cocchi o forme debolmente ramificate. Non formano endospore. Questi includono acido propionico, batteri streptomiceti, ecc.
5. Mycoplasma. Se si presta attenzione alla struttura dei batteri (il diagramma nella figura sottostante - la freccia indica la catena del DNA), allora si può notare che non ha una parete cellulare (invece c'è una membrana citoplasmatica) e, quindi, non è macchiata con colorante all'anilina, quindi non può essere attribuita a a questo reparto sulla base della colorazione del grammo. Ma secondo studi recenti, micoplasmi hanno origine da microrganismi gram-positivi.

Batteri Gram-negativi: funzioni, struttura

In tali microrganismi, la rete della mureina è molto sottile, la sua parte della massa secca dell'intera parete cellulare è solo del 10%, il resto sono lipoproteine, lipopolisaccaridi, ecc. Le sostanze che derivano dalla colorazione di Gram possono essere facilmente lavate. Secondo il tipo di cibo, i batteri gram-negativi sono fototrofi o chemiotrofi, alcune specie sono in grado di fotosintesi. La classificazione all'interno del dipartimento è in via di formazione, varie famiglie sono raggruppate in 12 gruppi, in base alle caratteristiche della morfologia, del metabolismo e di altri fattori.

1. Cocchi e bastoncini anaerobici. Esternamente, sono vibrioni (nella forma di una virgola) o spirilla.
2. Bastoncini anaerobici opzionali. Questi includono, in particolare, la famiglia di enterobatteri. Ma le specie del genere dei fotobatteri si sono adattate alla vita in acqua di mare e sono conosciute per il loro bagliore luminoso.
3. Cocchi e bastoncini aerobi. Un vasto gruppo di batteri, che, ad esempio, include le ben note specie di fissazione dell'azoto o noduli del genere Risobium.
4. Spirilli. Questi sono bastoncini rigidi a forma di spirale. Per tipo di cibo, più spesso sono aerobie, meno spesso - anaerobi facoltativi.
5. Spirochete. La struttura esterna dei batteri (foto sotto) è simile a quella dei rappresentanti del gruppo precedente. La principale differenza tra spirochete è la loro flessibilità e capacità di muoversi attivamente.
6. Batteri con appendici. Queste sono forme che hanno una relazione diversa, quando si dividono, danno due cellule figlie di varie dimensioni e formano anche appendici sotto forma di verghe e escrescenze.
7. Hlamidobakterii. Hanno delle coperture a forma di tubo caratteristiche che aiutano a tenere insieme le cellule e, di conseguenza, possono formarsi intere colonie. Il rappresentante più brillante è il fungo delle acque reflue. Questo è un batterio che vive in acque altamente inquinate. Tali microrganismi formano enormi aggregazioni, che contribuiscono all'intasamento di tubi e grondaie.
8. Batteri scorrevoli Hanno preso il loro nome a causa del loro metodo di trasporto.
9. Myxobacteria. Hanno un'organizzazione complessa, in cui le forme unicellulari possono formare corpi fruttiferi.
10. Ovviamente i batteri parassiti. Non possono essere coltivati ​​al di fuori delle cellule viventi.
11. Batteri chemiolitotropici
12. Batteri fotoautotrofi. Hanno una varietà di pigmenti e caroteni fotosintetici, che danno loro un colore brillante: viola-viola, rosso, marrone, verde oliva.

L'importanza dei batteri per l'uomo

Nonostante sia apparentemente poco appariscente, i batteri sono di grande importanza per gli umani, sia positivi che negativi. La produzione di molti cibi è impossibile senza la partecipazione di singoli rappresentanti di questo regno. La struttura e le funzioni vitali dei batteri ci permettono di ricevere molti prodotti caseari (formaggi, yogurt, kefir e molto altro). Questi microrganismi sono coinvolti nei processi di fermentazione, fermentazione.

Numerosi tipi di batteri sono patogeni negli animali e negli esseri umani, come ad esempio l'antrace, tetano, difterite, tubercolosi, peste, ecc. Ma allo stesso tempo, i microrganismi sono coinvolti in varie produzioni industriali: ingegneria genetica, produzione di antibiotici, enzimi e altre proteine, decomposizione artificiale dei rifiuti (ad esempio digestione del metano delle acque reflue), arricchimento dei metalli . Alcuni batteri crescono su substrati ricchi di olio e questo serve da indicatore durante la ricerca e lo sviluppo di nuovi depositi.