Sadržaj
- Osnove ćelija
- Primer bakterijskih stanica
- Stanični zid bakterijske kože
- Flagella, Pili i Endospore
- Reprodukcija bakterija
Stanice su osnovne životne jedinice i kao takve su najmanji različiti elementi živog bića koji zadržavaju sva ključna svojstva povezana sa živim bićima, uključujući metabolizam, sposobnost reprodukcije i način održavanja kemijske ravnoteže. Stanice su ili prokariotske, izraz koji se odnosi na bakterije i nakupljaju jednostanične organizme, ili eukariotskim, koji se odnosi na biljke, gljivice i životinje.
Bakterijske i druge prokariotske stanice gotovo su jednostavnije gotovo na svaki način od njihovih eukariotskih kolega. Sve stanice uključuju najmanje plazma membranu, citoplazmu i genetski materijal u obliku DNK. Dok eukariotske stanice imaju širok izbor elemenata izvan ovih osnovnih, ove tri stvari predstavljaju gotovo cjelinu bakterijskih stanica. Bakterijske stanice, međutim, uključuju nekoliko svojstava koja eukariotske stanice nemaju, a ponajprije je stanična stijenka.
Osnove ćelija
Pojedini eukariotski organizam može imati trilijuna stanica, iako je kvasac jednoćelijski; bakterijske stanice s druge strane imaju samo jednu stanicu. Dok eukariotske stanice uključuju razne organele povezane s membranom, kao što su jezgra, mitohondrije (u životinjama), kloroplasti (biljke odgovaraju na mitohondrije), Golgijeva tijela, endoplazmatski retikulum i lizosomi, bakterijske stanice nemaju organele. I eukarioti i prokarioti uključuju ribosome, sitne strukture odgovorne za sintezu proteina, ali tipično ih je lakše vizualizirati u eukariotama jer se toliko njih skuplja duž linearnog, trakastog endoplazmatskog retikuluma.
Bakterijske stanice i same bakterije lako je smatrati "primitivnim", kako zbog njihove veće evolucijske dobi (oko 3,5 milijardi godina, u usporedbi s oko 1,5 milijardi za prokariote), tako i zbog njihove jednostavnosti. To je, međutim, pogrešno iz više razloga. Jedan je da s čistog stajališta preživljavanja vrsta složeniji ne mora nužno značiti i robusnije; po svemu sudeći, bakterije kao grupa nadživjet će ljude i druge "više" organizme kad se uvjeti na Zemlji dovoljno promijene. Drugi razlog je taj što su bakterijske stanice, iako jednostavne, razvile različite moćne mehanizme preživljavanja koje eukarioti nemaju.
Primer bakterijskih stanica
Bakterijske stanice dolaze u tri osnovna oblika: šipkasti (bacili), okrugli (kokci) i spiralni (spirilli). Ove morfološke karakteristike bakterijskih stanica mogu biti korisne u dijagnosticiranju zaraznih bolesti uzrokovanih poznatim bakterijama. Na primjer, "strep grlo" su uzroci po vrstama streptokoke, koje su, kao što i ime implicira, okrugle, kakve i jesu stafilokoki, Antraks je uzrokovan velikim bacilima, a lajmska bolest uzrokovana je spirohetom koji je spiralnog oblika. Uz različite oblike pojedinih stanica, bakterijske ćelije imaju tendenciju da se nalaze u grozdovima, čija struktura varira ovisno o dotičnoj vrsti. Neke šipke i koke rastu u dugim lancima, dok se neki drugi koci nalaze u grozdovima koji pomalo podsjećaju na oblik pojedinih stanica.
Većina bakterijskih stanica može, za razliku od virusa, živjeti neovisno o drugim organizmima i ne ovisi o drugim živim bićima za metaboličke ili reproduktivne potrebe. Izuzeci, međutim, postoje; neke vrste rikccijc i klamidije obvezno su unutarćelijski, što znači da nemaju druge mogućnosti nego da nasele stanice živih bića kako bi preživjele.
Nedostatak jezgra bakterijskih stanica razlog je što su se prokariotske stanice izvorno razlikovale od eukariotskih stanica, jer je ta razlika vidljiva čak i pod mikroskopom razmjerno male moći povećavanja. Iako bakterijska DNK nije okružena nuklearnom membranom poput eukariota, ona se ipak usko skuplja, a rezultirajuća gruba formacija naziva se nukleoidom. U bakterijskim stanicama sveukupno je manje DNA nego u eukariotskim stanicama; ako se istegne kraj do kraja, jedna kopija tipičnog genetskog materijala za eukarirote ili kromatin proširila bi se na oko 1 milimetar, dok bi se kod bakterija protezalo oko 1 do 2 mikrometra - razlika od 500 do 1.000 puta. Genetski materijal eukariota uključuje i sam DNK i proteine koji se nazivaju histoni, dok prokariotska DNA ima nekoliko poliamina (dušičnih spojeva) i magnezijevih iona koji su s njom povezani.
Stanični zid bakterijske kože
Možda najočitija strukturna razlika između bakterijskih stanica i ostalih stanica je činjenica da bakterije posjeduju stanične stjenke. Ovi zidovi, napravljeni od peptidoglikanski molekule leže neposredno izvan stanične membrane, koje imaju sve vrste stanica. Peptidoglikani se sastoje od kombinacije polisaharidnih šećera i proteinskih komponenata; njihov je glavni posao dodavanje zaštite i krutosti bakterijama i nude mjesto za učvršćivanje struktura poput pilića i flagela koje potječu iz stanične membrane i protežu se kroz staničnu stijenku do vanjskog okruženja.
Ako ste mikrobiolog koji je operirao jedno prošlo stoljeće i želio stvoriti lijek koji bi bio opasan za bakterijske stanice, dok je uglavnom bezopasan za ljudske stanice, a imali ste znanje o odgovarajućim strukturama staničnog sastava tih organizama, mogli biste to riješiti dizajnirajući ili pronalaženje tvari koje su toksične za stanične stijenke istovremeno štedeći ostale sastavnice. U stvari, upravo to djeluje puno antibiotika: Oni ciljaju i uništavaju stanične bakterije bakterija, uslijed čega ubijaju bakterije. penicilini, koji su se pojavili u ranim četrdesetima kao prva klasa antibiotika, djeluju inhibirajući sintezu peptidoglikana koji čine stanične stjenke nekih, ali ne svih, bakterija. To čine inaktiviranjem enzima koji katalizira postupak nazvan umrežavanjem osjetljivih bakterija. Tijekom godina, primjena antibiotika odabrala je bakterije za koje nastaje tvari nazvane beta-laktamazama, koje ciljaju "upadajuće" peniciline. Stoga dugotrajna i neprekidna "utrka oružja" ostaje na snazi između antibiotika i njihovih sićušnih meta koje uzrokuju bolest.
Flagella, Pili i Endospore
Neke bakterije imaju vanjske strukture koje pomažu bakterijama u kretanju kroz fizički svijet. Na primjer, bičevima (jednina: flagellum) su prištići nalik na biče koji pružaju sredstvo za pokretanje bakterija koje ih posjeduju, slično onome u obliku tadpola. Ponekad ih nalazimo na jednom kraju bakterijske stanice; neke bakterije imaju ih na oba kraja. Papučice "pobijede" slično kao propeler, omogućujući bakterijama da "jure" hranjive tvari, "pobjegnu" od toksičnih kemikalija ili kreću se prema svjetlu (neke bakterije, tzv. cijanobakterijeoslanjajte se na fotosintezu za energiju kao što to čine biljke i stoga zahtijevaju redovito izlaganje svjetlu).
Pili (jednina: pilus), strukturno su slične flagelama, jer su dlakave izbočine koje se protežu prema van s površine bakterijskih stanica. Njihova je funkcija, međutim, drugačija. Umjesto da pomažu u kretanju, pili pomažu bakterijama da se prikvače za druge stanice i površine raznih sastava, uključujući stijene, crijeva i čak i caklinu zuba. Drugim riječima, oni nude "ljepljivost" bakterijama na način na koji karakteristične školjke barkaka dopuštaju tim organizmima da se pridržavaju stijena. Bez pilija mnoge patogene (tj. Uzrokuju bolesti) bakterije nisu zarazne jer se ne mogu prianjati za tkiva domaćina. Specijalizirana vrsta pilića koristi se za postupak zvan konjugacija, u kojem dvije bakterije razmjenjuju dijelove DNK.
Poprilično đavolski konstrukt određenih bakterija su endospore. Bacil i Clostridium vrste mogu proizvesti ove spore, koje su visoko otporne na toplinu, dehidrirane i neaktivne verzije normalnih bakterijskih stanica koje se stvaraju unutar stanica. Sadrže vlastiti kompletni genom i sve metaboličke enzime. Ključno obilježje endospora je njegov složeni zaštitni spore. Botulizam bolesti nastaje zbog a Clostridium botulinum endospora, koji izlučuje smrtonosnu tvar koja se naziva endotoksin.
Reprodukcija bakterija
Bakterije nastaju postupkom zvanim binarna fisija, što jednostavno znači dijeljenje na pola i stvaranje para stanica koje su svaka genetski identična matičnoj stanici. Ovaj aseksualni oblik reprodukcije u oštroj je suprotnosti s reprodukcijom eukariota, što je seksualno jer uključuje dva roditeljska organizma koji doprinose jednakoj količini genetskog materijala kako bi stvorili potomstvo. Iako se seksualna reprodukcija na površini može činiti nezgrapnom - na kraju krajeva, zašto uvesti ovaj energetski skup korak ako se stanice umjesto toga mogu podijeliti na pola? - to je apsolutno jamstvo genetske raznolikosti, a ova vrsta raznolikosti ključna je za opstanak vrsta.
Razmislite: Ako bi svako ljudsko biće bilo genetski identično ili čak blisko, posebno na nivou enzima i proteina koje ne možete vidjeti, ali koji služe vitalnim metaboličkim funkcijama, tada bi bio dovoljan jedan vrsta biološkog protivnika da potencijalno uništi čitavo čovječanstvo , Već znate da se ljudi razlikuju u svojoj genetskoj osjetljivosti na određene stvari, od glavnih (neki ljudi mogu umrijeti od izloženosti malim izloženostima alergenima, uključujući kikiriki i pčelinji otrov) do relativno trivijalnih (neki ljudi ne mogu probaviti laktazu šećera, zbog čega oni ne mogu konzumirati mliječne proizvode bez ozbiljnih poremećaja u svom probavnom sustavu). Vrsta koja uživa veliku genetsku raznolikost u velikoj je mjeri zaštićena od izumiranja, jer ta raznolikost nudi sirovinu na koju mogu djelovati povoljni prirodni pritisci selekcije. Ako se dogodi da 10 posto populacije određene vrste ima imunitet na određeni virus koji vrsta još nije iskusila, to je puka zamišljenost. Ako se, s druge strane, virus očituje u ovoj populaciji, možda neće proći dugo prije nego što se to dogodi 10 posto predstavlja 100 posto preživjelih organizama ove vrste.
Kao rezultat toga, bakterije su razvile brojne metode za osiguranje genetske raznolikosti. Oni uključuju transformacija, konjugacija i sstanično, Ne mogu sve bakterijske stanice iskoristiti sve ove procese, ali između njih oni omogućuju da sve bakterijske vrste opstanu u daleko većoj mjeri nego što bi to inače učinile.
Transformacija je proces preuzimanja DNK iz okoliša, a dijeli se na prirodne i umjetne oblike. Pri prirodnoj transformaciji DNK mrtvih bakterija internalizira se putem stanične membrane, u stilu pročišćivača i ugrađuje u DNK preživjelih bakterija. U umjetnoj transformaciji, znanstvenici često namjerno uvode DNK u bakteriju domaćina E coli (jer ova vrsta ima mali, jednostavni genom kojim se lako manipulira) kako bi se proučavali ovi organizmi ili stvorio željeni bakterijski proizvod. Često je uvedena DNK od a plazmid, prirodni prsten bakterijske DNK.
Konjugacija je proces kojim jedna bakterija koristi pilulu ili pili za "ubrizgavanje" DNK u drugu bakteriju izravnim kontaktom. Prenesena DNA može, kao i kod umjetne transformacije, biti plazmid ili može biti različit fragment. Novo uvedena DNK može sadržavati vitalni gen koji kodira proteine koji omogućuju otpornost na antibiotike.
Konačno, transdukcija se oslanja na prisutnost invazivnog virusa koji se naziva bakteriofag. Virusi se oslanjaju na žive stanice da bi se mogli razmnožavati jer, iako posjeduju genetski materijal, nemaju im potrebnu opremu za izradu kopija. Ti bakteriofazi ubacuju vlastiti genetski materijal u DNK bakterija koje upadaju i usmjeravaju bakterije da stvore više faga, čiji genomi tada sadrže mješavinu originalne bakterijske DNK i bakteriofagne DNA. Kad ti novi bakteriofagi napuste stanicu, mogu upasti u druge bakterije i prenijeti DNK dobiven od prethodnog domaćina u novu bakterijsku stanicu.