ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Федеральное государственное

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет Кафедра экотоксикологии и микробиологии Красноярск, 2008

С. В. Прудникова Микробиология с основами вирусологии Биологический факультет Направление «Биология» Специальность «Биология»

УДК 579 ББК 28. 4 П 85 Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Микробиология с основами вирусологии» подготовлен в рамках реализации в 2007 г. программы развития ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» на 2007– 2010 гг. по разделу «Модернизация образовательного процесса» . Рецензенты: Красноярский краевой фонд науки; Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дисциплин Прудникова, С. В. П 85 Микробиология с основами вирусологии. Презентационные материалы. Версия 1. 0 [Электронный ресурс] : наглядное пособие / С. В. Прудникова. – Электрон. дан. (115 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008. – (Микробиология с основами вирусологии : УМКД № 142 -2007 / рук. творч. коллектива Н. Д. Сорокин). – 1 электрон. опт. диск ( DVD ). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 115 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Microsoft Power. Point 2003 или выше. ISBN 978 -5 -7638 -1274 -9 (комплекса) ISBN 978 -5 -7638 -0926 -8 (пособия) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802766 от 23. 12. 2008 г. (комплекса) Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802765 от 23. 12. 2008 г. (пособия) Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Микробиология с основами вирусологии» , включающего учебную программу, конспект лекций, лабораторный практикум «Микробиология с основами вирусологии: методы микроэкологического исследования наземных, водных и воздушных экосистем» , методические указания по самостоятельной работе «Микробиология с основами вирусологии: методы микроэкологического исследования наземных, водных и воздушных экосистем» , контрольно -измерительные материалы «Микробиология с основами вирусологии. Банк тестовых заданий» . Представлена презентация (в виде слайдов) теоретического курса «Микробиология с основами вирусологии» . Предназначено для студентов направления подготовки бакалавров 020200. 62 «Биология» укрупненной группы 020000 «Естественные науки» . © Сибирский федеральный университет, 2008 Рекомендовано к изданию Инновационно-методическим управлением СФУ Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий электронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке мультимедийных электронных образовательных ресурсов при Кр. ЦНИТ Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм. Подп. к использованию 01. 09. 2008 Объем 115 Мб Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79

Оглавление Лекция № 1. История и развитие микробиологии Лекция № 2. Морфология микроорганизмов Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов Лекция № 4. Принципы классификации прокариотов Лекция № 5. Разнообразие мира прокариотов Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс Лекция № 7. Царство грибов Лекция № 8. Систематика грибов Лекция № 9. Основы вирусологии Лекция № 10. Классификация вирусов 4

Оглавление Лекция № 11. Питание и рост микроорганизмов Лекция № 12. Энергетические процессы у прокариотов Лекция № 13. Биосинтетические процессы у прокариотов Лекция № 14. Действие факторов внешней среды на рост микроорганизмов 5

Лекция № 1 История и развитие микробиологии

План лекции 1. Открытие микроорганизмов 2. Развитие представлений о природе процессов брожения и гниения 3. Научная деятельность Л. Пастера 4. Развитие микробиологии в XIX веке 5. Микробиология в XX веке 6. Направления микробиологии Лекция № 1. История и развитие микробиологии 7

Микробиология – наука о микроорганизмах Объекты изучения микробиологии Простейшие Одноклеточные водоросли Грибы Бактерии Вирусы Лекция № 1. История и развитие микробиологии 8

Открытие мира микроорганизмов связано с развитием оптической техники Галилео Галилей (G. Galilei, 1564– 1642) – создал в 1610 г. первый микроскоп. home. swipnet. se Лекция № 1. История и развитие микробиологии 9

Роберт Гук (R. Hooke, 1635– 1703) • Обнаружил правильное ячеистое строение древесной ткани, ввел термин «клетка» . • В 1665 г. изобразил клетки в книге «Микрография» . www. nndb. com Лекция № 1. История и развитие микробиологии 10

Антони ван Левенгук www. answers. com Antony van Leeuwenhoek, (1632– 1723) В 1676 г. впервые увидел бактерии в капле воды. Лекция № 1. История и развитие микробиологии 11

Изучение процессов брожения Ян Баптист ван Гельмонт (J. В. van Helmont, 1577– 1644) Голландский врач и алхимик, ввел термин "брожение" (fermentatio). www. life. uiuc. edu Лекция № 1. История и развитие микробиологии 12

Георг Эрнст Шталь (G. Е. Stahl, 1660– 1734) Немецкий врач и химик, считал что брожение – это химический процесс. www. britannica. com Лекция № 1. История и развитие микробиологии 13

Жорж-Луи Леклерк де Бюффон (G. L. L. Buffon, 1707– 1788) Французский натуралист, предположил о связи дрожжей с брожением. commons. wikimedia. org Лекция № 1. История и развитие микробиологии 14

Антуан Лоран Лавуазье (A. L. Lavoisier, 1743– 1794) Французский химик, писал о роли дрожжей в спиртовом брожении. web. sbu. edu Лекция № 1. История и развитие микробиологии 15

Ж. Б. Демазьер (J. В. Demazier, 1783– 1862) Французский химик, в 1827 г. описал строение дрожжей. Шарль Каньяр де Латур (Ch. Cagniard de Latour, 1777– 1859) Французский ученый естествоиспытатель, установил, что жизнедеятельность живых существ является причиной брожения. Лекция № 1. История и развитие микробиологии 16

Теодор Шванн (Th. Schwann, 1810– 1882) – немецкий ученый, изучал строение тканей и www. torinoscienza. it/ клеток. Теодор Шванн совместно с Фридрихом Кютцингом (F. Kuthzing, 1807– 1893) установил, что микроорганизмы участвуют в образовании уксуса из спирта. Лекция № 1. История и развитие микробиологии 17

Научная деятельность Луи Пастера (Louis Pasteur, 1822– 1895) • 1857 – «Брожения» . • 1860 – «Самопроизвольное зарождение» . • 1865 – «Болезни вина и пива» . • 1868 – «Болезни шелковичных червей» . • 1881 – «Зараза и вакцина» . • 1885 – «Предохранение от бешенства» . www. geocities. com Лекция № 1. История и развитие микробиологии 18

Развитие микробиологии в XIX веке med. javeriana. edu. co • Джозеф Листер (J. Lister, 1827– 1912) – английский хирург, впервые ввел в медицинскую практику методы предупреждения заражения ран. Лекция № 1. История и развитие микробиологии 19

Роберт Кох (R. Koch, 1843– 1910) – немецкий врач, микробиолог, один из основоположников медицинской микробиологии. Занимался изучением возбудителей инфекционных www. biologie. de заболеваний. Лекция № 1. История и развитие микробиологии 20

Научные достижения Р. Коха • Метод получения чистых культур микроорганизмов. • Методы окраски бактериальных препаратов. • 1877 г. – опубликовал работу о возбудителе сибирской язвы Bacillus anthracis. • 1882 г. – открыл возбудителя туберкулеза ( «палочка Коха» ). • 1883 г. – открыл возбудителя холеры Vibrio cholerae. • 1905 г. – Нобелевская премия за исследование туберкулеза. Лекция № 1. История и развитие микробиологии 21

Ценковский Лев Семенович (1822– 1887) – родоначальник русской микробиологии. • Открыл и описал большое число простейших. • Организовал одну из первых Пастеровских станций в России. • В 1883 г. предложил вакцину против сибирской язвы. bio. 1 september. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 22

Мечников Илья Ильич (1845– 1916) – основоположник медицинской микробиологии в России • 1883 г. – создал фагоцитарную теорию иммунитета. • в 1888 г. работал в институте Пастера. • 1909 г. – получил Нобелевскую премию за исследования по фагоцитозу (вместе molbiol. ru с Паулем Эрлихом). Лекция № 1. История и развитие микробиологии 23

Гамалея Николай Федорович (1859 – 1949), изучал возбудителей бешенства, туберкулеза, холеры, чумы, воспалительных процессов. molbiol. ru Заболотный Даниил Кириллович (1866– 1929), основоположник эпидемиологии. Изучал пути распространения чумы и холеры. molbiol. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 24

Виноградский Сергей Николаевич (1856– 1953), основатель экологической микробиологии. • Предложил создавать элективные условия для выделения микроорганизмов. • Открыл процесс фиксации азота. • 1893 г. – выделил из почвы анаэробный азотфиксатор Clostridium pasteurianum. • Открыл хемосинтез у бактерий. www. cultinfo. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 25

Бейеринк Мартинус Виллем (М. Beyerinck, 1851– 1931), голландский ботаник и микробиолог. • 1888 г. – исследовал www. profburgwijk. nl физиологию клубеньковых бактерий. • 1911 г. – обнаружил в почве аэробные бактерии – азотфиксаторы. • Изучал процессы денитрификации и сульфатредукции. Лекция № 1. История и развитие микробиологии 26

Омелянский Василий Леонидович (1867– 1928) • Проводил исследования в области экологии микроорганизмов. • В 1909 г. – написал первый русский учебник «Основы микробиологии» . www. ras. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 27

Открытие вирусов Ивановский Дмитрий Иосифович (1864– 1920) – русский физиолог растений и микробиолог, основоположник вирусологии. В 1892 г. обнаружил вирус табачной мозаики. www. cultinfo. ru В 1898 г. независимо вирус табачной мозаики был описан М. Бейеринком. Лекция № 1. История и развитие микробиологии 28

Микология – наука о грибах Де Бари Генрих Антон (Heinrich Anton De Bary, 1831– 1888) – немецкий ботаник, основоположник микологии. • Изучал жизненный цикл и процесс оплодотворения грибов. • Предложил систематику грибов. • Описал морфологию, эволюцию и биологию грибов, лишайников и миксомицетов. de. wikipedia. org Лекция № 1. История и развитие микробиологии 29

Воронин Михаил Степанович (1838– 1903), академик, основатель отечественной микологии и фитопатологии, ученик Де Бари. • Один из первооткрывателей азотфиксирующих клубеньковых бактерий. • Первым высказал мысль о симбиозе грибов с высшими растениями. • Открыл жизненные циклы многих фитопатогенов. library. petrsu. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 30

Ячевский Артурович (1863– 1932) • Русский ботаник, сотрудник Петербургского ботанического сада • В 1907 г. организовал и возглавил Бюро по микологии и фитопатологии. • В 1897 г. составил первый определитель грибов, в него вошли 1000 видов, описанных автором. user. rol. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 31

Достижения русских микробиологов в XX веке Надсон Георгий Адамович (1867– 1940), ботаник- микробиолог, первый директор института микробиологии (1934). Основоположник радиобиологии и радиационной микробиологии. Изучал геологическую деятельность микроорганизмов. www. ihst. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 32

Исаченко Борис Лаврентьевич (1871– 1948) – микробиолог и ботаник, академик АН СССР. Основоположник морской микробиологии. Изучал роль микроорганизмов в круговороте веществ в водоемах. www. ras. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 33

Имшенецкий Александрович (1904– 1992) Академик, возглавлял ИНМИ в 1949– 1984 гг. • Труды по морфологии, экологической физиологии микроорганизмов, их роли в круговороте веществ в природе. • Автор работ по космической биологии. • 1955 г. – присуждена медаль Л. Пастера. www. ras. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 34

Красильников Николай Александрович (1896– 1973) • Крупнейший специалист по систематике микроорганизмов. • Создатель первого отечественного определителя бактерий. www. ras. ru • Изучал процессы микробного антагонизма и симбиоза с растениями. Лекция № 1. История и развитие микробиологии 35

Мишустин Евгений Николаевич (1901– 1991) Исследовал роль почвенных микроорганизмов в процессах: • самоочищения почвы; • фиксации азота; • повышения биологической продуктивности земледелия. www. ras. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 36

Открытие пенициллина recherche-technologie. wallonie. be www. adb. online. anu. edu. au historiadelamedicina. org Александр Хоуард Флори Эрнст Чейн Флеминг (Howard Walter (Ernst Boris (A. Fleming, Florey, 1898– Chain, 1906– 1881– 1955) 1968) 1979) Лекция № 1. История и развитие микробиологии 37

Ермольева Зинаида Виссарионовна (1898– 1974) – микробиолог, академик АМН. • Изучение возбудителей холеры и методов борьбы с ними. • Получение первых образцов отечественных антибиотиков: пенициллина (1942), стрептомицина (1947), тетрациклина и др. • Получение интерферона. molbiol. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 38

Шапошников Владимир Николаевич (1884– 1968), академик, основатель технической микробиологии. • Внес крупный вклад в изучение физиологии микроорганизмов. • Открыл двухфазность процессов брожения. • Заложил основы промышленного производства молочной кислоты, ацетона, уксуса и др. www. ras. ru Лекция № 1. История и развитие микробиологии 39

Костычев Сергей Павлович (1877– 1931) www. ras. ru Буткевич Владимир Степанович (1872– 1942) www. ras. ru Разработали технологию промышленного получения лимонной кислоты с помощью гриба Aspergillus niger. Лекция № 1. История и развитие микробиологии 40

Отрасли микробиологии • Общая микробиология. • Водная микробиология. • Почвенная микробиология. • Медицинская, ветеринарная микробиология: вирусология; иммунология; санитарная микробиология. • Сельскохозяйственная микробиология. • Космическая микробиология. • Геологическая микробиология. • Генетика микроорганизмов. • Промышленная микробиология (биотехнология). Лекция № 1. История и развитие микробиологии 41

Лекция № 2 Морфология микроорганизмов

План лекции 1. Размеры микроорганизмов 2. Морфология клеток 3. Морфологическая дифференцировка 4. Покоящиеся формы Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 43

Размеры микроорганизмов Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 44

Морфология клеток Микроорганизмы по форме клеток делятся на несколько групп: – сферические; – цилиндрические; – спиральные; – необычной формы; – нитчатые. Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 45

Основные формы бактерий (Вершигора и др. , 1988) Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 46

Морфологическая дифференцировка Направлена на повышение выживаемости видов. Функции специализированных клеток: • обеспечивают переживание вида в неблагоприятных условиях; • участвуют в размножении; • осуществляют фиксацию молекулярного азота из атмосферы. Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 47

Морфологически дифференцированные клетки бактерий Специализиро- Представители, у которых они ванные клетки обнаружены Эндоспоры Bacillus, Clostridium, некоторые актиномицеты Экзоспоры Rhodomicrobium, многие актиномицеты Цисты Миксобактерии, скользящие бактерии, Azotobacter Бактероиды Клубеньковые бактерии Гетероцисты; Цианобактерии акинеты; баеоциты; гормогонии Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 48

Условия, способствующие образованию покоящихся клеток • Наличие или отсутствие определенных питательных веществ (метаболитов) в среде; • температура; • кислотность среды; • условия аэрирования; • специфические вещества – индукторы спорообразования. Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 49

Покоящиеся клетки: эндоспоры • Образование эндоспор происходит только в мире прокариот. • Все спорообразующие бактерии – грамположительные. • Эндоспоры формируются внутри материнской клетки. Clostridium molbiol. ru Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 50

Эндоспоры обладают специфическими структурами: – внутренняя мембрана; – кортекс; – наружная мембрана; – многослойные белковые покровы; – экзоспориум. Bacillus wwwuser. gwdg. de Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 51

Формирование эндоспоры (Гусев, Минеева, 2001) 1 – нуклеоид; 2 – цитоплазма; 3 – ЦПМ; 4 – клеточная стенка; 5 – споровая перегородка; 6 – наружная мембрана; 7 – внутренняя мембрана; 8 – кортекс; 9 – покровы Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 52

Отличия спор от вегетативных клеток 1. Белки эндоспор богаты цистеином и гидрофобными аминокислотами. 2. Содержание ДНК и РНК в споре ниже, чем в вегетативной клетке. 3. Споры накапливают дипиколиновую кислоту и ионы кальция. 4. Содержат повышенное количество катионов Mg 2+, Mn 2+, K+. 5. Устойчивы к неблагоприятным факторам среды, летальным для вегетативных клеток. Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 53

Факторы, обеспечивающие устойчивость эндоспор • Дегидратация цитоплазмы. • Термостойкость ферментов. • Наличие дипиколиновой кислоты. • Большое количество катионов (Ca 2+, Mg 2+, Mn 2+, K+). • Особые поверхностные структуры (мембраны, кортекс, покровы). Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 54

Покоящиеся клетки: экзоспоры www 0. nih. go. jp Формируются у актиномицетов путем деления гифы на участки. Streptomyces • У экзоспор отсутствуют дипиколиновая кислота и поверхностные структуры (кортекс, экзоспориум). • Стенка многослойная, значительно толще, чем у вегетативной клетки. Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 55

Покоящиеся клетки: цисты Отличия цист азотобактера от вегетативных клеток: • сферическая форма клетки; • отсутствуют жгутики; • накапливается поли- - commtechlab. msu. edu оксимасляная кислота; • синтезируются Azotobacter дополнительные клеточные покровы. Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 56

Клетки, участвующие в фиксации азота www. rdg. ac. uk www. ibvf. cartuja. csic. es • Бактероиды в • Гетероцисты клубеньках бобовых цианобактерий растений Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 57

Клетки, участвующие в размножении Гормогонии, баеоциты – www. ibvf. cartuja. csic. es образуются у цианобактерий. Баеоциты – мелкие клетки, образуются в результате множественного деления. Dermocapsa Лекция № 2. Морфология микроорганизмов 58

Лекция № 3 Строение и химический состав прокариотов

План лекции 1. Общее строение прокариотической клетки 2. Поверхностные структуры клетки 3. Мембранные структуры клетки 4. Цитоплазма и ее содержимое 5. Клеточные включения 6. Генетический аппарат Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 60

Микроорганизмы Эукариоты Простейшие Бактерии Грибы Водоросли Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 61

Сопоставление прокариотной и эукариотной клеточной организации (по Гусеву, Минеевой, 2001) Признак Прокариоты Эукариоты • нуклеоид; • ядро; Организация • ДНК не отделена • ДНК отделена генетичес- от цитоплазмы; от цитоплазмы; кого материала • хромосома одна • больше одной кольцевая хромосомы Митоз и – + мейоз ДНК В нуклеоиде и В ядре и органеллах плазмидах Органеллы – + Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 62

Сопоставление прокариотной и эукариотной клеточной организации (по Гусеву, Минеевой, 2001) Признак Прокариоты Эукариоты Рибосомы 70 S 80 S Пептидо- + или – – гликан Строение Белковые Набор микротрубочек жгутиков субъединицы (2 × 9 + 2) Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 63

Строение бактериальной клетки (по Schlegel, 1972) 1 – гранулы поли-β- оксибутирата; 2 – жировые капельки; 3 – включения серы; 4 – трубчатые тилакоиды; 5 – пластинчатые тилакоиды; 6 – хлоросомы; 7 – хроматофоры; 8 – нуклеоид; 9 – рибосомы; 10 – цитоплазма; 11 – базальное тельце; 12 – жгутики; 13 – капсула; 14 – клеточная стенка; 15 – ЦПМ; 16 – мезосома; 17 – газовые вакуоли; 18 – ламеллярные структуры; 19 – гранулы полисахарида; 20 – гранулы полифосфата; 21 – карбоксисомы Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 64

Поверхностные структуры клетки • Клеточная стенка – важный структурный элемент прокариотов. • Химический состав и строение клеточной стенки постоянны для определенного вида и являются важным диагностическим признаком. • По строению клеточной стенки прокариоты подразделяются: – на грамположительные; – грамотрицательные. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 65

Окраска по Граму (Ch. Gram, 1884) Окраска генцианвиолетом Окраска йодом Образование окрашенного комплекса Обработка спиртом Грамположительные – Грамотрицательные – фиолетовые обесцвечиваются Окраска фуксином Окраска фуксином Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 66

Структура пептидогликана 1, 2 – полимеризация гликанового остова молекулы; 3 – присоединение тейхоевой кислоты; 4, 5 – связывание между цепями с помощью пептидных мостиков; 6 – связывание с липопротеином наружной мембраны; 7 – место действия лизоцима Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 67

Клеточная стенка грамположительных бактерий www. unb. br Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 68

Тейхоевые кислоты – обнаружены у грамположительных бактерий. Функции: • являются антигенами; • определяют поверхностный заряд клетки; • рецепторы для фагов. Структура глицеринтейхоевой кислоты Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 69

Клеточная стенка грамотрицательных бактерий www. unb. br Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 70

Липополисахариды – обнаружены у грамотрицательных бактерий. www. unb. br Содержат три участка: липид А, сердцевинную часть и О-специфическую полисахаридную цепь. Являются антигенами бактерий. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 71

Необычные клеточные стенки прокариот • Скользящие бактерии – клеточная стенка эластичная, позволяет менять форму клеток при движении. • Архебактерии – клеточные стенки могут содержать: – псевдомуреин; – кислый гетерополисахарид; – только белок (не окрашиваются по Граму). Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 72

Прокариоты без клеточной стенки Протопласты Сферопласты L-формы бактерий Протопласты – бактерии, лишенные клеточной стенки. Свойства протопластов: • всегда приобретают сферическую форму; • могут расти; • не способны ресинтезировать клеточную стенку; • редко делятся; • не адсорбируют фаги. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 73

Сферопласты – бактерии, частично лишенные клеточной стенки. Отличия сферопластов от протопластов: • адсорбируют фаги; • могут размножаться; • реверсируют в исходную форму. Общие свойства: • большие размеры; • отсутствие мезосом; • чувствительность к осмотическим условиям. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 74

L-формы бактерий – полностью или частично лишены пептидогликана. Образуются при антибиотикотерапии. Стадии образования L-форм Колонии L-форм у Bacillus subtilis бактерий (яичница) Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 75

Свойства L-форм бактерий: • нарушается функция размножения; • сохраняется функции роста; • способны к делению и слиянию их элементов; • медленно растут в виде характерных колоний (яичница); • L-формы болезнетворных бактерий патогенны; • способны продуцировать токсины. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 76

Функции клеточной стенки Пептидогликан: • Поддержание внешней формы клетки. • Защита от воздействий окружающей среды. • Защита от внутреннего осмотического давления. Наружная мембрана: • Транспорт веществ и ионов, необходимых клетке. • Препятствует проникновению в клетку токсических веществ и антибиотиков. Периплазматическое пространство: • Содержит транспортные белки и гидролитические ферменты. Липополисахариды и другие макромолекулы: • Специфические рецепторы и антигены. • Обеспечивают межклеточные взаимодействия. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 77

• Капсулы – аморфные слизистые образования. Состоят из полисахаридов. Сохраняют связь с клеточной стенкой. • Слизистые слои – легко отделяются от поверхности клетки. Бактерии рода Thiocapsa vietsciences. free. fr microbewiki. kenyon. edu Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 78

• Чехлы – имеют тонкую структуру, часто многослойные. instruct 1. cit. cornell. edu Бактерии рода Leptothrix Чехлы могут быть инкрустированы окислами металлов. microbewiki. kenyon. edu Бактерии рода Sphaerotilus Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 79

Функции капсул и чехлов • защита от механических повреждений и высыхания; • дополнительный осмотический барьер; • препятствие для проникновения фагов; • источник запасных питательных веществ; • связь между соседними клетками; • прикрепление клеток к различным поверхностям. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 80

Жгутики и механизмы движения Размеры: Расположение: • толщина 10– 20 нм, 1 – полярное; • длина 3– 15 мкм. 2 – латеральное. Количество: 1 – монополярный монотрих; 3 – монополярный политрих (лофотрих); 4 – биполярный политрих (амфитрих); 5 – перирих. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 81

Escherichia 100. empas. com guvercin. blogcuzade. com Аquaspirillum Spirillum microbewiki. kenyon. edu Helicobacter microbewiki. kenyon. edu Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 82

Строение жгутика грамотрицательных бактерий (по Гусеву, Минеевой, 2001) 1 – стержень; Б А 2 – M-кольцо; 3 – S-кольцо; В 4 – P-кольцо; 5 – L-кольцо; 6 – ЦПМ; 7 – периплазматическое пространство; 8 – пептидогликан; 9 – наружная мембрана А – нить; Б – крюк; В – базальное тело Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 83

Особенности движения спирохет (по Гусеву, Минеевой, 2001) Клетка спирохеты в продольном (А) и А поперечном (Б) разрезе Б 1 – протоплазматический цилиндр; 2 – наружный чехол; 3 – аксиальные фибриллы; 4 – места прикрепления аксиальных фибрилл; 5 – пептидогликановый слой; 6 – ЦПМ Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 84

www. portalesmedicos. com Морфология спирохет Leptospira sp. molbiol. ru Строение спирохет: Treponema sp. в поперечном разрезе Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 85

Таксис – направленное перемещение бактерий. Хемотаксис – движение относительно источника химического вещества. Химические вещества Инертные Эффекторы Аттрактанты Репелленты Сахара Спирты Аминокислоты Фенолы Витамины Неорганические ионы Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 86

• Аэротаксис – движение относительно концентрации кислорода. • Фототаксис – движение к свету или от него. • Магнитотаксис – способность перемещаться по силовым линиям магнитного поля. • Термотаксис – движение относительно источника тепла. • Вискозитаксис – способность реагировать на изменение вязкости раствора. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 87

Ворсинки (фимбрии, пили) – поверхностные структуры клетки. • Состоят из белка – пилина. • Диаметр – 5– 10 нм, длина – 0, 2– 2, 0 мкм. • Расположение – перитрихиальное или полярное. Функции: • придают свойство гидрофобности; • обеспечивают прикрепление к поверхностям; • участвуют в транспорте метаболитов; • способствуют проникновению вирусов в клетку; • участвуют в конъюгации бактерий (F-пили). Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 88

Процесс конъюгации бактерий • F-пили необходимы клетке-донору для обеспечения контакта между ней и реципиентом. • По конъюгационному тоннелю происходит передача ДНК. molbiol. ru Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 89

Цитоплазматическая мембрана ЦПМ – обязательный структурный элемент любой клетки. На долю ЦПМ приходится 8– 15 % сухого вещества клеток. • По химическому составу ЦПМ – белково- липидный комплекс: – белки – от 50 до 75 %, – липиды – от 15 до 45 %. – углеводы – около 5 % Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 90

Модель строения элементарной биологической мембраны (по Гусеву, Минеевой, 2001) Молекулы липидов: 1 – гидрофильная "голова"; Молекулы белков: 2 – гидрофобный 3 – периферическая; "хвост"; 4 – интегральная; 5 – поверхностная Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 91

Функции ЦПМ прокариот • Барьерная; • ферментная; • энергетическая; • участие в репликации; • интегрирующая роль в организме; • транспортная. Типы транспортных систем: – пассивная диффузия; – облегченная диффузия; – активный транспорт; – перенос химически модифицированных молекул. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 92

Внутрицитоплазматические мембраны Мезосомы – локальные впячивания ЦПМ: – ламеллярные; – везикулярные; – тубулярные. Methylomonas template. bio. warwick. ac. uk Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 93

Фотосинтетические мембраны – место локализации фотосинтетического аппарата. – Тилакоиды. – Хроматофоры. – Хлоросомы. – Фикобилисомы. www. emc. maricopa. edu Prochloron Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 94

• Карбоксисомы – содержат фермент фиксации СО 2 – рибулозодифосфаткарбоксилазу. • Газовые вакуоли (аэросомы) – являются регуляторами плавучести бактерий. • Магнитосомы – частицы Fe 3 O 4, окруженные мембраной. www. uni-marburg. de Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 95

Цитоплазма и ее содержимое • Цитозоль – фракция цитоплазмы, имеющая гомогенную консистенцию. Цитозоль содержит: – набор растворимых РНК; – ферментные белки; – продукты и субстраты метаболизма. • Структурные элементы: – внутрицитоплазматические мембраны; – генетический аппарат; – рибосомы; – включения. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 96

Рибосомы – рибонуклеопротеиновые частицы. Размер – 15– 20 нм. • Количество – от 5000 до 90 000. • Функция – синтез белка. • Полирибосомы (полисомы) – состоят из рибосом, и-РНК, т-РНК. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 97

Запасные вещества прокариот • полисахариды; • углеводородные гранулы; • липиды; • поли- -оксимасляная кислота; • полифосфаты; • сера; • карбонат кальция (известковые тельца); • кристаллоподобные (параспоральные тельца). Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 98

Генетический аппарат прокариот ДНК прокариот – «нуклеоид» или «бактериальная хромосома» molbiol. ru 0, 2µm molbiol. ru • Длина молекулы – 1 мм и более. • Диаметр нитей ДНК – около 2 нм. • Молекулярная масса – 1– 3 × 109 Да. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 99

Генетический аппарат прокариот • Каждая прокариотная клетка содержит, как правило, 1 хромосому. • При действии на клетку определенных факторов происходит образование множества копий хромосомы. • Нейтрализация зарядов осуществляется взаимодействием ДНК с полиаминами и ионами Mg 2+. • Содержание пар оснований А+Т и Г+Ц является постоянным для вида. Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов 100