ПРОКАРИОТЫ КЛЕТОЧНАЯ 1590 братья Янсон

ПРОКАРИОТЫ

КЛЕТОЧНАЯ • 1590 – братья Янсон – микроскоп (2 линзы)ТЕОРИЯ • 1665 – Р. Гук – термин «клетка» 1. Клетка – элементарная живая система, • 1674 – Левингук – движение микроорганизмов состоящая из цитоплазмы, наследственного материала и окруженная • 1833 – Р. Броун – ядро мембраной, • 1838 -1839 – Шлейден (бот. ) и Шванн (физиолог и цитолог) - клеточная теория: клетка – общ. структурная единица растений и животных способная к самообновлению, самовоспроизведению, саморегуляции, • 1858 – Р. Вирхов – преемственность клеток путем деления росту и развитию. 2. В клетке осуществляются обмен веществ и энергии, обратимые физиологические реакции (дыхание, газообмен и др. ), необратимые физиологические процессы (рост и развитие). 3. Новые клетки возникают путем деления ранее существующих. 4. Клеточная организация возникла на заре жизни и прошла путь эволюции от прокариотической до эукариотической, от 1 -клеточных организмов до многоклеточных. 5. Клетка может быть самостоятельным организмом (бактерии, 1 -клеточные водоросли, грибы, животные). Все многоклеточные организмы имеют клеточное строение.

Ц. архебактерии (древние) Надцарство прокариоты (доядерные) • нет оформленного ядра • нет компартментализации (нет мембранных органелл) Ц. эубактерии (настоящие) Классификация бактерий Ц. оксифотобактерии (цианобактерии, хлороксибактерии) Переходные ступени между бактериями и вирусами • внутриклеточный облигатный паразит • с клеточной стенкой риккеттсия (в. ) • способные к внеклеточной репликаци • без клеточной стенки микоплазма (б. )

Архебактерии Физиологические особенности • Термоустойчивость • Соленоустойчивость • Аэробы и анаэробы • Хемогетеротрофы, • Хемоавтотрофы • (СН 4 -образующие), • Фотоавтотрофы Эубактерии Оксифотобактерии • Аэробы и анаэробы • Хемогетеротрофы, • Хемоавтотрофы, • Фотоавтотрофы • нек. способны к азотфиксации • Аэробы • Фотоавтотрофы • смеш. питание • Азотфиксация • водная среда • 1 -ночные клетки • Колонии (галобактерии) Жизненная 1 -ночные клетки форма Клеточная стенка псевдомуреин Муреин + целлюлоза Перемеще- Скольжение • Скольжение • Жгутики • Выбрасывая слизь Газовые вакуоли (парение в толще воды) Размножение • Бесполое (деление) • Половой процесс (рекомбинац. ) Бесполое (деление)

Структуры эубактерии 1 -10 мкм ПАК Слизистая капсула (слой) Клеточная стенка ЦПМ мезосомы хлоросомы аэросомы N 2 -фиксирующие пузырьки пили цитоплазма цитозоль Генетический материал Нуклеоид Плазмиды Рибосомы 70 S жгутики

Слизистая капсула / слизистый слой • полисахариды • белки Функции: • формирование колоний • защитная (от контакта с макрофагами) • прикрепление к субстрату

Клеточная стенка / Клеточная оболочка Лизоцим – фермент, разрушающий МУРЕИН клеточной стенки – бактерицидное действие • пептидогликан МУРЕИН • гликолипиды, липопротеины, орг. кислоты Функции: • формообразующая • защитная (от осмотического набухания и разрыва в гипотонической среде) • избирательная проницаемость (через поры не проходят крупные белки и нукл. к-ты) • антигенные свойства

КС КС

Эубактерии по строению клеточной стенки Грамположительные Грамотрицательные Толщина КС 15 -18 нм 2 -15 нм Муреиновый слой 60 -90% сух. массы КС МНОГОСЛОЙНЫЙ (до 40 слоев) менее 10% сух. массы КС однослойный (двуслойный) Наружный гликолипидный ___ генциановый фиолетовый, слой KJ, промывание этанолом, Чувствитель- фуксин Высокая ность к антибиотикам Окрашивание по Граму СИНЕЕ-ФИОЛЕТОВОЕ (поры этанолом сужаются, задерживают краску) + (эндотоксины) Защита от лизоцима Низкая (устойчивы к антибиоикам) КРАСНОЕ (поры этанолом расширяются, вымывание краски, окраска фуксином)

Грам + Грам - Пепдидогликан МУРЕИН Периплазматическое пространство – с гидролазами и тарнспортными белками Липополисахариды

Кишечная палочка (Грам - )

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) • двойной слой фосфолипидов • белки, углеводы Функции: • транспортная (нет цитозов) • регуляторная • защитная и др. 1. 2. 3. Мозаичная модель строения ЦПМ: 1. Полярная головка липида. 2. Гидрофобные хвосты липида. 3. Белок.

Производные ЦПМ Специфические образования ЦПМ Строение Функции Присущи бактериям: МЕЗОСОМЫ Складчатые впячивания ЦПМ с ε окисления и фосфорилирования • Окисление • Окислительное фосфорилирование • Деление амитозом Все ХЛОРОСОМЫ ( у цианей – тилакоидные впячивания) Мешковидные, • серные зеленые • Фотосинтез • серные пурпурные трубчатые, • фотофосфорилиро- пластинчатые • цианобактерии = цианеи = вание сине-зеленые водоросли впячивания ЦПМ с пигментами и ε фотосинтеза АЭРОСОМЫ Газовые ваколи N 2 фиксирующие пузырьки • все фотосинтезирующие Вакуоли с ε Фиксация • кластридии нитрогеназным • клубеньковые бактерии атмосферного азота комплексом • Депо воздуха • Парение в воде Фотоавтотрофные Аэробы Азотфиксирующие бактерии

Бактерии. Клетка молочнокислой бактерии: а — производные ЦПМ (мезосомы); б — клеточная стенка; в — цитоплазматическая мембрана. 7 8 3 5 3, 5, 7, 8 – производные ЦПМ

Цитозоль • сложная коллоидная система (ферменты, метаболиты, ионы) • отсутствуют: • мембранные органеллы (нет комартментализации) • цитоскелет • циклоз • включения запасных питательных веществ: • волютин (полифосфат) • крахмал (у фототрофов) • гликоген )у хемотрофов) • липидные капли

Генетический материал 1 бактериальная хромосома = нуклеод = генофор • 1 2 -х цепочечная кольцевая (замкнутая) молекула ДНК • компактизация ДНК с неб. количеством НЕгистоновых белков • нет ядерных мембран (нет ядра) • после репликации, при делении прикрепляются к мезосомам для разделения 2 -х дочерних молекул Плазмиды F-фактор R-фактор • небольшие 2 -х цепочечные молекулы ДНК • легко передаются при половом процессе (конъюгации) • записана информация о особых свойствах: устойчивости к антибиотикам, дезинфицирующим веществам, способность усваивать углеводы, о синтезе белка F-пиля (пиллина)

нуклеоид плазмида

Рибосомы • р. РНК + белки • безмембранная органелла • 2 субъединицы – малая и большая • 70 S = 30 S + 50 S S – единица константы седиментации (единица Сведберга) – отношения скорости седиментации к центробежному ускорению. Зависит от М и формы макромолекулы. Функция – биосинтез белка (трансляция) У прокариот транскрипция и трансляция протекают одновременно в цитоплпзме. 25% рибосом у бактерий связаны с ЦПМ (синтез белков ЦПМ, экскретируемых белков, например, гидролаз, которые транспортируются из мембраны в клеточную стенку (у Гр- в периплазматическое пространство) , где обеспечивают у некоторых бактерий внеклеточное пищеварение)

Рибосома состоит из двух субчастиц — большой (справа) и малой (слева). Обе они состоят из длинных цепочек РНК (зеленые) и белков (красные). В

ПИЛИ = фимбрии Тонкие и короткие выросты (из белка фимбрина) до 10 000 Функции: • прикрепление бактериальных клеток друг к другу или к поверхности F-пиль (половой) (из белки пилина) 1 -2 Функции: • обеспечение полового процесса (конъюгации) Палочковидная бактерия с фимбриями. Увел. X 15 000

Половые пили ДНК в осн. плазмид

Жгутики • Полые микротрубочки из белка ФЛАГЕЛИНА • d = 10 -20 нм • без WGV Функции: • движение (основание – вращается) Хеликобактер Пилори

8 Схема строения клеток эубактерий (А) и цианобактерий (Б): 1 - клеточная облолочка, 2 - хромосома, 3 - цитоплазма, 4 - плазматическая мембрана, 5 - рибосома, 6 - запасные вещества, 7 – жгутики, 8 –тилакоидные впячивания.

Основные структуры бактериальной клетки - в верхней части рисунка, дополнительные, мембранные структуры, имеющиеся у фототрофных и нефототрофных бактерий - в средней части, а включения запасных веществ - в нижней части. 1 - гранулы поли-Воксимасляной кислоты, 2 - жировые капли, 3 - включения серы, 4, 5, 16 - хлоросомы, 6 – др. выросты цитоплазматической мембраны, ), 8 - нуклеоид, 9 - рибосомы, 10 - цитоплазма, 11 - слизистая капсула, 12 - жгутики, 13 - клеточная оболочка, 14 - мезосома, 15 - газовые вакуоли, 17 - гранулы полисахаридов, 18 - гранулы полифосфатов, 19 - цитоплазматическая мембрана, 20 - базальное тельце.

Размножение бактерий Бесполое • бинарное деление • возм. почкование Репликация ДНК Разделение 2 доч. ДНК мезосомами Половой процесс конъюгация трансдукция трансформация Перетяжка Обмен генетическим материалом (генетическая рекомбинация) 1 -направленный перенос ДНК Без увеличения числа клеток

Конъюгация Трансформация Трансдукция Соединение клеток с пом. F-пиля, через который передается ДНК ( в осн. плазмиды, но возможно и нуклеоида) Передача ДНК из одной (напр. убитой) бактериальной клетки в другую. Передача фрагмента ДНК из одной бактериальной клетки в другую с помощью умеренных бактериофагов

Конъюгация только у эубактерий F-пиль 1– раскручивающаяся и одновременно реплицирующаяся ДНК плазмиды 2 -1 цепь ДНК проникает в клетку-реципиента через F- пиль 3 – 1 цепь ДНК с синтезирующейся второй цепью

Трансформация Схема эксперимента Гриффита: а — мышь, которой введена культура патогенного капсулированного штамма S пневмококов, погибает; б — мышь, которой введена культура непатогенного бескапсульного R—мутанта нормального S—штамма, не погибает; в — мышь, которой введена культура S—штамма, убитого предварительно нагреванием, не погибает; г — мышь, которой введена смесь живой культуры R—мутанта и убитой нагреванием культуры нормального S—штамма, погибает; в этом случае присутствие убитых нагреванием S—бактерий вызвало трансформацию живых R—бактерий, в результате чего у них восстановилась способность к образованию капсулы и

Кокки Палочки Спиралевидные Вибрионы

Vibrio choler - возбудитель холеры. Treponema pallidum возбудитель сифилиса

Азотфиксация Фотосинтез Симбионты и комменсалы Плодородие почв (редуценты и детергенты) Возбудители болезней Очистка сточных вод Значение бактерий Порча продуктов Брожжение Продуценты антибиотиков Объекты биотехнологии Биологическая борьба

Бактериальные инфекции: • туберкулез (палочка) • дифтерия (палочка) • коклюш (палочка) • столбняк (палочка) • брюшной тиф (палочка) • сальмонелез (палочка) • пневмония (кокки) • фурункулез (кокки) • ангина, скарлатина (кокки) • сифилис (спирилла) • холера (вибрион)