1. Анаэробное дыхание. Аноксигенная фототрофия прокариот
 Скачать 275.4 Kb.
|
|
Трансдукция —передача ДНК от бактерии-донора к бактерии-реципиенту при участиибактериофага. Различают неспецифическую (общую) трансдукцию, при которой возможен перенос любого фрагмента ДНК донора, и специфическую — перенос определенного фрагмента ДНК донора только в определенные участки ДНК реципиента. Неспецифическая трансдукция обусловлена включением ДНК донора в головку фага дополнительно к геному фага или вместо генома фага (дефектные фаги). Специфическая трансдукция обусловлена замещением некоторых генов фага генами хромосомы клетки-донора. Фаговая ДНК, несущая фрагменты хромосомы клетки-донора, включается в строго определенные участки хромосомы клетки-реципиента. Таким образом, привносятся новые гены и ДНК фага в виде профага репродуцируется вместе с хромосомой, т.е. этот процесс сопровождается лизогенией. Если фрагмент ДНК, переносимый фагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента и не реплицируется, но с него считывается информация о синтезе соответствующего продукта, такая трансдукция называется абортивной. Трансформация заключается в том,что ДНК,выделенная из бактерий в свободнойрастворимой форме, передается бактерии-реципиенту. При трансформации рекомбинация происходит, если ДНК бактерий родственны друг другу. В этом случае возможен обмен гомологичных участков собственной и проникшей извне ДНК. Впервые явление трансформации описал Ф. Гриффите (1928). Он вводил мышам живой невирулентный бескапсульный R-штамм пневмококка и одновременно убитый вирулентный капсульный S-штамм пневмококка. Из крови погибших мышей был выделен вирулентный пневмококк, имеющий капсулу убитого S-штамма пневмококка. Таким образом, убитый S-штамм пневмококка передал наследственную способность капсулообразования R-штамму пневмококка. О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти (1944) доказали, что трансформирующим агентом в этом случае является ДНК. Путем трансформации могут быть перенесены различные признаки: капсулообразование, устойчивость к антибиотикам, синтез ферментов. Изучение механизмов передачи генов у бактерий и участия в этом процессе внехромосомных элементов открыло возможность включения чужеродной ДНК в бактериальные клетки. Генетические манипуляции позволяют вносить не большие отрезки носителей генетической информации высших организмов, например человека, в бактерию и заставлять ее синтезировать соответствующие белки. Вполне осуществимо производство гормонов, антигенов, антител и других белков с помощью бактерий. Делаются также попытки передать растениям способность к азотфиксации и лечить болезни, связанные с биохимическими дефектами 12. Двигательный аппарат и движение спирохет. Спирохеты (фила BXVII Spirochaetes), грам (-) – возбудители инфекционных заболеваний. Им приходится двигаться в вязкой среде. Бакт. с внешними жгутиками там двигаться не смогут. Их клетка – извитой протоплазматический цилиндр (ППЦ), состоящий из цитоплазматического содержимого, покрытого ЦПМ и пептидогликановым слоем. Сверху покрыта наружной трехслойной структурой - наружным чехлом (НЧ) (по типу наружной мембраны грам(-) кл. стенки). Между ППЦ и НЧ, в периплазматическом пространстве – пучок аксиальных фибрилл (АФ, периплазматических жгутиков) (2-100 штук). Один конец каждой АФ прикреплен вблизи полюса ППЦ (субтерминально), другой— свободный. Клетка содержит по два набора фибрилл, прикрепленных субполярно у каждого клеточного конца. В центральной части клетки они перекрываются. АФ по строению как жгутик прокариот, но внутриклеточная структура. Тоже сост. из флагеллина - белка FlaB. Снаружи покрыты чехлом из белка FlaA. АФ обеспечивают движение спирохет в жидкой среде и по твердому субстрату. Движение спирохет осуществляется за счет вращения фибрилл. Так же как у жгутиковых бактерий, у спирохет движение обеспечивается энергией в форме ΔµH+. Спирохеты совершают движения трех типов: 1. вращательное - быстро вращаются вокруг длинной оси спирали, 2. сгибательное - способны к изгибанию клеток, 3. поступательное - осуществляют передвижение по винтовому или волнообразному пути. 13. Домен Archaeae. Характеристика. Сходство и различие архей с эукариями и бактериями. Архе и—домен живых организмов(по трѐхдоменной системе Карла Вѐзе наряду с бактериями и эукариотами). Археи представляют собой одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл. Ранее археи объединяли с бактериями в общую группу, называемую прокариоты, и они назывались архебактерии, однако сейчас такая классификация считается устаревшей: установлено, что археи имеют свою независимую эволюционную историю и характеризуются многими биохимическими особенностями, отличающими их от других форм жизни. В настоящее время археи подразделяют на 5 типов. Из этих групп наиболее изученными являются кренархеоты. Археи и бактерии очень похожи по размеру и форме клеток, хотя некоторые археи имеют довольно необычную форму, например, клетки Haloquadratum walsbyi плоские и квадратные. Несмотря на внешнее сходство с бактериями, некоторые гены и метаболические пути архей сближают их с эукариотами (в частности ферменты, катализирующие процессы транскрипции и трансляции. Большая часть архей — хемоавтотрофы Размножение у архей бесполое: бинарное деление, фрагментация и почкование. В отличие от бактерий и эукариот, ни один известный вид архей не формирует спор. Особенности Архей: 1 особое строение клет. Стенок.белковый с-слой Псевдомуреин, гетерополисахарид. 2 Отличия р,т РНК, рибрсом и др. компонентов системы синтеза белка. 3 Особое строение ЦПМ и 4 особые биохомические процессы: метаногенез.5 экстремофилия-способность выживать. 6 не обнаружено паразитов. Археи и бактерии: нет оформленного ядра и мембарнных органелл, кольцевая хромосома, гены объединены в опероны, нет интронов и процессинга РНК, полицестронная РНК, размер клеток в 100 раз меньше эукариот. Археи и эукариоты: нет пептидогликана (муреина, ДНК связана с гистонами, схожие РНК полимераза, промотеры и др компоненты, схожая репликация и репарация, схожая АТФ фаза. Археи: клеточная стенка (псевдомуреин), есть липиды в клеточной стенке, содержащие простую эфирную связь, структура флагелинов, структура рибосом, структура тРНК, нет синтеза жирных кислот. 14.Жгутики бактерий. Число и расположение жгутиков. Макроорганизация бактериальных жгутиков. Движение бактерий при помощи жгутиков (плавание, по типу роения, движение спирохет). Жгутики-принадлежит к поверхн.стр-рам прокариот,опр-ютспособность бакт. к движению - плаванию в жидкой среде. Расположение жгутиков: у полюсов клетки – полярное; в полярной области клетки – субполярное; вдоль боковой поверхности – латеральное.
Полюсеклетки.Helicobacterpylori. 3. Амфитрих.3,1 Биполярное монотрихиальное 3.2. Биполярное политрихиальное (Spirillum serpens) - на каждом полюсе — по пучку жгутиков;
Число, размеры, расположение жгутиков – таксономический признак. Но есть данные, что количество и расположение жгутиков у одного и того же вида могут определяться условиями культивирования и стадией жизненного цикла. Это снижает таксономическое значение данного признака. Подавляющее большинство наделѐнных жгутиком бактерий имеют палочковидную форм Плавание. Жгутиковая нить спирализована против час. стрелки, жгутик вращается против часовой стрелки, а бакт. движется по часовой стрелке. Бактерия как бы проталкивается сквозь водную среду жгутиком – полярный жгутик, как корабельный винт, проталкивает клетку в жидкой среде. «Роение» с помощью многочисленных жгутиков Этот тип движения исп-ся бактериями для перемещения по тверд. субстратам и имеет большое значение в колонизации этих субстратов. Бактерии, которые способны так двигаться, претерпевают морфологическую дифференцировку в клетки-швермеры – становятся длиннее вегетативных. Назначение швермеров – занятие новых территорий. .Такая структура формируется в рез-те следующих сменяющих друг друга этапов: - рост и размножение вегет. кл. – . формирование и мигрирование швермеров; - стадия консолидации – превращение швермеров в вегет. клетки. Движение спирохет осуществляется за счет вращения фибрилл. движение обеспечивается энергией в форме ΔµH+. Спирохеты совершают движения трех типов: 1. вращательное - быстро вращаются вокруг длинной оси спирали, 2. сгибательное - способны к изгибанию клеток, 3. поступательное - осуществляют передвижение по винтовому или волнообразному пути. 15.
16, История микробиологии. Этапы развития микробиологии. Открытие микромира.Работы Р.Коха и Л.Пастера Историю развития микробиологии можно разделить на пять этапов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический. Роберт Кох. Физиологический период в развитии микробиологии связан также с именем немецкого ученого Роберта Коха, которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окраски бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни Пастер сделал ряд выдающихся открытий. За короткий период с 1857 по 1885 г. он доказал, что брожение (молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое) не является химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы; опроверг теорию самозарождения; открыл явление анаэробиоза, т.е. возможность жизни микроорганизмов в отсутствие кислорода; заложил основы дезинфекции, асептики и антисептики; открыл способ предохранения от инфекционных болезней с помощью вакцинации. Многие открытия Л. Пастера принесли человечеству огромную практическую пользу. Путем прогревания (пастеризации) были побеждены болезни пива и вина, молочнокислых продуктов, вызываемые микроорганизмами; для предупреждения гнойных осложнений ран введена антисептика; на основе принципов Л. Пастера разработаны многие вакцины для борьбы с инфекционными болезнями. Работы Л. Пастера по вакцинации открыли новый этап в развитии микробиологии, по праву получивший название иммунологического. Принцип аттенуации (ослабления) микроорганизмов с помощью пассажей через восприимчивое животное или при выдерживании микроорганизмов в неблагоприятных условиях позволил Л. Пастеру получить вакцины против бешенства, сибирской язвы, куриной холеры. Роберт Кох. Физиологический период в развитии микробиологии связан также с именем немецкого ученого Роберта Коха, которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окраски бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни 17 Квази-фототрофные археи. квазн-фототрофии об-ладают экстремально галофнльные археи из филы АН Euryarchaeota. Они используют мономолекулярный светозависимый протонофор — бактериородопсин. Механизм создания Pmf исследован на мембранных везикулах, липосомах с имплантированным в них бактериородопсином и других моделях. Установлено, что импульсное освещение клеток, помещенных в буферный раствор, сопровождается фосфорилированием. Хотя утилитарное значение квази-фототрофии для экс. галофил. архей в природных местообитаниях не доказано, можно предположить, что они используют адаптивную биоэнергетическую стратегию— переходят на альтернативный энергоноситель. Однако в данном случае специфика квази-фототрофии состоит в том, что она вызвана не истощением питательных субстратов, а недостатком кислорода, т. е. дыхательная цепь инактивируется в акцепторном, а не донорном участке. Экстремально галофильные археи живут в хорошо прогреваемых гипергалинных водоемах, где содержание растворенного кислорода подвержено сезонным колебаниям и в жаркое время года снижается до минимального уровня. Поскольку у них, за немногими исключениями, отсутствуют механизмы анаэробного дыхания и брожения, квазн-фототрофня становится основным способом выживания при энергетическом стрессе. 18«Квази-фототрофия» прокариот. В первую очередь к ним относятся так называемые «аэробные аноксигенные фототрофные бактерии* (APB). Все они принадлежат к филе ВXII Proteobacteria. «Аэробными» этих бактерий назвают потому, что у них фотосинтетический аппарат образуется только в аэробных условиях, тогда как у большинства аноксигенных фототрофных бактерий биогенез пигмент-белковых комплексов в присутствии молекулярного кислорода подавлен. Вторым условием биогенеза фотосинтетического аппарата у АРВ служит попеременное нахождение на свету и в темноте. Наконец, электрон-транспортная цепь у АРВ работает только в аэробных условиях. Кроме АРВ к числу квази-фототрофных бактерий относятся «фотосинтетиче-ские клубеньковые бактерии» — представители р. Bradyrhizobium. Они вступают в эндоцитобнотические ассоциации с тропическими бобовыми растениями, они поселяются в железках, расположенных в нижней части деревянистого стебля. Фотосинтетический аппарат, образующийся у АРВ и фотосинтетических клубеньковых бактерий, по морфологии и молекулярному строению не отличается от фотосинтетического аппарата аноксигенных фототрофных бактерий. Его основные компоненты (антенный комплекс LHCI/LHCII, реакционный центр RCII-типа, электрон-транспортная цепь и АТФ-синтаза) содержатся в везикулярных модулях ICM -- хроматофорах. 19.Клеточные стенки бактерий. Общий план строения. Функции клеточных стенок бактерий. Протопласты, сферопласты и L-формы бактерий. Окраска прокариот по Граму: современная оценка. Основные функции клеточной стенки следующие.
Протопласты и сферопласты.Протопласты—формы прокариот,полностью лишенные клеточнойстенки, образующиеся обычно у грамположительных бактерий. Сферопласты — бактерии с частично разрушенной клеточной стенкой. У них сохраняются элементы наружной мембраны. Наблюдаются у грамотрицательных бактерий и значительно реже у грамположительных. Образуются в результате разрушения пептидогликанового слоя литическими ферментами, например лизоцимом, или блокирования биосинтеза пептидогликана антибиотиком пенициллином и др. в среде с соответствующим осмотическим давлением. Протопласты и сферопласты имеют сферическую или полусферическую форму и в 3—10 раз крупнее исходных клеток. В обычных условиях наступает осмотический лизис и они погибают. В условиях повышенного осмотического давления способны некоторое время переживать, расти и даже делиться. При снятии фактора, разрушающего пептидогликан, протопласты, как правило, отмирают, но могут превращаться в L-формы; сферопласты легко реверсируют в исходные бактерии, иногда трансформируются в L-формы или же гибнут. L-Формы бактерий. Это фенотипические модификации,или мутанты,бактерий,частично или полностьюутратившие способность синтезировать пептидогликан клеточной стенки. Таким образом, L-формы — бактерии, дефектные по клеточной стенке. Образуются при воздействии L-трансформирующих агентов — антибиотиков (пенициллина, полимиксина, бацитрацина, венкомицина, стрептомицина), аминокислот (глицина, метионина, лейцина и др.), фермента лизоцима, ультрафиолетовых и рентгеновых лучей. В отличие от протопластов и сферопластов L-формы обладают относительно высокой жизнеспособностью и выраженной способностью к репродукции. По морфологическим и культуральным свойствам они резко отличаются от исходных бактерий, что обусловлено утратой клеточной стенки и изменением метаболической активности. L-Формы бактерий полиморфны. Встречаются элементарные тельца размером 0,2—1 мкм (минимальные репродуцирующие элементы), шары — 1—5, большие тела — 5—50, нити — до 4 мкм и более. Клетки L-форм имеют хорошо развитую систему внутрицитоплазматических мембран и миелиноподобные структуры. Вследствие дефекта клеточной стенки осмотически неустойчивы и их можно культивировать только на специальных средах с высоким осмотическим давлением; они проходят через бактериальные фильтры. Различают стабильные и нестабильные L-формы бактерий. Первые полностью лишены ригидной клеточной стенки, что сближает их с протопластами; они крайне редко реверсируют в исходные бактериальные формы. Вторые могут обладать элементами клеточной стенки, в чем они проявляют сходство со сферопластами; в отсутствие фактора, вызвавшего их образование, реверсируют в исходные клетки. Процесс образования L-форм получил название L-трансформации или L-индукции. Способностью к L-трансформации обладают практически все виды бактерий, в том числе и патогенные (возбудители бруцеллеза, туберкулеза, листерии и др.). Традиционно все бактерии разделяют на две части, используя простой эмпирический критерий, называемый окраскойпо Граму,основанный на последовательной обработке бактерий тремя красителями(кристаллическим фиолетовым,йодом, сафранином). У грамположительных бактерий клеточные стенки содержат мало липидов, а у грамотрицательных клеточные стенки, напротив богаты липидами. И у тех и у других жесткий каркас образуется в результате ковалентного связывания полисахаридных и пептидных цепей. Однако, к этой структурной основе присоединяются некоторые специфические для данной бактерии компоненты, которые у грамположительных и грамотрицательных бактерий имеют разный состав. |