Экзаменационная работа по биологии Реферат: «Бактерии» Выполнил: ученик 11 «А» класса Прусаков Владимир Васильевич Учитель: Бобряшова И.А. Москва 2008. - презентация

1 Экзаменационная работа по биологии Реферат: «Бактерии» Выполнил: ученик 11 «А» класса Прусаков Владимир Васильевич Учитель: Бобряшова И.А. Москва 2008 год ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА 329

2 Содержание Введение 1 Термин 2 История изучения 3 Строение 3.1 Строение протопласта 3.2 Клеточная оболочка и поверхностные структуры 3.3 Размеры 3.4 Многоклеточность у бактерий 4 Способы передвижения и раздражимость 5 Метаболизм 5.1 Конструктивный метаболизм 5.2 Энергетический метаболизм 6 Размножение и устройство генетического аппарата 6.1 Размножение бактерий 6.2 Генетический аппарат 7 Клеточная дифференциация 8 Классификация 9 Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле 10 Экология 10.1 Экологические и биосферные функции 10.2 Патогенные бактерии 10.3 Бактерии в мутуалистических отношениях с другими организмами 10.4 Бактерии и человек 10.5 Бактерии в повседневной жизни

3 Введение БАКТЕРИИ, обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. Вместе с тем генетический материал бактерии (дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК) занимает в клетке вполне определенное место – зону, называемую нуклеоидом. Организмы с таким строением клеток называются прокариотами(«доядерными») в отличие от всех остальных – эукариот («истинно ядерных»), ДНК которых находится в окруженном оболочкой ядре. Бактерии, ранее считавшиеся микроскопическими растениями, сейчас выделены в самостоятельное царство Monera – одно из пяти в нынешней системе классификации наряду с растениями, животными, грибами и протистами. Сравнительная величина волоса и бактерий: 1 увеличенное изображение волоса (X 500); 2 бактерии в поле зрения светового микроскопа (X 2000); з бактерии под электронным микроскопом (X ).

4 Термин До конца 1970-х годов термин «Бактерия» был синонимом прокариотов, но в 1977 на основании данных молекулярной биологии прокариоты были разделены на царства архебактерий и эубактерий. Впоследствии, чтобы подчеркнуть различия между ними, они были переименованы в архей и бактерий соответственно. Хотя до сих пор часто под бактериями понимают всех прокариотов, в данном случае описаны лишь эубактерии. Однако эти две группы схожи и многие положения статьи справедливы также для архей в подобных случаях используется термин «прокариоты» или сочетание «бактерии и археи». В экологических и микробоценотических исследованиях под бактериями часто понимают лишь нефотосинтезирующие немицелиальные прокариоты, противопоставляя их по функциям актиномицетам и цианобактериям.цианобактериям

5 История изучения Микроскоп 1751 года Антони ван Левенгук Впервые бактерий увидел в оптический микроскоп и описал голландский натуралист Антони ван Левенгук в 1676 году. Как и всех микроскопических существ он назвал их «анималькули». Название «бактерии» ввёл в употребление Христиан Эренберг в 1828.оптический микроскопАнтони ван Левенгук

6 Луи Пастер Роберт Кох Луи Пастер в 1850-е положил начало изучению физиологии и метаболизма бактерий, а также открыл их болезнетворные свойства. Дальнейшее развитие медицинская микробиология получила в трудах Роберта Коха, которым были сформулированы общие принципы определения возбудителя болезни (постулаты Коха). В 1905 он был удостоен Нобелевской премии за исследования туберкулёза.

7 Основы общей микробиологии и изучения роли бактерий в природе заложили М. В. Бейеринк и С. Н. Виноградский. Виноградский Сергей Николаевич В 1937 Э. Чаттон предложил делить все организмы по типу клеточного строения на прокариот и эукариот, и в 1961 Стейниер и Ван Ниль окончательно оформили это разделение. Развитие молекулярной биологии привело к открытию в 1977 К. Вёзе коренных различий и среди самих прокариот: между бактериями и археями

8 Строение Подавляющее большинство бактерий (за исключением нитчатых цианобактерий) одноклеточны. По форме клеток они могут быть шаровидными (кокки), палочковидными (бациллы, клостридии, псевдомонады), извитыми (вибрионы, спириллы, спирохеты), реже звездчатыми, тетраэдрическими, кубическими, C- или O-образными. Формой определяются такие способности бактерий, как прикрепление к поверхности, подвижность, поглощение питательных веществ. Отмечено, например, что олиготрофы, то есть бактерии, живущие при низком содержании питательных веществ в среде, стремятся увеличить отношение поверхности к объёму, например, с помошью образования выростов (т. н. простек).клостридии псевдомонадыпростек Цианобактерия - Анабена

9 Основные формы бактериальных клеток

10 С внешней стороны от ЦПМ находятся несколько слоёв (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол), называемых клеточной оболочкой, а также поверхностные структуры (жгутики, ворсинки). ЦПМ и цитоплазму объединяют вместе в понятие протопласт. Схема строения грамположительной бактерии A- пили, B- рибосомы, C- капсула, D- слой пептидогликана, E- жгутик, F- цитозоль, G- запасные вещества, H- плазмида, I- нуклеоид, J- цитоплазматическая мембрана

11 Строение протопласта Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ. Однако у разных групп прокариот (особенно часто у грамположительных бактерий) имеются локальные впячивания ЦПМ мезосомы, выполняющие в клетке разнообразные функции и разделяющие её на функционально различные части. У многих фотосинтезирующих бактерий существует развитая сеть производных от ЦПМ фотоситетических мембран. У пурпурных бактерий они сохранили связь с ЦПМ, легко обнаруживаемую на срезах под электронным микроскопом, у цианобактерий эта связь либо трудно обнаруживается, либо утрачена в процессе эволюции. В зависимости от условий и возраста культуры фотосинтетические мембраны образуют различные структуры везикулы, хроматофоры, тилакоиды.тилакоиды Бактериальный протопласт

12 Клеточная оболочка и поверхностные структуры Схема строения клеточных стенок грамположительных (Грам+) и грамотрицательных (Грам -) бактерий.

13 Размеры Размеры бактерий в среднем составляют 0,5-5 мкм. Escherichia coli, например, имеет размеры 0,3- 1 на 1-6 мкм, Staphylococcus aureus диаметр 0,5-1 мкм, Bacillus subtilis 0,75 на 2-3 мкм. Крупнейшей из известных бактерий является Thiomargarita namibiensis, достигающая размера в 750 мкм (0,75 мм).Escherichia coliStaphylococcus aureusBacillus subtilisThiomargarita namibiensis - Thiomargarita namibiensis

14 Bacillus subtilis после окрашивания по Граму. Серые овальные структуры эндоспоры.

15 Staphylococcus aureus в том же увеличении

16 Палочковидная бактерия с фимбриями. Увел. X

17 Однако были описаны нанобактерии, имеющие размеры меньше «допустимых» и сильно отличаюшиеся от обычных бактерий. Они, в отличие от вирусов, способны к самостоятельному росту и размножению (чрезвычайно медленным). Они пока мало изучены, живая их природа ставится под сомнение.нанобактерии При линейном увеличении радиуса клетки её поверхность возрастает в квадрате, а объём в кубе, поэтому у мелких организмов отношение поверхности к объёму выше чем у более крупных, что означает для первых более активный обмен веществ с окружающей средой. Метаболическая активность, измеренная по разным показателям, на единицу биомассы у мелких форм выше, чем у крупных. Поэтому небольшие даже для микроорганизмов размеры дают бактериям и археям преимущества по сравнению с более сложноорганизованными эукариотами и определяют их важную экологическую роль. Структуры, напоминающие нанобактерии, найденные в образцах метеорита

18 Способы передвижения и раздражимость Бактерии активно передвигаются в направлении, определяемой теми или иными раздражителями. Это явление получило название таксистаксис Спирохета скольжение бактерий

19 Метаболизм Конструктивный метаболизм За исключением некоторых специфических моментов биохимические пути, по которым осуществляется синтез белков, жиров, углеводов и нуклеотидов у бактерий схожи с таковыми у других организмов. Однако по числу возможных этих путей и, соответственно, по степени зависимости от поступления органических веществ извне они различаются. Часть из них может синтезировать все необходимые им органические молекулы из неорганических соединений (автотрофы), другие же требуют готовых органических соединений, которые они способны лишь трансформировать (гетеротрофы).

20 Наибольшей степенью гетеротрофности отличаются внутриклеточные паразиты, если при этом они способны существовать на богатых искусственных средах, они называются факультативными. Большая часть бактерий принадлежит к сапрофитам, не зависящие от других организмов, но использующие синтезированные ими органические вещества. Существует также ряд бактерий, требующих наличия в среде небольшого круга определённых органических веществ (аминокислот, витаминов), которых они не могут синтезировать самостоятельно и, наконец, гетеротрофы, которые нуждаются лишь в одном довольно низкомолекулярном источнике углерода (сахар, спирт, кислота) внутриклеточные паразиты сапрофиты

21 Энергетический метаболизм Способы же получения энергии у бактерий отличаются своеобразием. Существует три вида получения энергии (и все три известны у бактерий): брожение, дыхание и фотосинтез. Брожение серия окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых образуются нестабильные молекулы, с которых остаток фосфорной кислоты переносится на АДФ с образованием АТФ (субстратное фосфорилирование). При этом возможно внутримолекулярное окисление и восстановление. Дыхание окисление восстановленных соединений с переносом электрона через локализованную в мембране дыхательную электронтранспортную цепь, создающую трансмембранный градиент протонов, при использовании которого синтезируется АТФ (окислительное фосфорилирование). В то время как эукариоты в конечном итоге сбрасывают электрон на кислород, бактерии могут использовать вместо него окисленные органические и минеральные соединения (фумарат, углекислый газ, сульфат анион, нитрат анион и др.; см. анаэробное дыхание), а вместо окисляемого органического субстрата использовать минеральный (водород, аммиак, сероводород и др.), что часто бывает сопряжено с автотрофной фиксацией CO2 (см. хемосинтез). Фотосинтез бактерий может быть двух типов бескислородный, с использованием бактериохлорофилла (зелёные, пурпурные и гелиобактерии) и кислородный с использованием хлорофилла (цианобактерии (хлорофилл a), прохлорофиты (a и b)). Цианобактерии, красные и криптофитовые водоросли единственные фотосинтезирующие организмы, содержащие фикобилипротеины.

22 Размножение и устройство генетического аппарата Размножение бактерий Бактерии не имеют полового процесса и размножаются лишь равновеликим бинарным поперечным делением или почкованием. Для одной группы одноклеточных цианобактерий описано множественное деление (ряд быстрых последовательных бинарных делений, приводящий к образованию от 4 до 1000 новых клеток). Для обеспечения необходимой для эволюции и приспособления к изменчивой окружающей среде пластичности генотипа у них существуют иные механизмы. Колонии бактерий на твёрдой агаризованной среде в чашке Петри

23 При делении большинство грамположительных бактерий и нитчатых цианобактерий синтезируют поперечную перегородку от периферии к центру при участии мезосом. Грамотрицательные бактерии делятся путём перетяжки: на месте деления обнаруживается постепенно увеличивающееся искривление ЦПМ и клеточной стенки внутрь. При почковании на одном из полюсов материнской клетки формируется и растёт почка, материнская клетка проявляет признаки старения и обычно не может дать более 4 дочерних. Почкование имеется у разных групп бактерий и, предположительно, возникало несколько раз в процессе эволюции. Грамотрицательные бактерии

24 Генетический аппарат Гены, необходимые для жизнедеятельности и определяющие видовую специфичность, расположены у бактерий чаще всего в единственной ковалентно замкнутой молекуле ДНК хромосоме. Эксперименты показывают что нуклеоид состоит в основном из ДНК, примерно 60 %, с небольшими добавками РНК и белков. Последние два компонента представляют собой в основном матричную РНК и белки активаторы которые регулируют бактериальный геном. Белки помогают поддерживать нуклеоиду кольцевую форму и несут функцию схожую с гистонами, которые встречаются в эукариотических клетках. Нуклеоид в прокариотической клетке

25 Клеточная дифференциация Клеточная дифференциация изменение набора белков (обычно также проявляющееся в изменении морфологии) при неизменном генотипе.

26 Классификация Наибольшую известность получила фенотипическая классификация бактерий, основанная на строении их клеточной стенки, включённая, в частности, в IX издание Определителя бактерий Берги ( ). Крупнейшими таксономическими группами в ней стали 4 отдела: Gracilicutes (грамотрицательные), Firmicutes (грамположительные), Tenericutes (микоплазмы; отдел с единственным классом Mollicutes) и Mendosicutes (археи). В последнее время всё большее развитие получает филогенетическая классификация бактерий. Бактерия Helicobacter pylori, вызывающая болезни, довольно слабый патоген, и может долгое время существовать в организме, не проявляя себя

27 Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле Бактерии наряду с археями были одними из первых живых организмов на Земле, появившись около 3,9-3,5 млрд лет назад. Эволюционные взаимоотношения между этими группами ещё до конца не изучены, есть как минимум три основные гипотезы.. Докембрийский строматолит

28 Экология Многие бактерии вызывают болезни человека, животных и растений, другие играют исключительно важную роль в функционировании биосферы, например, лишь бактерии способны ассимилировать азот атмосферы. Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (кроме вирусов). Полагают, что они первые организмы, появившиеся на Земле. Полезные бактерии

29 Экологические и биосферные функции Количество клеток прокариот оценивается в , их суммарная биомасса составляет млрд. т., в ней запасено % от углерода всех растений, а запас азота и фосфора в виду их большего относительного содержания в бактериях существенно превосходит запас этих элементов в фитомассе Земли. В то же время бактерии характеризуются коротким жизненным циклом и высокой скоростью обновления биомассы. Уже на основании этого можно оценить их вклад в функционирование основных биогеохимических циклов. Бактерии способны расти как в присутствии атмосферного кислорода (аэробы), так и при отсутствии (анаэробы). Участвуют в формировании структуры и плодородия почв, в образовании полезных ископаемых и разрушении растительной и животной мортмассы; поддерживают запасы углекислого газа и кислорода в атмосфере. Аэробные бактерии Анаэробные бактерий

30 Патогенные бактерии Опасность бактериальных заболеваний была сильно снижена в конце XIX века с изобретением метода вакцинации, а в середине XX века с открытием антибиотиков. Патогенные бактерии – палочка Коха (вызывает туберкулез)

31 В XIV веке от пандемии бубонной чумы скончалось 75 млн человек, в том числе млн в Европе, что составило 1/4-1/2 её населения.

32 Бактерии в мутуалистических отношениях с другими организмами Бактерии населяют желудочно-кишечный тракт животных и человека и необходимы для нормального пищеварения. Особенно они важны для травоядных, которые питаются не столько растительной пищей, сколько продуктами её преобразования. Бактерии желудка

33 Бактерии и человек Тысячелетиями человек использовал молочнокислые бактерии для производства сыра, йогурта, кефира, уксуса, а также квашения. Кисломолочные бактерии

34 В кишечнике человека в норме обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей массой до 1 кг при том что численность их клеток на порядок превосходит численность клеток человеческого организма. Они играют важную роль в переваривании углеводов, синтезируют витамины, вытесняют патогенные бактерии. Лакто бактерии.

35 Бактерии в повседневной жизни По данным южнокорейского Бюро защиты прав потребителей, количество бактерий на ручках тележек крупных магазинов, достигает 1100 колоний на 10 см2. Второе место занимают компьютерные «мышки» в Интернет-кафе (690 колоний на ту же площадь). Ручки кабинок общественных уборных содержат лишь 340 колоний вредных микроорганизмов. Для того чтобы уберечься от всех видов микроорганизмов, которые были обнаружены на предметах общественного пользования в ходе исследования, достаточно регулярно мыть руки с мылом Микробы паразиты

36 Ссылки Siunov A, Nikitin D, Suzina N, Dmitriev V, Kuzmin N, Duda V Phylogenetic status of Anaerobacter polyendosporus, an anaerobic, polysporogenic bacterium//International Journal of Systematic Bacteriology, 1999, 49 Pt 3: Phylogenetic status of Anaerobacter polyendosporus, an anaerobic, polysporogenic bacterium Добрецов Н. Л. О ранних стадиях зарождения и эволюции жизни // Вестник ВОГиС, Том 9, 1. С pdf123pdf Whitman W. B., Coleman D. C., Wiebe W. J. Prokaryotes: the unseen majority // PNAS Online Vol. 95, N 12. P [1][1] Sears CL. A dynamic partnership: Celebrating our gut flora // Anaerobe, Volume 11, Issue 5, October 2005, Pages

37 Литература Гусев М. В., Минеева Л. А. Микробиология. М: Изд-во Московского университета, с. Заварзин Г. А. Лекции по природоведческой микробиологии / Г. А. Заварзин; Отв. ред. Н. Н. Колотилова; Ин-т микробиологии. М.: Наука, с. ISBN ISBN Современная микробиология. Прокариоты: В 2-х томах. Пер. с англ./Под ред. Й. Ленглера, Г. Древса, Г. Шлегеля. М.: Мир, ISBN ISBN (1 том) ISBN X (2 том)ISBN ISBN ISBN X Статья Инны Тер-Григорян «Воскрешение бактерий»Воскрешение бактерий