Особливості будови та життєдіяльності бактерій
Бактерії – це прокаріотичні мікроорганізми, які не мають оформленого ядра. Вони живуть у всіх середовищах: у воді, ґрунті, повітрі та навіть усередині інших організмів.
Бактеріологія – це розділ мікробіології, що вивчає бактерії.
Як влаштована бактеріальна клітина?
Бактеріальна клітина має основні та додаткові структури.
До основних належать:
- Клітинна стінка
- Цитоплазматична мембрана
- Цитоплазма
- Нуклеоїд
Додаткові структури:
- Капсула
- Джгутики
- Пілі
- Плазміди
1 — капсула, 2 — клітинна стінка, 3 — мембрана, 4 — цитоплазма, 5 — рибосоми, 6 — плазміда, 7 — війки-пілі, 8 — нуклеоїд, 9 — джгутик
💡 Першим бактерії побачив і описав Антоні ван Левенгук у 1676 році за допомогою оптичного мікроскопа.
У клітинах бактерій немає мембранних органел, таких як мітохондрії чи пластиди. Білки синтезуються на рибосомах, які розташовані в цитоплазмі.
Структурні компоненти бактеріальної клітини
Нижче наведено особливості будови та функції основних компонентів бактеріальної клітини:
| Компонент | Особливості будови | Функції |
|---|---|---|
| Клітинна стінка | У справжніх бактерій складається з муреїну (пептидоглікану), в архебактерій – з білків і полісахаридів, у ціанобактерій – з целюлози | Забезпечує механічний захист клітини від зовнішніх ушкоджень і внутрішнього тиску води через осмос. Пропускає поживні речовини та виводить продукти обміну. |
| Капсула | Нещільний прозорий напіврідкий шар | Захищає клітину від механічних пошкоджень і дії бактеріофагів (вірусів, що заражають бактерії). |
| Пілі | Тонкі волосоподібні вирости. Типи: фімбрії та статеві | Фімбрії допомагають бактеріям прикріплюватися до поверхонь, статеві забезпечують кон’югацію (передачу генетичного матеріалу між клітинами). |
| Джгутик | Тонка нитка, закріплена в цитоплазматичній мембрані | Забезпечує рухливість клітини (присутній у рухливих бактерій). |
| Плазматична мембрана | Еластична молекулярна структура з білків і ліпідів | Підтримує цілісність клітини та регулює обмін речовин між клітиною і середовищем. |
| Цитоплазма | Вміст клітини, оточений цитоплазматичною мембраною, займає основний об’єм клітини | Містить клітинні органели. |
| Нуклеоїд | Необмежена мембранами ділянка цитоплазми, де розташована складна кільцеподібна молекула ДНК | Зберігання та передача спадкової інформації. |
| Рибосоми | Складні утворення, що складаються з різних молекул РНК та пов’язаних з ними білків | Здійснюють процес синтезу білка. |
Якої форми бувають бактерій
Бактерії мають різноманітні форми, які допомагають їх ідентифікувати та класифікувати. Ось основні типи форм бактерій:
1. Коки – сферичної форми. Вони можуть бути поодинокими (мікрококи), об’єднуватися в пари (диплококи), утворювати гроноподібні групи (стафілококи) або формувати ланцюжки (стрептококи).
2. Вібріони – мають вигляд коми, тобто зігнуті.
3. Спірили – спіральної форми, нагадують закручену нитку.
4. Спірохети – тонкі, довгі та звивисті бактерії. На відміну від спірил, вони активно рухаються.
5. Бацили – паличкоподібні. До цієї групи належать такі бактерії, як рикетсії, хламідії та мікоплазми.
Чим і як живляться бактерії
Бактерії відрізняються за типом живлення. Серед них розрізняють автотрофи й гетеротрофи.
Групи гетеротрофів
| Сапротрофи | Паразити | Cимбіонти |
|---|---|---|
| Організми, які утилізують залишки відмерлих організмів | Організми, які живляться за рахунок організму свого господаря | Живуть у симбіозі з іншими організмами |
| Бактерії ґрунту | Спори бактерій Clostridium tetani що викликають правець | Бактерій, які мешкають у травній системі жуйних ссавців. |
Групи автотрофів
| Фототрофи | Хемотрофи |
|---|---|
| Здійснюють фотосинтез за рахунок енергії сонячного світла | Перетворюють неорганічні речовини за рахунок енергії, що виділяється під час хімічних реакцій, і спрямовують її на синтез органічних речовин |
| Ціанобактерії | Нітрифікуючі бактерії, залізобактерії, сіркобактерії |
Чи потрібен бактеріям кисень для дихання?
Більшість бактерій – це аероби (для дихання їм потрібен кисень). Але існують види, здатні жити за нестачі кисню або без нього (наприклад, на дні водойм, у глибоких шарах ґрунту, шлунку і кишківнику тварин) – це анаероби. Деякі бактерії можуть існувати в середовищах із різним вмістом кисню: якщо кисню достатньо, дихання у них проходить як в аеробів, а якщо його мало чи немає зовсім – тимчасово переходять до анаеробного дихання.
| Тип дихання | Потреба в O₂ | Приклади представників | Джерело енергії |
|---|---|---|---|
| Аеробне | Обов’язково | Стафілококи | Окиснення органічних речовин до CO₂ і H₂O за участі кисню |
| Анаеробне | Необов’язково | Клостридії | Енергія виділяється у реакціях бродіння |
Як розмножуються бактерії?
Бактерії розмножуються шляхом поділу клітини навпіл, перед яким відбувається подвоєння ДНК. Деякі види здатні до кон’югації, а окремі – до вегетативного розмноження (наприклад, багатоклітинні ціанобактерії).
Основний спосіб розмноження бактерій – це поділ клітини навпіл. Після подвоєння ДНК материнська клітина ділиться, утворюючи дві дочірні клітини, які є ідентичними до початкової.
Кон’югація бактерій – це односпрямований процес передачі частини генетичного матеріалу (бактеріальної хромосоми) при прямому контакті двох клітин (донора і реципієнта). Під час кон’югації кількість клітин не збільшується, тобто це не є розмноженням. Проте клітина-реципієнт набуває нових властивостей, наприклад, здатність бути донором або стійкість до антибіотиків.
Ендоспора – це форма спокою у бактерій, яка утворюється всередині клітини за несприятливих умов. Вона не є способом розмноження, а лише допомагає бактерії вижити в складних умовах.
- Вихід ендоспори: коли материнська клітина руйнується, ендоспора вивільняється у зовнішнє середовище.
- Ендоспора: це стійка форма бактерії з товстою оболонкою, яка захищає її від високих температур, хімічних речовин та інших шкідливих факторів.
- Сприятливі умови: коли умови стають сприятливими (достатньо вологи, поживних речовин), ендоспора проростає.
- Клітина бактерії: після проростання ендоспори утворюється нова активна бактеріальна клітина, яка здатна до росту та розмноження.
Чи є на нашій планеті місця, де немає бактерій?
Бактерії присутні у всіх середовищах на Землі. Їх можна знайти як у льодах Антарктиди, так і в гарячих гейзерах. Вони навіть живуть на стінках ядерних реакторів. Така надзвичайна здатність до виживання пояснюється їхнім швидким розмноженням: за сприятливих умов бактерії можуть ділитися кожні 20 хвилин.
Яку роль відіграють бактерії в природі та житті людини?
Бактерії – найдавніші мешканці нашої планети. Попри мікроскопічні розміри, вони мають величезний вплив на природу і життя людини, причому цей вплив може бути як позитивним, так і негативним.
Позитивне значення:
- Санітари природи: бактерії розкладають органічні залишки, очищаючи довкілля.
- Ґрунтоутворення: беруть участь у формуванні родючого шару землі.
- Очищення водойм і стічних вод: допомагають розкладати забруднення.
- Участь у колообігу речовин: відіграють ключову роль у циклах вуглецю (C), азоту (N), сірки (S) та заліза (Fe).
- Біотехнології: використовуються у виробництві ліків, ферментів та інших продуктів.
- Виробництво кисломолочних продуктів: необхідні для створення йогуртів, кефіру, сиру.
Негативне значення:
- Збудники захворювань: викликають хвороби у рослин, тварин і людини.
- Шкода від процесів гниття: призводять до псування продуктів і матеріалів.