Структурно – функциональные части прокариотической клетки

13

Структурно – функциональные части клетки

План

1.Уровни клеточной организации

2. Краткая характеристика прокариот

3. Распространение в природе

4. Формы бактериальной клетки

5.Строение клетки

6.Способы получения энергии

7.Способы питания

8. Способы размножения

9.Роль бактерий в природе

10. Болезнетворные бактерии

11. Профилактика заболеваний

Обсудим вместе

Скажите, как мы можем назвать одним словом наши различные части – например руку, сердце, глаз? Ответ: органы.

Да, мы с вами – совокупности органов, слаженно работающих, взаимосвязанных между собой.

Таким образом, мы являемся биологическими системами. Однако мы уже говорили, что клетки тоже биологические системы. Из этого следует, что клетки тоже должны состоять из каких то «органов» - функциональных составляющих, связанных между собой.

Но есть ли у клетки органы подобные нашим? (нет).

Как же тогда, и благодаря чему обеспечивается жизнедеятельность клетки? Вот об этом мы сегодня и поговорим на уроке.

В ходе длительной эволюции на Земле с момента появления первых живых организмов (более 3 млрд. лет назад) возникло огромное многообразие форм жизни, которые и являются предметом изучения комплекса биологических наук.

Какая структура объединяет все живые организмы? Кем это было доказано?

(Клетка. Доказано было в 1839 году создателями клеточной теории – М. Шлейденом и Т. Шванном на основании сходства клеток).

Каково же научное и практическое значение клеточной теории?

(Она доказывает взаимосвязь и единство происхождения живых организмов. Дала толчок для развития биологических дисциплин: эмбриологии, физиологии, гистологии. Эти знания используются в медицине, сельском хозяйстве и других областях деятельности человека)

Мы, уже знаем, что все живые организмы, исключая вирусы, имеют клеточное строение. Растительная, грибная, животная и бактериальная клетка сходны по составу, строению и процессам жизнедеятельности.

А чем же тогда объяснить многообразие живых организмов? Какие гипотезы вы можете предложить для решения этой проблемы?

(Учащиеся предполагают, что причиной многообразия являются различия в строении клеток ) И главное отличие- наличие или отсутствие ядра.

«Обратите внимание на рисунки, где изображены различные клетки

Определите, чем они сходны и чем различаются?»

(Все клетки, изображенные на рисунке имеют основные части: ядро, цитоплазму и органоиды. Они различаются формой и размерами).

«А как вы считаете, чем вызвано отличие клеток по форме?» слайд 2

(Форма клетки зависит от той функции, которую она выполняет, например, мышечная – сокращается, поэтому она вытянутой формы).

В настоящее время выделяют два уровня клеточной организации :

- Прокариотической - Эукариотической

Первыми приблизительно 3,5 миллиарда лет тому назад возникли прокариоты, которые через 2,4 миллиарда лет положили начало развитию эукариотических клеток.

Прокариотическая клетка.

Прокариоты — одноклеточные организмы, у которых отсутствуют структурно оформленное ядро, мембранные органоиды и митоз.

Размеры — от 1 до 15 мкм.

Представителем прокариотических клеток являются: бактерии, обитающие повсюду: в воде, почве, продовольственных продуктах, цианобактерии (сине-зеленые водоросли).

МИКРОБИОЛОГИЯ - наука, изучающая микроорганизмы.

БАКТЕРИОЛОГИЯ - наука, изучающая бактерии.

Левенгук Антони ван (1632-1723), нидерландский натуралист, один из основоположников научной микроскопии. Изготовив линзы с 150-300-кратным увеличением, впервые наблюдал и зарисовал (публикации с 1673) ряд простейших, сперматозоиды, бактерии, эритроциты и их движение в капиллярах.

1675 год Антони Ван Левенгук. Впервые увидел бактерии в оптический микроскоп и описал их.

НЕМНОГО ИЗ ИСТОРИИ ОТКРЫТИЯ БАКТЕРИЙ:

- 1828 год. Христиан Эренберг ввёл в употребление название «бактерии».

- 1850 год Луи Пастер положил начало изучению физиологии и метаболизма бактерий, а также открыл их болезнетворные свойства.

- 1905 год Роберт Кох сформулировал общие принципы определения возбудителя болезни, за что он был удостоен Нобелевской премии. Предложил способы дезинфекции.

Характеристика возбудителя Возбудитель туберкулеза открыт в 1882 г. Робертом Кохом, за что ученый в 1905 году был удостоен Нобелевской премии, а туберкулезная палочка получила название палочка Коха. Туберкулезная палочка принадлежит к типу актинобактерий, роду микобактерий.

Трудно найти место на Земле, где не было бы бактерий. Исключение составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб.

Они встречаются в самых разнообразных местах: в атмосфере и на дне океанов, в быстротекущих реках и в вечной мерзлоте, в парном молоке и в ядерных реакторах; однако особенно много их в почве. Среди бактерий много форм, которые паразитируют на человеке, растениях и животных.

Количество бактерий в почве чрезвычайно велико — сотни миллионов и миллиардов особей в 1 г В почве их значительно больше, чем в воде и воздухе.

МИКРОФЛОРА ПОЧВЫ.

Общее количество бактерий в почвах меняется. По B.C. Виноградскому, бедные микрофлорой почвы содержат 200—500 млн. бактерий в 1 г, средние — до миллиарда, богатые — два и более миллиардов особей в 1 г. Количество бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоев.

Областью активного развития микроорганизмов в почве является зона, примыкающая к корням живых растений. Ее называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, содержащихся в ней,— ризосферной микрофлорой.

МИКРОФЛОРА ВОДЫ.

Со сточными водами в водоемы попадают патогенные микроорганизмы: бруцеллезная палочка, палочка туляремии, вирус полиомиелита, ящура, возбудители кишечных инфекций (палочки брюшного тифа, паратифа, дизентерийная палочка, холерный вибрион и др.).

Бактерии долго сохраняются в воде, поэтому она может быть источником инфекционных заболеваний, При удалении от берега и увеличении глубины количество бактерий уменьшается.

Чистая вода содержит 100—200 бактерий в 1 мл, а загрязненная— 100—300 тыс. и более.

МИКРОФЛОРА ВОЗДУХА.

Менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, некоторое время могут находиться там, а затем оседают на поверхность земли и гибнут от недостатка питания или под действием ультрафиолетовых лучей.

Количество микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, времени года, загрязненности пылью и др. Каждая пылинка является носителем микроорганизмов, поэтому их очень много в закрытых помещениях (от 5 до 300 тыс. в 1 м3). Больше всего бактерий в воздухе над промышленными городами.

Единичные клетки микроорганизмов в 1 см3 обнаружены над морями, океанами, льдами Арктики, тайгой и высокими горами.

МИКРОФЛОРА ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА.

Тело человека, даже полностью здорового, всегда является носителем микрофлоры. При соприкосновении тела человека с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разнообразные микроорганизмы, в том числе и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.).

Количество микробов на коже одного человека составляет 85 млн.— 1212 млн. Наиболее часто загрязняются открытые части человеческого тела:

• На руках обнаруживают кишечные палочки, стафилококки.

• В ротовой полости насчитывают свыше 100 видов микробов.

• Рот с его температурой, влажностью, питательными остатками — прекрасная среда для развития микроорганизмов.

• Желудок имеет кислую реакцию, поэтому основная масса микроорганизмов в нем гибнет.

Начиная с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т. е. благоприятной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень разнообразна. Каждый взрослый человек выделяет ежедневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т. е. больше особей, чем людей на земном шаре.

Внутренние органы, не соединяющиеся с внешней средой (мозг, сердце, кровь, печень, мочевой пузырь и др.), обычно свободны от микробов. В эти органы микробы попадают только во время болезни.

Разнообразие внешнего строения бактериальных клеток спириллы вибрионы бациллы кокки

1. Ко́кки — бактерии шаровидной формы.

- Стрептококки: сложенные в форме цепочки

- Диплококки: сложенные парами

- Тетракокки: сложенные вместе 4 клетки

- Сарцины: сложенные вместе 8 и более клеток

- Стафилококки: клетки сложенные «виноградными гроздьями» или хаотично

1. Бациллы - палочковидная бактерия, способная образовывать споры, в отличие от неспороносных — собственно бактерий. Большинство бацилл — почвенные редуценты. Некоторые бациллы вызывают болезни животных и человека, например сибирскую язву;

- бациллюс

- кластридиум

- кишечная палочка

-сальмонелла

- шигелла

3. Спириллы и вибрианы - род бактерий, имеющих форму спирально извитых или дугообразно изогнутых палочек.

СТРОЕНИЕ

Бактериальная клетка включает:

1. Внутриклеточные бактериальные структуры:

• Нуклеоид и внехромосомные факторы наследственности (плазмиды).

• Цитоплазму.

• Внутрицитоплазматические мембраны.

• Рибосомы.

• Цитоплазматические включения.

• Споры.

2. Оболочки бактериальной клетки:

• Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ, плазмолемма).

• Клеточная стенка (КС).

• Капсула, слизистые слои, чехлы.

3. Придатки бактериальной клетки:

• Жгутики.

• Фимбрии общего типа (ворсинки, пили).

• Половые фимбрии (половые ворсинки, F-пили).

Среди структур бактериальной клетки также различают:

1) Основные структуры – нуклеоид, цитоплазма, рибосомы, ЦПМ, КС.

2) Временные структуры (это структуры, которые клетка несет лишь на определенных этапах жизненного цикла) – капсула, жгутики, фимбрии, споры.

НУКЛЕОИД – это расположенная в центре бактериальной клетки двунитчатая молекула ДНК (как бы «ядро» прокариотов), не изолированная от цитоплазмы мембраной. Имеет активные и неактивные петли ДНК. В нуклеоиде закодирована основная генетическая информация, т. е. геном бактериальной клетки.

ПЛАЗМИДЫ – это небольшие кольцевые молекулы ДНК, расположенные в цитоплазме бактерий. Они кодирую генетическую информацию, обуславливающую устойчивость к антибиотикам и др.

ЦИТОПЛАЗМА – это содержимое клетки, окруженное ЦПМ. Цитоплазма состоит из цитозоля (полужидкая коллоидная масса). Состоит в основном из воды (80%). В цитоплазме протекают процессы обмена веществ; в ней распорожены структуры клетки: (нуклеоид, рибосомы и др); включения или запасные вещества (гликоген, сера и др).

ВНУТРИЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ – это производные ЦПМ, возникшие в результате ее разрастания и глубокого впячивания в цитоплазму. Среди внутрицитоплазматических мембран выделяют: 1) Фотосинтетические мембраны (хроматофоры). 2) Мезосомальные мембраны (мезосомы). 3) Прочие мембраны.

РИБОСОМЫ- бактериальной клетки участвуют в синтезе белка из аминокислот. Рибосомы бактериальных клеток не объединены в эндоплазматическую сеть, как у клеток, имеющих ядро. Именно рибосомы часто становятся «мишенью» для многих антибактериальных препаратов.

СПОРЫ – это особое состояние покаящихся бактериальных клеток. Спора характеризуется снижением уровня обмена веществ и высокой устойчивостью к неблагоприятным факторам.

Функция спор: сохранение бактерии в неблагоприятных условиях; расселение бактерии. Споры у бактерий не служат для размножения!

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА (ЦПМ) – это мембрана, которая окружает цитоплазму. ЦПМ – белково-липидный комплекс. ЦПМ имеет трехслойное строение: 2 ограничивающих осмиофильных слоя и 1 центральный осмиофобный слой. Имеет много функций: защитная, транспортная, энергетическая, дыхательная и др.

КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА (КС) – это упругое плотное образование, покрывающее ЦПМ. Состоит из муреина (он из класса пептидогликанов). Муреин состоит из 2-х субъединиц: гликановый остов и пептидный хвост. Имеет много функций: защитная, транспортная, определяет форму микроба и др.

КАПСУЛА – это слизистое образование, обволакивающее клетку бактерии. Покрывает клеточную стенку. Состоит из воды (на 98%), полисахаридов. Носит приспособительное значение. В основном защитная функция.

ЖГУТИКИ – это поверхностные структуры, служащие для движения бактерии. Представляют из себя спираль. Состоят из белка – флагеллина (на 98%). Носит приспособительное значение. Благодаря им осуществляется поступательный тип движения бактерий.

ФИМБРИИ. Фимбрии общего типа – это прямые полые цилиндры, отходящие от цитоплазматической мембраны (ЦПМ). Их тысячи. Состоят из белка (фибрина). Служат для прикрепления бактерий.

ПОЛОВЫЕ ФИМБРИИ – это прямые полые цилиндры, имеющиеся у мужских клеток бактерий и служащие для конъюгации. Их 1-5 штук. Состоят из белка (фибрина). Служат для передачи ДНК при конъюгации от мужских клеток к женским.

МЕЗОСОМЫ — производные клетки. Имеют разную форму — концентрические мембраны, пузырьки, трубочки, петли и др. Мезосомы имеют связь с нуклеоидом. Участие в делении клетки и спорообразовании — их основное предназначение.

ПРИМИТИВНОСТЬ СТРОЕНИЯ ВЫРАЖАЕТСЯ:

• Отсутствие оформленного ядра Наследственная информация заключается в одной молекуле ДНК

• Нет органоидов кроме рибосом Функции органоидов выполняет мезосомы прочная оболочка.

• Прочная оболочка.

Дыхание (или биологическое окисление) — это сложный процесс, который сопровождается выделением энергии, необходимой микроорганизмам для синтеза различных органических соединений.

Все бактерии по типу дыхания подразделяются:

• олигатные аэробы,

• микроаэрофилы,

• факультативные анаэробы,

• облигатные анаэробы.

Облигатные (строгие) аэробы развиваются при наличии в атмосфере 20% кислорода (микобактерии туберкулеза), содержат ферменты, с помощью которых осуществляется перенос водорода от окисляемого субстрата к кислороду воздуха.

Микроаэрофилы нуждаются в значительно меньшем количестве кислорода, и его высокая концентрация хотя и не убивает бактерии, но задерживает их рост (актиноисцеты, бруцеллы, лептоспиры).

Факультативные анаэробы могут размножаться как в присутствии, так и в отсутствие кислорода (большинство патогенных и сапрофитных микробов — возбудители брюшного тифа, паратифов, кишечная палочка).

Облигатные анаэробы — бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является губительным (клостридии столбняка, ботулизма).

Симбионты сожительствуют с живыми организмами, и это сожительство приносит пользу как бактерии, так и организму-хозяину.

Примерами бактерий-симбионтов являются клубеньковые бактерии, которые живут в корнях у бобовых растений. Эти бактерии могут связывать азот из атмосферы в органические вещества и «делятся» ими с растением. Бобовое растение же дает бактериям питательные вещества.

Также другие бактерии-симбионты живут в кишечнике многих животных и помогают им переваривать пищу.

Размножение бактериальной клетки:

1. Деление надвое - один из способов размножения, при котором следующее поколение развивается из соматических клеток без участия репродуктивных клеток — гамет.

Так, в благоприятных условиях количество бактерий может удваиваться каждые 30—60 минут. Размножающийся бесполым путём организм способен бесконечно воспроизводить себя, пока не произойдёт спонтанное изменение генетического материала — мутация.

Если эта мутация благоприятна, она сохранится в потомстве мутировавшей клетки, которое будет представлять собой новый клеточный клон. В бесполом размножении участвует один родительский организм, который способен образовать множество идентичных ему организмов.

1. Спорообразование - (эндоспоры) бактерий — особый тип покоящихся репродуктивных клеток, характеризующихся резко сниженным уровнем метаболизма.

Бактериальная спора формируется внутри материнской клетки и называется эндоспорой.

Основная функция спор—сохранение бактерий в неблагоприятных условиях внешней среды.

Процесс образования спор проходит ряд последовательных стадий:

- подготовительная. Изменяется метаболизм, завершаетется репликация ДНК и происходит ее конденсация. Клетка содер­жит два или более нуклеоида, один из них локализуется в спорогенной зоне, остальные — в цитоплазме спорангия. Одно­временно синтезируется дипиколиновая кислота;

- стадия предспоры. Со стороны цитоплазматической мем­браны вегетативной клетки происходит врастание двойной мембраны, или септы, отделяющей нуклеоид с участком уплот­ненной цитоплазмы (спорогенная зона). В результате чего образуется проспора, окруженная двумя мембранами;

- образование оболочек. Вначале между мембранами про-споры образуется зачаточный пептидогликановый слой, затем над ним откладывается толстый пептидогликановый слой кор-текса и вокруг его наружной мембраны формируется споро­вая оболочка;

- созревание споры. Заканчивается образование всех струк­тур споры, она становится термоустойчивой, приобретает ха­рактерную форму и занимает определенное положение в клетке.

При попадании в благоприятные условия споры прорастают в вегетативные клетки.

1. Половой процесс.

В 1946 г. у бактерий было обнаружено половое размножение, но в самой примитивной форме. Гамет в данном случае не образуется, однако наиважнейшее событие полового размножения, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот процесс называется генетической рекомбинацией.

Конъюга́ция (от лат. conjugatio — соединение) — однонаправленный перенос части генетического материала (плазмид, бактериальной хромосомы) при непосредственном контакте двух бактериальных клеток.

Открыт в 1946 году Дж. Ледербергом и Э. Тайтемом. Имеет большое значение в природе, поскольку способствует обмену полезными признаками при отсутствии истинного полового процесса.

РОЛЬ БАКТЕРИЙ В ПРИРОДЕ БАКТЕРИИ В ПРИРОДЕ

Бактерии играют важную роль на Земле. Они принимают самое активное участие в круговороте веществ в природе. Круговорот веществ в природе является основой существования жизни на Земле.

Болезнетворные бактерии (растений, животных, человека).

Образование перегноя

Превращение перегноя в минеральные вещества

Усваивают азот из воздуха.

Помогают переваривать пищу травоядным животным (превращая ее в клетчатку).

В пищевой промышленности (кисломолочных продуктов, сыров, вина, уксуса, закваске овощей).

Испоользуется человеком в производстве лекарств, разнообразных органических веществ, новых пищевых продуктов. Специальные виды бактерий вырабатывают сильные антибиотики (стрептомицин, тетрациклин и т. п.) - вещества, убивающие или подавляющие развитие болезнетворных организмов.

Некоторые виды бактерий-паразитов проникают в организм человека и поселяются там, вызывая заболевания.

В теле человека болезнетворные бактерии питаются, быстро размножаются и отравляют организм продуктами своей жизнедеятельности.

Бактерии вызывают тиф, холеру, дифтерию, столбняк, туберкулёз, ангину, менингит, сап, сибирскую язву, бруцеллёз и другие болезни.

Одними из этих болезней человек может заразиться при общении с больным через мельчайшие капельки слюны при разговоре, кашле и чихании, другими — при употреблении пищи или воды, в которую попали болезнетворные бактерии.

Антисанитарные условия, грязь, большая скученность людей, несоблюдение правил личной гигиены создают благоприятные условия для быстрого размножения и распространения болезнетворных бактерий. Это может вызвать эпидемию, т.е. массовое заболевание людей.

БЦЖ — вакцина против туберкулёза, приготовленная из штамма ослабленной живой коровьей туберкулёзной палочки, которая практически утратила вирулентность для человека, будучи специально выращенной в искусственной среде;

Проводится в первые три-семь дней жизни.

ХОЛЕРА Первые упоминания о холере появились в письменностях античных времен. Симптомы, характерные для холеры, в своих трудах упоминал Гиппократ. Впервые выделил чистую культуру и изучил холерный вибрион немецкий микробиолог Роберт Кох в 1906 году.

Холера за всю историю человечества унесла миллионы жизней и сопровождала всевозможные катастрофы и катаклизмы (землетрясения, наводнения, войны). На сегодняшний день единичные случаи холеры регистрируются в неблагополучных районах Индии. Возбудитель холеры был обнаружен в воде Азовского моря.

Свойства возбудителя. Бактерии вырабатывают токсины, повреждающие оболочку тонкого кишечника. Именно с действием бактериальных ядов связано нарушение электролитного баланса и обезвоживание.

Лечение заключается: прежде всего в восстановлении количества жидкости и солей, потерянных организмом из-за диареи. Специальный подготовленный раствор солей и сахара, употребляемый в больших количествах, может устранить обезвоживание. Это решение, разработанное Всемирной организацией здравоохранения, используется для лечения холеры по всему миру. Похожие смеси, такие как Гастролит, Регидрон, можно купить в аптеке. Люди с тяжелой формой заболевания могут нуждаться во введении дополнительной жидкости в виде инъекций.

При тяжелой форме заболевания могут быть прописаны также антибиотики, которые уменьшат проявления диареи и сократят срок течения заболевания.

Профилактика холеры

Если вы едете в страну или в регион России, где риск заражения холерой достаточно велик, необходимо принять следующие меры:

- Пейте только кипяченую воду

- Газированные напитки, упакованные в бутылки или банки, обычно безопасны, но только если не добавлять лед

- Ешьте только свежее приготовленные и хорошо термически обработанные продукты (то, что хорошо проварено, прожарено, пропечено и т.д.)

- Всегда чистите фрукты и овощи

- Не ешьте ничего, что выглядит подозрительным, сырым и недостаточно обработанным, включая морепродукты.

Большинство случаев менингита начинаются с инфекции верхних дыхательных путей, но важно не проглядеть другие ворота инфекции, а также иммунодефицитные состояния.

Бактерии и в природе, и в жизни человека имеют большое значение. Некоторые из них вредны для других организмов (растений, животных, человека), так как вызывают заболевания. Однако способность бактерий активно перерабатывать органические вещества, превращая их вначале в перегной, а затем в неорганические соединения, делает незаменимым участие этих организмов в почвообразовании и в круговороте веществ на Земле.

Закрепление

Зарисовать и обозначить прокариотическую клетку: