BAKTĒRIJU ŠŪNA: RAKSTUROJUMS UN STRUKTŪRA (DAĻAS) - BIOLOĢIJA - 2025

Baktēriju šūnas ir vienkāršākais zināms organizācija dzīva organisma. Baktērijas ir vienšūnu organismi, kuriem nav kodolu vai organellu, kas caur membrānu ir atdalīti no citosola satura (visas baktērijas klasificē prokariotu apgabalā).

Zinātniskie pētījumi liecina, ka, lai arī baktēriju šūnās trūkst organellu, tām ir ļoti kontrolēta un precīza organizācija, regulēšana un iekšējā dinamika. Viņiem ir visi nepieciešamie mehānismi, lai izdzīvotu naidīgajos un mainīgajos vides apstākļos, kur viņi dzīvo.

Baktērijas un tās daļu vispārējā diagramma (Avots: Šo vektora attēlu pilnībā izveidojis Ali Zifan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Šāda pielāgošanās zinātniekiem ir nozīmējusi svarīgu instrumentu un ideālu bioloģisko modeli molekulārās bioloģijas pamatprincipu izpētei; Pamatzināšanas par DNS replikāciju, transkripciju un translāciju vispirms tika saprastas baktēriju šūnās pirms eikariotu šūnām.

Visas baktēriju šūnas ir mikroskopiskas, tas ir, tās nevar novērot ar neapbruņotu aci, neizmantojot mikroskopu, kas ir liela priekšrocība šo mikroorganismu izpētē, jo nelielā telpā un ar nelielu barības daudzumu tās var uzturēt un pētīt miljoniem dzīvo šūnu.

Pašlaik baktēriju šūna ir viens no vissvarīgākajiem biotehnoloģiskajiem instrumentiem. Zinātnieki manipulē ar baktēriju papildu hromosomu DNS, lai sintētiski iegūtu gandrīz jebkuru cilvēku interesējošu olbaltumvielu.

Baktēriju šūnas vispārīgās īpašības

Morfoloģiski baktēriju šūnas var būt ļoti mainīgas, taču pat tad tām visām ir kopīgas īpašības. Piemēram:

- Katrai baktēriju šūnai ir šūnas siena, kas to ieskauj, un tā sastāv no ogļhidrātu un peptīdu kombinācijas, ko sauc par “peptidoglikānu”.

- Baktēriju šūnas ir vienšūnu organismi, tas ir, katra šūna ir pilnīgs organisms, kas var augt, pabarot, pavairot un nomirt.

- Baktēriju ģenētiskais materiāls ir "izkaisīts" vai izkliedēts lielā juceklī, kas iegremdēts šūnas citosolā, reģionā, ko sauc par nukleoīdu reģionu.

- Daudzām baktērijām ir īpašas pārvietošanās struktūras ar nosaukumu "flagellum", kas atrodas to ķermeņa attālākajos reģionos.

- Parasti ir atrodamas baktēriju šūnas, kas veido kolonijas vai uztur simbiotiskas attiecības ar citiem organismiem, un turklāt daudzas baktērijas ir patogēnas cilvēkiem.

- Lielākajai daļai baktēriju ir gandrīz 10 vai 15 reizes mazāk nekā jebkuras dzīvnieku šūnas (eikariotu), jo to garums nepārsniedz mikronu vienību.

- Tie ir sastopami visās esošajās biosfēras vidēs, jo ir šie mikroorganismi, kas pielāgoti praktiski jebkuram vides stāvoklim.

Baktēriju šūnas struktūra (daļas)

Daudzi zinātnieki baktēriju šūnu sadala trīs anatomiskos reģionos, lai atvieglotu izpēti. Šie trīs reģioni, kas ir kopīgi jebkura veida novērotajām baktēriju šūnām, un ir:

- ārējais reģions , ko veido ārpusšūnu struktūras (flagella, matiņi, cilia, cita starpā)

- Šūnu pārklājuma reģions , ko veido šūnas siena un citoplazmatiskā membrāna

- Iekšējais reģions , ko veido citosols un visas tajā suspendētās struktūras.

Atkarībā no baktēriju sugas, kas tiek pētīta katrā reģionā, tiek novērotas dažas struktūras un daļas, kas atšķiras no baktēriju šūnas "tipiskajām". Tomēr visbiežāk sastopamās baktēriju šūnas tiek izskaidrotas un klasificētas atbilstoši katram reģionam, kurā tās atrodamas.

Āršūnu reģions

- Kapsula : tā ir polimēra virsma, kas pārklāj visu baktēriju šūnu sienu. To veido gļotas un glikokalikss, kurus savukārt veido bagātīgas ogļhidrātu molekulas, kas piesaistītas lipīdiem un olbaltumvielām. Kapsula pilda svarīgu šūnas aizsardzības funkciju.

- Plēve : tā ir virsma, šķidrums vai viskoza matrica, kurā iegremdētas baktēriju šūnas. Tie ir veidoti no polisaharīdiem, kuru sastāvs ir līdzīgs kapsulas polisaharīdiem, un parasti pilda funkcijas šūnu aizsardzībā un pārvietošanā.

- Fimbrijas : tie ir ļoti daudzu pavedienu piedēkļu veidi, kas ir piestiprināti baktēriju šūnas sienai. Tie kalpo baktēriju šūnu mobilitātei un pielipšanai pie jebkuras virsmas. Tos veido hidrofobs proteīns, ko sauc par pilīnu.

E. coli baktēriju fimbrijas. Tam ir aptuveni 200. Avots: (attēls: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Seksuālie pili: dažas fimbrijas (nedaudzas) tiek modificētas, lai veidotu sava veida “pīpi”, kuru baktērijas izmanto konjugācijai (ģenētiskā materiāla pārnešanai starp dažādām baktērijām), kas ir sava veida “seksuāla reprodukcija”. primitīvs.

- Flagella : tie ir garāki pavedieni nekā fimbrijas, un tos veido olbaltumvielas; viņiem ir "astes" izskats. Viņi pilda šūnu kustības vadīšanas funkciju un ir nostiprināti pie šūnu membrānas. Tajā pašā baktēriju šūnā var atrast no viena līdz simtiem flagellas.

Vibrio vulnificus baktērijas ar flagella. CDC / Janice Haney Carr / publiskais īpašums

Baktēriju flagellum diagramma (Avots: LadyofHats / Public Domain, via Wikimedia Commons)

Pārklājuma reģions

Šūnu apvalks parasti sastāv no citoplazmas membrānas un peptidoglikāna slāņa, ko sauc par “šūnas sienu”. Aploksni veido lipīdu, ogļhidrātu un olbaltumvielu kompleksi. Peptidoglikāna apvalka ķīmisko sastāvu izmanto kā klasifikāciju, lai atšķirtu divus baktēriju veidus.

Grampozitīvas baktērijas un gramnegatīvas baktērijas. Grampozitīvām baktērijām raksturīgs biezs peptidoglikāna slānis bez ārējās membrānas, kas to pārklāj, turpretim gramnegatīvām baktērijām ir tikai plāns peptidoglikāna slānis, uz kura ir uzlikta ārējā membrāna.

- Citoplazmatiskā membrāna : tai ir līdzīga struktūra kā eikariotu šūnu membrānai. Tas ir fosfolipīdu divslānis ar saistītajiem proteīniem (neatņemamiem vai perifēriskiem). Tomēr tas atšķiras no eikariotu šūnu membrānas ar to, ka tajā nav endogēnā veidā sintezētu sterīnu.

Baktēriju šūnu citoplazmatiskā membrāna ir viena no vissvarīgākajām struktūrām, jo ​​tieši tur notiek šūnu saplūšana, elektronu transportēšana, olbaltumvielu sekrēcija, barības vielu transportēšana un lipīdu biosintēze utt.

Iekšējais reģions

- Genoms : atšķirībā no eikariotu šūnām, baktēriju šūnu genoms nav ietverts membrānā kodolā. Tā vietā tas pastāv kā DNS juceklis, kas ir sablīvēts vairāk vai mazāk apļveida formā un asociējas ar dažiem proteīniem un RNS. Šis genoms ir daudz mazāks nekā eikariotu genoms: tā izmērs ir aptuveni 3 līdz 5 MB un veido vienu apļveida topoloģijas hromosomu.

- Plazmīdas vai ārpushromosomu DNS molekulas : tās ir nelielas apļveida DNS molekulas, kas spēj replicēties neatkarīgi no šūnu genoma DNS. Parasti konjugācijas laikā apmainās ar plazmīdu DNS molekulām, jo ​​tajās tiek kodēta informācija, kas nepieciešama rezistencei pret antibiotikām un / vai toksīniem.

Baktēriju DNS un plazmīdas. Oriģinālais fails: Lietotājs: Spaully. Tulkojums: Fibonači. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Ribosomas : ribosomas piedalās RNS translācijā, kas tika transkribēta no proteīna kodējošā gēna sekvences. Katrā baktēriju šūnā ir apmēram 1500 aktīvu ribosomu. Baktēriju šūnas ribosomu apakšvienības ir 70., 30. un 50.s., savukārt eikariotu šūnām ir 60. un 40.s subvienības.

Parasti antibiotikas uzbrūk baktēriju ribosomām, bloķējot olbaltumvielu translāciju un izraisot šūnu lizēšanu vai nāvi.

- Endosporas : baktērijām ir iekšējās sporas, kas neaktīvā stāvoklī un tiek izmantotas izdzīvošanai ārkārtējos vides apstākļos. Endosporas iziet no miega stāvokļa, kad dažādi receptori uz virsmas atklāj, ka apstākļi atkal ir labvēlīgi; Tādējādi tiek izveidota jauna, pilnībā funkcionējoša baktēriju šūna.

Zaļās endosporas baktēriju šūnās. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- Granulas vai iekļaušanas struktūras : tās darbojas kā sava veida rezerves ogļhidrātiem, fosfātu savienojumiem un citām molekulām. To sastāvs mainās atkarībā no baktēriju sugas, un tie ir viegli redzami citoplazmā, izmantojot optiskos mikroskopus.

Atsauces

1. Cabeen, MT, un Jacobs-Wagner, C. (2005). Baktēriju šūnu forma. Daba apskats Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP, & Smith, CJ (2007). Mikrobu struktūra un sastāvs.
3. Gitai, Z. (2005). Jaunā baktēriju šūnu bioloģija: kustīgās daļas un subcelulārā arhitektūra. Cell, 120 (5), 577-586.
4. Silhavy, T. J., Kahne, D., un Walker, S. (2010). Baktēriju šūnu apvalks. Cold Spring Harbor perspektīvas bioloģijā, 2 (5), a000414.
5. Vilejs, JM, Šervuds, L., un Vulvertons, CJ (2009). Preskota mikrobioloģijas principi. Bostona (MA): McGraw-Hill augstākā izglītība.