Роль бактерий в природе
Бактерии играют важную роль в природе, выполняя различные функции:
- Редуценты: минерализируют органические вещества до неорганических.
- Участвуют в круговороте веществ: например, углерода, азота и др.
- Вызывают болезни и регулируют численность популяций.
- Автотрофные бактерии являются продуцентами, вырабатывая органические вещества.
- Являются симбионтами: например, клубеньковые бактерии или бактерии в толстом кишечнике человека.
Основные признаки строения и жизнедеятельности бактерий
Бактерии имеют следующие особенности:
- Нет оформленного ядра, есть нуклеоид.
- ДНК имеет кольцевую форму.
- Отсутствуют мембранные органоиды.
- Мелкие (70S) рибосомы.
- Нет митоза и мейоза, бактерии размножаются делением надвое.
- Клеточная стенка из муреина (пептидогликана).
- Мелкие размеры клетки, меньше, чем у эукариот.
Применение бактерий в хозяйстве
Бактерии используются в различных отраслях хозяйства:
- Пищевая промышленность: для получения кисломолочных продуктов, при квашении, виноделии, сыроделии.
- Сельское хозяйство: для приготовления силоса, компоста, препаратов для борьбы с вредителями.
- Коммунальное хозяйство: для очистки сточных вод.
- Фармацевтика: для получения вакцин, витаминов, гормонов, лекарств.
- Энергетика и добывающая промышленность: для получения биогаза.
Распространение сибирской язвы через бактерии
При вскрытии скотомогильника, где были захоронены животные, инфицированные сибирской язвой, споры бактерий могли сохранить жизнеспособность, вызывая эпидемию сибирской язвы. Споры – это форма покоя, позволяющая бактериям выживать в неблагоприятных условиях.
Порча продуктов питания и способы предотвращения
Продукты питания портятся из-за размножения в них гнилостных бактерий и плесневых грибов. Для предотвращения гниения можно использовать:
- Охлаждение (заморозка): снижает скорость обмена веществ в микроорганизмах.
- Стерилизация (пастеризация): высокие температуры вызывают гибель клеток.
- Высушивание (вяление): недостаток воды замедляет обмен веществ в клетках.
- Засолка или засахаривание.
- Маринование, консервация, квашение или копчение: вещества в среде убивают гнилостные бактерии и грибы.
Организмы различных царств
Организмы каких царств состоят из клеток, изображенных на рисунке под буквами А и Б? Ответ обоснуйте, приведите соответствующие доказательства.
- A – Бактерии:
- отсутствует ядро (имеется нуклеоид; ДНК лежит в цитоплазме);
- отсутствуют мембранные органоиды.
- Б – Растения:
- есть крупная центральная вакуоль;
- есть хлоропласты;
- есть клеточная стенка.
Эффективные антибактериальные препараты
Учёные провели эксперимент, целью которого было определение наиболее эффективного антибактериального препарата. Результаты показали, что антибиотик 1 оказался наиболее эффективным, так как вокруг его диска плохо растут бактерии. Бактерии могут приобретать устойчивость к антибиотикам за счёт мутаций или поглощения плазмид.
Влияние концентрации антибактериального препарата
Экспериментатор определил влияние антибактериального средства на рост бактерий. Результаты показали, что раствор с концентрацией 10% наиболее оптимален, так как радиус зоны ингибирования был наибольшим. С течением времени антибактериальные средства могут стать неэффективными из-за возникновения резистентности у бактерий.
Действие лекарственного препарата
Лекарственный препарат, который катализирует разрушение муреина, действует на бактерии, так как их клеточная стенка состоит из муреина. Для клеток человека он нетоксичен, так как муреин не входит в состав их клеточной стенки.
## Влияние антибиотика эритромицина на рост бактерий
Экспериментатор определял влияние антибиотика эритромицина на рост бактерий одного из штаммов Micrococcus luteus. Известно, что эритромицин способен связываться с большой субъединицей 70S рибосомы. Разные количества антибиотика добавлялись в питательную среду на чашки Петри, засеваемые одинаковым количеством бактерий. Спустя 24 часа подсчитывалось количество выросших колоний бактерий на чашках Петри. Результаты эксперимента приведены в таблице.
| Количество антибиотика | Количество выросших колоний |
|------------------------|------------------------------|
| 0 г | 100 |
| 0.1 г | 80 |
| 0.5 г | 20 |
| 1 г | 0 |
### Почему эритромицин подавляет рост колоний бактерии?
1. Эритромицин, связываясь с бактериальной рибосомой, нарушает синтез белка (трансляцию).
2. Клетки бактерий не могут расти и делиться.
3. Эритромицин не действует таким образом на клетки человека.
4. В клетках человека рибосомы 80S типа (отсутствуют рибосомы бактериального типа).
### Приготовление домашнего йогурта
1. Прокипяченное молоко уничтожает бактерии (грибы), содержащиеся в нем.
2. Остывшее молоко сохраняет жизнеспособность бактерий, содержащихся в закваске.
3. 5-10 часов брожения необходимо для процесса ферментации.
### Клеточная стенка и мембрана
Организм с клетками, имеющими стенку такого состава, относится к царству Бактерии. Капсула этих бактерий выполняет функции защиты и обеспечивает прилипание к поверхностям.
### Структуры бактериальной клетки
1. Кольцевая молекула ДНК бактерий отличается от эукариотической, имеет замкнутую форму и не содержит гистонов.
2. Плазмида увеличивает устойчивость бактерий к неблагоприятным условиям среды.
Анализ основных вопросов микробиологии
. Перераспределение бактерий в растворах
Бактерии поместили в растворы, которые благоприятны для их жизнедеятельности, и перемешали. Спустя некоторое время бактерии в пробирках перераспределились.
- В пробирке 1 находятся аэробы;
- В пробирке 2 анаэробы;
- В пробирке 3 факультативные анаэробы.
Вопрос: Почему большая часть бактерий в пробирке 3 стремится к поверхности раствора, но их можно найти на всём протяжении среды?
Ответ:
- Бактерии собираются на поверхности из-за высокого содержания кислорода там.
- Факультативные анаэробы используют кислород для дыхания (окислительного фосфорилирования).
- Окислительное фосфорилирование энергетически более выгодно, чем гликолиз.
- Бактерии могут быть найдены на всей среде, так как способны к анаэробному обмену.
. Использование бактерий в производстве пищевых продуктов
Какие бактерии использует человек для получения пищевых продуктов и по каким причинам эти продукты имеют долгий срок хранения?
- Молочнокислые бактерии для кисломолочных продуктов или квашения.
- Уксуснокислые бактерии для уксуса или пропионовокислые для сыров.
- Основной метаболический процесс – брожение.
- Брожение продуктов (кислоты) способствует подавлению роста гнилостных бактерий и плесневых грибов.
. Отличия клеток сине-зеленых и зеленых водорослей
Сине-зеленые водоросли (цианобактерии) отличаются от зеленых водорослей (эукариоты) следующим образом:
- Отсутствие оформленного ядра у сине-зеленых водорослей.
- У голого типа одной кольцевой ДНК при наличии у зеленых нескольких хромосом.
- Отсутствие мембранных органоидов у сине-зеленых водорослей.
- Клеточная стенка сине-зеленых состоит из муреина, а у зеленых – целлюлозы.
. Действие лекарственного препарата на 70S рибосомы
Лекарственный препарат, связываясь с 70S рибосомами, действует против бактерий. Однако грипп и амебную дизентерию данным препаратом вылечить невозможно, так как:
- Грипп вызывается вирусами, не имеющими рибосом.
- Амебная дизентерия вызывается амебами, обладающими рибосомами типа 80S (эукариотические).
. Структура клетки организма и её функция
На рисунке изображена клетка организма царства растений. Она характеризуется наличием хлоропластов, основной функцией которых является фотосинтез – процесс, в ходе которого растение преобразует световую энергию в химическую, используемую для синтеза органических веществ.
- клетка царства Бактерии; 2) не содержит ядра (ДНК лежит в цитоплазме; имеется нуклеоид); 3) не содержит мембранных органоидов; 4) вопросительным знаком обозначена плазмида (дополнительная кольцевая ДНК); 5) несет дополнительные гены, повышающие приспособленность клетки к различным условиям.
19. Рассмотрите изображенные на рисунке клетки. Определите, какими буквами обозначены прокариотическая и эукариотическая клетки. Приведите доказательства своей точки зрения.
- А — прокариотическая клетка; Б — эукариотическая клетка; 2) клетка на рисунке А не имеет оформленного ядра (содержит кольцевую ДНК); 3) клетка на рисунке Б имеет оформленное ядро и мембранные органоиды.
20. Назовите не менее четырёх типов питания бактерий. Кратко охарактеризуйте каждый тип.
- фототрофы — в качестве источника энергии используют энергию солнечного света; 2) хемотрофы — в качестве источника энергии используют энергию окисления неорганических веществ; 3) сапротрофы используют органические вещества мёртвой массы; 4) паразиты используют органические вещества живых организмов, нанося им вред; 5) симбионты используют органические вещества живых организмов, принося им пользу.
21. Экспериментатор решила установить влияние пребиотика на рост бактерий кишечной палочки (Escherichia coli). Для этого она добавляла разные количества пребиотика в жидкую питательную среду и вносила туда одинаковое количество бактерий. Бактерии выращивались в течение ночи в термостате, после чего измерялась оптическая плотность (мутность) среды с бактериями. Результаты эксперимента представлены на графике. Объясните, для чего служат пребиотики. В каких ситуациях врачи назначают их приём? Приведите не менее двух ситуаций.
- пребиотики — вещества, стимулирующие рост и жизнедеятельность микрофлоры кишечника (не принимать ответ, в котором утверждается, что пребиотики — это полезные бактерии); 2) пребиотики назначаются в случае приёма антибиотиков; 3) пребиотики назначаются в случае нарушения функционирования микрофлоры кишечника.
22. Экспериментатор решила установить влияние антибиотика на рост бактерий кишечной палочки (Escherichia coli). Для этого она добавляла разные количества антибиотика гентамицина в питательную среду на чашки Петри и сеяла одинаковое количество бактерий. Бактерии выращивались в течение ночи в термостате. Подсчитывалось количество индивидуальных колоний бактерий на чашках. Результаты эксперимента приведены в таблице. Как Вы думаете, при какой температуре инкубировались чашки Петри в данном эксперименте? Поясните свой ответ.
- при температуре 37 °C (36,6 °C); 2) кишечная палочка обитает в кишечнике у человека (млекопитающих); 3) поэтому оптимальными условиями для её роста должна быть температура тела хозяина (человека, млекопитающих).
23. В рубце жвачных животных обитают бактерии, например, Ruminococcus spp., Ruminobacter spp., Prevotella spp. Экспериментатор для исследования пищеварения коров ввёл в их рацион кормовую добавку в виде мочевины. Через месяц он взял у пяти коров рубцовую жидкость и подсчитал количество микроорганизмов в ней. Результаты эксперимента отражены в таблице. Как изменится количество бактерий в рубцовой жидкости, если вместо мочевины ввести в рацион здорового животного антибиотик? Объясните, как и почему в этом случае изменится масса животного.
- количество бактерий уменьшится; 2) масса животного уменьшится (прирост массы уменьшится); 3) антибиотики подавляют деление бактерий (убивают бактерии); 4) бактерии рубца обеспечивают переваривание клетчатки (корма); 5) при гибели бактерий уменьшится количество доступных питательных веществ (снизится качество питания).
24. В рубце жвачных животных обитают бактерии, например, Ruminococcus spp., Ruminobacter spp., Prevotella spp. Экспериментатор для исследования пищеварения коров ввёл в их рацион кормовую добавку в виде мочевины. Через месяц он взял у пяти коров рубцовую жидкость и подсчитал количество микроорганизмов в ней. Результаты эксперимента отражены в таблице. Наличием какого химического элемента в кормовой добавке можно объяснить наблюдаемый эффект на бактерии? Ответ поясните. Какую роль выполняют бактерии в рубце коров?
- в состав мочевины входит азот; 2) азот входит в состав аминокислот (белков, нуклеиновых кислот); 3) аминокислоты (белки) являются строительным материалом (ферментами) для новых клеток ИЛИ 3) нуклеиновые кислоты являются генетическим материалом для новых клеток; 4) бактерии способствуют перевариванию клетчатки (корма) ИЛИ 4) синтезируют витамины (являются источником белка) ИЛИ 4) препятствуют заселению патогенной флоры.
25. Экспериментатор решил изучить процессы жизнедеятельности золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus). Для этого он поместил в питательную среду определенное количество живых бактерий и добавил антибиотик ципрофлоксацин, в последующие дни он измерял количество живых клеток. Результаты эксперимента представлены на графике. Как и почему изменяется количество живых клеток бактерий в эксперименте после добавления антибиотика? Как изменится количество живых клеток бактерий, если на пятый день вновь добавить ципрофлоксацин в культуру, но в большей концентрации, чем в начале эксперимента? Ответ поясните.
- количество живых клеток бактерий после добавления антибиотика уменьшается, а потом начинает расти; 2) большинство бактерий погибает под действием антибиотика; 3) устойчивые к антибиотику бактерии начинают размножаться; 4) количество живых бактериальных клеток после повторного добавления ципрофлоксацина сначала (незначительно) снизится, а затем продолжит расти; 5) большинство бактерий в культуре устойчивы к ципрофлоксацину
26. Экспериментатор решил изучить процессы жизнедеятельности золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus). Для этого он поместил в питательную среду определенное количество живых бактерий и добавил антибиотик ципрофлоксацин, в последующие дни он измерял количество живых клеток. Результаты эксперимента представлены на графике. Как изменится количество живых клеток бактерий, если продолжить эксперимент: через 500 циклов деления в одну половину бактериальной популяции снова добавить ципрофлоксацин, а в другую добавить такое же количество пенициллина (антибиотик другого типа)? Ответ поясните.
- при добавлении ципрофлоксацина количество живых бактериальных клеток продолжит расти (незначительно изменится); 2) большинство бактерий в культуре устойчивы к ципрофлоксацину; 3) при добавлениии пенициллина большинство бактериальных клеток погибнет (может сохраниться незначительное количество); 4) устойчивость к новому антибиотику у бактерий еще не выработалась.
Муреин или пептидогликан, понятие, где содержится
Муреин представляет собой ключевой элемент структуры стенок клетки эубактерий, то есть прокариот, и цианобактерий, которые относят к одноклеточным организмам, и отвечает за стабилизацию этого структурного образования.
Муреин является опорным биологическим полимером для стенок бактериальных клеток. В различных информационных источниках можно часто встретить другой название «пептидоглюкан». Соединение относят к гетерополимерам. Здесь Н-ацетилглюкозамин и Н-ацетилмурамовая кислота соединены посредством коротких пептидных цепей с помощью лактатных остатков.
Рассматриваемое вещество играет определяющую роль для одного из трех доменов живых организмов. Данный факт обуславливает наличие у соединения особого строения и специфических функций. Известно, что бактерии относятся к большой категории прокариотов. При исследовании строения этих организмов удалось выявить особенность, которая состоит в том, что генетический аппарат в данном случае не расположен в ограниченном мембранной оболочкой ядре.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
С другой стороны, такие организмы присутствуют в разных средах на Земле, независимо от типичного для них раннего возникновения. К примеру, найти подобных представителей несложно в залежах нефтепродуктов, бассейнах с гейзерами, где вода доходит до кипящего состояния, в ледяной океанской воде на севере, в кислоте, которая содержится в системах пищеварения животных организмов.
Разнообразие сред обитания с неодинаковыми и, порой экстремальными условиями, обусловлено для бактерий устойчивостью к отрицательному воздействию внешней среды. Такое полезное свойство обеспечено в большей степени специальным веществом, входящим в состав стенок клеток. Соединение, про которое идет речь, называют муреином.
Бактериальная клетка включает в себя воду. Содержание водной среды варьируется в пределах от 80% до 85%. Остаток, равный 20%, содержит около 50% белков. Пятую долю в общем количестве безводного вещества занимает РНК, остальные 5% вмещают ДНК, а прочее содержимое представлено некоторым количеством липидов. Стенка клетки занимает 20% сухого вещества. Этот параметр может в определенных случаях достигать у микроскопических организмов 50%. Пластина обладает толщиной примерно 0,01-0,045 мкм.
Заметим, что стенки твердой структуры имеются не только у бактериальных организмов. Подобный элемент присутствует в клетках грибов и растений. С другой стороны, лишь в случае прокариотов наблюдается описанный ранее состав этой стенки. Образование в клетке бактерии сформировано в виде панциря повышенной прочности, составленного из сложносоставной молекулы муреинового полисахарида.
Полипептидная структура состоит из цепей полисахаридов, размещенных параллельно относительно друг друга и объединенных посредством пептидных остатков. Модульной единицей является дисахарид муропептид, в котором наблюдается соединение ацетила-Д с ацетилмурамовой кислотой. Особенность муреинового образования заключается в присутствии полисахаридных цепочек, формирующих замкнутую сеть, где плотность повышена, а разрывы исключены.
В зависимости от вида сложенная стенка имеет разную плотность. К примеру, в каких-то случаях образование менее уплотненное, как у кишечной палочки. Для сравнения можно рассмотреть стенку с большей плотностью, характерную для золотистого стафилококка. С точки зрения биологической науки муреин нельзя назвать обычным полипептидом. В данное понятие так же включают сопровождающие соединение элементы стенки бактериальной клетки.
Муреиновые образования в случае грамположительных бактерий состоят также из полисахаридов, тайхоевых кислот, белков и прочих полипептидов. Увеличенное количество таких включений наблюдается при изучении клеточной стенки у грамотрицательных бактерий. При рассмотрении муреина здесь можно обнаружить:
Перечисленные вещества необходимы для реализации защитной функции. Таким образом, формируется устойчивость к воздействию вирусных бактериофагов. Кроме того, подобный механизм демонстрирует эффективность при блокировании агрессивного воздействия, которое способны оказывать антибиотики и ферменты.
Виды бактерий, которые относят к группе грамположительных, обладают стенкой с повышенной хрупкостью. Сформированный аналогичным путем корпус у грамотрицательных бактериальных организмов обладает мягким покрытием, образованным липидами, играющим роль защиты. Описанное строение обусловлено большим содержанием сопутствующих включений в структуру.
Составные компоненты, формула
Из определения вещества и рассмотрения принципов формирования муреина становится понятно, что образование представляет собой составной элемент стенки клетки, присутствующей в бактериальном организме. Однако имеются структуры, которые в значительной степени похожи на муреин. В качестве примеров можно рассмотреть определенные виды археев и глаукоцистофитовых водорослей.
В первом случае речь идет о микроскопических организмах, которые не имеют ядра и структурных органелл. Второй пример иллюстрирует образование псевдопептидогликана. Сформированные структуры не отличаются по функционалу от рассмотренного ранее муреина, а их состав обладает рядом явных сходств.
Описывая структурное строение муреина, целесообразно представить сеть с ячейками, которая сформирована за счет элементов n-ацетилглюкозамина и n-ацетилмурамовой кислоты. Соединения выполнены с помощью 1,4-гликозидных связей. В сшивании этих компонентов участвуют пептидные остатки под воздействием фермента транспептидазы. Составные элементы сформированной цепи:
Специфическая особенность образования заключается в содержании рассмотренных ранее Д-структур лишь в составе клеток прокариот. В результате полученный полипептид выглядит, как трехмерная структура, и составляет основу стенки бактериальной клетки. Подобное формирование сопровождается следующими эффектами:
На изображении ниже представлена структурная формула муреина, с помощью которой можно наглядно ознакомиться с особенностями соединения:
Основные функции
Определенные свойства, которые характерны для муреина, объяснимы структурным строением вещества. В числе ключевых механическая и опорная функции образования. Кроме того, рассматриваемому соединению присущи антигенные свойства, что объясняет улучшенные защитные качества, которые приобретают бактериальные организмы.
Одним из главных целевых назначений муреина является перемещение веществ в организм и высвобождение их во внешнюю среду. Благодаря описанному механизму, пептидогликан участвует в хемо- и фотосинтезе, осуществляемых эукариотными организмами, задерживании азота и прочих процессах, обладающих большим значением.
Перечисленные опции определены тем, как взаимодействуют между собой клетка и внешняя среда посредством стенки в клетке. Сеть, состоящая из ячеек, не пропускает молекулы крупных размеров, но этим функционал не ограничен. Муреин имеет избирательный характер проницаемости, к примеру, при взаимодействии с антибиотическими агентами. Данная способность сформировалась в ходе эволюционного развития и искусственного отбора при участии человеческого фактора.
Муреиновая структура участвует в перемещении клеточного образования, так как имеет ворсинки и жгутики с мембранным строением и плотными связями с муреиновой оболочкой. Набор компонентов цепей пептидов, которые составляют пептидогликан, играет роль систематического признака и позволяет идентифицировать таксоны рассматриваемых организмов. Исходя из формы бактерий, сформированных за счет муреина, их группируют.
Число и качественные характеристики сопутствующих включений, расположенных в стенке клетки, влияют на пару больших класса микроскопических организмов:
Классификация реализована с помощью методики детектирующего окрашивания. Исходя из принадлежности муреина к структуре стенки клетки, можно сделать вывод о его роли в качестве сигнального вещества для иммунитета человеческого и других организмов. Для примера целесообразно рассмотреть расщепление ферментным веществом лизоцимом 1,4-гликозидных связей, образованных между остатками ацетилглюкозамина и ацетилмурамовой кислоты.
Таким образом, провоцируется реакция гидролизации пептидоглюкана, что служит причиной гибели клетки бактерии. Лизоцим представляет собой одно из ферментных веществ, входящих в состав слюны млекопитающих организмов. Этим объясняется наличие у данного образования антибактериальных защитных свойств. Кроме того, фермент рушит пептидные цепи муроэндопептидаза, что приводит к структурной деформации полимера.
Разрабатываемые учеными антибиотики, в том числе, пенициллин и цефалоспорин, приводят к нарушениям, возникающим в механизме выработки пептидогликана. К примеру, под воздействием циклосерина прерывается образование аланина. Подобный эффект сопровождается процессами, возникающими при реагировании бактериального организма на защиту от антибиотиков.
В итоге подобного взаимодействия можно наблюдать мутации в генетической цепочке, которые регулируют процессы синтезирования лактамаз. Транспептидазы провоцируют появление штаммов, имеющих повышенную устойчивость к действию антибиотиков. С другой стороны, в результате эволюции прокариоты медленно изменяют степень проницаемости мембранного образования для циклосерина и прочих веществ.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что муреин с точки зрения биологических знаний является системой, которая постоянно подвержена каким-либо изменениям. Данный факт обуславливает регулярную разработку новых составов антибиотиков для постоянно обновляющегося спектра бактериальных штаммов. В результате инновационные препараты со временем теряют эффективность и нуждаются в доработке.
Верный ответ: 323133
Под цифрами: 1) Растительная клетка – запасное питательное вещество – крахмал (Г), клеточная стенка из целлюлозы 2) Животная клетка – отсутствует клеточная стенка (Б), есть только клеточная мембрана, запасное питательное вещество – гликоген 3) Бактериальная клетка – у бактерий есть только немембранные органоиды: единственные органоиды – рибосомы (А), клеточная стенка у бактерий содержит муреин (Д), отсутствуют митохондрии (Е – двумембранных органоидов у бактерий нет, как и одномембранных)
Как узнать на рисунке: 1 – растительная клетка, узнаем по наличию клеточной стенке и крупным вакуолям в клетке 2 – животная клетка, узнаем по отсутствую клеточной стенки, нет крупных вакуолей, клеточная мембрана имеет впячивания (важный признак!) – идет фагоцитоз (недостижимая мечта для клеток растений и грибов) 3 – бактериальная клетка, узнаем по наличию жгутиков, клеточной стенки (наличие мезосом – сколько еще лет придется видеть в тестах эти артефакты, сколько можно оскорблять бедные бактерии?)) мезосом в живой клетке не существует – это давно доказано!)
P.S. Нашли ошибку в задании? Пожалуйста, сообщите о вашей находке 😉 При обращении указывайте id этого вопроса – 1504.