В клетках прокариот отсутствует холестерин
Содержание статьи
ребования к условиям жизни прокариот
Требования к условиям жизни прокариот• Невозможность выращивания многих прокариотических организмов в лабораторных условиях препятствует расширению наших знаний о всем разнообразии условий их существования • В качестве показателя, иллюстрирующего разнообразие условий существования микробов, занимающих различные экологические ниши, использовали данные исследования образцов ДНК • Прокариотические организмы можно характеризовать по способности существовать и размножаться в самых различных температурных условиях, в широком диапазоне величин pH и осмотического давления, а также при разном содержании кислорода в окружающей среде Наши представления о мире прокариот выглядели искаженными из-за того, что эти организмы можно (или нельзя) было культивировать в лаборатории. Было установлено, что свыше 99% прокариот, обитающих в окружающей среде, не поддаются культивированию с использованием стандартных приемов. Этот факт является существенной проблемой, поскольку наши представления о разнообразии прокариот сформировались на основании исследований их культур в лабораторных условиях. Несмотря на это, исследование образцов ДНК показывает, что прокариоты представляют собой чрезвычайно разнообразные организмы, обитающие в самых различных местах. Они могут существовать на поверхности нашего тела, в прудах, озерах и реках, в источниках на дне океанов и в термических источниках, температура воды в которых может превышать 100 °С. Вызывает удивление разнообразие продуктов питания, используемых прокариотами для обеспечения своей жизнедеятельности. На их рост влияют многие факторы, включая такие как pH, температура, степень оксигенации, наличие воды, и величина осмотического давления. В свою очередь, для каждого из этих физических факторов окружающей среды, важную роль играет наличие таких продуктов питания, как источники углерода, азота, серы, фосфора, а также витаминов и микроэлементов. Мы рассмотрим основные факторы, ограничивающие рост прокариот, и приведем примеры микроорганизмов, которые приближаются к этим границам. На рисунке ниже представлена классификация прокариот, в зависимости от условий их существования и роста. В зависимости от способности расти при разных температурах, прокариоты можно разделить на три группы: психрофилы, мезофилы и термофилы. Псих-рофилы представляют собой холодолюбивые организмы, которые лучше растут при температуре между 15 и 20 °С, а некоторые виды прекрасно растут и при 0 °С. Bacillus glodisporus является облигантым психрофилом. Это означает, что микроорганизм не может расти при температурах выше 20 °С. Психрофилы не могут обитать в организме человека из-за относительно высокой температуры тела, однако они населяют холодные воды и почву. Как и следует ожидать, ферменты психрофилов лучше всего функционируют при низкой температуре. Благодаря этому свойству, они являются объектом биотехнологической промышленности. Например, протеазы, выделенные из психрофилов, используются в качестве реагентов для чистки контактных линз, поскольку обладают высокой активностью при комнатной температуре. «Ледяные» психрофилы использовали в качестве своеобразного биологического антифриза, с тем чтобы предотвратить вымерзание посевов. Большинство известных микроорганизмов, относящихся к мезофилам, лучше всего растут между 25 и 40 °С. Эта группа бактерий детально исследована, поскольку включает почти все патогенные микробы человека. Некоторые микроорганизмы этой группы проявляют устойчивость к кратковременному воздействию высоких температур, что необходимо учитывать при консервировании или пастеризации пищевых продуктов.
Термофилы являются теплолюбивыми микроорганизмами, которые обычно растут при температуре между 50 и 60 °С, хотя некоторые виды могут переносить температуру до 110°С. Genus sulfolobus, представитель одного из семейств архей, обычно обитает в геотермальных источниках, один из которых показан на рисунке ниже (верхняя фотография), и лучше всего растет при температуре 80-85 °С. Эти организмы относятся к группе гипертермофилов, и их ферменты используются во многих практических целях. Наибольшую известность, по-видимому, получила ДНК-полимераза из Thermus aquaticus, используемая в полимеразной цепной реакции (ПЦР), которая осуществляется в лабораториях по всему миру. Эти полимеразы устойчивы при высоких температурах, что позволяет им оставаться активными при многократных циклах нагревания и охлаждения, которые необходимы для денатурации и ренатурации двухцепочечной матричной ДНК в ходе ПЦР. Прокариоты также классифицируются в зависимости от их способности расти в кислотном и щелочном окружении. Как мы видели на примере температурозависимого роста прокариот, многие микробы устойчивы к изменениям pH, что позволяет им занимать экологические ниши, не подходящие для других организмов. Ацидофилы представляют собой кислотолюбивые организмы, которые лучше всего растут при значениях pH ниже 5,4. Эти микробы часто продуцируют кислоту в качестве побочного продукта брожения, например Lactobacillus сбраживает глюкозу в молочную кислоту, что локально снижает pH и ингибирует рост неацидофильных микроорганизмов. Нейтрофилы, к которым относятся большинство патогенов человека, хорошо растут при pH от 5,5 до 8,0. Алкалофилы представляют собой щелочелюбивые организмы, растущие при pH 8,0 и выше. Некоторые прокариоты, обитающие в почве, относятся к наиболее толерантным из известных организмов и иногда растут при pH 12. Патогенный микроб человека, Vibrio cbolerae лучше всего растет при значениях pH около 9. В большинстве случаев устойчивость микробов к pH объясняется защитной ролью клеточной стенки. Хотя оптимальный рост микробов отмечается при определенных значениях pH окружающей среды, значение pH внутри клетки остается около 7. Отклонения от нейтральных значений pH могут вызвать денатурацию белков и нарушить протонный градиент через цитоплазматическую мембрану. Значения pH внутри клетки поддерживаются за счет функционирования белков ионного транспорта, находящихся в цитоплазматической мембране. При дыхании кислород служит эффективным акцептором электронов. Однако не всем организмам для дыхания необходим кислород, и некоторые прокариоты для дыхания вообще не используют кислород, а продуцируют энергию за счет брожения. Поскольку требования к кислороду среди прокариот широко варьируют, этот показатель удобно использовать для классификации. К облигатным аэробам относятся микроорганизмы, для роста которых абсолютно необходим кислород. К числу облигатных аэробов относятся некоторые виды Pseudomonads, которые в стационарах являются причиной развития многих инфекций. В то же время микроаэрофилы лучше растут в том случае, когда уровень кислорода невелик, а содержание двуокиси углерода высокое. Некоторые прокариоты могут расти в кислородной среде, однако не используют его в метаболических процессах. Для таких аэротолерантных организмов, например Lactobacillus, характерно только брожение, несмотря на наличие кислорода в окружающей среде. Анаэробы представляют собой прокариоты, растущие в бескислородной среде. Такие анаэробы, как Bacteroides, погибающие в присутствии свободного кислорода, называются облигатными анаэробами. Факультативные анаэробы в присутствии кислорода осуществляют аэробное дыхание, однако в отсутствии терминального акцептора электронов переключаются на брожение. Прокариоты, заселяющие кишечник и мочевыводящие пути человека, т. е. области с низким содержанием кислорода, обычно относятся к факультативным анаэробам. Эти микроорганизмы, к которым относится Е. coli, обладают сложными ферментными системами, которые обеспечивают им гибкость энергетических процессов. Для роста всех прокариот необходима вода. Однако микробы, обитающие в воде, должны противостоять гидростатическому давлению и недостатку питательных веществ. В озере на глубине 50 м развивается давление воды, в 32 раза превышающее атмосферное. Такого давления достаточно для того, чтобы любой организм, включая и некоторых микробов, ощущал сильный дискомфорт. Барофилы представляют собой прокариоты, которые обитают в океане на глубине превышающей 7000 м. Давление на такой глубине достаточно для того, чтобы превратить любую другую форму жизни в аморфную слизь. Интересно, что барофилы не могут существовать при нормальном атмосферном давлении, поскольку клеточная стенка у них функционирует надлежащим образом только при высоком давлении. Еще одним фактором, влияющим на рост прокариот, является осмотическое давление. Осмотическое давление возникает из-за разницы концентраций растворенных веществ в окружающей среде и внутри клетки. Если прокариоты оказываются в среде, содержащей высокую концентрацию растворенных веществ, из цитоплазмы клетки начинает выходить вода и клетка претерпевает плазмолиз (сжатие клетки). Напротив, микробы, попавшие в окружение, в котором содержится немного растворенных веществ, захватывают воду и набухают. Основная функция плазматической мембраны заключается в том, что она противодействует осмотическому давлению, ограничивая обмен растворенными веществами между цитоплазмой клетки и окружающей средой.
— Также рекомендуем «Сходства археев прокариот с эукариотами» Оглавление темы «Строение клетки»:
|
Источник
летка прокариот бактерий и архей
Клетка прокариот бактерий и архейОсновные положения: В соответствии с внутренней компартментализацией, все клетки подразделяются на два основных типа. В данном случае термин «компартмент» используется для обозначения внутриклеточного объема, ограниченного мембраной: Прокариоты подразделяются на два царства. Раньше считали, что все прокариоты представлены бактериями, но сейчас часть их мы причисляем к археям. Как бактерии, так и археи существуют в форме только одноклеточных организмов (хотя некоторые бактерии в популяции проявляют способность к агрегации). Область, ограниченная плазматической мембраной, называется цитоплазмой. У прокариот мембрана окружена клеточной стенкой, жесткая структура которой обеспечивает защиту клетки от физических воздействий внешней среды. На рисунке ниже показано, что в компартменте бактериальной клетки генетический материал расположен компактно, однако не отделен мембраной от содержимого цитоплазмы. К простейшим формам бактерий относится микоплазма, которая, однако, не способна к самостоятельному существованию, поскольку не может производить многие из жизненно необходимых продуктов.
Поэтому микоплазма существует внутри других организмов, в которых эти продукты образуются. В геноме микоплазмы содержится всего лишь около 500 генов, которые кодируют лишь минимальное количество продуктов, необходимых для построения клетки. Геном свободноживущих бактерий содержит более 1500 генов и кодирует синтез ферментов метаболизма, необходимых для превращения небольших молекул, а также обеспечивает функционирование более сложного аппарата регуляции экспрессии генов. Бактерии подразделяются на две группы, дивергенция между которыми произошла, вероятно, около двух миллиардов лет назад. Эти группы называются грамположительные и грамотрицательные, в зависимости от того, приобретают ли клетки окраску при прокрашивании по Граму. К числу наиболее полно охарактеризованных грамотрицательных бактерий относится Escherichia coli, а из грамположительных бактерий наиболее изучена Bacillus subtilis. Окраска развивается при взаимодействии красителя с клеточной стенкой. У грамположительных бактерий клеточная стенка окружает плазматическую мембрану, и краситель непосредственно взаимодействует с компонентами стенки. У грамотрицательных бактерий существует вторая мембрана, окружающая клеточную стенку. Наличие этой мембраны и различия в составе клеточной стенки препятствуют развитию окраски. Область, находящаяся между наружной и внутренней мембранами, называется периплазматическим пространством. В этом пространстве находятся специфические белки и другие компоненты. Если за критерий компартмента принимать область, ограниченную мембранами, то можно считать, что грамотрицательные бактерии имеют два компартмента. Однако периплазматическое пространство следует рассматривать как компартмент лишь в аспекте взаимодействия между клеткой и окружающей средой. Это никак не сказывается на основополагающем факте, что синтетическая активность бактериальной клетки сосредоточена в том же компартменте, где находится генетический материал. Цитоплазма бактериальной клетки представляет собой единую водную среду. Это означает, что все ферменты находятся в условиях одинакового ионного состава. Однако бактерии совсем не являются «мешками с ферментами», и в настоящее время очевидно, что многие белки позиционированы в клетке на определенных местах или на определенных структурах.
Некоторые бактерии могут развиваться, давая начало определенному типу специализированных клеток, что напоминает процесс развития у высших организмов. Известно много различных видов бактерий, которые возникли на ранних этапах эволюции. Установить их филогенетические взаимоотношения достаточно сложно, поскольку, в отличие от эукариот, ископаемых остатков не сохранилось. Однако современные молекулярные методы, основанные на секвенировании рибосо-мальных РНК, и недавно разработанные приемы полного секвенирования генома привели к революционным выводам относительно происхождения прокариот. Как отдельное царство прокариот были идентифицированы археи. По виду и строению археи напоминают бактерии: они характеризуются небольшими размерами и представляют собой одноклеточные организмы. Обычно они существуют в экстремальных условиях (например, при высоких температурах), и раньше их ошибочно принимали за бактерии, которые приспособились к таким условиям существования. Как и клетки бактерий, археи представляют собой клетки с одним компартментом и не имеют внутренних мембран. У них могут проявляться такие же морфологические признаки, как у бактерий, например наличие жесткой стенки или капсулы, окружающей плазматическую мембрану, а также жгутиков, направленных в окружающую среду. Основные отличия наблюдаются на молекулярном уровне, и компоненты клетки археев отличаются от таковых у бактерий. Аппарат, осуществляющий экспрессию генов у археев, больше напоминает аналогичный аппарат клеток эукариот, чем клеток бактерий. Клеточная стенка у них построена из субъединиц, отличающихся от субъединиц клеточной стенки бактерий или растений. Существуют отличия в составе мембранных липидов. По генетической сложности археи больше напоминают свободно-живущих бактерий. — Также рекомендуем «Свойства прокариот и требования к условиям жизни» Оглавление темы «Строение клеток»:
|
Источник
актерии. Прокариоты. Эукариоты. Различия между прокариотической и эукариотической клетками. Архебактерии. Эубактерии.
Оглавление темы «Бактерии. Грибы. Простейшие.»: Бактерии. Прокариоты. Эукариоты. Различия между прокариотической и эукариотической клетками. Архебактерии. Эубактерии.Бактерии [от греч. bakterion, уменьш. от baktron, трость, посох] — представители царства Procariotae, включающего бактерии и сине-зелёные водоросли. Бактерии крупнее вирусов, большинство из них можно изучать светооптической микроскопией. Прокариотическая клетка меньше эукариотической, ДНК в ней не окружена ядерной мембраной, а органеллы типа митохондрий и хлоропластов отсутствуют. Клетки бактерий окружены особо организованной клеточной стенкой, имеют ограниченное число отделов (компартментов) либо вообще лишены их (рис. 2-4). Они также имеют различия в синтезе ДНК, белков и продуктов клеточной стенки (табл. 2-1). Все известные бактерии разделяют на архебактерии (то есть древние бактерии) и эубактерии (к которым относят большинство современных видов).
АрхебактерииАрхебактерии [от греч. arche, начало + бактерия] обитают в биотопах с экстремальными условиями. Вероятно, эти биотопы напоминают существовавшие на заре развития жизни на Земле. К архебактериям относят метанобразующие бактерии, экстремально галофильные бактерии (растут в присутствии 12-32% NaCl) и термоацидофильные бактерии (растут при 75-90 °С и низком рН). Возможно, большинство архебактерии — потомки пробактерий, «научившихся» использовать неорганические доноры и акцепторы протонов. От эубактерий их отличают различия в строении клеточной стенки (отсутствие пептидогликанового слоя), рибосом, рибосомальных ферментов и транспортных РНК (тРНК). Поэтому архебактерии резистентны ко многим антибиотикам, к которым чувствительны эубактерий. Поскольку среди архебактерии патогенных для человека видов не обнаружено, их изучение не входит в задачи медицинской микробиологии. Таблица 2-1. Основные различия клеток прокариотов (эубактерий) и эукариотов ЭубактерииБольшинство эубактерий — свободноживущие сапрофиты, но среди них имеются виды, вызывающие заболевания у растений и животных. Значительная часть патогенных бактерий способна покрывать свои энергетические и метаболические потребности путём расщепления различных субстратов. Их можно выращивать на синтетических средах. — Также рекомендуем «Форма бактерий. Шаровидные бактерии ( микрококки, диплококки, сарцины, стафилококки, стрептококки ). Кокки. Палочковидные бактерии ( бациллы, клостридии ).» |
Источник