Питание, дыхание и размножение бактерий. Переживание неблагоприятных условий. Размножение и развитие земноводных

Наружной мембраной, и одного или нескольких ядер. Светлый и плотный наружный слой называется эктоплазма, а внутренний - эндоплазма. В эндоплазме амебы находятся клеточные органоиды: сократительные и пищеварительные вакуоли, митохондрии, рибосомы, элементы аппарата Гольджи, эндоплазматическая сеть, опорные и сократительные волокна.

Дыхание и выделение

Клеточное дыхание амебы происходит при участии кислорода, когда его становится меньше, чем во внешней среде, внутрь клетки поступают новые молекулы. Накопившиеся в результате жизнедеятельности вредные вещества и углекислый газ выводятся наружу. По тонким трубковидным каналам в тело амебы поступает жидкость, этот процесс носит название . Сократительные вакуоли занимаются откачивание лишней воды. Постепенно наполняясь, они резко сокращаются и выталкиваются наружу примерно раз в 5-10 минут. Причем вакуоли могут образовываться в любой части тела. Пищеварительная вакуоль приближается к клеточной мембране и открывается наружу, в результате чего во внешнюю среду выбрасываются непереваренные остатки.

Питание

Амеба питается одноклеточными водорослями, бактериями и более мелкими одноклеточными, наталкиваясь на них, она их обтекает и включает в цитоплазму, формируя пищеварительную вакуоль. В нее поступают ферменты, которые расщепляют белки, липиды и углеводы, так происходит внутриклеточное пищеварение. Переварившись, пища попадает в цитоплазму.

Размножение

Амебы размножатся бесполым путем, методом деления. Данный процесс не отличается от деления клеток, которое происходит при росте многоклеточного организма. Разница заключается только в том, что дочерние клетки становятся самостоятельными организмами.

Вначале ядро удваивается для того, чтобы каждой дочерней клетке была передана своя копия наследственной информации. Ядро сначала вытягивается, затем удлиняется и перетягивается посередине. Образуя поперечную бороздку, оно делится на две половины, которые образуют два ядра. Они расходятся в разные стороны, а тело амебы делится на две части перетяжкой, образуя два новых одноклеточных организма. В каждый из них попадает по одному ядру, также происходит образование недостающих органоидов. Деление может повторяться несколько раз за одни сутки.

Образование цист

Одноклеточные организмы чувствительны к изменениям внешней среды, в неблагоприятных условиях на поверхности тела амебы выделяется большое количество воды из цитоплазмы. Выделяющая вода и вещества цитоплазмы образуют плотную оболочку. Данный процесс может происходить в холодное время года, при высыхании водоема или в других неблагоприятных для амебы условиях. Организм переходит в покоящееся состоянии, образуя цисту, в которой приостанавливаются все жизненные процессы. Цисты могут разносится ветром, что способствует расселению амеб. При наступлении благоприятных условий, амеба покидает оболочку цисты и переходит в активное состояние.

Источники:

• Биоуроки, Амёба обыкновенная

Размножение - естественное свойство живых существ. Оно бывает половым и бесполым - т.е. с участием только одной особи, в отсутствие особи противоположного пола. Последнее встречается у определенных видов растений и грибов, а также у простейших организмов.

Инструкция

Бесполое размножение происходит без обмена генетической информацией между двумя особями разного пола. Оно характерно для простейших одноклеточных организмов - амеб, инфузорий-туфелек. Изменчивость у них отсутствует, на протяжении тысячелетий дочерние особи полностью копируют родительские.

Один из способов бесполого размножения - деление, когда из одной особи образуются две дочерние (например, амебы). При этом сначала начинает делиться ядро организма, а потом распадается надвое цитоплазма. Этот способ распространен и среди бактерий.

Морская звезда размножается фрагментированным способом: «материнский» организм делится на части, и каждая из них становится полноценной новой морской звездой.

Еще один способ - размножение спорами. Здесь речь идет о многоклеточных организмах - грибах и растениях. При бесполом размножении в этом процессе участвует только одно растение. Оно образует споры или отделяет жизнеспособные участки вегетативного тела, а из них формируются дочерние особи при благоприятных обстоятельствах.

Вегетативное размножение у растений происходит с помощью вегетативных органов - листьев, корней и . Фиалка, например, размножается листьями, а малина корнями. Это явление особенно распространено среди дикорастущих растений. Вегетативное размножение бывает естественным и искусственным, когда оно осуществляется человеком.

Часто в естественных условиях определенные виды растений размножаются одними и теми же органами: тюльпаны, лилии, нарциссы, лук и чеснок - луковицами; георгины, топинамбур, картофель - клубнями; - стелющимися побегами (усами); иван-чай, полевой хвощ, тысячелистник - корневищами.

Плюс искусственного вегетативного размножения в том, что оно позволяет сохранять генетическую чистоту в селекции, т.к. дочернее растение перенимает все качества родительского. А минус - в снижении устойчивости к болезням и вредителям, что наблюдается через несколько лет бесполого размножения.

В сельском хозяйстве и садоводстве применяются способы искусственного вегетативного размножения делением кустов, отводками, черенками и прививками.

Видео по теме

Одним из продуктов, способным избавить полость рта от , является петрушка. Это растение также отлично нейтрализует запах табака. Менее сильными по своим свойствам являются кардамон, кориандр, полынь, розмарин и эвкалипт. Для большего эффекта травы необходимо как можно дольше или для десен .

Чтобы создать в полости рта среду, неблагоприятную для размножения бактерий, больше ешьте ягоды, арбузы, цитрусовые и другие фрукты и овощи, богатые витамином С. Регулярное употребление такой пищи опять же благотворно сказывается . Не заменяйте естественный витамин С искусственной добавкой, она может вызвать расстройство пищеварения.

Не стоит забывать и про зеленый чай, который успешно смывает бактерии с поверхности десен и зубов. Этот напиток богат флавоноидами, которые не только избавляют полость рта от неприятного запаха, но и отбеливают зубы, и улучшают обмен веществ.

Следует обратить внимание на кисломолочные продукты. Как и йогурты, они снижают уровень сульфида водорода во рту и освежают дыхание. Также содержащиеся в кисломолочных продуктах вещества не дают размножаться бактериям брожения и полость рта непригодной для их жизни.

Видео по теме

Дыхание и обмен веществ у растений

Растения, как все живые организмы, постоянно дышат. Для этого им необходим кислород. Он нужен и одноклеточным, и многоклеточным растениям. Кислород участвует в процессах жизнедеятельности клеток, тканей и органов растения.

Большинство растений получает кислород из воздуха через устьица и чечевички. Водные растения потребляют его из воды всей поверхностью тела. Некоторые растения, произрастающие на заболоченных местах, имеют особые дыхательные корни, поглощающие кислород из воздуха.

Дыхание – сложный процесс, протекающий в клетках живого организма, в ходе которого при распаде органических веществ высвобождается энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности организма. Основным органическим веществом, участвующим в дыхательном процессе, являются углеводы, главным образом сахара (особенно глюкоза). Интенсивность дыхания у растений зависит от количества углеводов, накопленных побегами на свету.

Дыхание – это протекающий с участием кислорода процесс распада органических питательных веществ до неорганических (углекислого газа и воды), сопровождающийся выделением энергии, которая используется растением для процессов жизнедеятельности.

Дыхание – процесс, противоположный фотосинтезу. Сравним процессы дыхания и фотосинтеза в клетках зеленого листа растения.

Процесс дыхания связан с непрерывным потреблением кислорода днем и ночью. Особенно интенсивно идет процесс дыхания в молодых тканях и органах растения. Интенсивность дыхания обусловлена потребностями роста и развития растений. Много кислорода требуется в зонах деления и роста клеток. Образование цветков и плодов, а также повреждение и особенно отрывание органов сопровождается усилением дыхания у растений. По окончании роста, с пожелтением листьев и особенно в зимнее время интенсивность дыхания заметно снижается, но не прекращается.

Дыхание – непременное условие жизни растений.

Дыхание листьев. (Анимация)

Чтобы жить, растение обязательно должно получать путем питания и дыхания необходимые ему вещества и энергию.

Поглощенные вещества в процессе преобразований в клетках и тканях становятся веществами, из которых растение строит свое тело. Все преобразования веществ, происходящие в организме, всегда сопровождаются потреблением энергии. Зеленое растение (как автотрофный организм), поглощая световую энергию, преобразует ее в химическую и накапливает в сложных органических соединениях. В процессе дыхания при расщеплении органических веществ эта энергия высвобождается и используется растением на преобразование веществ и процессы жизнедеятельности, которые происходят в клетках.

Оба эти процесса – фотосинтез и дыхание – идут путем последовательных многочисленных химических реакций, в которых одни вещества преобразуются в другие.

Например, в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды образуются сахара, которые затем через ряд промежуточных реакций превращаются в крахмал, клетчатку или белки, жиры и витамины – вещества, необходимые растению для питания и запасания энергии.

Весь процесс дыхания протекает в клетках растительного организма. Он состоит из двух этапов, в ходе которых сложные органические вещества расщепляются на более простые, неорганические – углекислый газ и воду. На первом этапе при участии специальных белков, ускоряющих процесс (ферментов), происходит распад молекул глюкозы. В итоге из глюкозы образуются более простые органические соединения и выделяется немного энергии. Этот этап дыхательного процесса происходит в цитоплазме.

На втором этапе простые органические вещества, образовавшиеся на первом этапе, взаимодействуя с кислородом, окисляются – образуют углекислый газ и воду. При этом высвобождается много энергии. Второй этап дыхательного процесса протекает только с участием кислорода в специальных органоидах клетки – митохондриях .

Таким образом, в процессе дыхания происходит расщепление более сложных органических веществ на простые неорганические соединения – углекислый газ и воду. При этом растение обеспечивается высвобождающейся энергией. Одновременно идет передача различных химических элементов из одних соединений в другие. Эти превращения веществ в организме называют обменом веществ . Обмен веществ – один из важных признаков жизни.

Обмен веществ – это совокупность протекающих в организме различных химических превращений, обеспечивающих рост и развитие организма, его воспроизведение и постоянный контакт с окружающей средой.

Интерактивный урок-тренажёр. (Выполните все задания урока)

Обмен веществ связывает все органы организма в единое целое. Вместе с этим благодаря обмену веществ организм объединяется с окружающей средой. Из нее растение поглощает вещества через корни и листья и выделяет в среду продукты своей жизнедеятельности. Дыхание, как и питание, – необходимое условие обмена веществ, а значит, и жизни организма.

Дыхание - это универсальное свойство всего живого, что есть на Земле. Основным свойством дыхательного процесса является поглощение кислорода, взаимодействующего с органическими соединениями живых тканей с образованием воды и углекислоты. Дыхание растений сопровождается поглощением воды растительным организмом, а в окружающее пространство растения выделяют углекислоту.

При дыхании для выделения энергии растение расходует этот процесс является обратным фотосинтезу, когда в накапливаются питательные вещества. В дневные часы почти все растения производят кислород, однако в их клетках параллельно имеет место и дыхательный процесс, но он протекает менее интенсивно. Ночью дыхание растений происходит активнее, в отличие от фотосинтеза, который, без доступа света, прекращается.

Акт дыхания у растений

Растительная клетка и, соответственно, все растение в целом, существует при условии непрерывного притока пластических веществ и энергии. Акт дыхания, с химической точки зрения, складывается из многочисленных звеньев цепочки связанных окислительно-восстановительных реакций, которые происходят между клеточными органеллами и сопровождаются расщеплением веществ. Выделяемая при расщеплении энергия используется для питания растения.

Растений - это газообмен между непосредственно организмом растения и внешней средой через устьица листиков или чечевички в стволах деревьев. Органами дыхания более высокоорганизованных растений являются листья, стволы деревьев, стебли, каждая из клеток водорослей.

Тканевое дыхание

За у растений отвечают специальные структуры клеток - митохондрии. Эти органеллы существенно отличаются от таковых у животных, что можно объяснить особенностями процесса жизнедеятельности растений (образ жизни - прикрепленный, изменение метаболизма из-за переменчивых условий окружающей среды).

Поэтому дыхание растений сопровождается дополнительными путями окисления органических элементов, при которых продуцируются альтернативные ферменты. Алгоритм дыхания можно представить схематически как реакцию окисления до воды и углекислоты сахаров, благодаря поглощению кислорода. Это сопровождается выделением тепла, что отчетливо прослеживается при распускании цветов и прорастании семян. Дыхание растений - это не только поставка энергии для роста и дальнейшего развития растения. Роль дыхания очень важна. На промежуточных этапах дыхательного процесса образуются используемые затем при обмене веществ, например, пентоза и Дыхание и фотосинтез, несмотря на то, что противоположны по своей природе, взаимосвязаны, так как служат источниками таких энергетических носителей, как НАДФ-Н, АТФ и метаболитов в клетке. Вода, которая выделяется при дыхании, в засушливых условиях сохраняет растение от обезвоживания. При этом, если процесс слишком интенсивный, избыточное выделение дыхательной энергии в виде тепла может вызвать потерю сухого вещества живой клетки.

Земноводные (они же амфибии ) - первые появившиеся в процессе эволюции наземные позвоночные. При этом они все еще сохраняют тесную связь с водной средой, обычно живя в ней на личиночной стадии. Типичные представители земноводных - лягушки, жабы, тритоны, саламандры. Наиболее разнообразны в тропических лесах, так как там тепло и сыро. Среди амфибий нет морских видов.

Общая характеристика земноводных

Земноводные - это немногочисленная группа животных, насчитывающая около 5000 видов (по другим источникам около 3000). Их разделяют на три отряда: Хвостатые, Бесхвостые, Безногие . Привычные нам лягушки и жабы принадлежат бесхвостым, тритоны - хвостатым.

У амфибий появляются парные пятипалые конечности, представляющие собой многочленные рычаги. Передняя конечность состоит из плеча, предплечья, кисти. Задняя конечность - из бедра, голени, стопы.

У большинства взрослых земноводных в качестве органов дыхания развиваются легкие. Однако они не столь совершенны, как у более высокоорганизованных групп позвоночных. Поэтом в жизнедеятельность амфибий большую роль имеет кожное дыхание.

Появление в процессе эволюции легких сопровождалось появлением второго круга кровообращения и трехкамерного сердца. Хотя есть второй круг кровообращения, из-за трехкамерного сердца не происходит полного разделения венозной и артериальной крови. Поэтому к большинству органов поступает смешанная кровь.

Глаза имеют не только веки, но и слезные железы для смачивания и очищения.

Появляется среднее ухо с барабанной перепонкой. (У рыб только внутреннее.) Барабанные перепонки видны, находятся по бокам головы позади глаз.

Кожа голая, покрыта слизью, в ней много желез. Не предохраняет от потери воды, поэтому живут близ водоемов. Слизь защищает кожу от высыхания и бактерий. Кожа состоит из эпидермиса и дермы. Через кожу также всасывается вода. Кожные железы многоклеточные, у рыб одноклеточные.

Из-за неполного разделения артериальной и венозной крови, а также несовершенного легочного дыхания обмен веществ у земноводных медленный, как и у рыб. Они также относятся к холоднокровным животным.

Размножаются амфибии в воде. Индивидуальной развитие протекает с превращением (метаморфозом). Личинка лягушек называется головастиком .

Земноводные появились около 350 млн лет назад (в конце девонского периода) от древних кистеперых рыб. Их расцвет произошел 200 млн лет назад, когда Землю покрывали огромные болота.

Опорно-двигательная система земноводных

В скелете земноводных меньше костей, чем у рыб, так как многие кости срастаются, другие же остаются хрящами. Таким образом, их скелет легче, чем у рыб, что важно для обитания в воздушной среде, которая является менее плотной, чем водная.

Мозговой череп срастается с верхними челюстями. Подвижной остается только нижняя челюсть. В черепе сохраняется много хрящей, которые не окостеневают.

Опорно-двигательная система земноводных имеет схожа с таковой рыб, но имеет ряд ключевых прогрессивных отличий. Так, в отличие от рыб, череп и позвоночник подвижно сочленены, что обеспечивает подвижность головы относительно шеи. Впервые появляется шейный отдел позвоночника, состоящий из одного позвонка. Однако подвижность головы не большая, лягушки могут только наклонять голову. Хотя у них и есть шейный позвонок, во внешнем виде тела шеи нет.

У земноводных позвоночник состоит из большего количества отделов, чем у рыб. Если у рыб их только два (туловищный и хвостовой), то у земноводных четыре отдела позвоночника: шейный (1 позвонок), туловищный (7), крестцовый (1), хвостовой (одна хвостовая кость у бесхвостых или ряд отдельных позвонков у хвостатых амфибий). У бесхвостых амфибий происходит срастание хвостовых позвонков в одну кость.

Конечности земноводных сложные. Передние состоят из плеча, предплечья и кисти. Кисть состоит из запястья, пясти и фаланг пальцев. Задние конечности состоят из бедра, голени и стопы. Стопа состоит из предплюсны, плюсны и фаланг пальцев.

Пояса конечностей служат для опорой для скелета конечностей. Пояс передней конечности земноводного состоит из лопатки, ключицы, вороньей кости (коракоида), общей для поясов обеих передних конечностей грудины. Ключицы и коракоиды сращены с грудиной. Из-за отсутствия или недоразвития ребер, пояса лежат в толще мускулатуры и никак опосредовано не прикреплены к позвоночнику.

Пояса задних конечностей состоят из седалищных и подвздошных костей, а также лобковых хрящей. Срастаясь, они сочленяются с боковыми отростками крестцового позвонка.

Ребра, если есть, короткие, грудной клетки не образуют. У хвостатых амфибий ребра короткие, у бесхвостых их нет.

У бесхвостых земноводных локтевая и лучевая кости срастаются, также срастаются кости голени.

Мышцы земноводных имеют более сложное строение, чем у рыб. Мышцы конечностей и головы специализированы. Мышечные пласты распадаются на отдельные мускулы, которые обеспечивают движение одних частей тела относительно других. Земноводные не только плавают, но и прыгают, ходят, ползают.

Пищеварительная система земноводных

Общий план строения пищеварительной системы земноводных сходен с рыбьей. Однако появляются некоторые новшевства.

Передний коней языка лягушек прирастает к нижней челюсти, а задний остается свободным. Такое строение языка позволяет ловить им добычу.

У земноводных появляются слюнные железы. Их секрет смачивает пищу, но никак не переваривает ее, так как не содержит пищеварительных ферментов. На челюстях бывают конические зубы. Они служат для удержания пищи.

За ротоглоточной полостью находится короткий пищевод, открывающийся в желудок. Здесь пища частично переваривается. Первый отдел тонкого кишечника - двенадцатиперстная кишка. В нее открывается единых проток, куда попадают секреты печени, желчного пузыря и поджелудочной железы. В тонком кишечнике переваривание пищи завершается, и питательные вещества всасываются в кровь.

Непереваренные остатки пищи попадают в толстый кишечник, откуда перемещаются в клоаку, представляющую собой расширение кишечника. В клоаку также открываются протоки выделительной и половой систем. Из нее непереваренные остатки попадают во внешнюю среду. У рыб клоаки нет.

Взрослые земноводные питаются животной пищей, чаще всего различными насекомыми. Головастики питаются планктоном и растительной пищей.

Дыхательная система земноводных

Личинки земноводных (головастики) имеют жабры и один круг кровообращения (как у рыб).

У взрослых земноводных появляются легкие, представляющие собой вытянутые мешочки с тонкими эластичными стенками, имеющими ячеистое строение. В стенках находится сеть капилляров. Дыхательная поверхность легких мала, поэтому в процессе дыхания участвует и голая кожа земноводных. Через нее поступает до 50% кислорода.

Механизм вдоха и выдоха обеспечивается поднятием и опусканием дна ротовой полости. При опускании происходит вдох через ноздри, при поднятии - воздух проталкивается в легкие, при этом ноздри закрыты. Выдох осуществляется также при поднятии дна рта, но при этом ноздри открыты, и воздух выходит через них. Также при выдохе сокращаются брюшные мышцы.

В легких осуществляется газообмен за счет разницы концентраций газов в крови и воздухе.

Легкие земноводных недостаточно хорошо развиты, чтобы полноценно обеспечивать газообмен. Поэтому важно кожное дыхание. Высыхание амфибий может привести к тому, что они задохнутся. Кислород сначала растворяется в покрывающей кожу жидкости, а затем диффундирует в кровь. Углекислый газ также сначала оказывается в жидкости.

У земноводных, в отличие от рыб, носовая полость стала сквозной и используется при дыхании.

Под водой лягушки дышат только кожей.

Кровеносная система земноводных

Появляется второй круг кровообращения. Он проходит через легкие и называется легочным, а также малым кругом кровообращения. Первый круг кровообращения, проходящий через все органы тела, называется большим.

Сердце земноводных трехкамерное, состоит из двух предсердий и одного желудочка.

В правое предсердие поступает венозная кровь от органов тела, а также артериальная от кожи. В левое предсердие поступает артериальная кровь от легких. Сосуд, впадающий в левое предсердие, называется легочной веной .

Сокращение предсердий выталкивает кровь в общий желудочек сердца. Здесь кровь частично смешивается.

Из желудочка по отдельным сосудам кровь направляется в легкие, в ткани тела, к голове. В легкие по легочным артериям поступает наиболее венозная кровь из желудочка. К голове же идет почти чистая артериальная. Наиболее смешанная кровь, поступающая в туловище, изливается из желудочка в аорту.

Такое разделение крови достигается особым расположением сосудов, выходящим от распределительной камеры сердца, куда кровь попадает из желудочка. Когда выталкивается первая порция крови, то она заполняет наиболее близкие сосуды. И это кровь наиболее венозная, которая попадает в легочные артерии, идет в легкие и кожу, где обогащается кислородом. Из легких кровь возвращается в левое предсердие. Следующая порция крови - смешанная - попадает в дуги аорты, идущие к органам тела. Наиболее артериальная кровь попадает в дальнюю пару сосудов (сонные артерии) и направляется к голове.

Выделительная система земноводных

Почки у земноводных туловищные, имеют продолговатую форму. Моча поступает в мочеточники, далее по стенке клоаки стекает в мочевой пузырь. Когда мочевой пузырь сокращается, моча изливается в клоаку и далее наружу.

Продуктом выделения является мочевина. Для ее выведения требуется меньше воды, чем для выведения аммиака (который образуется у рыб).

В почечных канальцах почек происходит обратное всасывание воды, что важно для ее сбережения в условиях воздушной среды.

Нервная система и органы чувств земноводных

Ключевых изменений в нервной системе земноводный по-сравнению с рыбами не произошло. Однако передний мозг земноводных сильнее развит и разделен на два полушария. Но у них хуже развит мозжечок, так как амфибиям не надо поддерживать равновесие в воде.

Воздух прозрачнее воды, поэтому ведущая роль у земноводных играет зрение. Они видят дальше рыб, их хрусталик более плоский. Есть веки и мигательные перепонки (или верхнее неподвижное веко и нижнее прозрачное подвижное).

В воздухе звуковые волны распространяются хуже, чем в воде. Поэтому появляется необходимость в среднем ухе, представляющем собой трубочку с барабанной перепонкой (видны как пара тонких круглых пленок позади глаз лягушки). От барабанной перепонки звуковые колебания через слуховую косточку передаются внутреннему уху. Евстахиева труба соединяет полость среднего уха с ротовой полостью. Это позволяет ослаблять перепады давления на барабанную перепонку.

Размножение и развитие земноводных

Лягушки начинают размножаться в возрасте около 3 лет. Оплодотворение наружное.

Самцы выделяют семенную жидкость. У многих лягушек самцы закрепляются на спинах самок и пока самка выметывает икру в течение нескольких дней, поливают ее семенной жидкостью.

Земноводные мечут меньше икры, чем рыбы. Гроздья икры прикрепляются к водным растениям или плавают.

Слизистая оболочка икринки в воде сильно разбухает, преломляет солнечный свет и нагревается, что способствует более быстрому развитию зародыша.

В каждой икринке развивается зародыш (у лягушек обычно около 10 дней). Вышедшая из икринки личинка называется головастиком. Он имеет много признаков, схожих с рыбами (двухкамерное сердце и один круг кровообращение, дыхание с помощью жабр, орган боковой линии). Сначала головастик имеет наружные жабры, которые потом становятся внутренними. Появляются задние конечности, потом передние. Появляются легкие и второй круг кровообращения. В конце метаморфоза рассасывается хвост.

Стадия головастика длится обычно несколько месяцев. Головастики питаются растительной пищей.

2. Питание, дыхание и размножение бактерий

Питание бактерий

Особенности питания бактериальной клетки состоят в поступлении питательных субстратов внутрь через всю ее поверхность, а также в высокой скорости процессов метаболизма и адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.

Типы питания. Широкому распространению бактерий способствует разнообразие типов питания. Микроорганизмы нуждаются в углеводе, азоте, сере, фосфоре, калии и других элементах. В зависимости от источников углерода для питания, бактерии делятся на аутотрофы (от греч. autos - сам, trophe - пища), использующие для построения своих клеток диоксид углерода С02 и другие неорганические соединения, и гетеротрофы (от греч. heteros -другой, trophe - пища), питающиеся за счет готовых органических соединений. Аутотрофными бактериями являются нитрифицирующие бактерии, находящиеся в почве; серобактерии, обитающие в воде с сероводородом; железобактерии, живущие в воде с закисным железом, и др.

Механизмы питания. Поступление различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде, рН среды, концентрации веществ, различных факторов проницаемости мембран и др. Клеточная стенка пропускает небольшие молекулы и ионы, задерживая макромолекулы массой более 600 Д. Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана. Условно можно выделить четыре механизма проникновения питательных веществ в бактериальную клетку: это простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транслокация групп.

Наиболее простой механизм поступления веществ в клетку - простая диффузия, при которой перемещение веществ происходит вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны. Вещества проходят через липидную часть цитоплазматической мембраны (органические молекулы, лекарственные препараты) и реже по заполненным водой каналам в цитоплазматической мембране. Пассивная диффузия осуществляется без затраты энергии.

Облегченная диффузия происходит также в результате разницы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны. Однако этот процесс осуществляется с помощью молекул-переносчиков, локализующихся в цитоплазматической мембране и обладающих специфичностью. Каждый переносчик транспортирует через мембрану соответствующее вещество или передает другому компоненту цитоплазматической мембраны - собственно переносчику. Белками-переносчиками могут быть пермеазы, место синтеза которых -цитоплазматическая мембрана.

Облегченная диффузия протекает без затраты энергии, вещества перемещаются от более высокой концентрации к более низкой.

Активный транспорт происходит с помощью пермеаз и направлен на перенос веществ от меньшей концентрации в сторону большей, т.е. как бы против течения, поэтому данный процесс сопровождается затратой метаболической энергии (АТФ), образующейся в результате окислительно-восстановительных реакций в клетке.

Перенос (транслокация) групп сходен с активным транспортом, отличаясь тем, что переносимая молекула видоизменяется в процессе переноса, например фосфорилируется.

Выход веществ из клетки осуществляется за счет диффузии и при участии транспортных систем.

Ферменты бактерий. Ферменты распознают соответствующие им метаболиты (субстраты Х вступают с ними во взаимодействие и ускоряют химические реакции. Ферменты являются белками, участвуют в процессах анаболизма (синтеза) и катаболизма (распада), т.е. метаболизма. Многие ферменты взаимосвязаны со структурами микробной клетки. Например, в цитоплазматической мембране имеются окислительно-восстановительные ферменты, участвующие в дыхании и делении клетки: ферменты, обеспечивающие питание клетки, и др. Окислительно-восстановительные ферменты цитоплазматической мембраны и ее производных обеспечивают энергией интенсивные процессы биосинтеза различных структур, в том числе клеточной стенки. Ферменты, связанные с делением и аутолизом клетки, обнаруживаются в клеточной стенке. Так называемые эндоферменты катализируют метаболизм, проходящий внутри клетки. Экзоферменты выделяются клеткой в окружающую среду, расщепляя макромолекулы питательных субстратов до простых соединений, усваиваемых клеткой в качестве источников энергии, углерода и др. Некоторые экзоферменты (пенициллиназа и др.) инактивируют антибиотики, выполняя защитную функцию.

Различают конститутивные и индуцибельные ферменты. К констиутивным ферментам относят ферменты, которые синтезируются клеткой непрерывно, вне зависимости от наличия субстратов в питательной среде. Индуцибельные (адаптивные) ферменты синтезируются бактериальной клеткой только при наличии в среде субстрата данного фермента.

Ферменты микроорганизмов используют в генетической инженерии (рестриктазы, лигазы и др.) для получения биологически активных соединений, уксусной, молочной, лимонной и других кислот, молочнокислых продуктов, в виноделии и других отраслях. Ферменты применяют в качестве биодобавок в стиральные порошки для уничтожения загрязнений белковой природы.

Дыхание бактерий

Дыхание, или биологическое окисление, основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ- универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности. При дыхании происходят процессы окисления и восстановления: окисление - отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов; восстановление - присоединение водорода или электронов к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород (такое дыхание называется аэробным) или нитрат, сульфат, фумарат (такое дыхание называется анаэробным - нитратным, сульфатным, фумаратным). Анаэробиоз (от греч. аег - воздух + bios - жизнь) - жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения.

По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы: облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы. Облигатные аэробы могут расти только при наличии кислорода. Облигатные анаэробы (клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка, бактероиды и др.) растут только на среде без кислорода, который для них токсичен. При наличии кислорода бактерии образуют перекисные радикалы кислорода, в том числе перекись водорода и супероксид-анион кислорода, токсичные для облигатных анаэробных бактерий, поскольку они не образуют соответствующие инактивирующие ферменты. Аэробные бактерии инактивируют перекись водорода и супероксидантом соответствующими ферментами (каталазой, пероксидазой и супероксиддисмутазой). Факультативные анаэробы могут расти как при наличии, так и при отсутствии кислорода, поскольку они способны переключаться с дыхания в присутствии молекулярного кислорода на брожение в его отсутствие. Факультативные анаэробы способны осуществлять анаэробное дыхание, называемое нитратным: нитрат, являющийся акцептором водорода, восстанавливается до молекулярного азота и аммиака.

Среди облигатных анаэробов различают аэротолерантные бактерии, которые сохраняются при наличии молекулярного кислорода, но не используют его.

Для выращивания анаэробов в бактериологических лабораториях применяют анаэростаты - специальные емкости, в которых воздух заменяется смесью газов, не содержащих кислорода. Воздух можно удалять из питательных сред путем кипячения, с помощью химических адсорбентов кислорода, помещаемых в анаэростаты или другие емкости с посевами.

Размножение бактерий

Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом и размножением. Под ростом часто понимают также увеличение числа особей в единице объема среды, что, однако, правильнее отнести к размножению бактерий в популяции. Рост можно регистрировать визуально под микроскопом, на экране, на серийных фотоснимках и в окрашенных препаратах.Темп и характер роста у бактерий разной формы отличаются. У палочковидных бактерий стенка и масса растут равномерно, у шаровидных бактерий - неравномерно: масса пропорционально кубу, а стенка - пропорционально квадрату радиуса клетки. Поэтому кокки вначале растут быстро, а затем увеличение их массы сдерживается отставанием роста стенки.

Размножение - самовоспроизведение, приводящее к увеличению количества бактериальных клеток в популяции. Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра - нуклеоида. Репликация хромосомной ДНК осуществляется от начальной точки. Хромосома бактериальной клетки связана в области оп с цитоплазматической мембраной. Репликация ДНК катализируется ДНК-полимеразами. Сначала происходит раскручивание (деспирализация) двойной цели ДНК, в результате чего образуется репликативная вилка (разветвленные цепи); одна из цепей, достраиваясь, связывает нуклеотиды от 5"- к 3" - концу, другая - достраивается посегментно.

Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, элонгация, или рост цепи, и терминация. Образовавшиеся в результате репликации две хромосомы расходятся, чему способствует увеличение размеров растущей клетки: прикрепленные к цитоплазматичеекой мембране или ее производным (например, мезосомам) хромосомы по мере увеличения объема клетки удаляются друг от друга. Окончательное их обособление завершается образованием перетяжки или перегородки деления. Клетки с перегородкой деления расходятся в результате действия аутолитических ферментов, разрушающих сердцевину перегородки деления. Аутолиз при этом может проходить неравномерно: делящиеся клетки в одном участке остаются связанными частью клеточной стенки в области перегородки деления, такие клетки располагаются под углом друг к другу.