Χαρακτηριστικά ενός βακτηριακού κυττάρου

Περιεχόμενο

• Στοιχεία κελιών
• Ένα βακτηριακό κυτταρικό αστάρι
• Το Βακτηριακό Κυτταρικό Τείχος
• Flagella, Pili και Endospores
• Βακτηριακή αναπαραγωγή

Τα κύτταρα είναι οι θεμελιώδεις μονάδες της ζωής και ως εκ τούτου είναι τα μικρότερα διακριτά στοιχεία των ζωντανών πραγμάτων που διατηρούν όλες τις βασικές ιδιότητες που συνδέονται με τα ζωντανά πράγματα, συμπεριλαμβανομένου του μεταβολισμού, της ικανότητας αναπαραγωγής και του τρόπου διατήρησης της χημικής ισορροπίας. Τα κύτταρα είναι είτε προκαρυωτικό, ένας όρος που αναφέρεται σε βακτηρίδια και ένα σύνθλιψη μονοκύτταρων οργανισμών, ή ευκαρυωτικό, που αναφέρεται σε φυτά, μύκητες και ζώα.

Τα βακτηριακά και άλλα προκαρυωτικά κύτταρα είναι πολύ απλούστερα σχεδόν σε κάθε τρόπο από τα αντίστοιχα ευκαρυωτικά τους. Όλα τα κύτταρα στο ελάχιστο περιλαμβάνουν μεμβράνη πλάσματος, κυτταρόπλασμα και γενετικό υλικό με τη μορφή DNA. Ενώ τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν μια ευρεία ποικιλία στοιχείων πέρα ​​από αυτά τα βασικά, αυτά τα τρία πράγματα αντιπροσωπεύουν σχεδόν το σύνολο των βακτηριακών κυττάρων. Τα βακτηριακά κύτταρα, ωστόσο, περιλαμβάνουν μερικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα που δεν ευρίσκονται σε ευκαρυωτικά κύτταρα, κυρίως κυτταρικό τοίχωμα.

Στοιχεία κελιών

Ένας ευκαρυωτικός οργανισμός μπορεί να έχει τρισεκατομμύρια κύτταρα, αν και τα ζυμομύκητα είναι μονοκύτταρα. τα βακτηριακά κύτταρα, από την άλλη πλευρά, έχουν μόνο ένα κύτταρο. Ενώ τα ευκαρυωτικά κύτταρα περιλαμβάνουν μια ποικιλία οργανιδίων που συνδέονται με τη μεμβράνη, όπως ο πυρήνας, τα μιτοχόνδρια (στα ζώα), οι χλωροπλάστες (τα φυτά απαντούν στα μιτοχόνδρια), τα σώματα Golgi, το ενδοπλασματικό δίκτυο και τα λυσοσώματα. Τόσο οι ευκαρυώτες όσο και οι προκαρυώτες περιλαμβάνουν τα ριβοσώματα, τις μικροσκοπικές δομές που είναι υπεύθυνες για την πρωτεϊνική σύνθεση, αλλά αυτές είναι συνήθως πιο εύκολα ορατές σε ευκαρυωτικά, επειδή πολλοί από αυτούς συσσωματώνονται κατά μήκος του γραμμικού ενδοπλασματικού δικτυώματος που μοιάζει με κορδέλλα.

Είναι εύκολο να θεωρήσετε τα βακτηριακά κύτταρα και τα ίδια τα βακτηρίδια ως "πρωτόγονα", λόγω τόσο της μεγαλύτερης ηλικίας εξελικτικής τους ανάπτυξης (περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, έναντι περίπου 1,5 δισεκατομμυρίων για τους προκαρυώτες) όσο και της απλότητας τους. Αυτό, ωστόσο, είναι παραπλανητικό για πολλούς λόγους. Το ένα είναι ότι, από την απόλυτη σκοπιά της επιβίωσης των ειδών, πιο περίπλοκο δεν σημαίνει απαραίτητα πιο ισχυρό. κατά πάσα πιθανότητα, τα βακτήρια ως ομάδα θα ξεπεράσουν τους ανθρώπους και άλλους "υψηλότερους" οργανισμούς όταν οι συνθήκες στη Γη αλλάξουν επαρκώς. Ένας δεύτερος λόγος είναι ότι τα βακτηριακά κύτταρα, αν και απλά, έχουν αναπτύξει μια ποικιλία ισχυρών μηχανισμών επιβίωσης που δεν έχουν ευκαρυωτικά.

Ένα βακτηριακό κυτταρικό αστάρι

Τα βακτηριακά κύτταρα έρχονται σε τρία βασικά σχήματα: τα ράβδου (τα βακίλλια), τα στρογγυλά (cocci) και τα σπειροειδή (σπιρίλλι). Αυτά τα χαρακτηριστικά μορφολογικών βακτηριακών κυττάρων μπορούν να είναι χρήσιμα στη διάγνωση μολυσματικών ασθενειών που προκαλούνται από γνωστά βακτήρια. Για παράδειγμα, το "strep throat" είναι αιτίες ανά είδος Στρεπτόκοκκοι, το οποίο, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι στρογγυλό, όπως είναι Σταφυλόκοκκοι. Ο άνθρακας προκαλείται από μεγάλο βάκιλο και η ασθένεια Lyme προκαλείται από σπειροειδές σπειροειδές σχήμα. Εκτός από τα ποικίλα σχήματα των μεμονωμένων κυττάρων, τα βακτηριακά κύτταρα τείνουν να βρίσκονται σε συστάδες, η δομή των οποίων ποικίλει ανάλογα με το συγκεκριμένο είδος. Ορισμένες ράβδοι και κόκκοι αναπτύσσονται σε μεγάλες αλυσίδες, ενώ ορισμένοι άλλοι κοκκιοί βρίσκονται σε συστάδες που θυμίζουν κάπως το σχήμα μεμονωμένων κυττάρων.

Τα περισσότερα βακτηριακά κύτταρα μπορούν, αντίθετα από τους ιούς, να ζουν ανεξάρτητα από άλλους οργανισμούς και δεν εξαρτώνται από άλλα ζωντανά για μεταβολικές ή αναπαραγωγικές ανάγκες. Εξαιρέσεις, ωστόσο, υπάρχουν. μερικά είδη Rickettsiae και Χλαμύδια είναι υποχρεωτικά ενδοκυτταρικές, πράγμα που σημαίνει ότι δεν έχουν άλλη επιλογή παρά να κατοικούν στα κύτταρα των ζώντων πραγμάτων για να επιβιώσουν.

Η έλλειψη βακτηριακών κυττάρων από έναν πυρήνα είναι ο λόγος που τα προκαρυωτικά κύτταρα διακρίθηκαν αρχικά από τα ευκαρυωτικά κύτταρα, καθώς αυτή η διαφορά είναι εμφανής ακόμη και κάτω από μικροσκόπια συγκριτικά χαμηλής ισχύος μεγέθυνσης. Το βακτηριακό ϋΝΑ, ενώ δεν περιβάλλεται από πυρηνική μεμβράνη όπως αυτή των ευκαρυωτικών, τείνει να συσσωρεύεται στενά και ο προκύπτων τραχύς σχηματισμός ονομάζεται νουκλεοειδές. Υπάρχει σημαντικά μικρότερο DNA γενικά στα βακτηριακά κύτταρα από ό, τι στα ευκαρυωτικά κύτταρα. εάν είναι τεντωμένο στο τέλος, ένα μόνο αντίγραφο του τυπικού γενετικού υλικού ευκαρυωτικών ή χρωματίνης θα τεντώσει περίπου στο 1 χιλιοστό, ενώ αυτό ενός βακτηρίου θα κυμαίνεται περίπου 1 έως 2 μικρομέτρα - μια διαφορά 500 έως 1000 φορές. Το γενετικό υλικό των ευκαρυωτικών περιλαμβάνει το ίδιο το DNA και τις πρωτεΐνες που ονομάζονται ιστόνες, ενώ το προκαρυωτικό ϋΝΑ έχει λίγες πολυαμίνες (ενώσεις αζώτου) και ιόντα μαγνησίου που συνδέονται με αυτό.

Το Βακτηριακό Κυτταρικό Τείχος

Ίσως η πιο προφανής διαρθρωτική διαφορά μεταξύ βακτηριακών κυττάρων και άλλων κυττάρων είναι το γεγονός ότι τα βακτηρίδια διαθέτουν κυτταρικά τοιχώματα. Αυτά τα τείχη, κατασκευασμένα από πεπτιδογλυκάνη μόρια, βρίσκονται ακριβώς έξω από την κυτταρική μεμβράνη, τα οποία διαθέτουν όλα τα είδη κυττάρων. Οι πεπτιδογλυκάνες αποτελούνται από ένα συνδυασμό πολυσακχαριτικών σακχάρων και πρωτεϊνικών συστατικών. η κύρια δουλειά τους είναι να προσθέσουν προστασία και ακαμψία στα βακτήρια και να προσφέρουν ένα σημείο αγκυροβόλησης για δομές όπως το pili και flagella, που προέρχονται από την κυτταρική μεμβράνη και εκτείνονται μέσω του κυτταρικού τοιχώματος στο εξωτερικό περιβάλλον.

Εάν ήσασταν μικροβιολόγος που λειτουργούσε σε έναν παρελθόντα αιώνα και ήθελε να δημιουργήσει ένα φάρμακο που θα ήταν επικίνδυνο για τα βακτηριακά κύτταρα, ενώ ήταν συνήθως αβλαβές για τα ανθρώπινα κύτταρα και είχε γνώση των αντίστοιχων δομών αυτών των κυτταρικών συνθέσεων των οργανισμών, ίσως να το κάνετε αυτό σχεδιάζοντας ή την εύρεση ουσιών που είναι τοξικές για τα τοιχώματα των κυττάρων ενώ παράλληλα επιβαρύνουν άλλα κυτταρικά συστατικά Στην πραγματικότητα, αυτό είναι ακριβώς το πώς λειτουργούν πολλά αντιβιοτικά: στοχεύουν και καταστρέφουν τα βακτηριακά τοιχώματα των κυττάρων, σκοτώνοντας τα βακτηρίδια ως αποτέλεσμα. Πενικιλίνες, η οποία εμφανίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1940 ως η πρώτη κατηγορία αντιβιοτικών, δρα αναστέλλοντας τη σύνθεση των πεπτιδογλυκανών που αποτελούν τα κυτταρικά τοιχώματα ορισμένων, αλλά όχι όλων, των βακτηριδίων. Το κάνουν αυτό απενεργοποιώντας ένα ένζυμο που καταλύει μια διαδικασία που ονομάζεται σταυροσύνδεση σε ευαίσθητα βακτήρια. Με την πάροδο των ετών, η χορήγηση αντιβιοτικών έχει επιλέξει για τα βακτήρια που παράγουν ουσίες που ονομάζονται βήτα-λακταμάσες, οι οποίες στοχεύουν τις "εισβολικές" πενικιλίνες. Έτσι, παραμένει ένας μακροχρόνιος και ατελείωτος "αγώνας των εξοπλισμών" μεταξύ των αντιβιοτικών και των μικροσκοπικών στόχων τους που προκαλούν ασθένειες.

Flagella, Pili και Endospores

Ορισμένα βακτήρια διαθέτουν εξωτερικές δομές που βοηθούν τα βακτήρια στην πλοήγησή τους στον φυσικό κόσμο. Για παράδειγμα, flagella (singular: flagellum) είναι προσθήκες που μοιάζουν με μαστίγια που παρέχουν ένα μέσο μετακίνησης για τα βακτηρίδια που τους κατέχουν, παρόμοια με αυτά των μανταρινιών. Μερικές φορές βρίσκονται στο ένα άκρο ενός βακτηριακού κυττάρου. μερικά βακτήρια τα έχουν και στα δύο άκρα. Το μαστίγιο "χτυπά" σαν μια έλικα, επιτρέποντας στα βακτηρίδια να "εκτελούν" θρεπτικά συστατικά, να "ξεφεύγουν" από τοξικές χημικές ουσίες ή να κινούνται προς το φως (μερικά βακτήρια, που ονομάζονται κυανοβακτήρια, βασίζονται στη φωτοσύνθεση για ενεργειακά όπως τα φυτά και επομένως απαιτούν τακτική έκθεση στο φως).

Pili (μοναδικός: pilus), είναι δομικά παρόμοιοι με το flagella, καθώς είναι τριχωτές προεξοχές που εκτείνονται προς τα έξω από την επιφάνεια των βακτηριακών κυττάρων. Η λειτουργία τους, ωστόσο, είναι διαφορετική. Αντί να βοηθήσετε στη μετακίνηση, τα pili βοηθούν τα βακτήρια να προσκολληθούν σε άλλα κύτταρα και επιφάνειες διαφόρων συνθέσεων, συμπεριλαμβανομένων των βράχων, των εντέρων σας και ακόμη και του σμάλτου των δοντιών σας. Με άλλα λόγια, προσφέρουν "κολλώδη" στα βακτηρίδια με τον τρόπο που τα χαρακτηριστικά κελύφη των φραγκοστάφυλων επιτρέπουν στους οργανισμούς αυτούς να προσκολλώνται σε βράχους. Χωρίς pili, πολλά παθογόνα βακτήρια (δηλ., Που προκαλούν ασθένεια) δεν είναι μολυσματικά, επειδή δεν μπορούν να προσκολληθούν στους ιστούς του ξενιστή. Ένας εξειδικευμένος τύπος pili χρησιμοποιείται για μια διαδικασία που ονομάζεται σύζευξη, στην οποία δύο βακτήρια ανταλλάσσουν τμήματα DNA.

Ένα μάλλον διαβολικό κατασκεύασμα συγκεκριμένων βακτηρίων είναι οι ενδοσπόροι. Βακίλλος και Clostridium τα είδη μπορούν να παράγουν αυτά τα σπόρια, τα οποία είναι εξαιρετικά ανθεκτικά στη θερμότητα, αφυδατωμένα και αδρανή εκδοχές των φυσιολογικών βακτηριακών κυττάρων που δημιουργούνται μέσα στα κύτταρα. Περιέχουν το δικό τους πλήρες γονιδίωμα και όλα τα μεταβολικά ένζυμα. Το βασικό χαρακτηριστικό του ενδοσπόρου είναι το σύνθετο προστατευτικό του στρώμα. Η αλλαντίαση της νόσου προκαλείται από α Clostridium botulinum ενδοσπόριο, που εκκρίνει μια θανατηφόρα ουσία που ονομάζεται ενδοτοξίνη.

Βακτηριακή αναπαραγωγή

Τα βακτήρια παράγονται με μια διαδικασία που ονομάζεται δυαδική σχάση, η οποία απλά σημαίνει διάσπαση στο μισό και δημιουργία ενός ζεύγους κυττάρων τα οποία είναι γενετικά ταυτόσημα με το μητρικό κύτταρο. Αυτή η ασεξουαλική μορφή αναπαραγωγής έρχεται σε έντονη αντίθεση με την αναπαραγωγή των ευκαρυωτικών, η οποία είναι σεξουαλική, καθώς περιλαμβάνει δύο γονικούς οργανισμούς που συμβάλλουν σε ίσες ποσότητες γενετικού υλικού για τη δημιουργία ενός απογόνου. Ενώ η σεξουαλική αναπαραγωγή στην επιφάνεια μπορεί να φανεί περίπλοκη - τελικά, γιατί να εισαγάγει αυτό το ενεργητικό κόστος εάν τα κύτταρα μπορούν απλά να χωριστούν στο μισό; - είναι απόλυτη διασφάλιση της γενετικής ποικιλότητας και αυτό το είδος ποικιλίας είναι απαραίτητο για την επιβίωση των ειδών.

Σκεφτείτε το: Εάν κάθε άνθρωπος ήταν γενετικά ταυτόσημο ή ακόμα και στενό, ειδικά σε επίπεδο ενζύμων και πρωτεϊνών που δεν μπορείτε να δείτε αλλά εξυπηρετούν ζωτικές μεταβολικές λειτουργίες, τότε ένας μόνο τύπος βιολογικού αντιπάλου θα ήταν αρκετός για να εξαλείψει ενδεχομένως όλη την ανθρωπότητα . Γνωρίζετε ήδη ότι οι άνθρωποι διαφέρουν στη γενετική τους ευαισθησία σε ορισμένα πράγματα, από τους μεγάλους (μερικοί άνθρωποι μπορούν να πεθάνουν από την έκθεση σε μικρές εκθέσεις σε αλλεργιογόνα, συμπεριλαμβανομένων των φιστικιών και του δηλητηρίου των μελισσών) στις σχετικά ασήμαντες (μερικοί άνθρωποι δεν μπορούν να αφομοιώσουν τη λακτάση ζάχαρης δεν είναι σε θέση να καταναλώσουν γαλακτοκομικά προϊόντα χωρίς σοβαρές διαταραχές στα γαστρεντερικά τους συστήματα). Ένα είδος που απολαμβάνει μεγάλη γενετική ποικιλότητα προστατεύεται σε μεγάλο βαθμό από την εξαφάνιση, διότι αυτή η ποικιλομορφία προσφέρει την πρώτη ύλη στην οποία μπορούν να δράσουν ευνοϊκές πιέσεις φυσικής επιλογής. Αν το 10 τοις εκατό του πληθυσμού ενός δεδομένου είδους συμβεί να είναι ανοσοποιημένο σε έναν συγκεκριμένο ιό που το είδος δεν έχει ακόμη βιώσει, αυτό είναι απλό ζήτημα. Εάν, αντιθέτως, ο ιός εκδηλώνεται σε αυτόν τον πληθυσμό, μπορεί να μην είναι πολύ πριν από αυτό το συμβάν, το 10 τοις εκατό αντιπροσωπεύει το 100 τοις εκατό των επιβιώνει οργανισμών σε αυτό το είδος.

Ως αποτέλεσμα, τα βακτήρια έχουν αναπτύξει μια σειρά μεθόδων για τη διασφάλιση της γενετικής ποικιλομορφίας. Αυτά περιλαμβάνουν μετατροπή, σύζευξη και μεταγωγή. Όχι όλα τα βακτηριακά κύτταρα μπορούν να κάνουν χρήση όλων αυτών των διεργασιών, αλλά μεταξύ αυτών, επιτρέπουν σε όλα τα βακτηριακά είδη να επιβιώσουν σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό από ό, τι διαφορετικά.

Ο μετασχηματισμός είναι η διαδικασία ανάληψης του DNA από το περιβάλλον και διαιρείται σε φυσικές και τεχνητές μορφές. Στον φυσικό μετασχηματισμό, το ϋΝΑ από τα νεκρά βακτήρια εσωτερικοποιείται μέσω της μεμβράνης των κυττάρων, στυλ καθαρισμού και ενσωματώνεται στο DNA των επιζών βακτηρίων. Στον τεχνητό μετασχηματισμό, οι επιστήμονες σκόπιμα εισάγουν το DNA σε ένα βακτήριο ξενιστή, συχνά Ε. Coli (επειδή αυτό το είδος έχει ένα μικρό, απλό γονιδίωμα το οποίο χειρίζεται εύκολα) για να μελετήσει αυτούς τους οργανισμούς ή να δημιουργήσει ένα επιθυμητό βακτηριακό προϊόν. Συχνά, το εισαχθέν DNA είναι από ένα πλασμίδιο, έναν φυσικώς ενυπάρχοντα δακτύλιο βακτηριακού DNA.

Η σύζευξη είναι η διαδικασία με την οποία ένα βακτήριο χρησιμοποιεί ένα pilus ή pili για να "εγχύσει" το DNA σε ένα δεύτερο βακτήριο μέσω άμεσης επαφής. Το μεταδιδόμενο DNA μπορεί, όπως και με τον τεχνητό μετασχηματισμό, να είναι ένα πλασμίδιο ή μπορεί να είναι ένα διαφορετικό θραύσμα. Το νέο εισαχθέν ϋΝΑ μπορεί να περιλαμβάνει ένα ζωτικό γονίδιο που κωδικοποιεί για πρωτεΐνες που επιτρέπουν αντοχή στα αντιβιοτικά.

Τέλος, η μεταγωγή βασίζεται στην παρουσία ενός εισβάλλοντος ιού που ονομάζεται βακτηριοφάγος. Οι ιοί βασίζονται σε ζωντανά κύτταρα για να αναπαράγουν επειδή, αν και διαθέτουν γενετικό υλικό, στερούνται μηχανές για να κάνουν αντίγραφα αυτού. Αυτοί οι βακτηριοφάγοι τοποθετούν το δικό τους γενετικό υλικό στο DNA των βακτηρίων που εισβάλλουν και κατευθύνουν τα βακτήρια για να φτιάξουν περισσότερους φάγους, τα γονιδιώματα των οποίων στη συνέχεια περιέχουν ένα μείγμα του αρχικού βακτηριακού DNA και του DNA βακτηριοφάγου. Όταν αυτοί οι νέοι βακτηριοφάγοι εγκαταλείψουν το κύτταρο, μπορούν να εισβάλουν σε άλλα βακτήρια και να μεταδώσουν το DNA που αποκτήθηκε από τον προηγούμενο ξενιστή στο νέο βακτηριακό κύτταρο.