Sisältö
- Solun perusteet
- Bakteerisolualusta
- Bakteerisoluseinä
- Flagella, Pili ja Endospores
- Bakteerien lisääntyminen
Solut ovat elämän perusyksiköitä ja sellaisenaan elävien esineiden pienimpiä erillisiä elementtejä, joilla säilytetään kaikki eläviin esineisiin liittyvät tärkeimmät ominaisuudet, mukaan lukien aineenvaihdunta, lisääntymiskyky ja keino kemiallisen tasapainon ylläpitämiseen. Solut ovat joko prokaryoottiset, termi, joka viittaa bakteereihin ja yksisoluisten organismien sirpaleisiin, tai eukaryoottinen, joka viittaa kasveihin, sieniin ja eläimiin.
Bakteeri- ja muut prokaryoottisolut ovat paljon kaikilta osin yksinkertaisempia kuin niiden eukaryoottiset kollegansa. Kaikkiin soluihin sisältyy vähintään plasmamembraani, sytoplasma ja geenimateriaali DNA: n muodossa. Vaikka eukaryoottisoluissa on laaja valikoima elementtejä näiden olennaisten lisäksi, nämä kolme asiaa muodostavat melkein kokonaan bakteerisolut. Bakteerisoluissa on kuitenkin joitain piirteitä, joita eukaryoottisolut eivät ole, varsinkin soluseinä.
Solun perusteet
Yhdessä eukaryoottisessa organismissa voi olla biljoonia soluja, vaikka hiiva olisi yksisoluinen; bakteerisoluissa sitä vastoin on vain yksi solu. Kun eukaryoottisoluihin sisältyy erilaisia kalvoon sitoutuneita organelleja, kuten ydin, mitokondriat (eläimissä), kloroplastit (kasvit vastaavat mitokondrioihin), Golgi-elimet, endoplasminen retikulum ja lysosomit, bakteerisoluissa ei ole organelleja. Sekä eukaryootit että prokaryootit sisältävät ribosomit, pienet rakenteet, jotka vastaavat proteiinisynteesistä, mutta nämä visualisoidaan tyypillisesti helpommin eukaryooteissa, koska niin monet niistä rypälevät lineaarisen, nauhamaisen endoplasmisen retikulumin pitkin.
Bakteerisoluja ja itse bakteereja on helppo pitää "primitiivisinä" johtuen sekä niiden suuremmasta evoluutiokaudesta (noin 3,5 miljardia vuotta, verrattuna noin 1,5 miljardia prokaryooteihin) että niiden yksinkertaisuudesta. Tämä on kuitenkin harhaanjohtava monista syistä. Yksi on, että lajin selviytymisen kannalta monimutkaisempi ei välttämättä tarkoita vahvempaa; todennäköisesti bakteerit ryhmänä ylittävät ihmiset ja muut "korkeammat" organismit, kun olosuhteet maapallolla muuttuvat riittävästi. Toinen syy on, että bakteerisolut, vaikkakin yksinkertaiset, ovat kehittäneet erilaisia tehokkaita selviytymismekanismeja, joita eukaryooteilla ei ole.
Bakteerisolualusta
Bakteerisolut ovat kolmessa perusmuodossa: sauvamaiset (bacillit), pyöreät (cocci) ja kierremaiset (spirilli). Nämä morfologiset bakteerisolu-ominaisuudet voivat olla käteviä diagnoosissa tunnettujen bakteerien aiheuttamia tartuntatauteja. Esimerkiksi "STREP kurkku" on syy lajeittain streptokokkeja, jotka, kuten nimestä voi päätellä, ovat pyöreitä, kuten ovat stafylokokit. Pernarutto johtuu suuresta bacilluksesta, ja Lymen tauti johtuu spiraalista, joka on spiraalimainen. Yksittäisten solujen vaihtelevien muotojen lisäksi bakteerisoluja löytyy yleensä klustereista, joiden rakenne vaihtelee kyseessä olevista lajeista riippuen. Jotkut sauvat ja kokit kasvavat pitkissä ketjuissa, kun taas jotkut muut kokit löytyvät klustereista, jotka muistuttavat jonkin verran yksittäisten solujen muotoa.
Useimmat bakteerisolut voivat, toisin kuin virukset, elää riippumattomasti muista organismeista, eivätkä ne ole riippuvaisia muista elävistä asioista aineenvaihdunnan tai lisääntymisen tarpeisiin. Poikkeuksia on kuitenkin olemassa; joitain lajeja Rickettsiae ja Chlamydiae ovat pakollisesti solunsisäisiä, mikä tarkoittaa, että heillä ei ole muuta vaihtoehtoa kuin asua elävien olentojen soluja selviytyäkseen.
Bakteerisoluissa ytimen puute on syy siihen, miksi prokaryoottiset solut erotettiin alun perin eukaryoottisoluista, koska tämä ero on ilmeinen jopa mikroskoopeilla, joilla on suhteellisen pieni suurennusvoima. Bakteeri-DNA, vaikka sitä ei ympäröi eukaryootien kaltainen ydinmembraani, pyrkii silti klusteroimaan tiiviisti, ja tuloksena olevaa karkeaa muodostumista kutsutaan nukleoidiksi. Bakteerisoluissa on huomattavasti vähemmän DNA: ta kuin eukaryoottisoluissa; jos venytetään päästä päähän, yksittäinen kopio tyypillisestä eukaryrotes-geneettisestä materiaalista, tai kromatiinista, venyisi noin 1 millimetriin, kun taas bakteerin kokonaispituus olisi noin 1 - 2 mikrometriä - ero 500 - 1 000 -kertainen. Eukaryoottien geneettinen materiaali sisältää sekä itse DNA: ta että histoneiksi kutsuttuja proteiineja, kun taas prokaryoottisessa DNA: ssa on muutama polyamiini (typpiyhdiste) ja magnesiumionit.
Bakteerisoluseinä
Ehkä ilmeisin rakenteellinen ero bakteerisolujen ja muiden solujen välillä on se, että bakteereilla on soluseinät. Nämä seinät, valmistettu peptidoglykaanisynteesin molekyylit, sijaitsevat aivan solukalvon ulkopuolella, mistä kaikentyyppiset solut ovat. Peptidoglykaanit koostuvat polysakkaridisokereiden ja proteiinikomponenttien yhdistelmästä; niiden päätehtävänä on lisätä suojaa ja jäykkyyttä bakteereille ja tarjota kiinnityskohta rakenteille, kuten pili ja flagella, jotka ovat peräisin solukalvosta ja ulottuvat soluseinämän läpi ulkoiseen ympäristöön.
Jos olisit menneellä vuosisadalla toiminut mikrobiologi ja haluaisit luoda lääkkeen, joka olisi vaarallinen bakteerisoluille, mutta suurin piirtein vaaraton ihmisen soluille, ja jolla olisi tietoa näiden organismien vastaavista rakenteista solujen koostumuksessa, saatat tehdä tämän suunnittelemalla tai sellaisten aineiden löytäminen, jotka ovat myrkyllisiä soluseinämille, samalla kun säästetään muita solun komponentteja. Itse asiassa juuri näin toimii paljon antibiootteja: Ne kohdistavat ja tuhoavat bakteerien soluseinät tappaen bakteerit seurauksena. penisilliinit, joka syntyi 1940-luvun alkupuolella ensimmäisenä antibioottiluokana, estävät peptidoglykaanien synteesiä, jotka muodostavat joidenkin, mutta ei kaikkien, bakteerien soluseinät. He tekevät tämän inaktivoimalla entsyymin, joka katalysoi silloittumisprosessia herkissä bakteereissa. Vuosien mittaan antibioottien anto on valinnut bakteereille, jotka sattuvat tuottamaan beeta-laktamaaseiksi kutsuttuja aineita, jotka kohdistuvat "tunkeutuviin" penisilliineihin. Siten antibioottien ja niiden pienten, tautia aiheuttavien kohteiden välillä on voimassa pitkäaikainen ja loputon "asekilpailu".
Flagella, Pili ja Endospores
Joillakin bakteereilla on ulkoisia rakenteita, jotka auttavat bakteereja liikkumaan fyysisessä maailmassa. Esimerkiksi, siimoja (singular: flagellum) ovat piiskamaiset lisäykset, jotka tarjoavat liikkumisen keinon niitä hallussaan pitäville bakteereille, samanlainen kuin juurikapojen. Joskus ne löytyvät bakteerisolun toisesta päästä; Joillakin bakteereilla on ne molemmissa päissä. Flagella "lyö" samalla tavalla kuin potkuri tekee, jolloin bakteerit voivat jahdata ravintoaineita, "paeta" myrkyllisistä kemikaaleista tai siirtyä kohti valoa (jotkut bakteerit, joita kutsutaan syanobakteerit, luottavat fotosynteesiin energian tavoin kuin kasvitkin ja vaativat siten säännöllistä altistumista valolle).
pili (yksittäinen: pilus), ovat rakenteellisesti samanlaisia kuin flagella, koska ne ovat hiusmaisia ulkonemia, jotka ulottuvat ulospäin bakteerisolun pinnasta. Niiden toiminta on kuitenkin erilainen. Sen sijaan, että auttaisi liikkumista, pili auttaa bakteereita kiinnittymään muihin soluihin ja erilaisten koostumusten pintoihin, mukaan lukien kivet, suolistasi ja jopa hammastesi. Toisin sanoen ne tarjoavat "tarttuvuuden" bakteereille tavalla, jolla piikkirunkojen ominaiskuoret sallivat näiden organismien tarttua kiviin. Ilman pilia, monet patogeeniset (so. Sairautta aiheuttavat) bakteerit eivät ole tarttuvia, koska ne eivät voi tarttua isäntäkudoksiin. Erikoistyyppiä piliä käytetään nimeltään prosessiin konjugaatio, jossa kaksi bakteeria vaihtaa osia DNA: ta.
Tiettyjen bakteerien melko ikävä rakenne on endosporaa. Basilli ja Clostridium lajit voivat tuottaa näitä itiöitä, jotka ovat erittäin kuumuutta kestäviä, dehydratoituja ja passiivisia versioita solujen sisälle muodostuneista normaaleista bakteerisoluista. Ne sisältävät oman täydellisen genomin ja kaikki metaboliset entsyymit. Endospoorin keskeinen piirre on monimutkainen suojaava itiökarva. Taudin botulismi johtuu a Clostridium botulinum endospoori, joka erittää tappavan aineen, nimeltään endotoksiini.
Bakteerien lisääntyminen
Bakteerit tuottavat prosessilla, jota kutsutaan binaarifissioksi, mikä tarkoittaa yksinkertaisesti halkaisua puoliksi ja solujen parin luomista, jotka ovat kumpikin geneettisesti identtisiä emäsolun kanssa. Tämä epäseksuaalinen lisääntymismuoto on täysin vastakohta eukaryoottien lisääntymiselle, mikä on seksuaalista siinä mielessä, että siihen liittyy kaksi emo-organismia, jotka myötävaikuttavat yhtä suureen määrään geneettistä materiaalia jälkeläisten luomiseen. Vaikka seksuaalinen lisääntyminen pinnalla saattaa tuntua vaivalloiselta - miksi loppujen lopuksi miksi esitellä tämä energisesti kallista vaihetta, jos solut voivat vain jakaa kahtia sen sijaan? - Se on ehdoton varmuus geneettisestä monimuotoisuudesta, ja tällainen monimuotoisuus on välttämätöntä lajien säilymiselle.
Ajattele sitä: Jos jokainen ihminen olisi geneettisesti identtinen tai jopa läheinen, etenkin entsyymien ja proteiinien tasolla, jota et voi nähdä, mutta jotka palvelevat elintärkeitä metabolisia toimintoja, niin yhden tyyppinen biologinen vastustaja riittää poistamaan potentiaalisesti kaiken ihmiskunnan . Tiedät jo, että ihmisillä on geneettinen alttius tietyille asioille, suurista (jotkut ihmiset voivat kuolla altistumisesta pienille allergeenialtistuksille, mukaan lukien maapähkinät ja mehiläisten myrkyt) suhteellisen triviaalisiin (jotkut ihmiset eivät pysty sulattamaan sokerilaktaasia, jolloin he eivät pysty kuluttamaan maitotuotteita ilman vakavia häiriöitä ruuansulatuskanavan järjestelmässä). Laji, jolla on suuri geneettinen monimuotoisuus, on suurelta osin suojattu sukupuuttoon, koska tämä monimuotoisuus tarjoaa raaka-aineen, jolle suotuisat luonnonvalintapaineet voivat toimia. Jos kymmenen prosenttia tietyn lajin väestöstä sattuu olemaan immuuneja tietylle virukselle, jota lailla ei ole vielä koettu, tämä on pelkkä virka. Jos toisaalta virus ilmenee tässä populaatiossa, ei välttämättä ole kauan ennen tätä tapahtumaa, 10 prosenttia edustaa sataprosenttisesti tämän lajin eloonjääneitä organismeja.
Seurauksena on, että bakteerit ovat kehittäneet useita menetelmiä geneettisen monimuotoisuuden varmistamiseksi. Nämä sisältävät transformaatio, konjugaatio ja transduktio. Kaikki bakteerisolut eivät voi käyttää kaikkia näitä prosesseja, mutta niiden välillä ne sallivat kaikkien bakteerilajien selviytyä huomattavasti enemmän kuin muuten tekisivät.
Transformaatio on prosessi, jolla DNA otetaan talteen ympäristöstä, ja se on jaettu luonnolliseen ja keinotekoiseen muotoon. Luonnollisessa transformaatiossa kuolleiden bakteerien DNA sisällytetään solumembraanin läpi, puhdistajatyyliin ja sisällytetään eloonjääneiden bakteerien DNA: hon. Keinotekoisessa muunnoksessa tutkijat tarkoituksella tuovat DNA: ta isäntäbakteereihin, usein E. coli (koska tällä lajilla on pieni, yksinkertainen genomi, jota voidaan helposti käsitellä) näiden organismien tutkimiseksi tai halutun bakteerituotteen luomiseksi. Usein johdettu DNA on peräisin a: sta plasmidi, luonnollisesti esiintyvä bakteeri-DNA-rengas.
Konjugointi on prosessi, jolla yksi bakteeri käyttää pilia tai piliä "injektoimaan" DNA: ta toiseen bakteeriin suoran kosketuksen kautta. Lähetetty DNA voi, kuten keinotekoisen muunnoksen yhteydessä, olla plasmidi tai se voi olla eri fragmentti. Äskettäin käyttöön otettu DNA voi sisältää elintärkeän geenin, joka koodaa proteiineja mahdollistaen antibioottiresistenssin.
Lopuksi, transduktio riippuu tunkeutuvan viruksen, jota kutsutaan bakteriofaagiksi, läsnäoloon. Virusten replikaatio riippuu elävistä soluista, koska vaikka heillä on geneettistä materiaalia, heillä ei ole koneistoa kopioida sitä. Nämä bakteriofaagit sijoittavat oman geenimateriaalinsa tunkeutuneiden bakteerien DNA: hon ja ohjaavat bakteereja tekemään lisää faageja, joiden genomit sisältävät sitten sekoituksen alkuperäisestä bakteeri-DNA: sta ja bakteriofagi-DNA: sta. Kun nämä uudet bakteriofagit poistuvat solusta, ne voivat tunkeutua muihin bakteereihin ja siirtää edellisestä isännästä hankitun DNA: n uuteen bakteerisoluun.