Bakteerisolun ominaisuudet

Solut ovat elämän perusyksiköitä, ja sinänsä ne ovat elävien olentojen pienimmät erilliset elementit, jotka säilyttävät kaiken avaimen eläviin olentoihin liittyvät ominaisuudet, mukaan lukien aineenvaihdunta, lisääntymiskyky ja keino ylläpitää kemikaaleja saldo. Solut ovat joko prokaryootti, termi, joka viittaa bakteereihin ja yksisoluisten organismien sirpaleeseen, tai eukaryoottinen, joka viittaa kasveihin, sieniin ja eläimiin.

Bakteerisolut ja muut prokaryoottisolut ovat paljon yksinkertaisempia melkein kaikin tavoin kuin niiden eukaryoottiset vastineet. Vähintään kaikki solut sisältävät plasmakalvon, sytoplasman ja geneettisen materiaalin DNA: n muodossa. Vaikka eukaryoottisoluissa on monenlaisia ​​elementtejä näiden olennaisten lisäksi, nämä kolme asiaa vastaavat melkein bakteerisolujen kokonaisuudesta. Bakteerisoluissa on kuitenkin muutamia ominaisuuksia, joita eukaryoottisolut eivät ole, etenkin soluseinä.

Yhdellä eukaryoottisella organismilla voi olla biljoonia soluja, vaikka hiiva on yksisoluinen; bakteerisoluilla on toisaalta vain yksi solu. Eukaryoottisoluihin kuuluu useita kalvoon sitoutuneita organelleja, kuten ydin, mitokondriot (eläimillä), kloroplastit (kasvien vastaus mitokondrioihin), Golgi-rungot, endoplasman verkkokalvo ja lysosomit, bakteerisoluilla ei ole organellit. Sekä eukaryootit että prokaryootit sisältävät ribosomeja, pieniä proteiinisynteesistä vastuussa olevia rakenteita, mutta nämä ovat tyypillisesti helpommin visualisoitavissa eukaryooteissa, koska niin monet heistä ryhmittyvät lineaarista, nauhamaista endoplasmaa pitkin verkkokalvo.

Bakteerisoluja ja itse bakteereita on helppo pitää "primitiivisinä", johtuen molempien kehitysväestöstään (noin 3,5 miljardia vuotta noin 1,5 miljardia prokaryooteille) ja niiden yksinkertaisuus. Tämä on kuitenkin harhaanjohtavaa useista syistä. Yksi on se, että lajien selviytymisen näkökulmasta monimutkaisempi ei välttämättä tarkoita vankempaa; todennäköisesti bakteerit ryhmänä elävät yli ihmisen ja muut "korkeammat" organismit, kun olosuhteet maapallolla muuttuvat riittävästi. Toinen syy on, että bakteerisolut ovat yksinkertaisia, mutta ovat kehittäneet useita voimakkaita eloonjäämismekanismeja, joita eukaryootit eivät ole.

Bakteerisoluja on kolme perusmuotoa: sauvamainen (basillit), pyöreä (kokit) ja spiraalinmuotoinen (spirilli). Nämä morfologiset bakteerisoluominaisuudet voivat olla käteviä tunnettujen bakteerien aiheuttamien tartuntatautien diagnosoinnissa. Esimerkiksi "strep-kurkku" johtuu lajeista Streptokokit, jotka, kuten nimestä käy ilmi, ovat pyöreitä Stafylokokit. Pernarutto johtuu suuresta bacilluksesta ja Lymen taudista - spiraalin muotoisesta spiroketasta. Yksittäisten solujen vaihtelevan muodon lisäksi bakteerisoluja on yleensä klustereissa, joiden rakenne vaihtelee kyseessä olevasta lajista riippuen. Jotkut sauvat ja kokit kasvavat pitkissä ketjuissa, kun taas toiset kokit löytyvät klustereista, jotka muistuttavat jonkin verran yksittäisten solujen muotoa.

Suurin osa bakteerisoluista voi, toisin kuin virukset, elää muista organismeista riippumatta, eivätkä ne ole riippuvaisia ​​muista elävistä aineista aineenvaihdunnan tai lisääntymistarpeen kannalta. Poikkeuksia on kuitenkin olemassa; jotkut lajit Rickettsiae ja Klamydiat ovat pakollisesti solunsisäisiä, mikä tarkoittaa, että heillä ei ole muuta vaihtoehtoa kuin asua elävien solujen hengissä.

Bakteerisolujen puuttuminen ytimestä on syy prokaryoottisolujen erottamiseen alun perin eukaryoottisolut, koska tämä ero ilmenee jopa suhteellisen pienen suurennuksen mikroskoopeissa teho. Vaikka bakteerien DNA: ta ei ympäröi ydinmembraani, kuten eukaryoottien, se pyrkii kuitenkin klusteroitumaan tiiviisti, ja tuloksena olevaa karkeaa muodostumista kutsutaan nukleoidiksi. Bakteerisoluissa on huomattavasti vähemmän DNA: ta kuin eukaryoottisoluissa; jos sitä venytetään päästä päähän, yksi kopio tyypillisestä eukaryootin geneettisestä materiaalista tai kromatiini venytetään noin 1 millimetri, kun taas bakteerin pituus olisi noin 1-2 mikrometriä - 500--1000-kertainen ero. Eukaryoottien geneettinen materiaali sisältää sekä itse DNA: n että histoneiksi kutsuttuja proteiineja, kun taas prokaryoottien DNA: han liittyy muutama polyamiini (typpiyhdiste) ja magnesiumionit.

Ehkä ilmeisin rakenteellinen ero bakteerisolujen ja muiden solujen välillä on se, että bakteereilla on soluseinät. Nämä seinät on valmistettu peptidoglykaani molekyylit, ovat aivan solukalvon ulkopuolella, joka kaikentyyppisissä soluissa on ominaisuus. Peptidoglykaanit koostuvat polysakkaridisokerien ja proteiinikomponenttien yhdistelmästä; heidän päätehtävänsä on lisätä suojaa ja jäykkyyttä bakteereille ja tarjota kiinnityskohta esimerkiksi rakenteille pili ja flagella, jotka ovat peräisin solukalvosta ja ulottuvat soluseinän läpi ulkoiseen ympäristöön.

Jos olisit menneellä vuosisadalla toiminut mikrobiologi ja halusit luoda lääkkeen, joka olisi vaarallinen bakteerisoluille, mutta enimmäkseen vaaraton ihmissoluille, ja sinulla olisi tietoa näiden organismien solukoostumuksen vastaavia rakenteita, voit mennä tähän suunnittelemalla tai etsimällä aineita, jotka ovat myrkyllisiä soluseinämille säästämällä muita soluja komponentit. Itse asiassa monet antibiootit toimivat juuri näin: Ne kohdistavat ja tuhoavat bakteerisoluseinät tappamalla bakteerit seurauksena. Penisilliinit, joka syntyi 1940-luvun alussa ensimmäisenä antibioottiluokana, estää estämällä joidenkin, mutta ei kaikkien, bakteerien soluseinien muodostavien peptidoglykaanien synteesiä. He tekevät tämän inaktivoimalla entsyymin, joka katalysoi prosessia, jota kutsutaan silloitukseksi herkissä bakteereissa. Vuosien varrella antibioottien antaminen on valinnut bakteereille, jotka satunnaisesti tuottavat beetalaktamaaseiksi kutsuttuja aineita, jotka kohdistuvat "tunkeutuviin" penisilliiniin. Siksi antibioottien ja niiden pienien, sairauksia aiheuttavien kohteiden välillä on voimassa pitkäaikainen ja loputon "aseiden kilpailu".

Joillakin bakteereilla on ulkoisia rakenteita, jotka auttavat bakteereita siirtymään fyysisessä maailmassa. Esimerkiksi, lippu (yksikkö: flagellum) ovat piiskan kaltaisia ​​liitteitä, jotka tarjoavat niitä hallitseville bakteereille liikkumiskeinon, samanlainen kuin tadpole. Joskus niitä löytyy bakteerisolun toisesta päästä; joillakin bakteereilla on niitä molemmissa päissä. Lippu "lyö" aivan kuten potkuri, jolloin bakteerit voivat "jahtaa" ravinteita, "paeta" myrkyllisistä kemikaaleista tai siirtyä kohti valoa (jotkut bakteerit, syanobakteerit, vedota fotosynteesiin energian tavoin, kuten kasvit ja vaativat siten säännöllistä altistumista valolle).

Pili (yksikkö: pilus), ovat rakenteellisesti samanlaisia ​​kuin flagella, koska ne ovat hiusmaisia ​​ulkonemia, jotka ulottuvat bakteerisolun pinnasta ulospäin. Heidän tehtävänsä on kuitenkin erilainen. Sen sijaan, että avustaisivat liikkumista, pili auttaa bakteereita kiinnittymään muihin soluihin ja erilaisten koostumusten pintoihin, mukaan lukien kivet, suolisi ja jopa hampaidesi emali. Toisin sanoen ne tarjoavat "tarttuvuutta" bakteereille tavalla, jolla sorkkojen tyypilliset kuoret antavat näiden organismien tarttua kiviin. Ilman piliä monet patogeeniset (eli tautia aiheuttavat) bakteerit eivät ole tarttuvia, koska ne eivät voi tarttua isäntäkudoksiin. Nimettyyn prosessiin käytetään erikoistunutta pili-tyyppiä konjugaatio, jossa kaksi bakteeria vaihtaa DNA-osia.

Tiettyjen bakteerien melko pirullinen rakenne on endosporia. Basilli ja Clostridium lajit voivat tuottaa näitä itiöitä, jotka ovat erittäin lämmönkestäviä, dehydratoituneita ja inaktiivisia versioita normaaleista bakteerisoluista, jotka syntyvät solujen sisään. Ne sisältävät oman täydellisen genominsa ja kaikki metaboliset entsyymit. Endosporin keskeinen piirre on sen monimutkainen suojaava itiötakki. Taudibotulismi johtuu a Clostridium botulinum endospore, joka erittää tappavaa ainetta nimeltä endotoksiini.

Bakteerit tuottavat prosessilla, jota kutsutaan binaarisiksi fissioiksi, mikä tarkoittaa yksinkertaisesti jakamista kahtia ja sellaisen soluparin luomisen, jotka kukin ovat geneettisesti identtisiä emosolun kanssa. Tämä aseksuaalinen lisääntymismuoto on jyrkässä ristiriidassa eukaryoottien lisääntymisen kanssa, joka on seksuaalista että siihen osallistuu kaksi emo-organismia, jotka tuottavat yhtä suuren määrän geneettistä materiaalia jälkeläisiä. Vaikka seksuaalinen lisääntyminen pinnalla saattaa tuntua hankalalta - miksi loppujen lopuksi otetaan käyttöön tämä energisesti kallis vaihe, jos solut voivat vain hajota puoliksi? - se on ehdoton tae geneettiselle monimuotoisuudelle, ja tällainen monimuotoisuus on välttämätöntä lajien säilymiselle.

Ajattele sitä: Jos jokainen ihminen olisi geneettisesti identtinen tai jopa läheinen, etenkin entsyymien ja proteiinien tasolla, et näe mutta jotka palvelevat elintärkeitä metabolisia toimintoja, yhden tyyppinen biologinen vastustaja riittäisi pyyhkimään kaikki ihmiskunnalle. Tiedät jo, että ihmisillä on erilainen geneettinen alttius tietyille asioille, suurimmista (jotkut ihmiset voivat kuolla altistumisesta pienille altistuksille allergeeneille, mukaan lukien maapähkinät) ja mehiläismyrkky) suhteellisen triviaaliin (jotkut ihmiset eivät pysty sulattamaan sokerilaktaasia, mikä tekee heistä kykenemättömiä kuluttamaan maitotuotteita ilman vakavia häiriöitä ruoansulatuskanavassa järjestelmät). Laji, jolla on paljon geneettistä monimuotoisuutta, on suurelta osin suojattu sukupuutolta, koska tämä monimuotoisuus tarjoaa raaka-aineen, johon suotuisat luonnolliset valintapaineet voivat vaikuttaa. Jos 10 prosenttia tietyn lajin populaatiosta on immuuni tietylle virukselle, jota lajilla ei ole vielä kokemusta, tämä on pelkkä omituisuus. Jos toisaalta virus ilmenee tässä populaatiossa, ei ehkä ole kauan, ennen kuin tämä tapahtuma 10 prosenttia edustaa 100 prosenttia tämän lajin selviytyneistä organismeista.

Tämän seurauksena bakteerit ovat kehittäneet useita menetelmiä geneettisen monimuotoisuuden varmistamiseksi. Nämä sisältävät muunnos, konjugaatio ja transduktio. Kaikki bakteerisolut eivät voi hyödyntää kaikkia näitä prosesseja, mutta niiden välillä ne antavat kaikkien bakteerilajien selviytyä paljon suuremmassa määrin kuin muutoin.

Transformaatio on prosessi, jossa DNA otetaan talteen ympäristöstä, ja se on jaettu luonnollisiin ja keinotekoisiin muotoihin. Luonnollisessa transformaatiossa kuolleista bakteereista peräisin oleva DNA sisäistetään solukalvon kautta, puhdistajatyylisesti, ja sisällytetään elossa olevien bakteerien DNA: han. Keinotekoisessa transformaatiossa tutkijat vievät DNA: ta tarkoituksellisesti usein isäntäbakteeriin E. coli (koska tällä lajilla on pieni, yksinkertainen genomi, jota on helppo manipuloida) näiden organismien tutkimiseksi tai halutun bakteerituotteen luomiseksi. Lisätty DNA on usein peräisin a plasmidi, luonnossa esiintyvä bakteeri-DNA-rengas.

Konjugaatio on prosessi, jossa yksi bakteeri käyttää pilusta tai piliä "injektoimaan" DNA: ta toiseen bakteeriin suorassa kosketuksessa. Lähetetty DNA voi, kuten keinotekoisen transformaation yhteydessä, olla plasmidi tai se voi olla erilainen fragmentti. Äskettäin käyttöön otettu DNA voi sisältää elintärkeän geenin, joka koodaa proteiineja, jotka mahdollistavat antibioottiresistenssin.

Lopuksi transduktio perustuu bakteerifagiksi kutsutun tunkeutuvan viruksen läsnäoloon. Virukset luottavat elävien solujen replikoitumiseen, koska vaikka niillä on geneettistä materiaalia, niillä ei ole koneita kopioiden tekemiseen. Nämä bakteriofaagit sijoittavat oman geneettisen materiaalin tunkeutuvien bakteerien DNA: han ja ohjaavat niitä bakteerien muodostamiseksi enemmän faageja, joiden genomit sisältävät sitten sekoituksen alkuperäistä bakteerin DNA: ta ja bakteriofagin DNA. Kun nämä uudet bakteriofaagit poistuvat solusta, ne voivat hyökätä muihin bakteereihin ja siirtää edellisestä isännästä hankitun DNA: n uuteen bakteerisoluun.