ბაქტერიული უჯრედის მახასიათებლები

უჯრედები სიცოცხლის ფუნდამენტური ერთეულია და, როგორც ასეთი, ცოცხალი არსების ყველაზე მცირე მკაფიო ელემენტებია, თვისებები, რომლებიც დაკავშირებულია ცოცხალ არსებებთან, მათ შორის მეტაბოლიზმთან, გამრავლების უნარი და ქიმიური ნივთიერებების შენარჩუნების საშუალება ბალანსი. უჯრედები ან პროკარიოტული, ტერმინი, რომელიც ეხება ბაქტერიებს და ერთუჯრედიან ორგანიზმებს ეუკარიოტული, რაც ეხება მცენარეებს, სოკოებსა და ცხოველებს.

ბაქტერიული და სხვა პროკარიოტული უჯრედები თითქმის ყოველმხრივ გაცილებით მარტივია, ვიდრე მათი ეუკარიოტული კოლეგები. მინიმუმ ყველა უჯრედში შედის პლაზმური მემბრანა, ციტოპლაზმა და გენეტიკური მასალა დნმ – ის სახით. მიუხედავად იმისა, რომ ეუკარიოტული უჯრედები ამ აუცილებელ ნივთებს მიღმა მრავალფეროვან ელემენტებს შეიცავს, ეს სამი რამ წარმოადგენს ბაქტერიული უჯრედების თითქმის მთლიანობას. ამასთან, ბაქტერიული უჯრედები შეიცავს რამდენიმე მახასიათებელს, რომლებიც არ არის ეუკარიოტული უჯრედები, განსაკუთრებით უჯრედის კედელი.

ერთ ეუკარიოტულ ორგანიზმს შეიძლება ჰქონდეს ტრილიონობით უჯრედი, თუმცა საფუარი ერთუჯრედიანია; მეორეს მხრივ, ბაქტერიულ უჯრედებს მხოლოდ ერთი უჯრედი აქვთ. ვინაიდან ეუკარიოტულ უჯრედებში შედის მემბრანის შეკრული სხვადასხვა ორგანელები, როგორიცაა ბირთვი, მიტოქონდრია (ცხოველებში), ქლოროპლასტები (მცენარეების პასუხი მიტოქონდრიებზე), გოლჯის სხეულები, ენდოპლაზმური ბადე და ლიზოსომები, ბაქტერიულ უჯრედებს არ აქვთ ორგანელები. ეუკარიოტებსა და პროკარიოტებში შედის რიბოსომები, პატარა სტრუქტურები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ცილების სინთეზზე, მაგრამ ესენია ჩვეულებრივ, უფრო ადვილად ვიზუალიზდება ეუკარიოტებში, რადგან ბევრი მათგანი იკრიბება ხაზოვანი, ლენტის მსგავსი ენდოპლაზმური გასწვრივ ბადე.

ადვილია განიხილონ ბაქტერიული უჯრედები და თვით ბაქტერიები, როგორც "პრიმიტიული", როგორც მათი ევოლუციური ასაკის გამო (დაახლოებით 3,5 მილიარდი წელი, vs.) დაახლოებით 1,5 მილიარდი პროკარიოტებისთვის) და მათი სიმარტივე. ამას, შეცდომაში შეჰყავს მრავალი მიზეზი. ერთი ის არის, რომ სახეობების გადარჩენის მტრული თვალსაზრისით, უფრო რთული სულაც არ ნიშნავს უფრო ძლიერებას; დიდი ალბათობით, ბაქტერიები ჯგუფურად გაძლებენ ადამიანებსა და სხვა "მაღალ" ორგანიზმებს, მას შემდეგ რაც დედამიწაზე პირობები საკმარისად შეიცვლება. მეორე მიზეზი ის არის, რომ ბაქტერიულ უჯრედებს, მართალია, მარტივი აქვთ განვითარებული გადარჩენის სხვადასხვა ძლიერი მექანიზმი, რაც არ აქვთ ეუკარიოტებს.

ბაქტერიული უჯრედები სამ ძირითად ფორმას გვხვდება: ჯოხის მსგავსი (ბაცილები), მრგვალი (კოკები) და სპირალური ფორმის (სპირალები). ეს მორფოლოგიური ბაქტერიული უჯრედების მახასიათებლები შეიძლება სასარგებლო იყოს ცნობილი ბაქტერიებით გამოწვეული ინფექციური დაავადებების დიაგნოზირებაში. მაგალითად, "ყელის სტრეპტირება" იწვევს ჯიშის ჯიშებს სტრეპტოკოკები, რომლებიც, როგორც სახელი გულისხმობს, მრგვალია, ისევე როგორც სტაფილოკოკები. ჯილეხის მიზეზი არის დიდი ბაცილი, ხოლო ლაიმის დაავადება გამოწვეულია სპიროქეტით, რომელიც სპირალის ფორმისაა. ცალკეული უჯრედების სხვადასხვა ფორმის გარდა, ბაქტერიული უჯრედები გვხვდება მტევანებში, რომელთა სტრუქტურა იცვლება მოცემული სახეობიდან გამომდინარე. ზოგიერთი წნელები და კოკები გრძელი ჯაჭვებით იზრდება, ხოლო ზოგიერთ სხვა კოკებში გვხვდება მტევანი, რომელიც გარკვეულწილად ინდივიდუალური უჯრედების ფორმას მოგვაგონებს.

ბაქტერიული უჯრედების უმეტესობას შეუძლია, ვირუსებისგან განსხვავებით, იცხოვროს სხვა ორგანიზმებისგან დამოუკიდებლად და არ არის დამოკიდებული სხვა ცოცხალ არსებებზე მეტაბოლური ან რეპროდუქციული საჭიროებებისათვის. თუმცა გამონაკლისები არსებობს; ზოგიერთი სახეობის რიკეტსია და ქლამიდიოზი არის სავალდებულო უჯრედშიდა, რაც ნიშნავს, რომ მათ სხვა გზა არ აქვთ, თუ არა ბინადრობენ ცოცხალი არსების უჯრედებში, რომ გადარჩნენ.

ბაქტერიული უჯრედების ბირთვის არარსებობა არის პროკარიოტული უჯრედების თავდაპირველი განსხვავება ეუკარიოტული უჯრედები, რადგან ეს განსხვავება აშკარაა შედარებით დაბალი გადიდების მიკროსკოპებშიც კი ძალა. ბაქტერიული დნმ, მიუხედავად იმისა, რომ გარშემორტყმული არ არის ბირთვული გარსით, ისევე როგორც ეუკარიოტებისა, მიუხედავად ამისა, ის მჭიდროდ გროვდება და შედეგად უხეში წარმონაქმნი ნუკლეოიდს ეწოდება. ბაქტერიულ უჯრედებში საერთო ჯამში მნიშვნელოვნად ნაკლებია დნმ, ვიდრე ეუკარიოტულ უჯრედებში; თუკი ბოლომდე გადაჭიმული იქნებოდა, ტიპიური ეუკარიროტის გენეტიკური მასალის ერთი კოპია ან ქრომატინი გაიჭიმებოდა დაახლოებით 1 მილიმეტრი, მაშინ როდესაც ბაქტერია 1–2 მიკრომეტრს შეადგენს - 500 – დან 1000 – ჯერ განსხვავება ეუკარიოტების გენეტიკური მასალა მოიცავს როგორც თავად დნმ-ს, ისე ცილებს, რომლებსაც ჰისტონებს უწოდებენ, ხოლო პროკარიოტულ დნმ-სთან ასოცირდება რამდენიმე პოლიამინი (აზოტის ნაერთები) და მაგნიუმის იონები.

ალბათ ყველაზე აშკარა სტრუქტურული განსხვავება ბაქტერიულ უჯრედებსა და სხვა უჯრედებს შორის არის ის ფაქტი, რომ ბაქტერიები ფლობენ უჯრედების კედლებს. ეს კედლები, დამზადებული პეპტიდოგლიკანი მოლეკულები, უჯრედის მემბრანის გარეთ მდებარეობს, რომელსაც ყველა ტიპის უჯრედი ახასიათებს. პეპტიდოგლიკანები შედგება პოლისაქარიდული შაქრებისა და ცილის კომპონენტების კომბინაციისგან; მათი მთავარი საქმეა ბაქტერიების დაცვა და სიმყარის დამატება და დამაგრების წერტილის შეთავაზება ისეთი სტრუქტურებისთვის, როგორიცაა pili და flagella, რომლებიც წარმოიქმნება უჯრედის მემბრანაში და ვრცელდება უჯრედის კედლის მეშვეობით გარე გარემოში.

თუ თქვენ იქნებდით მიკრობიოლოგს, რომელიც საუკუნეების განმავლობაში მოქმედებდა და გსურდათ ისეთი წამლის შექმნა, რომელიც საშიში იქნებოდა ბაქტერიული უჯრედებისათვის, უმეტესად კი ადამიანის უჯრედებისთვის უვნებელი და ამ ორგანიზმების უჯრედული შემადგენლობის შესაბამისი სტრუქტურები, თქვენ შეგიძლიათ ეს გააკეთოთ, შეიმუშაოთ ან იპოვოთ უჯრედების კედლებისთვის ტოქსიკური ნივთიერებები, ხოლო სხვა უჯრედების დაზოგვა კომპონენტები. სინამდვილეში, ზუსტად ასე მოქმედებს მრავალი ანტიბიოტიკი: ისინი მიზნად ისახავს და ანადგურებს ბაქტერიების უჯრედის კედლებს, რის შედეგადაც კლავს ბაქტერიებს. პენიცილინები, რომელიც 40-იანი წლების დასაწყისში გაჩნდა, როგორც პირველი კლასი ანტიბიოტიკებისა, მოქმედებს პეპტიდოგლიკანების სინთეზის ინჰიბირებით, რომლებიც ქმნიან ზოგიერთ, მაგრამ არა ყველა, ბაქტერიის უჯრედის კედლებს. ისინი ამას აკეთებენ ფერმენტის ინაქტივაციით, რომელიც ახდენს მგრძნობიარე ბაქტერიების პროცესის კატალიზაციას, რასაც წოდება. წლების განმავლობაში, ანტიბიოტიკების მიღებამ შეარჩია ბაქტერიები, რომლებიც იღებენ ბეტა-ლაქტამაზებს, რომლებიც მიზნად ისახავს ”შემოჭრილ” პენიცილინებს. ამრიგად, გრძელვადიანი და დაუსრულებელი "იარაღის რბოლა" მოქმედებს ანტიბიოტიკებსა და მათ პაწაწინა, დაავადების გამომწვევ მიზნებს შორის.

ზოგიერთ ბაქტერიას აქვს გარე სტრუქტურები, რომლებიც ეხმარებიან ბაქტერიებს ფიზიკური სამყაროს ნავიგაციაში. Მაგალითად, flagella (სინგულარული: flagellum) არის მათრახის მსგავსი დანამატები, რომლებიც უზრუნველყოფს მათ მფლობელობაში არსებული ბაქტერიების გადაადგილების საშუალებას, ბაგეების მსგავსია. ზოგჯერ ისინი ბაქტერიული უჯრედის ერთ ბოლოში გვხვდება; ზოგიერთ ბაქტერიას ისინი ორივე ბოლოში აქვთ. ფლაგმელა "სცემს" ისე, როგორც ეს propeller აკეთებს, რაც საშუალებას აძლევს ბაქტერიებს "ადევნონ" საკვები ნივთიერებები, "გაექცნენ" ტოქსიკური ქიმიკატებისგან ან გადაადგილდნენ სინათლისკენ (ზოგიერთი ბაქტერია, ე.წ. ციანობაქტერიები, დაეყრდნონ ფოტოსინთეზს ენერგიისთვის, ისევე როგორც მცენარეები და ამიტომ საჭიროებენ სინათლის რეგულარულ ზემოქმედებას).

პილი (სინგულარული: pilus), სტრუქტურულად მსგავსია flagella– ს, რადგან ისინი თმის მსგავსი პროგნოზებია, რომლებიც ბაქტერიული უჯრედის ზედაპირიდან გარედან ვრცელდება. თუმცა მათი ფუნქცია განსხვავებულია. გადაადგილების დახმარების ნაცვლად, pili ბაქტერიებს ეხმარება სხვა უჯრედებსა და სხვადასხვა კომპოზიციების ზედაპირებზე, მათ შორის კლდეებზე, ნაწლავებზე და კბილების მინანქარზეც კი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ისინი ბაქტერიებს სთავაზობენ "წებოვნებას" ისე, როგორც ბარნაკლის დამახასიათებელი გარსი ამ ორგანიზმებს ქანების მიერთების საშუალებას აძლევს. პილის გარეშე, მრავალი პათოგენური (ანუ დაავადების გამომწვევი) ბაქტერია არ არის ინფექციური, რადგან მათ არ შეუძლიათ მიერთდნენ მასპინძელ ქსოვილებს. სპეციალიზებული ტიპის pili გამოიყენება პროცესისთვის, რომელსაც ე.წ. კონიუგაცია, რომელშიც ორი ბაქტერია ცვლის დნმ-ის ნაწილებს.

გარკვეული ბაქტერიების საკმაოდ ეშმაკური კონსტრუქციაა ენდოსპორა. ბაცილუსი და კლოსტრიდიუმი სახეობებს შეუძლიათ წარმოქმნან ეს სპორები, რომლებიც ძალზე მდგრადია სითხეში, დეჰიდრატირებული და არააქტიური ნორმალური ბაქტერიული უჯრედები, რომლებიც უჯრედებში იქმნება. ისინი შეიცავს საკუთარ სრულ გენომს და ყველა მეტაბოლურ ფერმენტს. ენდოსპორის ძირითადი მახასიათებელია მისი რთული დამცავი სპოროვანი ქურთუკი. დაავადების ბოტულიზმს იწვევს ა Clostridium botulinum ენდოსპორი, რომელიც გამოყოფს სასიკვდილო ნივთიერებას, რომელსაც ეწოდება ენდოტოქსინი.

ბაქტერიები წარმოიქმნება პროცესით, რომელსაც ეწოდება ორობითი განხეთქილება, რაც ნიშნავს შუაზე გაყოფას და წყვილი უჯრედის შექმნას, რომლებიც გენეტიკურად იდენტურია მშობელი უჯრედისა. გამრავლების ეს უსქესო ფორმა მკვეთრად ეწინააღმდეგება ეუკარიოტების რეპროდუქციას, რომელიც სექსუალურია რომ იგი მოიცავს ორ მშობელ ორგანიზმს, რომლებიც თანაბარი რაოდენობით გენეტიკურ მასალას უწევენ შესაქმნელად შთამომავლობა. მიუხედავად იმისა, რომ ზედაპირზე სექსუალური გამრავლება შეიძლება რთული აღმოჩნდეს - ბოლოს და ბოლოს, რატომ უნდა დაინერგოს ეს ენერგიულად ძვირადღირებული ნაბიჯი, თუ უჯრედები შეიძლება უბრალოდ გაიყოს შუაზე? - ეს არის გენეტიკური მრავალფეროვნების აბსოლუტური გარანტია და ამგვარი მრავალფეროვნება აუცილებელია სახეობების გადარჩენისთვის.

დაფიქრდი: თუ ყველა ადამიანი გენეტიკურად იდენტური იყო ან თუნდაც ახლობელი, განსაკუთრებით ფერმენტების და ცილების დონეზე ვერ ხედავ მაგრამ ეს სასიცოცხლო მეტაბოლურ ფუნქციებს ემსახურება, მაშინ ერთი ტიპის ბიოლოგიური მოწინააღმდეგე საკმარისი იქნება ყველაფრის მოსაშორებლად კაცობრიობა. თქვენ უკვე იცით, რომ ადამიანები განსხვავდებიან გენეტიკური მგრძნობიარობით გარკვეული ნივთების მიმართ, ძირითადი საგნებისგან (ზოგიერთ ადამიანს შეუძლია მოკვდეს ალერგენების მცირე ზემოქმედებით, მათ შორის არაქისით და ფუტკრის შხამი) შედარებით ტრივიალურია (ზოგიერთ ადამიანს არ შეუძლია შაქრის ლაქტაზას მონელება, რის გამოც მათ არ შეუძლიათ რძის პროდუქტების მიღება კუჭ-ნაწლავის სერიოზული დარღვევების გარეშე. სისტემები). სახეობა, რომელსაც აქვს უდიდესი გენეტიკური მრავალფეროვნება, მეტწილად დაცულია გადაშენებისგან, რადგან ეს მრავალფეროვნება გვთავაზობს ნედლეულს, რომელზეც შეიძლება მოქმედებდეს ბუნებრივი გადარჩევის წნევა. თუ მოცემული სახეობის მოსახლეობის 10 პროცენტი იმუნურია გარკვეული ვირუსისგან, რომელსაც სახეობა ჯერ კიდევ არ განიცდის, ეს მხოლოდ უცნაური შემთხვევაა. მეორეს მხრივ, თუ ვირუსი ამ პოპულაციაში იჩენს თავს, შეიძლება დიდი ხანი არ გასცილდეს ამ შემთხვევას, როდესაც 10 პროცენტი წარმოადგენს ამ სახეობაში გადარჩენილი ორგანიზმების 100 პროცენტს.

შედეგად, ბაქტერიებმა შეიმუშავეს მრავალი მეთოდი გენეტიკური მრავალფეროვნების უზრუნველსაყოფად. Ესენი მოიცავს გარდაქმნა, უღლება და ტრანსდუქცია. ყველა ბაქტერიულ უჯრედს არ შეუძლია გამოიყენოს ყველა ეს პროცესი, მაგრამ მათ შორის, ისინი საშუალებას აძლევს ყველა ბაქტერიულ სახეობას გადარჩეს გაცილებით მეტი მასშტაბით, ვიდრე სხვანაირად იქნებოდა.

ტრანსფორმაცია არის გარემოდან დნმ-ის აღების პროცესი და იგი იყოფა ბუნებრივ და ხელოვნურ ფორმებად. ბუნებრივი გარდაქმნის დროს მკვდარი ბაქტერიების დნმ შინაგანია უჯრედის მემბრანის საშუალებით, გამწმენდის სტილით და ხდება მისი გადარჩენა ბაქტერიების დნმ-ში. ხელოვნური ტრანსფორმაციის დროს, მეცნიერები განზრახ შეაქვთ დნმ მასპინძელ ბაქტერიაში ე. კოლი (რადგან ამ სახეობას აქვს მცირე, მარტივი გენომი, რომლითაც ადვილად მანიპულირება ხდება) ამ ორგანიზმების შესასწავლად ან სასურველი ბაქტერიული პროდუქტის შესაქმნელად. ხშირად, შემოტანილი დნმ არის ა პლაზმიდი, ბაქტერიული დნმ-ის ბუნებრივად აღმოჩენილი რგოლი.

კონიუგაცია არის პროცესი, რომლის დროსაც ერთი ბაქტერია იყენებს პილუსს ან პილუსს პირდაპირი კონტაქტის საშუალებით მეორე ინტერიერში დნმ-ის "ინექციისთვის". გადაცემული დნმ შეიძლება, ისევე როგორც ხელოვნური ტრანსფორმაციისას, იყოს პლაზმიდი ან ის იყოს განსხვავებული ფრაგმენტი. ახლად დანერგილი დნმ შეიძლება შეიცავდეს სასიცოცხლო მნიშვნელობის გენს, რომელიც კოდირებს ცილებს, რაც ანტიბიოტიკების მიმართ რეზისტენტობას იძლევა.

დაბოლოს, ტრანსდუქცია ეყრდნობა შემოჭრილი ვირუსის არსებობას, რომელსაც ბაქტერიოფაგს უწოდებენ. ვირუსების ტირაჟირებას ცოცხალ უჯრედებს ეყრდნობიან, რადგან, მიუხედავად იმისა, რომ მათ აქვთ გენეტიკური მასალა, მათ არ აქვთ დანადგარები მის ასლებზე. ეს ბაქტერიოფაგები საკუთარ გენეტიკურ მასალას ათავსებენ მათ მიერ შეჭრილი ბაქტერიების დნმ-ში და მიმართავენ მათ ბაქტერიები ქმნიან უფრო მეტ ფაგებს, რომელთა გენომები შეიცავს თავდაპირველი ბაქტერიული დნმ-ის და ბაქტერიოფაგის დნმ. როდესაც ეს ახალი ბაქტერიოფაგი უჯრედს ტოვებს, მათ შეუძლიათ სხვა ბაქტერიებში შეჭრა და წინა მასპინძლისგან შეძენილი დნმ გადასცენ ახალ ბაქტერიულ უჯრედში.