Prokaryoter ii -struktur og funktion




Du bør have en praktisk kendskab til følgende forhold:

  • antibiotikum
  • kapsel
  • cellevæg
  • Kommensalisme
  • endosporer
  • endotoksiner
  • exotoxin
  • flagel (pl. flageller)
  • gram positive
  • gramnegativ
  • Gram-farvning
  • vært
  • lipopolysaccharid
  • microsymbiont
  • mutualisme
  • opportunistiske infektioner
  • osmose
  • parasitisme
  • peptidoglycan
  • plasmamembranen
  • sporulation
  • symbiont
  • symbiose
  • taxa

Indledning og formål



Dette er en forstørrelse af Vibrio cholerae, den forårsagende organisme af kolera. Bemærk svøbe lignende hale i den ene ende; Mange prokaryoter er fremdrives ved flageller rotation. Den genetiske og cellulære organisering af prokaryoter er blevet indført i vores sidste tutorial. Husk på, at vi også indført deres morfologier diskuterer tre kategorier af grundlæggende form af prokaryoter: kokker, baciller, og spirilla. Vi vil fortsætte vores diskussion, udforske deres struktur og bevægelse, og beskrive nogle interaktioner mellem prokaryoter og andre livsformer. Ved udgangen af ​​denne tutorial skal du have en grundlæggende viden om:

  • Privat prokaryot
  • Forholdet mellem prokaryoter og andre livsformer
  • Mangfoldigheden af ​​kilder til kulstof
  • gavnlige bakterier

Den prokaryote cellevæggen og peptidoglycan

Cellerne i alle prokaryote organismer (inkluderet) er indesluttet i en plasmamembranen , som består af et phospholipid dobbeltlag, der er selektivt permeabel. Denne dobbelte lag fastholder salte og væske i ligevægt inde i cellen ved at opsluge nødvendige partikler og befri celle affald. Samt en plasmamembran, mange organismer (planter, svampe og visse protister) har cellevægge. Disse vægge er involveret i at opretholde celleform og beskyttelse.

De fleste prokaryoter har cellevægge, men er strukturelt forskellige fra dem af planter, svampe og protister. For eksempel er de bakterielle cellevægge indeholde en vis mængde peptidoglycan , som er en polymer bestående af sukker og polypeptider. Hvis du prøvede at identificere bakterier, kan det først undersøge dem under et mikroskop for at detektere, om prøverne var stang-formet, rund, eller spiral. Derefter kunne man analysere mængden af ​​peptidoglycan i cellevæggene hos ukendte mikroorganismer under anvendelse af en teknik kendt som Gram-farvning .

Bakterier, der indeholder en masse af peptidoglycan i deres cellevægge også tendens til at have mindre komplekse cellevægge, og kaldes gram positive bakterier. Tværtimod gramnegativ bakterier har færre peptidoglycan, men de har mere komplekse cellevægge generelt. De gram-negative bakterier har en ekstra ydre membran dividere lipopolysaccharid .

Nogle af disse er giftige lipopolysaccharider, der tjener til at modvirke de naturlige forsvar af værten organismer. Desuden kan den yderligere membran af gramnegative bakterier gør dem mere modstandsdygtige over for antibakterielle lægemidler ( antibiotika ). Af disse to grunde kan en gram-negativ bakteriel infektion være langt mere alvorlige grampositive infektioner.

Kapslen og Pilus

Talrige tilpasninger af værtsorganismer at bekæmpe bakterielle infektioner, og tæller tilpasninger af bakterier til at unddrage sig disse adaptive forsvar, har ført til bakterier, der er dygtige til at overleve i ugæstfrie forhold. Foruden de cellevægge og cellemembraner, mange bakterier har et ekstra ydre lag af cellevæggen defineret kapsel . Kapslerne er lavet og klæbrige stoffer udskilles af bakterier, og hjælpe bakterier klæbe til overflader eller andet. Kapsler også give et ekstra lag af beskyttelse for den indkapslede krop.

Recall fra den sidste tutorial, pili kan give en allé for udveksling af genetisk information. Nogle prokaryoter bruger disse overfladevedhæng til fastgørelse til forskellige underlag. For eksempel, Neisseria gonorrhoeae tillægger epitel inde i reproduktive tarmkanalen via Pili, hvor de kan påføre personer med STD, der bærer navnet på arten. mutanter, der mangler pili er ikke patogene.

Hvordan prokaryoter komme rundt?

Mange prokaryoter er i stand til retningsbestemt bevægelse, og kan faktisk bevæge sig ganske hurtigt. Nogle prokaryot motile kan flytte 100 gange længden af ​​legemet i en anden. (Tænk på dette i form af menneskelig bevægelse, hvis en person kører har en hældning på seks fødder, dette oversætter til 600 fod / sekund!)

Nogle prokaryoter kan udskille slimede kemikalier og derefter glide rundt på dem. Nogle spiralformede bakterier, spirochæter, har indvendigt gevind, som er arrangeret således at hele kroppen roterer aksialt; fordi kroppen er spiralformet i form, den resulterende bevægelse er analog med virkningen af ​​en proptrækker. Den mest almindelige form for bevægelse i prokaryoter er via flagellært handling. En svøbe (flertal, flageller) er en lang appendiks specialiseret bevægelse og mens begge eukaryoter og prokaryoter kan have flagellar bevægelse, den svøbe, som prokaryoter er meget forskellige fra dem i eukaryoter. Prokaryote flageller består af tæt oprullede kæder af proteinet flagellin forbundet til en kompleks molekylær motor er placeret inde i cellevæggen.

bakteriel flageller kan rotere med eller mod uret. Ved rotation med uret, den flageller flyve fra hinanden, hvilket får bakterierne til at falde tilfældigt. Under uret rotation, er det flageller trukket ind i en bundle, der resulterer i retningsbestemt bevægelse. Bakterierne med flageller veksler mellem tumbling og retningsbestemt bevægelse. I nogle tilfælde bevægelsen er tilfældig, men i andre tilfælde er der en netto bevægelse orienteret ( taxa ) mod eller væk fra en stimulus. Således direkte bevægelse af disse bakterier husker stien til en beruset sømand vender tilbage til skibet.

Det sociale liv i prokaryoter

Ved nogle af de tidligere eksempler, kan det have konkluderet, at bakterierne er simpelthen patogener, som forårsager sygdomme. Dette ville imidlertid generalisering være forkert. Faktisk det utal af bakterier omkring os er enten væsentlige eller godartet til livet i andre organismer (herunder os). Mennesker er dækket med bakterier (både inde og ude). Du kan finde denne foruroligende kendsgerning, men lige nu er der omkring 400 forskellige arter af bakterier, der lever i din mave-tarmsystemet.

Kun en forholdsvis lille procentdel af bakteriel arter, der koloniserer på os (og alle andre flercellede organismer) er sygdomsfremkaldende. Langt størstedelen af ​​bakterier er økologisk betydelig og yderst gavnlig. I de fleste tilfælde bakterierne koloniserer på og leve i harmoni med andre arter.

Staten af ​​to arter har udvidet og intim forening er defineret symbiose . Du har måske hørt andre definitioner på dette udtryk, men forskere på området er enige om, at dette er den bedste definition.

De organismer, der interagerer ( symbionter ) har forskellige relationer med hinanden. den vært (det største af de to arter) og microsymbiont (den mindste af de to arter) kan drage gensidig fordel af, i hvilket tilfælde symbiose defineres mutualisme . I den anden ende af spektret er et symbiotisk forhold, hvor et medlem af symbiose fordele på bekostning af den anden, som er defineret parasitisme . I midten af ​​dette spektrum er sammenslutninger, der synes godartede (er hverken god eller dårlig) for en eller begge arter; Denne form for symbiose kaldes Kommensalisme . Disse er ikke det statiske forhold, og sammenhængen mellem symbionterne er ikke konstant og kan ændre sig, afhængigt af betingelserne. For eksempel kan en rapport være commensalistic (eller endda mutualistisk) det meste af tiden, men i visse betingelser foreningen kan slå parasitære.

mutualistisk symbiose

En dejlig par mutualistisk symbiose kendte, men desværre er de ikke får næsten den opmærksomhed, de fortjener. Uden deres eksistens, men livet som vi kender det ville ikke eksistere. Overvej nogle eksempler.

Nitrogen er en forudsætning for liv. Og »nødvendig for syntesen af ​​nukleinsyrer, proteiner, og en lang række andre vigtige biomolekyler. Men uden virkningen af ​​visse prokaryoter, ville lidt nitrogen være til rådighed for biosfæren. Der er flere arter af bakterier, der kan konvertere atmosfærisk kvælstof (N2) i en form (fx ammonium), der kan bruges af andre liv. En af de vigtigste grupper er de bakterier, som danner et symbiotisk forhold med visse planter. For eksempel Rhizobium kolonisere rødder ærteplanter, hvor fix nitrogen. Anlægget giver carbon til bakterierne og bakterierne giver nitrogen til planten; en klassisk og yderst vigtigt eksempel på et mutualistisk symbiose.

I afsnittet prokaryoter III, og Tidlig Udviklingen i stofskiftet, vil vi undersøge, i detaljer, den rolle, som bakterier spille i kvælstof cykling i biosfæren.

Den mutualistisk symbiose mellem prokaryoter og mennesker kan også spille en mere generel og vigtig rolle. Gå til det websted, der diskuterer den rolle, kim eksponering i den tidlige barndom udvikling, og når du vender tilbage til at være klar til at besvare et spørgsmål på en rolle, symbiotiske bakterier kan spille i udviklingen af ​​visse celler i det menneskelige immunsystem. Klik her for at læse om gode bugs.

parasitisme

I en parasitisk symbiose, et medlem af den symbiose gavner på bekostning af en anden. parasitære bakterier, der forårsager sygdom i deres værter kaldes patogener. Disse patogene bakterier fremkalder sygdom ved at invadere sundt værtsvæv eller med produktion af toksiner, der forgifter værten. exotoksiner er proteiner udskilt af prokaryoter, mens endotoksiner er proteinbestanddele af den ydre cellemembran gramnegative bakterier. Clostridium botulinum (det agens af botulisme) er en kendt exotoksin-secreter som Vibrio cholerae, som forårsager kolera. Det agens af tyfus, salmonella typhi, producerer endotoksiner, der modvirker de naturlige forsvar af den menneskelige vært.

Kolera og vigtigheden af ​​væskebalancen

Kolera er en sygdom forårsaget af Vibrio cholerae. Denne bakterie spredes gennem forurenet vandforsyning, og folk, der drikker forurenet vand med dette organ kan bukke under for sygdommen. Dødeligheden af ​​ubehandlede, symptomatiske individer kan være meget høj; ramte personer kan dø inden for 24 timer. Bakterierne ikke forårsager sygdom, det er snarere den exotoxin, der udskiller.

For at forstå, hvordan kolera dræber, er man nødt til at vide osmose (netto bevægelse af vand gennem et selektivt permeabel membran, det opløste koncentration lavere ved højere koncentrationer af opløst stof). Så hvad osmose har at gøre med kolera? Uanset hvad.

Vibrio cholera koloniserer tarmen. Den exotoksin (kolera toksin) stimulerer cellerne, der beklæder nedre mavetarmkanal (tarmepitelet) til at udskille store mængder af store ioner ind i lumen (hulrum) af tarmen. Dette skaber en tilstand yderst hypertonisk i tarmlumen, sammenlignet med epitelet. Tænk over konsekvenserne af denne i form af osmose og være klar til at lave en forudsigelse om de mest alvorlige symptomer på kolera.

Kroppen som et fællesskab

Husk, at vores kroppe er fulde af bakterier, som er næsten alle eukaryoter. Ved fødslen var vi fri for bakterier, men som vi købte bakterier gennem kosten, og blot at være omkring andre mennesker, bliver vores kroppe koloniseret af hundredvis af forskellige arter af bakterier. De relative andele af disse arter er variable og nogle af vores commensalistic bakterier kan blive skadedyr, når vores naturlige forsvarsmekanismer bliver deprimeret.

Forholdet mellem vært og symbiont kan være meget komplekse. Termitter er et godt eksempel på denne kompleksitet. Vi tænker normalt for disse insekter såsom træ spisere, og faktisk kan du spise på vores hjem. De kan imidlertid ikke direkte fordøje træet. Inde i termit tarmen er et menageri af protozo (en protist, der skal drøftes i fremtidige tutorials), der indtager de partikler af træ, der forbruges af termitter. Men selv disse protozoer kan ikke fordøje cellulose direkte. Snarere, der bor i og omkring protozoer er bakterier, der kan nedbryde træet. Så er det microsymbiont bor inde i termit vært microsymbiont der nedbryder faktisk træ. Livet er korreleret på en overraskende måde.

resumé

Denne tutorial fortsat vores diskussion af prokaryoter, indføre deres cellevægge og forskellige former for bevægelse. Prokaryoter har en række ændringer i deres vægge. Grampositive bakterier har vægge rige på peptidoglycan (et molekyle klasse afledt af sukker og protein). gramnegative bakterier har en dobbelt væg karakter og har ikke en stor mængde af peptidoglycan (hvilket er grunden til, at ikke pletter godt med Gram-farvning). På den anden side, gramnegative bakterier er ofte rige på lipopolysaccharider (en klasse af molekyler afledt fra lipider og sukker), som kan være giftige for andre livsformer; mange bakterielle toksiner tilhører denne klasse af molekyler. En klæbrig yderligere hætte (og / eller pili) kan være til stede, som hjælper nogle bakterier klæbe til forskellige substrater.

Ud over de ændringer af deres vægge, en række prokaryoter har evnen til at bevæge deres miljø. Denne bevægelse er ikke tilfældig, men snarere, kan være omfattet af tilstedeværelsen af ​​forskellige molekyler i miljøet. Nogle bakterier kan detektere tilstedeværelsen af ​​næringsstoffer, og bevæge sig mod en høj koncentration af et bestemt carbonkilde i en proces, som almindeligvis omtales som kemotaksi.

De fleste prokaryoter er meget følsomme over for deres omgivelser og kan ændre deres adfærd som reaktion på ændrede vilkår. For eksempel kan de fleste arter af Bacillus danne resistente sporer som reaktion på stress-tilstande. Disse sporer har en lav metabolisk aktivitet, kan overleve under ekstreme betingelser (for eksempel kogende vand) og er af lang varighed.

En stor del af livet på planeten afhænger prokaryoter direkte eller indirekte. Fikseringen er et eksempel på, hvordan bakterierne kan være en fordel. Mange prokaryoter danner intime foreninger med andre arter. Disse symbiotiske forhold kan antage forskellige former. I den ene ende er de indbyrdes relationer. I en gensidig symbiose, begge arter gavn af foreningen; de bakterier, der lever i vores lavere fordøjelsessystem give os en række vitaminer og til gengæld give dem en kilde til kulstof fra den mad, vi ikke fordøje os selv. I den anden ende er en parasitisk symbiose, hvor det symbiotiske præstationer på gæstens regning. Disse parasitter er generelt kaldes sygdomsfremkaldende bakterier, fordi det kan forårsage alvorlig sygdom. Mikrobiologer har givet os en forståelse for prokaryoter, og deres opdagelser har ført til nye muligheder for brugen af ​​prokaryoter at forbedre menneskeheden og for at bekæmpe sygdomme forårsaget af patogene bakterier.

Den næste tutorial vil diskutere den økologiske betydning af forskellige typer af prokaryote (for eksempel dem, der anvendes til at rydde op olieudslip og fastholde kvælstof).




Efterlad en kommentar