Классификация живого мира по Виттекеру

Минеральные вещества

1. Биогены (углерод(50%), водород,кислород,азот(14%),фосфор(1%),сера)
2. Макроэлементы (0,01-3% от сухой массы клетки) K, Na, Mg, Ca, Cl, Fe.
3. Микроэлементы (0,001-0,01% от сухой массы клетки) Mg, Zn, Mo, B, Cr, Co, Cu, и др.
4. Ультрамикроэлементы (<0,001%) вся остальная таблица Менделеева.

Соотношение отдельных химических элементов  может колебаться в значительных пределах, в зависимости от систематического положения микроорганизмов, условий  роста и ряда других причин.

Количество  минеральных веществ составляет 2-14% от сухой массы клетки, после  биогенов.

Роль  минеральных веществ:

• Являются активаторами и ингибиторами ферментативных систем.

Биополимеры.

Основные  химические элементы входят в состав биополимеров присущих всем живым организмам:

• Нуклеиновых кислот
• Белков
• Лепидов
• Углеводов (полисахаридов)

Характерным только для клеток – прокариот  являются биополимер составляющий основу их клеточной стенки (по химическому  составу это гликопептид или пептидогликан).

Нуклиновые кислоты.

В клетках в среднем содержится 10% РНК и 3-4% ДНК.

Белки.

Важнейшее значение в структуре и функции клеток принадлежит белкам, на долю которых приходиться 50-75% от сухой массы клетки.

Значит долю белков микроорганизмов составляют ферменты играющие существенную роль в проявлении жизнедеятельности прокариот. К биологически активным белкам принадлежат белки участвующие в транспорте питательных веществ а также многие токсины.

Часть белков составляют белки выполняющие структурную функцию – белки ЦПМ, клеточной стенки и др. органелл клетки.

Лепиды

В состав лепитов прокариот входят жирные кислоты, нейтральные жиры, фосфолепиды, гликолепиды, воска, лепиды содержащие изопреновые единицы (каротеноиды, бактопренол).

Микоплазмы в отличие от всех других прокариот содержат холестерин. Большая часть лепидов входит в состав мембраны клетки и клеточной стенки.

Углеводы 

Из  них состоят многие структурные  компоненты клетки. Они используются в качестве доступных источников энергии и углерода. В клетках  содержаться как моносахариды, так  и полисахариды.

Морфология бактерий.

По  внешнему виду бактерии делятся на 3 группы:

• Кокковидной формы
• Палочковидной формы
• Извитые (или спиралевидные)

Шаровидные бактерии – (кокки).

Могут быть самостоятельными клетками –  монококки °₀° или связанными попарно – диплококки или связанными в цепочку – стрептококки                                  или в пакете – сарцины

или в виде виноградной кисти –  стафилококки

Бактерии  шаровидной формы называемые кокками имеют правильную сферическую форму или форму неправильного шара.

Средний диаметр кокков – 0,5-1,5 мкм, у пневмококков например –

По  признаку расположения клеток по отношению  друг к другу кокки делят на:

• Монококки
• Диплококки
• Стрептококки
• Сарцины
• Стафилококки

Палочковидные бактерии (цилиндрические)

Различаются по форме величине в длину и  в поперечнике, в форме концов клетки а так же взаимному расположению.

Размеры в поперечнике 0,5-1 мкм, длинна 2-3мкм.

Большинство палочковидных бактерий имеют форму  прямого цилиндра. Некоторые бактерии могут иметь либо прямую либо слегка изогнутую форму.

Изогнутая форма встречается у вибрионов к которым относится возбудитель холеры.

У отдельных   бактерий встречаются  нитевидные и ветвящиеся формы.

Палочковидные микроорганизмы могут образовывать споры.

Спорообразующие формы называются бациллы.

Неспорообразующие называються бактериями.

Булавовидные.

Клострициальные.

В зависимости от взаимного расположения делят:

• Монобациллы
• Диплобациллы
• Стептобациллы

Спиралевидные бактерии

Бактерии имеющие изгибы, равные одному или нескольким оборотам спирали.

В зависимости от количества витков делят  на группы:

• Вибрионы
• Спироллы       4-6 витков
• Спирохеты       6-15 витков

Чаще  всего это болезнетворные микроорганизмы.

Существуют  еще редко встречающиеся бактерии.

 

 

 

 

Шаровидная, палочковидная и спиралевидная  форм бактерий самые распространенные, но встречатся и другие формы:

1. Имеют вид кольца (замкнутого или разомкнутого в зависимости от стадии роста). Такие клетки предложено называть тороидами.
2. У некоторых бактерий описано образование клеточных выростов, число которых может колебаться от 1 до 8и более.
3. Существуют так же бактерии напоминающие по виду правильную шестиугольную звезду.
4. Для некоторых групп прокариотов характерно ветвление.
5. В 1980 году английский микробиолог Уолсби сообщил что микроорганизмы могут быть квадратными.

Форма бактерий наследственно закреплена (за исключением мипопиазм и L- форм), и по этому является одним из критериев при определении микроорганизмов.

Движение бактерий.

Способность активно передвигаться присуща многим бактериям. Существуют 2 типа подвижных бактерий:

• Скользящие
• Плавающее

1. Скольжение. Микроорганизмы передвигаются по твердому и полу твердому субстрату (почва, ил, камни). В результате волнообразных сокращений вызывающих периферическое изменение формы тела. Образуется некоторое подобие бегущей волны: выпуклости клеточной стенки, которая перемещаясь в одном направлении способствует движению в противоположную сторону.

2. Плавание. Палочковидные бактерии относятся к плавающим формам, а так же большинство спирилл и некоторые кокки.

Все эти бактерии передвигаются  с помощью особых поверхностных  нитевидных образований, называемых жгутиками. Различают несколько типов жгутикования в зависимости от того как они расположены на поверхности и сколько их:

• Монотрих
• Биполярный монотрих или амфитрих
• Лофотрих
• Амфитрих или биполярный лофотриф
• Перетрих

Толщина жгутиков 0,01-0,03 мкм. Длинна меняется у одной и той же клетки в зависимости от условий окружающей среды от 3-12 мкм.

Число жгутиков различно у разных видов  бактерий, у некоторых перитрихов она достигает 100.

Жгутики не являются жизненно важными органами.

Жгутики как бы присутствуют на определенных стадиях развития клетки.

Скорость  передвижения бактерий при помощи жгутиков различается у разных видов. Большинство  бактерий проходит за секунду расстояние равное длине своего тела. Некоторые  бактерии при благоприятных условиях могут проходить расстояния превышающие 50 длин тела.

В перемещениях бактерий есть определенный смысл, они стремятся в сторону  наиболее благоприятных условий  существования. Они называются таисисами.

Таксисы могут быть хема, фото, аэро,

Если  в сторону благоприятных факторов то это положительно таксис, если от факторов, то отрицательно таксис.

Споры и спорообразование.

Многие  бактерии способны образовывать структуры помогающие им переживать в течение длительного времени не благоприятные условия и переходить в активное состояние при попадание в подходящие для этого условия. Эти формы называются цистами эндоспорами.

Микроцисты:

При их образовании происходит утолщение  стенки вегетативной клетки, в результате чего формируются оптически плотные, яркопреломляющие свет, окруженные слизью, укороченные палочки или сферические формы.

Они функционально аналогичны бактериальным  эндоспорам:

• Более устойчивы к изменению температур
• Высушиванию
• Различным физическим воздействиям, чем вегетативная клетка.

Эндоспоры:

Образуются  эндоспоры у следующих бактерий:

• Bacillus
• Closteidium
• Desulfotomaculum

Формирование  споры начинается с того что в  зоне локализации нитей ДНК происходит уплотнение цитоплазмы, которая вместе с генетическим материалом обособляется от остального клеточного содержимого с помощью перегородки. Образуются плотные мембранные слои между которыми начинается формирование кортикального слоя (кортекс).

Спора- это покоящаяся стадия спорообразующих  видов бактерий.

Бактерии  образуют споры, когда создаются такие условия в окружающей среде которые индуцируют процесс спорообразования.

Считается что споры не обязательная стадия цикла развития споро образующих бактерий.

Можно создать условия  в которых  рост и размножение бактериальных  клеток происходит без спорообразования в течении многих поколений.

Факторы и индуцирующие споро образование:

• Недостаток питательных веществ в среде
• Изменение pH
• Изменение температуры
• Накопление выше определенного уровня продуктов клеточного метаболизма.

Принципы систематики микроорганизмов.

Понятие вид, штамм, клон.

Основная  таксономическая единица –вид который следует рассматривать как конкретную форму существования органического мира.

В микробиологии понятие вид можно  определить как совокупность микроорганизмов  имеющих единое происхождение и  генотип,  сходных по своим биологическим  признакам и обладающих наследственно  закрепленной способностью вызывать в  стандартных условиях качественно-определенные процессы.

Сравнительно  однородные виды бактерий определяют в роды → семейства → порядки  → классы.

Важным  критерием определения понятия  вид является однородность особей.

Для микроорганизмов строгая однородность признаков не является характерными, поскольку их морфологические свойства могут  изменяться в зависимости  от условий окружающей с среды в течение короткого времени.

Название  микроорганизма состоит из двух слов: первое слово означает род (оно пишется  с большой буквы и является производной от какого либо термина характеризующего признак, или от фамилии автора открывшего или изучившего этот микроорганизм), второе слово обозначает конкретный вид (пишется с маленькой буквы и является производным существительного определяющего источник происхождения микроба, либо название  вызываемого им заболевания, либо фамилия автора). Bacillus anthracis.

В микробиологии широко применяются  термины  штамм и клон.

Штамм более узкое понятие чем вид.

Штаммами  называются различные микробные  культуры одного вида, выделенные из различных  источников или из одного источника, но в разное время.

Штаммы  одного вида могут быть  совершенно идентичными или различаться  по отдельным признакам (например по устойчивости к какому – либо антибиотику, ферментации какого-либо сахара и т.д.).

Однако  свойства различных штаммов не выходят  за пределы вида.

Термином клон обозначают культуру микроорганизмов полученную из одной клетки.

Популяции микробов состоящие из особей одного вида называются чистой культурой. 

Понятие о статических и проточных  микробных культурах.

 

 

 

 

 

 

Хемостат

Турбиностат – определение мертвых микроорганизмов по мутности.

Таких емкостях выращивается проточная микробная культура.

Для выращивания проточной микробной  культуры, выращенной в условиях постоянной подпитки и удаления продуктов метаболизма  и мертвых микробных клеток.

Статичная микробная культура – это популяция  бактерий находящихся в ограниченном жизненном пространстве, которое  не обменивается ни веществом ни энергией с окружающей средой. 

Закономерности роста и развития микроорганизмов.

Изменение и обновление организма в процессе его обмена с окружающей средой называется развитием. Развитие организма имеет 2 следствия:

• Рост
• Размножение.

Под ростом подразумевается увеличение размеров организма или его живого веса.

Под размножением подразумевается увеличение количества организмов.

Скорости  роста микробной популяции:

 

Абсолютная скорость.

 

Относительная скорость по биомассе.

Понятие генерации:

 

 

 

 

Фазы развития стационарной микробной  культуры.

1. Фаза – лаг-фоза.

Период от внесения бактерий до достижения ими максимальной относительной скорости роста. В этот период бактерии приспосабливаются к новой среде обитания и поэтому размножаются не значительно. К концу лаг-фазы клетки часто увеличивают свой оббьем и т.к. их количество в этот момент не велико, то относительная скорость роста биомассы становиться максимальной, по окончании этого периода, в то время как абсолютная скорость лишь незначительно увеличиваться. Длительность лаг-фазы зависит как от внешних условий так и от возраста бактерий и их видовой специфичности. Как правило чем полноценней среда, тем короче лаг-фаза. Изменение в химическом составе бактериальной клетки выражается в накоплении запасных питательных веществ и в резком повышении содержания РНК (в 8-12 раз), что свидетельствует об интенсивном синтезе ферментов, необходимых для дальнейшего роста и развития клетки.