Prokaryoter ii -struktur og funksjon




Du bør ha relevant kunnskap om følgende forhold:

  • antibiotika
  • kapsel
  • cellevegg
  • kommensialisme
  • endospores
  • endotoksiner
  • eksotoksin
  • flagellen (pl. flag)
  • gram positive
  • gram-negative
  • gram stain
  • host
  • lipopolysakkarid
  • microsymbiont
  • mutualism
  • opportunistiske infeksjoner
  • osmose
  • parasittisme
  • peptidoglykan
  • plasmamembran
  • sporulation
  • symbiont
  • symbiose
  • drosje

Innledning og mål



Dette er en forstørrelse av Vibrio cholerae, det forårsakende organismen av kolera. Merk svøpe som halen på en ende; Mange prokaryoter er drevet av flag rotasjon. Den genetiske og cellulære organisering av prokaryoter er innført i vår forrige tutorial. Husker at vi innførte også deres morfologi diskuterer tre kategorier av grunnleggende form av prokaryoter: kokker, basiller, og spirilla. Vi vil fortsette vår diskusjon, utforske deres struktur og bevegelse, og beskrive noen interaksjoner mellom prokaryote og andre livsformer. Ved slutten av denne opplæringen bør du ha grunnleggende kunnskap om:

  • private prokaryote
  • Forholdet mellom prokaryoter og andre livsformer
  • Mangfoldet av karbonkilder
  • gunstige bakterier

Den prokaryotisk cellevegg og peptidoglykan

Cellene i alle prokaryote organismer (inkludert) er omsluttet av en plasmamembran , som består av et fosfolipid bilaget som er selektivt permeabel. Denne doble lag opprettholder salter og væske i likevekt i cellen ved engulfing nødvendige partikler og frigjøre celleavfall. Samt et plasmamembran, mange organismer (planter, sopp og enkelte protister) har cellevegger. Disse veggene er involvert i å opprettholde celleform og beskyttelse.

De fleste prokaryoter har cellevegger, men er strukturelt forskjellige fra de av planter, sopp og protister. For eksempel, de bakterielle celleveggene inneholder en viss mengde peptidoglykan , som er en polymer som består av sukker og polypeptider. Hvis du prøvde å identifisere bakterier, kan det først undersøke dem under et mikroskop for å finne ut om prøvene var stang-formet, rund, eller spiral. Deretter kan du analysere mengden av peptidoglykan i celleveggene av ukjente mikroorganismer ved hjelp av en teknikk som kalles gram stain .

Bakterier inneholdende en masse av peptidoglykan i deres cellevegger har også en tendens til å ha mindre komplekse cellevegger, og kalles gram positive bakterier. Tvert imot, gram-negative bakterier har mindre peptidoglykan, men de har mer komplekse celleveggene generelt. De gram-negative bakterier har en ekstra ytre membran delende lipopolysakkarid .

Noen av disse er giftige lipopolysaccharides, som tjener til å motvirke den naturlige forsvar av vertsorganismer. Dessuten kan ytterligere membranen av gramnegative bakterier gjør dem mer resistente overfor antibakterielle midler ( antibiotika ). Av disse to grunner, kan en gram-negativ bakterieinfeksjon være mye mer alvorlige gram-positive infeksjoner.

Kapselen og pilus

Mange tilpasninger av vertsorganismer for å bekjempe bakterielle infeksjoner, og benke tilpasninger av bakterier for å unngå disse adaptive forsvar, har ført til bakterier som er flinke til å overleve i ugjestmilde forhold. I tillegg til de cellevegger og cellemembraner, mange bakterier har en ekstra ytre lag av celleveggen definert kapsel . Kapslene er laget og klebrige stoffer skilles ut av bakterier, og hjelpe bakterier feste seg til overflater eller annet. Kapsler gir også et ekstra lag med beskyttelse for den innkapslede kroppen.

Husker fra forrige tutorial som pili kan gi en avenue for utveksling av genetisk informasjon. Noen prokaryoter bruker disse overflate vedheng for feste til en rekke underlag. For eksempel, Neisseria gonorrhoeae festes til Epitel inne i skjede via Pili, hvor de kan påføre personer med STD som bærer navnet på arten. mutanter mangler pili er ikke sykdomsfremkallende.

Hvordan får prokaryoter ikke rundt?

Mange prokaryoter er i stand til retningsbevegelse, og faktisk kan bevege seg ganske raskt. Noen prokaryote motile kan bevege seg 100 ganger lengden av legemet i en andre. (Tenk på dette i form av menneskelig bevegelse, hvis en person kjører har en stigning på seks fot, dette omsettes til 600 fot / sekund!)

Noen prokaryoter kan utskille slimete kjemikalier og deretter skli rundt på dem. Noen skrueformede bakterier, spirocheter, har innvendige gjenger, som er anordnet slik at hele legemet roterer aksielt; fordi kroppen er skruelinjeformet i fasong, er den resulterende bevegelse er analog med virkningen av en korketrekker. Den vanligste typen av bevegelse i prokaryoter er via flagellar handling. En svøpe (flertall, flag) er en lang vedlegg spesialisert locomotion og mens begge eukaryoter og prokaryoter kan ha flagellar bevegelse, pisken av prokaryoter er svært forskjellige fra de av eukaryoter. Prokaryote flageller er bygget opp av tett såret kjeder av protein flagellin koblet til en kompleks molekyl motor er plassert inne i celleveggen.

bakterielle flageller kan rotere med eller mot klokken. Når du roterer med klokken, den flag fly fra hverandre, forårsaker bakterier til å falle tilfeldig. Under rotasjon, blir flagellene trukket inn i en bunt som resulterer i retningsbevegelse. Bakteriene med flag veksler mellom tumbling og retningsbevegelse. I noen tilfeller er den bevegelse tilfeldig, men i andre tilfeller er det en netto bevegelse orientert ( drosje ) mot eller bort fra en stimulans. Dermed blir direkte bevegelse av disse bakteriene husker banen til en full sjømann tilbake til skipet.

Det sosiale livet til prokaryoter

Ved noen av de foregående eksemplene, kan det ha konkludert med at bakteriene er rett og slett patogener som forårsaker sykdommer. Dette ville imidlertid generalisering være galt. Faktisk mylderet av bakterier rundt oss er enten essensielle eller godartet for livet til andre organismer (inkludert oss). Mennesker er dekket med bakterier (både inne og ute). Du kan finne dette urovekkende faktum, men akkurat nå er det rundt 400 forskjellige arter av bakterier som lever i fordøyelsessystemet.

Bare en forholdsvis liten prosentandel av bakterielle arter som koloniserer på oss (og alle andre flercellede organismer) er patogene. De aller fleste bakterier er økologisk betydelig og svært gunstig. I de fleste tilfeller bakteriene kolonisere på og leve i harmoni med andre arter.

Tilstanden til noen to arter å ha utvidet og intim forening er definert symbiose . Du har kanskje hørt andre definisjoner for dette begrepet, men forskere på feltet er enige om at dette er den beste definisjonen.

Organismene som samhandler ( symbionter ) har ulike relasjoner til hverandre. den host (den største av de to arter) og microsymbiont (den minste av de to arter) kan utlede gjensidig nytte, i hvilket tilfelle symbiose er definert mutualism . I den andre enden av spekteret er et symbiotisk forhold der et medlem av symbiose fordeler på bekostning av den andre, som er definert parasittisme . I midten av dette spekteret er foreninger som synes godartet (er verken god eller dårlig) for en eller begge artene; Denne formen for symbiose kalles kommensialisme . Dette er ikke de statiske relasjoner, og sammenhengen mellom de symbionter er ikke konstant og kan endres, avhengig av forholdene. For eksempel kan en rapport være commensalistic (eller enda mutualistic) mesteparten av tiden, men i visse vilkår foreningen kan slå parasittisk.

mutualistic symbiose

En fin par mutualistic symbiose kjent, men dessverre de ikke får nesten den oppmerksomheten de fortjener. Uten deres eksistens, men livet slik vi kjenner det ville ikke eksistere. Her er noen eksempler.

Nitrogen er viktig for livet. Og 'som er nødvendig for syntese av nukleinsyrer, proteiner, og en rekke andre viktige biomolekyler. Men uten innvirkning av noen prokaryoter, ville lite nitrogen tilgjengelig for biosfæren. Det finnes flere arter av bakterier som kan konvertere atmosfærisk nitrogen (N2) i en form (for eksempel ammonium) som kan brukes av andre liv. En av de viktigste gruppene er de bakterier som danner et symbiotisk forhold med visse planter. For eksempel, Rhizobium kolon røttene av erteplanter, der fix nitrogen. Anlegget gir karbon til bakterier og bakterier gir nitrogen til anlegget; en klassisk og ekstremt viktig eksempel på en mutualistic symbiose.

I avsnittet prokaryoter III, og Early Utviklingen av metabolisme, vil vi undersøke, i detalj, rollen som bakterier spiller i nitrogen sykling i biosfæren.

Den mutualistic symbiose mellom prokaryote og mennesker kan også spille en mer generell og viktig rolle. Gå til nettstedet som diskuterer rollen bakterie eksponering i tidlig barndom utvikling, og når du kommer tilbake til å være klar til å svare på et spørsmål på en rolle som symbiotiske bakterier kan spille i utviklingen av visse celler i immunsystemet hos mennesker. Klikk her for å lese om gode bugs.

parasittisme

I en parasittisk symbiose, et medlem av symbiosen fordeler på bekostning av en annen. parasittiske bakterier som forårsaker sykdom hos sine verter er kalt patogener. Disse patogene bakterier forårsaker sykdom ved å invadere sunt verten vev eller med produksjon av giftstoffer som forgifte verten. exotoxins er proteiner utskilt av prokaryoter, mens endotoksiner er proteinkomponenter i den ytre cellemembran av gram-negative bakterier. Clostridium botulinum (den utløsende agent for botulisme) er en kjent eksotoksin-secreter som Vibrio cholerae, som forårsaker kolera. Den utløsende agent for tyfoidfeber, salmonella typhi, produserer endotoksiner som motvirker den naturlige forsvar av menneske verten.

Kolera og viktigheten av væskebalansen

Kolera er en sykdom forårsaket av Vibrio cholerae. Denne bakterien spres gjennom forurenset vannforsyning, og folk som drikker forurenset vann med denne kroppen kan bukke under for sykdommen. Dødeligheten av ubehandlede, symptomatiske enkeltpersoner kan være svært høy; berørte personer kan dø i løpet av 24 timer. Bakteriene ikke forårsaker sykdommen, snarere er den eksotoksin som utskiller.

For å forstå hvordan kolera dreper, må man vite osmose (netto bevegelse av vann gjennom en selektivt permeabel membran, det oppløste konsentrasjon lavere ved høyere oppløste konsentrasjoner). Så, hva osmose har å forholde seg kolera? Uansett.

Vibrio cholera koloniserer tarmen. Den eksotoksin (koleratoksin) stimulerer cellene på den nedre gastrointestinaltraktus (tarmepitelet) for å utskille store mengder av overdreven ioner inn i hulrommet (hulrom) av tarmen. Dette skaper en tilstand ekstremt hyperton i den intestinale lumen, i forhold til epitelet. Tenk på konsekvensene av dette i form av osmose og være klar til å gjøre en prediksjon om de mest alvorlige symptomer på kolera.

Kroppen som et fellesskap

Husk at kroppene våre er fulle av bakterier, som er nesten alle eukaryoter. Ved fødselen var vi fri for bakterier, men som vi kjøpte bakterier gjennom kosthold, og bare det å være rundt andre mennesker, blir kroppene våre kolonisert av hundrevis av forskjellige arter av bakterier. De relative andeler av disse artene er variabel og noen av våre commensalistic bakterier kan bli skadedyr når våre naturlige forsvarsmekanismer bli deprimert.

Forholdet mellom vert og symbiont kan være meget komplisert. Termitter er et godt eksempel på denne kompleksiteten. Vi vanligvis tenker på disse insektene som tre eaters, og faktisk kan du spise på våre hjem. De kan imidlertid ikke direkte fordøye veden. Inne i termitt gut er et menasjeri av protozoer (en protoktister, som skal behandles i fremtidige tutorials) som i seg partikler av tre fortært av termitter. Men selv disse protozoer kan ikke fordøye cellulose direkte. Snarere, som bor i og rundt protozoer er bakterier som kan redusere veden. Så er microsymbiont lever inne i termitt verten microsymbiont som degraderer faktisk tre. Livet er korrelert på en overraskende måte.

sammendrag

Denne opplæringen fortsatte diskusjonen av prokaryoter, innføre sine cellevegger og ulike former for bevegelse. Prokaryoter har en rekke endringer i sine vegger. Gram-positive bakterier har vegger som er rik på peptidoglykan (et molekyl klasse avledet fra sukker og protein). gram-negative bakterier har en dobbel vegg karakter og ikke har en stor mengde av peptidoglycan (som er grunnen til at ikke flekker godt med Gram-flekk). På den annen side, gram-negative bakterier er ofte rike på lipopolysakkarider (en klasse av molekyler avledet fra fett og sukker), som kan være giftige for andre livsformer; mange bakterielle toksiner tilhører denne klassen av molekyler. En klebrig ytterligere kapsel (og / eller pili) kan være til stede, noe som bidrar til noen bakterier holder seg til forskjellige substrater.

I tillegg til de endringer i sine vegger, en rekke prokaryote celler har evnen til å bevege sine omgivelser. Denne bevegelsen er ikke tilfeldig, men snarere kan reguleres ved nærvær av forskjellige molekyler i omgivelsene. Noen bakterier kan påvise tilstedeværelse av næringsstoffer, og bevege seg mot en høy konsentrasjon av et bestemt karbonkilde i en prosess generelt referert til som kjemotakse.

De fleste prokaryoter er svært følsomme for sine omgivelser og kan endre sin atferd i respons til skiftende forhold. For eksempel kan de fleste av de arter av Bacillus danne resistente sporer som svar på stressbetingelser. Disse sporene har en lav metabolsk aktivitet, kan overleve i ekstreme værforhold (for eksempel, kokende vann) og er av lang varighet.

En stor mengde av liv på planeten avhenger prokaryoter, direkte eller indirekte. Fikserings er et eksempel på hvordan bakteriene kan være til nytte. Mange prokaryoter danne intime assosiasjoner med andre arter. Disse symbiotiske forhold kan ta en rekke former. På den ene ytterligheten er de gjensidige relasjoner. I et gjensidig symbiose, begge arter nytte av foreningen; bakterier som lever i vårt nedre fordøyelsessystemet gir oss en rekke vitaminer og i sin tur gi dem en karbonkilde fra maten vi ikke fordøye selv. På den andre ytterligheten er en parasittisk symbiose, der det symbiotiske ytelsen til gjestenes regning. Disse parasittene er vanligvis kalles patogene bakterier fordi det kan føre til alvorlig sykdom. Mikrobiologer har gitt oss en forståelse for prokaryoter, og deres funn har ført til nye muligheter for bruk av prokaryoter å forbedre menneskeheten og å bekjempe sykdommer forårsaket av patogene bakterier.

Den neste opplæringen vil diskutere den økologiske betydningen av ulike typer prokaryote (for eksempel de som brukes til å rydde opp oljesøl og fikse nitrogen).




Legg igjen en kommentar