Хемосинтезирующие бактерии и их экологическое значение

Хемосинтезирующие бактерии - бактерии, которые используют в качестве источника углерода CO2, но энергию получают не от солнца, а от химических реакций. Энергия может выделяться при окислении водорода, сероводорода, серы, железа, аммиака и др неорганических соединений. Хемосинтезирующие бактерии играют важную роль в биосфере; в основном они участвуют в круговороте азота и таким образом поддерживают плодородие почвы.

Существует несколько групп хемосинтезирующих бактерий, из которых наибольшее значение имеют нитри­фицирующие (получают энергию для син­теза органических веществ, окисляя аммиак до азотистой, а затем до азотной кислоты), водородные (окисляя водород до воды), серобактерии (окисляя сероводород до сульфатов) и железобактерии (превращая закисные соли железа в окисные).

Процесс хемосинтеза, при котором из СO2 образуется органическое вещество, протекает аналогично темновой фазе фотосинтеза. Благодаря жизнедеятельности бактерий-хемосинтетиков в природе накапливаются большие запасы селитры и болотной руды.

Молекулярная природа и виды изменчивости

Наследственность - свойство живых организмов воспроизводить себе подобное, или передавать в ряду поколений определенный тип индивидуального развития, в ходе которого у потомков формируется комплекс видовых признаков.

Изменчивость – в противоположность наследственности – обеспечивает разнообразие признаков и свойств у сособей одного вида . Различают изменчивость модификационную, или фенотипическую, и мутационную, или генотипическую

Формы изменчивости :

1. Ненаследственная модификационная (фенотипическая)

Причины : Изменение условий среды, в результате чего организм изменяется в пределах нормы реакции, заданной генотипом

Значение : Адаптация – приспособление к данным условиям среды, выживание, сохранение потомства

2. Наследственная (генотипическая), мутационная

Причины : Влияние внешних и внутренних мутагенных факторов, в результате чего происходит изменение в генах и хромосомах.

Значение : Материал для естественного и искусственного отбора, так как мутации могут быть полезные, вредные и безразличные, доминантные и рецессивные

3. Наследственная (генотипическая) , комбинатнвная

Причины : Возникает стихийно в рамках популяции при скрещивании, когда у потомков появляются новые комбинации генов

Значение : Распространение в популяции новых наследственных изменений, которые служат материалом для отбора

4. Наследственная (генотипическая) , соотносительная (коррелятивная)

Причины : Возникает в результате свойства генов влиять на формирование не одного, а двух и более признаков

Значение : Постоянство взаимосвязанных признаков, целостность организма как системы

Строение , образ жизни и значение вирусов.

Вирусы (лат. virus – яд) – субмикроскопические неклеточные организмы, способные размножаться только внутри живых клеток (облигатные паразиты). Они отно­сятся к отдельному царству живых организмов – Царство Вирусы. В отличие от всех остальных организмов вирусы не имеют клеточного строения.

Размеры вирусов колеблются от 15 до 350 нм (длина некоторых нитевидных достигает 3 000 нм; 1 нм = 1·10^–9м), т.е. большинство из них не видны в световой микроскоп (субмикроскопические) и их изучение стало возможным только после изобрете­ния электронного микроскопа.

Зрелая вирусная частица (т.е. внеклеточная, покоящаяся – вирион) устроена очень просто: она состоит из одной или нескольких молекул нуклеиновых кислот, составляющих сердцевину вируса, и белковой оболочки (капсид) – это так называемые простые вирусы. Сложные вирусы (например, гер­­песа или гриппа) кроме, белков кап­сида и нуклеиновой кислоты содержат до­полнительную липо­проте­идную мем­бра­ну (оболочку, суперкапсид образуемый из плазматической мембраны клетки хозяина), раз­­­личные углеводы и фер­менты (рис.3.1). Ферменты способствуют проникно­ве­нию вирусной НК в клетку и выходу обра­зо­вавшихся вирионов в среду (нейраминидаза миксовирусов, АТФ-аза и лизоцим некоторых фагов и др.), а также участвуют в процессах транскрипции и репликации вирусной НК (различные транскриптазы и репликазы).

Белковая оболочка защищает нуклеиновую кислоту от различных физических и химических воздействий, а также препятствует проникновению к ней клеточных ферментов, предотвращая тем самым ее расщепление (защитная функция). Также, в составе капсида имеется рецептор, комплементарный рецептору заражаемой клетки – вирусы поражают строго определенный круг хозяев (определительная функция). Вирионы многих вирусов растений и ряда фагов имеют спиральный капсид, в котором белковые субъединицы (капсомеры) уло­жены по спирали вокруг оси. Например, ВТМ (вирус табачной мозаики) имеет форму палочек диаметром 15 – 17 нм и длиной до 300 нм (рис. 3.2.). Внутри его капсида имеется полый канал диаметром 4 нм. Гене­ти­ческим

материалом ВТМ является одноцепочечная РНК, плотно уло­жен­ная в желобке спирального капсида. Для вирионов со спиральным капси­дом характерно высокое содержание белка (90 – 98%) по отношению к

Рис. 3.2. Строение вируса табачной мозаики.

нуклеиновой кислоте.

Капсиды вирионов многих вирусов (например, аденовирус, вирус герпеса, вирус желтой мозаики турнепса – ВЖМТ) имеют форму симметричного мно­гогранника, чаще всего икосаэдра (многогранник с 12 вершинами, 20 треугольными гранями и 30 ребрами). Такие капсиды называют изометрическими (рис. 3.3.). В таких вирионах содержание белка составляет около 50% по отношению к НК. В вирусе присутствует всегда один тип нуклеиновой кислоты (либо ДНК, либо РНК), поэтому все вирусы делят на ДНК-содержащие и РНК-содержащие. Молекулы нуклеиновой кислоты в вирионе могут быть линейными (РНК, ДНК) или иметь форму кольца (ДНК). Причем эти нуклеиновые кислоты могут состоять из одной цепочки или из двух. Вирусная НК имеет от 3 до 200 генов.

ДНК-содержащие вирусы (роды) – поксвирус, иридовирус, герпесвирус, аденовирус и др. РНК-содержащие вирусы – парамиксовирус, ортомиксовирус, коронавирус, аренавирус, лейковирус, рабдовирус и др. Нуклеиновая кислота вируса совмещает в себе функции обеих кислот (ДНК и РНК) – это хранение и передача наследственной информации, а также управление синтезом белков. В отличие от вирусов все клеточные организмы содержат оба типа нуклеиновых кислот. Более сложное строение име­ют вирусы бактерий – бак­те­рио­фаги (рис. 3.4.). Они со­стоят из головки и хвоста (стер­жня и чех­ла, базальной плас­тинки и нитей отростка). Длин­ная молекула НК (РНК или ДНК) сложена в виде спирали внутри головки бактерио­фага (бел­ковой оболочки). К вирусам относятся также и вироиды – ин­фек­ционные агенты, представляющие собой низко­мо­ле­ку­лярные (короткие) одноцепо­чечные кольцевые РНК, не ко­дирующие собственные белки (ли­шены кап­сида). Являются возбу­дителями ряда заболеваний.

Как уже было сказано выше, вне живой клетки вирусы раз­­мно­жаться не могут. Вирус по­падает в клетку, либо впрыскивая в нее свою нуклеиновую кислоту остав­ляя при этом белковую оболочку снаружи клетки (как это делают бактериофаги), либо при фагоци­тозе (пиноцитозе) вместе с белковой оболочкой (вирусы жи­­вотных), либо через нарушен­ную клеточную оболочку (вирусы растений).

Вирусные РНК или ДНК, попав в клетку-хозяина, начинают самовоспроизводиться (удваиваться). Вирус инактивирует ДНК хозяина, а ферменты совсем расщепляют ее. Затем по программе и-РНК вируса на рибосомах клетки синтезируются специфические вирусные белки, после чего осуществляется процесс самосборки новых вирусных частиц (нуклеиновые кислоты одеваются белковой оболочкой). Таким образом, вирус становится внутриклеточным паразитом на генетическом уров­не. После размножения новое поколение вирионов (до 1000) выходит из клетки, разрушая ее (иногда не разрушая) и заражает другие (здоровые) клетки. Вирусная ДНК может также встраиваться в геном клетки-хозяина и размножаться дальше как составная часть хромосомы.