Бактерии
Особенности строения и жизнедеятельности бактерий:
Снаружи клетку окружает плотная оболочка.
В цитоплазме находится очень много рибосом.
Впячивания цитоплазматической мембраны выполняют функции многих органоидов.
Имеются включения, содержащие запасные питательные вещества.
Носитель наследственного материала – ДНК или РНК – часто замкнут в виде кольца и не образует оформленного ядра.
Размножаются путем деления. Которое наступает после удвоения бактериальной хромосомы – кольцевой ДНК – или после полового процесса, протекающего в форме обмена генетическим материалом между особями.
При неблагоприятных условиях образуют споры.
По типу питания бывают:
БАКТЕРИИ |
|||
АВТОТРОФНЫЕ |
ГЕТЕРОТРОФНЫЕ |
||
Фотосинтетики Зеленые, пурпурные |
Хемосинтетики Железобактерии, серобактерии, нитрофицирующие |
Паразиты Холерный вибрион, Столбнячная палочка |
Сапрофиты Бактерия гниения, бактерии брожения |
Значение.
РОЛЬ БАКТЕРИЙ В ПРИРОДЕ |
||
В результате гнилостных бактерий природа очищается от погибших растений и животных |
Многие бактерии принимают участие в геохимических процессах образования серы, фосфора, каменного угля, нефти и т.д. |
Бактерии играют важную роль в круговороте азота: нитрифицирующие и азотфиксирующие повышают плодородие почвы |
РОЛЬ БАКТЕРИЙ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА
1. Паразитические (патогенные) бактерии вызывают заболевания: чуму, холеру, туберкулез, менингит, тиф. |
2. служат для приготовления сывороток и вакцин; являются основой получения антибиотиков (стрептомицина, нистатина, эритромицина). |
3. бактерии молочнокислого брожения необходимы для изготовления молочнокислых продуктов и квашения. Бактерии уксуснокислого брожения используется для получения винного уксуса. |
4. бактерии вызывают разрушение или коррозию многих промышленных материалов – металлов, дерева, бумаги. |
5. бактерии гниения и брожения приводят к порче продуктов питания. |
ОСНОВНЫЕ РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ПРОКАОТАМИ И ЭУКАРИОТАМИ
Характеристика |
Прокариоты |
Эукариоты |
Размеры клеток |
Диаметр 0,5 – 5 мкм |
Диаметр до 40 мкм, объем в 1000 – 10000 раз больше, чем у прокариот |
Генетический материал |
Кольцевая ДНК находится в цитоплазме, нет ядра, хромосом, ядрышка |
Молекулы ДНК связаны с белками и образуют хромосомы внутри оформленного ядра, там же есть ядрышко |
Органоиды |
Органоидов мало. Не имеется двумембранных органоидов. Внутренние мембраны встречаются редко; если они есть, на них протекают процессы дыхания или фотосинтеза |
Немембранные – рибосомы, микротрубочки, клеточный центр. Одномембранные – комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли. Двумембранные – ЭПС, митохондрии, пластиды. |
Клеточные стенки |
Жесткие, содержат полисахариды и аминокислоты. Основной арматурный компонент – муреин. |
У растений и грибов жесткие, содержат полисахариды. Основной арматурный компонент у растений – целлюлоза, у грибов – хитин. |
Фотосинтез |
Хлоропластов нет. Происходит на мембранах, без специфической упаковки |
Происходит в специализированных органоидах – пластидах, имеющих специализированное строение |
Фиксация азота |
Некоторые обладают этой способностью |
Ни один эукариотический организм не способен к фиксации азота |
«Различия в строении клеток эукариот и прокариот»
Органоиды клетки |
Содержится ли органоид в клетке эукариот |
Содержится ли органоид в клетках прокариот |
Клеточная мембрана |
Да |
Да |
Цитоплазма |
Да |
Да |
Рибосомы |
Да |
Да |
Митохондрии |
Да |
Нет |
ЭПС |
Да |
Нет |
Комплекс Гольджи |
Да |
Нет |
Пластиды |
Да |
Нет |
АССИМИЛЯЦИЯ И ДИССИМИЛЯЦИЯ. МЕТАБОЛИЗМ.
Метаболизм – ряд стадий, на каждой из которых молекула под действием ферментов слегка видоизменяется до тех пор, пока не образуется необходимое организму соединение. |
Обмен веществ – последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах в процессе их жизни. |
Обмен веществ складывается из 2 взаимосвязанных процессов – анаболизма и катаболизма.
МЕТАБОЛИЗМ
АССИМИЛЯЦИЯ (анаболизм, пластический обмен) |
ДИССИМИЛЯЦИЯ (катаболизм, энергетический обмен) |
Накопление веществ и энергии |
Расходование веществ и энергии |
Ассимиляция или анаболизм (пластический обмен), - совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клеток. |
в ходе ассимиляции происходит биосинтез сложных молекул из простых молекул – предшественников или из молекул веществ, поступивших из внешней среды.
Важнейшими процессами ассимиляции являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойственны всем организмам) и синтез углеводов (только у растений, некоторых бактерий и цианобактерий).
В процессе ассимиляции при образовании сложных молекул идет накопление энергии, главным образом в виде химических связей.
Диссимиляция или катаболизм (энергетический обмен) – совокупность реакций. В которых происходит распад органических веществ с высвобождением энергии. |
При разрыве химических связей в молекулах органических соединений энергия высвобождается и запасается в виде молекул АТФ.
Синтез АТФ у эукариот происходит в митохондриях и хлоропластах, у прокариот – в цитоплазме, на мембранных структурах.
Диссимиляция обеспечивает все биохимические процессы в клетке энергией.
ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА
Название этапа, локализация в организме |
Особенности протекания этапов |
Энергетическая ценность |
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ (в органах пищеварения) |
Молекулы сложных органических веществ расщепляются под действием ферментов на более мелкие: белки – аминокислоты, углеводы – глюкоза, жиры – глицерин и жирные кислоты |
Небольшое количество энергии рассеивается в виде тепла |
БЕСКИСЛОРОДНЫЙ (неполный) гликолиз; у микроорганизмов - брожение |
Дальнейшее расщепление молекул (при участии ферментов) до более простых соединений. Так, глюкоза распадается на 2 молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая затем восстанавливается в молочную кислоту (С3Н6О3); в реакциях участвуют Н3РО4 и АДФ: У дрожжевых грибов – спиртовое брожение |
При расщеплении глюкозы 60% выделяющейся энергии превращается в тепло; 40% идет на синтез 2 молекул АТФ – эта часть энергии запасается |
КИСЛОРОДНЫЙ (протекает в матриксе митохондрий и на внутренних мембранах) |
При доступе кислорода к клеткам образовавшиеся на предыдущем этапе вещества окисляется до СО2 и Н2О Образовавшиеся молекулы АТФ выходят за пределы митохондрий и участвуют во всех процессах клетки, где необходима энергия |
При окислении 2 молекул молочной кислоты образуется 36 молекул АТФ |
- Энергию (АТФ) живые существа могут получить несколькими способами: фотосинтез (1 этап) и путем окисления органических веществ.
АТФ обеспечивает энергией все функции клетки: механическую работу, биосинтез веществ, деление и т. д. синтез АТФ главным образом происходит в митохондриях. Как вы помните на синтез 1 моля АТФ из АДФ необходимо 40 кДж Е.
Энергетический обмен в клетке подразделяют на 3 этапа.
Первый этап – подготовительный. Во время него крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. Полисахариды распадаются до моносахаридов, белки – до аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот. В ходе этих превращений энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется.
Второй этап – неполное бескислородное расщепление веществ. На этом этапе вещества, образующиеся во время подготовительного этапа, разлагаются при помощи ферментов в отсутствие кислорода. Разберем этот этап на примере гликолиза – ферментативного расщепления глюкозы. Гликолиз происходит в животных клетках и у некоторых микроорганизмов. Суммарно этот процесс можно представить в виде следующего уравнения:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
Таким образом, при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая во многих клетках, например в мышечных, превращается в молочную кислоту (С3Н6О3), причем высвободившиеся при этом энергии достаточно для превращение двух молекул АДФ в 2 молекулы АТФ. Несмотря на кажущуюся простоту, гликолиз – процесс многоступенчатый, насчитывающий более 10 стадий, катализируемых разными ферментами. Только 40% выделяющейся энергии запасается клеткой в виде АТФ, а остальные 60% - рассеивается в виде тепла. Благодаря многостадийности гликолиза выделяющиеся небольшие порции тепла не успевает нагреть клетку до опасного уровня. Гликолиз происходит в цитоплазме клетки.
У большинства растительных клеток и некоторых грибов второй этап энергетического обмена представлен спиртовым брожением:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2С3Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О
Исходные продукты спиртового брожения те же, что и у гликолиза, но в результате образуется этиловый спирт, углекислый газ, вода и 2 молекулы АТФ. Есть такие микроорганизмы, которые разлагают глюкозу до ацетона, уксусной кислоты и других веществ, но в любом случае «энергетическая прибыль» клетки составляет 2 молекулы АТФ.
Третий этап энергетического обмена – полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. При этом вещества, образованные на втором этапе, разрушаются до конечных продуктов – СО2 и Н2О. этот этап можно представить себе в следующем виде:
2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 +36АДФ = 6СО2 + 42Н2О + 36 АТФ
Таким образом, окисление 2 молекул трехугольной кислоты, образовавшихся при ферментативном расщеплении глюкозы до СО2 и Н2О, приводит к выделению большого количества энергии, достаточного для образования 36 молекул АТФ.
Клеточное дыхание происходит в кристах митохондрий. Коэффициент полезного действия этого процесса выше, чем у гликолиза, и составляют приблизительно 55%. В результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.
Для получения энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит сахарам.