Kodėl bakterijoms reikia žvynelių? Vėliavos ir jų vieta bakterijose

Judėjimui vandens aplinkoje kai kurie mikroorganizmai naudoja žvynelinį organą – „flagellum“. Šis organas, įmontuotas į ląstelės membraną, leidžia mikroorganizmui laisvai judėti pasirinkta kryptimi tam tikru greičiu.

Vyriškos lytinės ląstelės judėjimui taip pat naudoja žvynelius.

Tam tikrą laiką mokslininkai žinojo apie žvynelius. Tačiau žinios apie jų struktūrines ypatybes, kurios atsirado tik maždaug pastarąjį dešimtmetį, jiems buvo didžiulė staigmena. Nustatyta, kad žvyneliai juda per labai sudėtingą „organinį variklį“, o ne paprastą vibracinį mechanizmą, kaip manyta anksčiau.

Šis variklis suformuotas pagal tuos pačius mechaninius principus kaip ir elektros variklis. Jį sudaro dvi pagrindinės dalys: juda ("rotorius") ir stacionari dalis ("statorius").

Bakterinis žiuželis skiriasi nuo visų organinių sistemų, kurios patiria mechaninius judesius. Ląstelė nenaudoja turimos energijos, sukauptos ATP molekulėse. Vietoj to, jis turi ypatingą energijos šaltinį: mikroorganizmas naudoja jonų srauto per jų išorines membranas energiją. Vidinė variklio struktūra yra labai sudėtinga. Kuriant žvynelį dalyvauja apie 240 skirtingų baltymų. Kiekvienas iš jų užima tam tikrą vietą. Mokslininkai išsiaiškino, kad šie baltymai perduoda signalus, kad įjungtų ir išjungtų variklį, formuoja jungtis, palengvinančias judėjimą atominiu lygmeniu, ir aktyvuoja kitus baltymus, kurie pritvirtina žvynelinę prie ląstelės membranos. Sistemos veikimui apibendrinti sukurti modeliai yra pakankami sudėtingai sistemos struktūrai apibūdinti. (1)

Sudėtingos bakterinės žiogelės struktūros jau pakanka paneigti evoliucijos teoriją, nes žvynelių struktūra yra nepataisomai sudėtinga. Net jei viena šios neįtikėtinai sudėtingos struktūros molekulė išnyks arba bus pažeista, žiuželis nei neveiks, nei nebus naudingas mikroorganizmui. Žvyneliai turėtų veikti puikiai nuo pat pirmos savo egzistavimo akimirkos. Šis faktas dar kartą pabrėžia evoliucijos teorijos teiginio apie „laipsnišką vystymąsi“ absurdiškumą.

Netgi tie padarai, kuriuos evoliucionistai laiko „paprasčiausiais“, turi nuostabią struktūrą. Bakterinis žiuželis yra vienas iš daugybės pavyzdžių. Šis mikroorganizmas juda vandenyje, perkeldamas šį organą ant jo apvalkalo. Kai buvo tiriama šio gerai žinomo organo vidinė sistema, viso pasaulio mokslininkai nustebo, kad mikroorganizmas turi itin sudėtingą elektros variklį. Šis elektros variklis, kurį sudaro apie penkiasdešimt skirtingų molekulinių subvienetų, turi gana sudėtingą struktūrą, kaip parodyta žemiau.

Bakterinis žiuželis yra aiškus įrodymas, kad net tariamai „primityvūs“ padarai turi neįprastą struktūrą. Žmonijai vis labiau suvokiant smulkmenas, tampa aišku, kad organizmai, kuriuos XIX amžiaus mokslininkai, įskaitant Darviną, laikė pačiais paprasčiausiais, iš tikrųjų yra tokie pat sudėtingi kaip ir kiti. Kitaip tariant, atėjus supratimui apie kūrybos tobulumą, tampa akivaizdu, kad nėra prasmės ieškoti alternatyvaus kūrybos paaiškinimo.

Mikroorganizmas plūduriuoja klampioje skystoje terpėje, sukasi spiraliniai sraigtai, vadinami žvyneliai.

Bakterinis žiuželis yra nanomašina, susidedanti iš 25 skirtingų baltymų, kurių kiekis svyruoja nuo kelių iki dešimčių tūkstančių. Jį sudaro daugybė baltymų, kurių kiekvienas atlieka tam tikrą funkciją skirtingose ​​dalyse, pvz., variklio sukimosi, izoliacijos, pavaros veleno, reguliatoriaus perjungimo sekos, universaliosios jungties, spiralinio sraigto ir sukamojo stiprintuvo, skirto savarankiškam veikimui. surinkimas.

Flagellate baltymai yra sintetinami ląstelės kūno viduje ir per ilgą siaurą centrinį kanalą žiuželėje perkeliami į jo periferinį (išorinį) galą, kur jie gali efektyviai ir nepriklausomai sukurti sudėtingas nano dydžio struktūras, naudodami žiuželinio antgalį kaip varomąjį variklį. Rotorinis variklis, kurio skersmuo yra tik nuo 30 iki 40 nm, suka žiogelį maždaug 300 Hz dažniu ir 10-16 W galia, energijos konversijos efektyvumu beveik 100%.

Sudėtingame bakterijų žiogelio mechanizme aptinkami struktūriniai projektai ir funkciniai mechanizmai gali suteikti žmonijai daug novatoriškų technologijų, kurios taps ateities nanotechnologijų, kurioms galime rasti daug naudingų pritaikymų, pagrindu (2).

Mikrobiologijos raida pastaraisiais dešimtmečiais atnešė daug atradimų. Ir vienas iš jų – žvynelinių bakterijų judėjimo ypatumai. Šių senovės organizmų variklių įtaisas pasirodė esąs labai sudėtingas ir pagal veikimo principą labai skyrėsi nuo mūsų artimiausių pirmuonių eukariotų giminaičių žvynelių. Karščiausias ginčas tarp kreacionistų ir evoliucionistų įsiplieskė dėl žiedinių bakterijų variklio. Šis straipsnis yra apie bakterijas, jų variklius ir daug daugiau.

Bendroji biologija

Pirmiausia prisiminkime, kokie jie yra organizmai ir kokią vietą jie užima mūsų planetos organinio pasaulio sistemoje. Bakterijų domenas vienija daugybę vienaląsčių prokariotinių (be susiformavusio branduolio) organizmų.

Šios gyvos ląstelės gyvybės arenoje pasirodė beveik prieš 4 milijardus metų ir buvo pirmieji naujakuriai planetoje. Jie gali būti labai įvairių formų (kokiai, lazdelės, vibrionai, spirochetos), tačiau dauguma jų yra žvyneliais.

Kur gyvena bakterijos? Visur. Planetoje jų yra daugiau nei 5 × 10 30. 1 grame dirvožemio jų yra apie 40 milijonų, mūsų organizme gyvena iki 39 trilijonų. Jų galima rasti Marianos įdubos dugne, karštuose „juoduosiuose rūkaliuose“ vandenynų dugne, Antarktidos lede, o šiuo metu ant jūsų rankų yra iki 10 milijonų bakterijų.

Vertė nenuginčijama

Nepaisant jų mikroskopinio dydžio (0,5–5 mikronai), bendra jų biomasė Žemėje yra didesnė nei gyvūnų ir augalų biomasė kartu paėmus. Jų vaidmuo medžiagų apyvartoje yra nepakeičiamas, o vartotojų (organinių medžiagų naikintojų) savybės neleidžia planetai uždengti lavonų kalnais.

Na, nepamirškite ir ligų sukėlėjų: bakterijos taip pat yra maro, raupų, sifilio, tuberkuliozės ir daugelio kitų infekcinių ligų sukėlėjai.

Bakterijos rado pritaikymą žmonių ūkinėje veikloje. Pradedant nuo maisto pramonės (pieno produktai, sūriai, marinuotos daržovės, alkoholiniai gėrimai), „žaliosios“ ekonomikos (biokuras ir biodujos) iki ląstelių inžinerijos metodų ir vaistų (vakcinų, serumų, hormonų, vitaminų) gamybos.

Bendroji morfologija

Kaip jau minėta, šie vienaląsčiai gyvybės atstovai neturi branduolio, jų paveldima medžiaga (DNR molekulės žiedo pavidalu) yra tam tikroje citoplazmos (nukleoido) srityje. Jų ląstelė turi plazminę membraną ir tankią kapsulę, sudarytą iš peptidoglikano mureino. Iš ląstelių organelių bakterijos turi mitochondrijas, chloroplastus ir kitas struktūras, atliekančias skirtingas funkcijas.

Dauguma bakterijų yra žiuželinės. Tanki kapsulė ląstelės paviršiuje neleidžia jiems judėti keičiant pačią ląstelę, kaip tai daro ameba. Jų žvyneliai yra tankūs įvairaus ilgio baltyminiai dariniai, kurių skersmuo apie 20 nm. Kai kurios bakterijos turi vieną žiogelį (monotrichus), o kitos – du (amfitrichus). Kartais žvyneliai išsidėsto ryšuliais (lopotrichai) arba dengia visą ląstelės paviršių (peritrichai).

Daugelis jų gyvena kaip pavienės ląstelės, tačiau kai kurios sudaro sankaupas (poras, grandines, gijas, hifus).

Judėjimo ypatybės

Flagellate bakterijos gali judėti įvairiais būdais. Kai kurie juda tik į priekį, o kryptį keičia salto. Kai kurie gali trūkčioti, o kiti juda slysdami.

Bakterinės žvyneliai atlieka ne tik ląstelinio „irklo“ funkcijas, bet gali būti ir „įlaipinimo“ įrankiu.

Dar visai neseniai buvo manoma, kad bakterinė žiogelis banguoja kaip gyvatės uodega. Naujausi tyrimai parodė, kad bakterinė žvynelinė yra daug sudėtingesnė. Veikia kaip turbina. Pritvirtintas prie pavaros, sukasi viena kryptimi. Bakterijos variklis arba žvynelinis variklis yra sudėtinga molekulinė struktūra, kuri veikia kaip raumuo. Su tuo skirtumu, kad raumuo po suspaudimo turėtų atsipalaiduoti, o bakterijų variklis veikia nuolat.

Žvynelinės nanomechanizmas

Nesigilindami į judėjimo biochemiją, pastebime, kad kuriant žievės pavarą dalyvauja iki 240 baltymų, kurie yra suskirstyti į 50 molekulinių komponentų, turinčių specifinę funkciją sistemoje.

Šioje judėjimo sistemoje bakterijos turi rotorių, kuris juda, ir statorių, kuris skatina šį judėjimą. Turi kardaninį veleną, stebulę, sankabą, stabdžius ir akceleratorius

Šis miniatiūrinis variklis leidžia bakterijoms nukeliauti 35 kartus daugiau nei jų pačių dydis vos per 1 sekundę. Tuo pačiu metu paties žvynelio darbui, kuris daro 60 tūkstančių apsisukimų per minutę, kūnas išleidžia tik 0,1% visos ląstelės sunaudojamos energijos.

Stebina ir tai, kad bakterijos gali pakeisti ir pataisyti visas savo lokomotyvo mechanizmo dalis „skraidydami“. Įsivaizduokite, kad esate lėktuve. O veikiančio variklio peiliukus keičia technikai.

Flagellate bakterijos prieš Darviną

Variklis, galintis veikti iki 60 000 aps./min., savaime išsivalantis ir kaip kurą naudojant tik angliavandenius (cukrus), turintis į elektros variklį panašų įrenginį – ar toks įrenginys galėjo atsirasti evoliucijos procese?

Tai yra klausimas, kurį 1988 m. sau uždavė biologijos mokslų daktaras Michaelas Behe. Jis į biologiją įvedė neredukuojamos sistemos sampratą – sistemą, kurioje visos jos dalys vienu metu būtinos jos darbui užtikrinti, o pašalinus bent vieną dalį, visiškai sutrinka jos funkcionavimas.

Darvino evoliucijos požiūriu, visi struktūriniai kūno pokyčiai vyksta palaipsniui ir tik sėkmingi atrenkami natūralios atrankos būdu.

M. Behe ​​išvados, išdėstytos knygoje „Darvino juodoji dėžė“ (1996): žvynelinės bakterijos variklis yra nedaloma sistema, susidedanti iš daugiau nei 40 dalių, o jei jos nebus bent vienos, tai bus visiškai ne. - sistemos funkcionalumas, o tai reiškia, kad ši sistema negalėjo atsirasti natūralios atrankos būdu ...

Balzamas kreacionistams

Kūrybos teorija, kurią pristatė mokslininkas ir biologijos profesorius, Betliejaus Lehigh universiteto (JAV) Biologijos mokslų fakulteto dekanas M. Behe ​​iš karto patraukė bažnyčios tarnų ir šios teorijos šalininkų dėmesį. dieviškoji gyvybės kilmė.

2005 m. Jungtinėse Valstijose netgi buvo iškelta byla, kurioje Behe ​​buvo „protingo dizaino“ teorijos šalininkų liudininkas, svarstantis kreacionizmo studijų įvedimą Doverio mokyklose. kursas „Apie pandas ir žmones“. Teismas buvo pralaimėtas, buvo nustatyta, kad tokio dalyko mokymas prieštarauja galiojančiai konstitucijai.

Tačiau ginčai tarp kreacionistų ir evoliucionistų tęsiasi ir šiandien.

Bakterijos yra organizmų forma, atsiradusi žemėje planetos pradžioje.

Ilgą laiką bakterijos buvo ne tik pirmieji, bet ir vieninteliai žemės gyventojai. Bacilos kūnas vienaląstis, neturi tikslaus branduolio ir visas neaiškus, bakterijos priklauso paprasčiausiams vienaląsčiams, laikui bėgant žemėje pradėjo gyventi daug kitų medžiagų, tačiau mikrobo sandara vis tiek išlieka elementariausia. .

Pagal sandarą jie yra: strypo formos, sferiniai, vingiuoti ir spiraliniai. Dviejų ląstelių kūno sandaros mikrobai yra reti.

Mikroorganizmų dauginimasis vyksta itin greitai, per 3 valandas gali susidaryti daugiau nei 100 tūkst.

Dauginimasis vyksta dalijant ląstelę į 2 dalis, tada kūnas akimirksniu apauga kiautu ir taip naujas kūnas yra paruoštas. Dauginimuisi mikrobai naudoja palankią aplinką, tačiau jų poreikiai nėra tokie dideli. Norint paįvairinti veisimosi aplinką, bakterijos gali būti pernešamos visoje planetoje, vėjo ar vandens, jos yra labai lengvos ir gali būti labai lengvai išnešamos.

Jei reikia, bakterijos gali sudaryti ruonius, kaupdamos organizmus, jei nori suorganizuoti kokias nors kliūtis ar bando susikaupti. Mikrobai skirstomi į grupes pagal kai kuriuos skirtumus.

Tokio tipo bakterijos kaip saprofitai minta negyvų gyvūnų ir augalų liekanomis, būtent su jų pagalba vyksta irimo procesas.

Kai kurios bakterijos gali augti ir daugintis tik deguonies apvalkalo sąlygomis, be jo miršta, o kai kurios rūšys gali visiškai apsieiti be deguonies, trečios visiškai neturi skirtumo, kurioje buveinėje egzistuoti, jos prisitaiko prie bet kokios. jų.

Reikia pažymėti, kad anaerobinė bakterija tiesiogiai dalyvauja skaidant negyvų augalų ir gyvūnų baltymus ir riebalus. Būtent jų dėka vyksta irimo procesas ir pasklinda nemalonus kvapas.

Daugeliui žmonių tai nemalonu ir sunkiai toleruojama, nors reikia atminti, kad būtent šių bakterijų dėka gamtoje vyksta cirkuliacija ir mainai, negyvos ląstelės skyla ir išnyksta.

Būtent jie sukūrė palankią aplinką tolesniam gyvybės vystymuisi, sutvarkė pašto ir durpių sluoksnius, kūrė ir iki šiol palaiko medžiagų cirkuliaciją, taip pat subalansuoja idealų anglies dvideginio ir deguonies santykį žemės atmosferoje.

Neabejotina, kad vieni mikrobai apsunkina ligų procesus ir atneša daugiau infekcijų, tačiau kiti dalyvauja virškinimo procese ir nežinoma, kaip veiktų žmogaus organizmas, nedalyvaujant žarnyno mikroorganizmams.

Bakterijų struktūra ir mityba

Ne veltui bakterijos vadinamos pirmuoniais, jų vienaląstė struktūra tikrai labai lakoniška. Kūnas susideda iš vidinės šerdies, kurioje vyksta visi biocheminiai procesai ir plazma, kuri atlieka apsauginę funkciją ir priešinasi pažeidimams, taip pat dalyvauja apimant maistines medžiagas, perduodant jas per save, o perdirbti produktai ir dujos lengvai išsiskiria į lauką.

Tam tikromis sąlygomis ir buveinėje ląstelė gali vystytis ir apsupti specialia apsauga – plazma. Jie ne visada apgaubia narvą, o tik tada, kai reikia, kad narvas neišdžiūtų.

Pagrindinė ląstelės dalis užpildyta tirštu skysčiu – tai citoplazma.

Jis išsidėstęs sluoksniais ir jo viduje savo vietą randa visos maistinės medžiagos. Branduolio, kaip ir gyvūnų ląsteliniuose organizmuose, nėra, tačiau funkcijos nuo to nesikeičia. Pačiame ląstelės centre koncentruojasi medžiaga, kuriai suteikta paveldima informacija ir tiesiogiai dalyvaujant bakterijų dauginimuisi.

Bakterijos minta ir visai skirtingais organizmais, kiekviena bacila skirta apdoroti tam tikras medžiagas. Vieni minta negyvomis ląstelėmis ir skatina jų perdirbimą, kiti, priešingai, valgo gyvas ląsteles, o tai daro didelę žalą gyviems kūnams.

Ant augalų gyvenantys mikrobai gerokai palengvina savo gyvenimą apdirbdami šaknis ir išorinę struktūros dalį, atnešdami didelę naudą, o apdorojant ir naudojant anglies dvideginį nusistovi balansas planetos atmosferoje.

Bakterijų judėjimas

Be chaotiško judėjimo vandens ir vėjo pagalba, pačios bakterijos turi teisę pasirinkti, kur judėti.

Klausimas: kaip juda bakterijos?

Bakterijose esanti aplinkinių žvynelių vieta leidžia organizmams judėti paviršiumi. Bakterijų masė su daugybe žvynelių gali judėti vandenyje ir sausumoje, nustatydama, kur ir kokiu tikslu bakterijos pateks.

Dažniausiai bakterijos yra plonos gijos, kurios prasideda nuo bakterijos kūno membranos. Kai kurios žiuželinės yra aprūpintos daug didesne už patį kūną transportavimo priemone, kuri leidžia geriau ir greičiau judėti paviršiumi ir prasiskverbti ne itin palankioje aplinkoje arba masėje su prisotintu bakteriniu fonu.

Judėjimo charakteristika panaši į sraigto sukimąsi, tai yra, esant tam tikram greičiui, bacilos sukasi ir taip atsiranda judėjimas.

Žvynelių vietą ir skaičių galima apibūdinti pagal jų buveinę: vandenį ar žemę. Mikroorganizmai, kurių žvyneliai išplito visame kūno paviršiuje, vadinami peritrichiniais.

Kiekviena bacila yra skirtingo ilgio ir storio žvyneliai, tačiau iš vidaus ji visada yra tuščiavidurė. Kitas monotricho tipas, priešdėlis mono, kalba pats už save ir reiškia, kad kūnas turi tik 1 žvynelį. Su juo judėti jau daug sunkiau.

Sudėtingi mikroorganizmai turi žiuželius mikrotubulių pavidalu. Tai yra evoliucinis žingsnis, o tokios bakterijos savo kūno struktūra yra aukštesnės klasės, o jų judėjimas yra daug greitesnis ir lengvesnis.

Taigi, bakterijų judėjimas vyksta sukantis arba stumiant sutankintoje aplinkoje. Kiekvienas mikrobas yra prisitaikęs prie skirtingų gyvenimo sąlygų ir buveinių. Mokslininkai atliko daugybę analizių ir padarė išvadą, kad mikrobų judėjimas yra intelektualiai prasmingas ir jų judėjimas vyksta apgalvota kryptimi.

Mikrobų paskirtis gamtoje yra daugialypė, jie buvo sukurti daug anksčiau visos žmogaus evoliucijos metu ir jų buvimas planetoje turi prasmę, kai kurie iš jų kenkia gyviems organizmams, tačiau vis tiek dauguma jų teikia didžiulę pagalbą ir paramą gyvybei. planeta ir visa atmosfera.

Vėliavos yra ilgi gijiniai dariniai ląstelės paviršiuje, užtikrinantys aktyvų jos erdvinį judėjimą. Nepaisant organizmų įvairovės, šioms struktūroms kiekvienoje superkaralystėje (prokariotams arba eukariotams) būdinga bendra struktūros schema.

Bendrosios žvynelių savybės

Ikibranduoliniuose organizmuose (bakterijose ir archėjose) žvyneliai yra pagrindinis judėjimo būdas. Tarp eukariotų šios judėjimo struktūros daugiausia yra vienaląsčiuose organizmuose – pirmuoniuose, tačiau jos būdingos ir augalų bei gyvūnų gametoms. Kai kuriuose daugialąsčiuose bestuburiuose, pavyzdžiui, kempinėse, žvyneliai atlieka skysto substrato judėjimo funkciją, palyginti su nejudančiu ląstelės sluoksniu.

Morfologiškai žiuželis susideda iš pagrindo, pritvirtinto prie ląstelės storio, ir ilgo išorinio gijos, atliekančio sukimosi judesius spiraline trajektorija. Šių dalių struktūra ir veikimo mechanizmas prokariotuose ir eukariotuose labai skiriasi, todėl išskiriamos dvi atitinkamos žvynelių klasės.

Prokariotų ir eukariotų žvynelių ypatybės

Išorinis žvynelio siūlas vadinamas siūlu. Prokariotuose jis susideda iš flagellino baltymo ir juda pasyviai dėl bazinio variklio sukimosi. Branduolinių ląstelių siūlas yra daug sudėtingesnis ir dėl baltymų tubulino ir dyneino sąveikos gali sulenkti savarankiškai.

Toks skirtumų skaičius rodo, kad tarp šių organelių nėra homologijos, tai yra, jie nėra vienodi savo kilme ir struktūra, nors atlieka panašias funkcijas.

Prokariotų super karalystė apima archejų ir bakterijų karalystę. Šių taksonų judėjimo struktūros taip pat nėra viena kitai homologiškos, tačiau savo sandara labai panašios. Archaea flagella buvo daug mažiau ištirta.

Archėjos ir bakterijos vėliavėlės

Pagal judėjimo būdą judriosios bakterijos skirstomos į plaukiojančias ir slenkančias. Flagelos yra plūduriuojančių mikroorganizmų judėjimo organas, leidžiantis jiems vystytis nuo 20 iki 200 mikronų per sekundę greičiu.

Judėjimas gali būti spontaniškas (jei aplinkos fizikinės ir cheminės charakteristikos visomis kryptimis vienodos) arba kryptingas, kai bakterija siekia patekti į jai pačias palankiausias sąlygas. Su adaptyviu judesiu bazinio variklio sukimąsi valdo sensorinės sistemos.

Pagal žvynelių skaičių ir vietą ląstelėje bakterijos išskiria keturis morfologinius mikroorganizmų tipus:

• monotrichai - turi vieną žvynelį;
• lofotrichi - būdingas žiuželinis pluoštas viename iš ląstelės polių;
• amfitrichai – turi vieną ar daugiau žvynelių abiejuose ląstelės galuose;
• peritrichas – iš visų pusių padengtas daugybe žvynelių.

Žievelės tipas gali būti arba rūšies požymis, arba pasikeitus auginimo sąlygoms arba bakterijų gyvenimo ciklo stadijai.

Archealinis žiuželis daugeliu atžvilgių panašus į bakterinę žiogelį, tačiau jo ultrastruktūra ir judėjimo mechanizmas skiriasi. Taigi, gija archėjose yra plonesnė, pagaminta iš kitokio tipo flagelino, o siūlelyje nėra tuščiavidurio vamzdelio. Kabliuko ilgis nėra pastovus, bazinis kūnas turi visiškai skirtingą struktūrą ir funkcijas, greičiausiai, ATP energijos pagrindu. Archėjos juda daug lėčiau nei bakterijos.

Bakterinio žvynelio struktūra ir funkcija

Bakterijų žiogelį sudaro trys substruktūros: išorinis siūlas (gijinys), lankstus jungtis (kabliukas) ir bazinis kūnas, pritvirtintas prie ląstelės membranos. Šių elementų sintezę ir surinkimą koduoja apie 50 fla genų. Mot genai atsakingi už variklio veikimą, o che genai – už adaptacines reakcijas.

Žvynelinės siūlas yra gana standi baltymo spiralė, susukta prieš laikrodžio rodyklę, kad susidarytų centrinis tuščiaviduris kanalas, kurio skersmuo yra iki 3 nm. Ši konstrukcija prisideda prie sriegio spiralinės trajektorijos formavimo. Flagellino molekulės (FliC) transportuojamos išilgai gijų kanalo.

Kabliukas jungia siūlą su baziniu žvynelio korpusu ir susideda iš dviejų tipų baltymų: FlgE ir FlgKl. Artikuliacijos ilgis yra pastovus maždaug 50 nm. Dėl lenktos kabliuko formos, kai sukasi variklis, fibrilės pagrindas sudaro ratą, dėl kurio galimas spiralinis žvynelio judėjimas.

Bazinis kūnas yra įtvirtintas bakterijų ląstelės sienelėje ir citoplazminėje membranoje. Ši konstrukcija atlieka ne tik fiksavimo funkciją, bet ir yra žvynelio variklis. Bazinio kūno struktūra ir lokalizacija priklauso nuo mikroorganizmo ląstelės sienelės tipo. Gramneigiamose bakterijose jį sudaro du vidiniai (M ir S) ir du išoriniai (P ir L) žiedai, suverti ant strypo, sujungto su kabliu. Baziniame korpuse taip pat yra eksporto sistema, kuri transportuoja baltyminius elementus, kad būtų galima surinkti žvynelį.

Bazinė variklio struktūra

M-S kompleksas apima judančias konstrukcijas, vadinamas rotoriumi ir sukimosi krypties jungiklį, kuris detalesnėse pastatų schemose vadinamas C žiedu. Aplink rotorių susitelkę jonų kanalai, suformuoti MotAB baltymų – statorių. Variklis maitinamas protono (H +) arba natrio (Na +) gradiento energija.

Apvalių subvienetų išdėstymas ląstelės sienelėje atitinka šią schemą:

• "M" - citoplazminė membrana;
• „S“ – periplazminė erdvė arba ląstelės sienelė G + bakterijose;
• "P" - peptidoglikano sluoksnis;
• "L" yra išorinė membrana.

Išoriniai žiedai P ir L yra nejudantys ir atraminiai. Jų nėra gramteigiamose bakterijose.

Branduolinių ląstelių žvyneliai

Eukariotinė žiogelis yra citoplazminė ląstelės atauga, susidedanti iš išorinės dalies, apsuptos membrana (undulipodium) ir panardintos į bazinio kūno (kinetosomos) citoplazmą.

Struktūrinis undulipodijos pagrindas yra aksonemas, susidedantis iš tarpusavyje sujungtų baltymų cilindrų sistemos – mikrovamzdelių. Jų išdėstymas atitinka formulę 9 × 2 + 2, tai yra, devyni periferiniai dubletai ir du pavieniai vamzdeliai centre (singletai).

Dubletus sudaro suporuoti A ir B cilindrai, sudaryti iš tubulino baltymų subvienetų. Dynein rankenos tęsiasi nuo kiekvieno A vamzdelio link kaimyninės poros, kurios paverčia ATP energiją į mechaninį judėjimą. Dvigubai yra sujungti su pavieniais radialinėmis adatomis, o vienas su kitu - nexin raiščiais. Tarpas tarp undulipodijos struktūrinių elementų užpildytas citoplazma.

Kinetosomos struktūrą vaizduoja devyni mikrovamzdelių tripletai (formulė 9 + 0), kurie pritvirtina žvynelį eukariotų ląstelėje. Baziniame kūne singlų nėra.

Struktūra. Maždaug pusė žinomų paviršiuje esančių bakterijų rūšių turi judėjimo organus – bangas primenančius išlenktus žvynelius. Žvynelių masė sudaro iki 2% sausos bakterijos masės. Žiedyno ilgis yra didesnis už mikroorganizmo kūno ilgį ir yra 3–12 µm; žvynelių storis 0,02 µm, o poliarinės žvyneliai storesni nei peritricho.

Žvynelinės yra sudarytos iš baltymo flagellino (lot. flagella – flagellum), kuris savo struktūroje reiškia susitraukiančius baltymus, tokius kaip miozinas. Žvyneliuose yra arba vienas vienalytis baltyminis siūlelis, arba 2–3 gijos, sandariai susuktos į pynę. Žvynelinės gijos yra standžios spiralės, susuktos prieš laikrodžio rodyklę; spiralės žingsnis yra būdingas kiekvienam bakterijų tipui.

Žvynelių skaičius, dydis ir vieta yra tam tikros rūšies ypatybės, kurios yra pastovios ir į kurias atsižvelgiama taksonomijoje. Tačiau kai kurios bakterijos gali išsivystyti skirtingų tipų žvyneliais. Be to, žvynelių buvimas priklauso nuo aplinkos sąlygų: kietoje terpėje, ilgai auginant, bakterijos gali prarasti žiuželius, o skystose – vėl jas įgyti. Tos pačios rūšies žvynelių skaičių ir vietą galima nustatyti pagal gyvavimo ciklo etapą. Todėl nereikėtų pervertinti šio požymio taksonominės reikšmės.

Bakterijų klasifikavimas pagal žvynelių skaičių ir vietą:

1. Atrihas - žvynelių nėra.

2. Monotrichai- vienas žvynelis, esantis viename iš ląstelės polių (Vibrio gentis)- monopolinis monotrichinis žvynelių, judriausių bakterijų, išsidėstymas.

3. Politrichai – daug vėliavėlių:

– lophotrichs- žvynelių pluoštelis viename ląstelės poliuje (gimdymas Pseudomonas, Burkholderia) - monopoliarinis politrichinis žvynelių išsidėstymas;

– amfitrix- kiekviename ląstelės poliuje yra ryšulėlis žiuželių (Spirillum gentis)- dvipolis politrichinis žvynelių išsidėstymas;

– peritrichai- žvyneliai yra išsidėstę jokia tvarka visame ląstelės paviršiuje (fam. Enterobakterijos(gimdymas Escherichia, Proteus), sem. Bacillaceae, tai Clostidiaceae), žvynelių skaičius ląstelėje yra nuo 6 iki 1000, priklausomai nuo bakterijų tipo (7 pav.).

7 pav.Žvynelių buvimo bakterijose variantai:

1 - monotrichas, 2 - lofotrichas;

3 - amfitrichas; 4 - peritrichus.

– Elektroninė mikroskopija tai atskleidė žvynelis susideda iš trijų dalių: spiralinis siūlas, kabliukas ir bazinis korpusas (8 pav.).

Pagrindinė žvynelio dalis yra ilga suvyniotas siūlas (fibrilė) - standus tuščiaviduris cilindras, kurio skersmuo yra apie 120 nm, susidedantis iš flagellino baltymo. Išilgai sriegio ilgio baltymų molekulės sudaro 11 eilučių ir yra išsidėsčiusios spirale. Gijų augimo procese ląstelės viduje susintetintos baltymų molekulės praeina per cilindro ertmę ir jos gale pritvirtinamos prie spiralės. Žvynelinės gale yra baltyminis dangtelis (dangtelis), kuris uždaro cilindro angą ir neleidžia baltymų molekulėms patekti į aplinką. Žvynelinės gijos ilgis gali siekti kelis mikrometrus. Kai kurių rūšių bakterijų žiogelis papildomai padengtas dangteliu iš išorės. CS paviršiuje spiralinis siūlas pereina į sustorėjusią lenktą struktūrą – kabliuką.

Ryžiai. aštuoni.Žvynelinės struktūros diagrama

2. Kablys(20–45 nm storio) netoli ląstelės paviršiaus - santykinai trumpas cilindras, susidedantis iš baltymo, kuris skiriasi nuo flagelino, ir skirtas lanksčiai gijos sujungimui su baziniu korpusu.

3. Bazinis kūnas yra prie žvynelio pagrindo ir užtikrina jo sukimąsi. Baziniame korpuse yra 9-12 skirtingų baltymų ir jis susideda iš dviejų ar keturių diskų (žiedų), suvertų ant strypo, kuris yra kabliuko tęsinys. Šie žiedai yra įmontuoti į CPM ir KS. Du vidiniai žiedai (M ir S) yra esminiai bazinio kūno komponentai. M žiedas yra CPM, S žiedas yra gramneigiamų bakterijų periplazminėje erdvėje arba gramteigiamų bakterijų peptidoglikano maišelyje. Du išoriniai žiedai (D ir L) yra neprivalomi judėjimui, nes jie yra tik gramneigiamose bakterijose, lokalizuotose atitinkamai peptidoglikano sluoksnyje ir išorinėje CS membranoje. Žiedai S, D ir L yra nejudantys ir skirti fiksuoti žiuželius kelio sąnaryje. Žiedelių sukimąsi lemia M žiedo, įmontuoto į ląstelės CPM, sukimasis. Taigi žiuželio bazinio kūno struktūrines ypatybes lemia KS struktūra.

Funkciškai bazinis korpusas yra elektros variklis, varomas protonais. Bazinio korpuso M žiedas (sukantis rotorius), apsuptas membraninių baltymų, turinčių neigiamus krūvius (variklio statorius). Bakterijų ląstelė turi veiksmingą elektrocheminės energijos pavertimo mechanine energija mechanizmą. Todėl bakterija apie 0,1% visos sunaudojamos energijos išleidžia žvynelių darbui. Žulyklei veikiant naudojama protonų varomoji jėga, kurią užtikrina protonų koncentracijos skirtumas išorinėje ir vidinėje membranos pusėse (išorinėje pusėje jų yra daugiau) ir neigiamas krūvis vidinėje membranos pusėje. Protonų varomoji jėga verčia protonus pereiti per bazinį kūną į ląstelę, kol jie lieka tam tikrose rotoriaus dalyse, suteikdami jiems teigiamą krūvį, tada protonai patenka į ląstelę. Įkrautos sekcijos yra išdėstytos taip, kad tarp įkrautų rotoriaus ir statoriaus sekcijų atsirastų patraukli jėga, M žiedas pradeda suktis maždaug 300 aps./s greičiu. Sukimosi mechanizmas: įkrovimas – COOH grupės įkrovimas aminorūgštyse. Kad žiedas visiškai suktųsi, per bazinį kūną turi praeiti 500–1000 protonų. M-žiedo sukimasis per standžiai sujungtą ašį ir kabliuką perduodamas į žvynelio siūlą, kuris atlieka sraigto arba laivo sraigto funkciją. Bakterija plūduriuoja tol, kol veikia sraigtas, inercijos indėlis itin mažas.

Be to, bakterijos, net ir negyvos, esančios vandens aplinkoje, juda dėl Browno judėjimo. Šiluminio judėjimo metu bakterijų ląstelė yra nuolat veikiama aplinkinių molekulių poveikio. Smūgiai iš skirtingų krypčių svaido bakterijas iš vienos pusės į kitą.

Žvynelinės judėjimo tipas yra sukamasis. Yra du judėjimo tipai: tiesinis ir salto (periodiniai atsitiktiniai judėjimo krypties pokyčiai). Kai siūlai sukasi prieš laikrodžio rodyklę (apie 1 sekundę), 40–60 aps./min. dažniu (arti vidutinio elektros variklio greičio), jų siūlai susipina į vieną ryšulį (9a pav.). Žiedynų sukimasis perduodamas į ląstelę. Kadangi ląstelė yra daug masyvesnė už žvynelį, ji pradeda judėti tiesia linija priešinga kryptimi, 3 kartus mažesniu nei žvynelio greitis.

Tai užtikrina ląstelės transliacinį judėjimą, kurio greitis skystoje terpėje skirtingų tipų bakterijoms yra 20-200 µm/s (tai atitinka maždaug 300-3000 kūno ilgių per minutę) ir lėtesnį judėjimą kietos medžiagos paviršiumi. žiniasklaida.

Bakterija gali kryptingai plaukti viena kryptimi ne ilgiau kaip 3 sekundes, tada aplinkinių molekulių smūgiai ją pasuka atsitiktine kryptimi. Todėl bakterijos sukūrė spontaniško judėjimo krypties pasikeitimo mechanizmą – žievės variklio perjungimą. Pradėjus suktis pagal laikrodžio rodyklę (apie 0,1 s), bakterija sustoja ir apsiverčia (sudaro „riedėjimą“) atsitiktine kryptimi. Šiuo atveju žvyneliai skrenda į skirtingas puses (9b pav.). Amfitrichuose judant vienas žvynelių ryšulėlis apverčiamas į išorę (kaip skėtis, kurį išverčia vėjas). Tada variklis vėl persijungia į sukimąsi prieš laikrodžio rodyklę, o bakterija vėl plūduriuoja tiesia linija, bet kita, atsitiktine kryptimi.

Flagella taip pat gali keisti kryptį, reaguodama į išorinius dirgiklius. Jei bakterija juda link optimalios atraktanto koncentracijos, žvyneliai stumia ląstelę per terpę, jos tiesinis judėjimas tampa ilgesnis, o kūlėjimo dažnis mažesnis, kas leidžia galiausiai judėti norima kryptimi.

Yra žinomi neaktyvių (paralyžiuotų) žvynelių egzistavimo atvejai. Žiedinių bakterijų judėjimui reikalingas CS nepažeistas (nepažeistas). Ląsteles apdorojant lizocimu, kuris pašalina CS peptidoglikano sluoksnį, bakterijos praranda gebėjimą judėti, nors žvyneliai lieka nepažeisti.

Bakterijų taksi. Kol aplinka nesikeičia, bakterijos plūduriuoja atsitiktinai. Tačiau visiškai vienalytė aplinka retai būna. Jei aplinka nevienalytė, bakterijos pasižymi elementariais elgesio reakcijomis: jos aktyviai juda tam tikrų išorinių veiksnių nulemta kryptimi. Tokie genetiškai nulemti tiksliniai bakterijų judėjimai vadinami taksi. Priklausomai nuo faktoriaus, išskiriama chemotaksis (ypatingas atvejis – aerotaksė), fototaksė, magnetotaksis, termotaksė ir viskozitaksė.

Chemotaksė- judėjimas tam tikra kryptimi, palyginti su cheminės medžiagos šaltiniu. Cheminės medžiagos skirstomos į dvi grupes: inertines ir taksi sukeliančias – chemoefektorius. Tarp chemoefektorių yra bakterijas pritraukiančių medžiagų – atraktantų (cukrų, aminorūgščių, vitaminų, nukleotidų), ir jas atbaidančių – repelentų (kai kurios aminorūgštys, alkoholiai, fenoliai, neorganiniai jonai). Aerobinių prokariotų atraktantas ir anaerobinių prokariotų repelentas yra molekulinis deguonis. Atraktantai dažnai pateikiami kaip maisto substratai, nors ne visos organizmui reikalingos medžiagos veikia kaip atraktantai. Be to, ne visos toksiškos medžiagos tarnauja kaip repelentai ir ne visi repelentai yra kenksmingi. Taigi, bakterijos gali reaguoti ne į kokius nors junginius, o tik į tam tikrus ir skirtingus skirtingoms bakterijoms.

Bakterijos ląstelės paviršiaus struktūrose yra specialių baltymų molekulių – receptorių, kurie specifiškai jungiasi prie tam tikro chemoefektoriaus, tuo tarpu chemoefektoriaus molekulė nekinta, tačiau receptorių molekulėje vyksta konformaciniai pokyčiai. Receptoriai išsidėstę netolygiai visame ląstelės paviršiuje ir susitelkę viename iš polių. Receptoriaus būsena atspindi atitinkamo efektoriaus ekstraląstelinę koncentraciją.

Chemotaksė yra prisitaikanti. Pavyzdžiui, Vibrio cholerae formos, kurių chemotaksė sutrikusi, yra mažiau virulentiškos.

Aerotaksė- Bakterijos, kurioms reikia molekulinio deguonies, kaupiasi aplink oro burbuliukus, įstrigusius po dengiamuoju stiklu.

Fototaksis- judėjimas link šviesos arba nuo jos būdingas fototrofinėms bakterijoms, kurios naudoja šviesą kaip energijos šaltinį.

Magnetotaksis- vandens bakterijų, kuriose yra geležies turinčių mineralų kristalų, gebėjimas plaukti pagal Žemės magnetinio lauko linijas.

Termotaksis- judėjimas temperatūros kaitos kryptimi, kuri turi didelę reikšmę kai kurioms patogeninėms bakterijoms.

Viskozitaksi- gebėjimas reaguoti į tirpalo klampumo pokyčius. Paprastai bakterijos linkusios į terpę, kurios klampumas yra didesnis, o tai labai svarbu patogeninėms rūšims.

Slydimo bakterijos. Kai kurių prokariotų, pavyzdžiui, mikoplazmų, gebėjimas slysti mažu greičiu (2–11 µm/s) ant kieto arba klampaus substrato.

Yra keletas hipotezių, paaiškinančių slydimą. Pagal reaktyvinio varymo hipotezė jį sukelia gleivių išsiskyrimas per daugybę gleivių porų CS, dėl ko ląstelė yra atstumiama nuo substrato priešinga gleivių sekrecijos kryptimi. Pagal keliaujančios bangos hipotezė slenkantis judėjimas mobiliose formose be žiuželių yra susijęs su plono baltyminio sluoksnio buvimu tarp peptidoglikano sluoksnio ir išorinės CS membranos tvarkingų fibrilių, panašių į žvynelių siūlus. Dėl šių struktūrų „sukuriamo“ fibrilių judėjimo ląstelės paviršiuje atsiranda „keliaujanti banga“ (judantys mikroskopiniai CS iškilimai), dėl ko ląstelė yra atstumiama nuo substrato. Galiausiai, kai kuriose sklandančiose bakterijose buvo aprašytos struktūros, panašios į žvynelių formų bazinius kūnus.

Žvynelinės funkcijos:

1. Užtikrinti sukibimą – pradinis infekcinio proceso etapas.

2. Suteikti bakterijų mobilumą.

3. Nustatykite antigeninį specifiškumą, tai yra H-antigenas.

Žuvų identifikavimas:

1. Natūralių preparatų fazinė kontrastinė mikroskopija ("susmulkinti" ir "pakabinti" lašai). Mikroskopiniu būdu kasdienės kultūros ląstelėse nustatomas judrumas. Siekiant atskirti judrumą nuo pasyvaus Brauno judesio, į tiriamos kultūros lašą įlašinamas lašas 5% vandeninio fenolio tirpalo; aktyvus judėjimas šiuo atveju sustoja.

2. Natūralių preparatų tamsaus lauko mikroskopija.

3. Dažais ar metalais nudažytų preparatų šviesinė mikroskopija. Kadangi ruošimo metu žvyneliai labai lengvai pažeidžiami, šie metodai kasdienėje praktikoje naudojami retai.

Žvyneliams dažyti naudojamos ląstelės, užaugintos ant pasvirusio agaro. Su bakterine kilpa ląstelės paimamos iš kondensacinio vandens ir atsargiai perkeliamos į sterilų distiliuotą vandenį, kurio temperatūra yra tokia pati kaip bakterijų inkubacijos temperatūra ant agaro nuolydžio, o bakterijos nenukratomos nuo kilpos, o atsargiai panardinamos į vandenį. Mėgintuvėlis su bakterijomis paliekamas kambario temperatūroje 30 minučių. Naudokite chemiškai gryną (chromo mišinyje išplautą) stiklą, ant kurio užlašinami 2-3 lašai suspensijos. Suspensija paskirstoma ant stiklo paviršiaus švelniai jį pakreipiant. Išdžiovinkite preparatą ore.

Vėliavos yra labai plonos, todėl jas galima aptikti tik specialiai apdorojus. Pirma, ėsdinimo pagalba pasiekiamas jų pabrinkimas ir jų dydžio padidėjimas, o tada preparatas nuspalvinamas, dėl ko jie tampa matomi šviesos mikroskopu.

Dažniau naudoti sidabravimo būdas pagal Morozovą (10 pav.):

- preparatas fiksuojamas ledinės acto rūgšties tirpalu 1 minutę, plaunamas vandeniu;

- 1 min. užtepkite tanino tirpalą (įdeginkite, kad žvyneliai taps tankesni), nuplaukite vandeniu;

- preparatas apdorojamas kaitinant impregnuojančiu sidabro nitrato tirpalu 1–2 min., nuplaunamas vandeniu, išdžiovinamas ir mikroskopuojamas.

Mikroskopu aptinkamos tamsiai rudos ląstelės ir šviesesnės žvyneliai.

Ryžiai. dešimt.Žvynelių identifikavimas sidabravimo būdu

Ryžiai. vienuolika.Žuvų identifikavimas

elektroniniu mikroskopu

4. Sunkiaisiais metalais puršktų preparatų elektroninė mikroskopija (11 pav.).

5. Netiesiogiai – pagal bakterijų augimo pobūdį, kai sėjama į pusiau skystą 0,3% agarą. Po 1–2 dienų pasėlių inkubavimo termostate pastebimas bakterijų augimo pobūdis:

- nejudriose bakterijose (pvz. S. saprophyticus) yra injekcijos eigos padidėjimas - "nagas", o terpė yra skaidri;

- judriose bakterijose (pvz. E. coli) atsiranda augimas į injekcijos šonus, išilgai visos agaro stulpelio - "smiltelės" ir difuzinis terpės drumstumas.