BAKTEERISOLU: OMINAISUUDET JA RAKENNE (OSAT) - BIOLOGIA - 2025

Bakteerisolu on yksinkertaisin tunnettu organisaatio elävän organismin. Bakteerit ovat yksisoluisia organismeja, joilla ei ole ydintä tai mitään organelleja, jotka on erotettu sytosolipitoisuudesta kalvon kautta (kaikki bakteerit luokitellaan prokaryoottiseen domeeniin).

Tieteelliset tutkimukset ovat osoittaneet, että huolimatta siitä, että bakteerisoluista puuttuu organelleja, niiden organisointi, säätely ja sisäinen dynamiikka ovat erittäin hallittuja ja tarkkoja. Heillä on kaikki tarvittavat mekanismit selviytyäkseen ympäristöstä, jossa he asuvat, vihamielisistä ja muuttuvista olosuhteista.

Bakteerin ja sen osien yleiskaavio (Lähde: Tämän vektorikuvan on kokonaan tehnyt Ali Zifan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) Wikimedia Commonsin kautta)

Tällainen sopeutumiskyky on tarkoittanut tutkijoille tärkeätä työkalua ja ihanteellista biologista mallia molekyylibiologian perusperiaatteiden tutkimiseksi; Perustiedot DNA: n replikaatiosta, transkriptiosta ja translaatiosta ymmärrettiin ensin bakteerisoluissa ennen eukaryoottisoluja.

Kaikki bakteerisolut ovat mikroskooppisia, ts. Niitä ei voida havaita paljaalla silmällä ilman mikroskooppia, mikä on suuri etu näiden mikro-organismien tutkimiseen, koska pienessä tilassa ja vähän ravintoaineita käyttämällä niitä voidaan ylläpitää ja tutkia miljoonille eläville soluille.

Bakteerisolu on tällä hetkellä yksi tärkeimmistä bioteknologisista työkaluista. Tutkijat manipuloivat bakteerien ylimääräistä kromosomaalista DNA: ta tuottamaan synteettisesti melkein mitä tahansa ihmistä kiinnostavaa proteiinia.

Bakteerisolun yleiset ominaisuudet

Morfologisesti bakteerisolut voivat olla hyvin vaihtelevia, mutta silti niillä kaikilla on yhteiset ominaisuudet. Esimerkiksi:

- Jokaisella bakteerisolulla on sitä ympäröivä soluseinä ja se koostuu hiilihydraattien ja peptidien yhdistelmästä, jota kutsutaan "peptidoglykaaniksi".

- Bakteerisolut ovat yksisoluisia organismeja, ts. Jokainen solu on kokonainen organismi, joka voi kasvaa, ruokkia, lisääntyä ja kuolla.

- Bakteerien geneettinen materiaali "hajallaan" tai leviää suureen seulaan, joka on upotettu solusytosoliin, alueelle, jota kutsutaan nukleoidialueeksi.

- Monilla bakteereilla on erityisiä liikkuvuusrakenteita, nimeltään "flagellum", ja ne sijaitsevat kehonsa syrjäisimmillä alueilla.

- Yleistä on löytää bakteerisoluja, jotka muodostavat pesäkkeitä tai joilla on symbioottinen suhde muihin organismeihin, ja lisäksi monet bakteerit ovat patogeenisiä ihmisille.

- Suurin osa bakteereista on melkein 10 tai 15 kertaa pienempi kuin minkään eläinsolun (eukaryoottinen) koko, koska niiden pituus ei ylitä mikronia.

- Niitä löytyy kaikista biosfäärin olemassa olevista ympäristöistä, koska siellä on näitä mikro-organismeja, jotka ovat sopeutuneet käytännössä mihin tahansa ympäristöolosuhteeseen.

Bakteerisolun rakenne (osat)

Monet tutkijat jakavat bakteerisolun kolmeen anatomiseen alueeseen tutkimuksen helpottamiseksi. Nämä kolme aluetta, jotka ovat yhteisiä kaikentyyppisille havaituille bakteerisoluille ja ovat:

- ulkoinen alue, joka koostuu solunulkoisista rakenteista (mm. Siipikarvat, karvat, siliat)

- Solupeittoalue, joka koostuu soluseinämästä ja sytoplasmisesta kalvosta

- Sisäinen alue, jonka muodostavat sytosoli ja kaikki siihen suspendoituneet rakenteet.

Kullakin alueella tutkituista bakteereista riippuen havaitaan joitain rakenteita ja osia, jotka eroavat bakteerisolun "tyypillisistä". Kaikille bakteerisoluille yleisimmät kuitenkin selitetään ja luokitellaan kunkin alueen mukaan, jolla ne löytyvät.

Solunulkoinen alue

- Kapseli: se on polymeeripinta, joka peittää bakteerien koko soluseinän. Se koostuu limasta ja glykokalyksistä, jotka puolestaan ​​koostuvat runsaista hiilihydraattimolekyyleistä, jotka ovat sitoutuneet lipideihin ja proteiineihin. Kapseli suorittaa solulle tärkeän suojatoiminnon.

- Kalvo: se on pinta, neste tai viskoosi matriisi, johon bakteerisolut upotetaan. Ne on muodostettu polysakkarideista, jotka ovat koostumukseltaan samanlaisia ​​kuin kapselin polysakkaridit, ja ne suorittavat yleensä solujen suojaamisessa ja siirtämisessä olevia toimintoja.

- Fimbriae: ne ovat eräänlainen hyvin lukuisia rihmallisia lisäyksiä, joita löytyy bakteerien soluseinästä. Nämä palvelevat bakteerisolujen liikkuvuutta ja tarttumista mihin tahansa pintaan. Ne koostuvat hydrofobisesta proteiinista, nimeltään piliini.

E. coli -bakteerien fimbriat. Sillä on noin 200. Lähde: (Kuva: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Seksuaalinen pili: jotkut fimbriat (muutama) muutetaan muodostamaan eräänlainen "putki", jota bakteerit käyttävät konjugoitumiseen (geneettisen materiaalin siirtämiseen eri bakteerien välillä), mikä on eräänlainen "seksuaalinen lisääntyminen" primitiivinen.

- Flagella: ne ovat pidempiä filamentteja kuin fimbrioita ja koostuvat proteiineista; heillä on "häntä" ulkonäkö. Ne täyttävät solujen liikkumisen ohjaustoiminnon ja ankkuroituvat solukalvoon. Samasta bakteerisolusta voi löytyä yhdestä sataan flagellaa.

Vibrio vulnificus -bakteerit flagellan kanssa. CDC / Janice Haney Carr / julkinen

Kaavio bakteeripelkosta (Lähde: LadyofHats / Public domain, Wikimedia Commonsin kautta)

Kattavuusalue

Solupeite koostuu yleensä sytoplasmisesta membraanista ja peptidoglykaanikerroksesta, jota kutsutaan "soluseinämäksi". Vaippa koostuu lipidien, hiilihydraattien ja proteiinien komplekseista. Peptidoglykaanikuoren kemiallista koostumusta käytetään luokitteluna erottamaan kaksi bakteerityyppiä.

Gram-positiiviset bakteerit ja gram-negatiiviset bakteerit. Gram-positiivisille bakteereille on tunnusomaista, että niissä on paksu peptidoglykaanikerros, ilman että ulkopembraani peittää sitä, kun taas gram-negatiivisissa bakteereissa on vain ohut peptidoglykaanikerros, jonka päällä on ulkomembraani.

- Sytoplasminen kalvo: sillä on samanlainen rakenne kuin eukaryoottisolujen solukalvolla. Se on fosfolipidikerros, johon liittyy proteiineja (kiinteitä tai perifeerisiä). Se eroaa kuitenkin eukaryoottisolujen kalvosta siinä, että siinä ei ole endogeenisesti syntetisoituja steroleja.

Bakteerisolujen sytoplasmakalvo on yksi tärkeimmistä rakenteista, koska se on siellä, missä tapahtuu solufuusio, elektronikuljetus, proteiinien eritys, ravinteiden kuljetus ja lipidien biosynteesi jne.

Sisäinen alue

- Genomi: Toisin kuin eukaryoottisolut, bakteerisolujen genomi ei sisällä kalvoista ydintä. Sen sijaan se esiintyy sotkuisena DNA: na, joka on tiivistetty enemmän tai vähemmän ympyränmuotoiseen muotoon ja assosioituu joidenkin proteiinien ja RNA: n kanssa. Tämä genomi on paljon pienempi kuin eukaryoottinen genomi: se on kooltaan noin 3–5 Mt ja muodostaa yhden pyöreän topologian kromosomin.

- Plasmidit tai kromosomiväliset DNA-molekyylit: ne ovat pieniä pyöreitä DNA-molekyylejä, jotka kykenevät replikoitumaan riippumattomasti solun genomisesta DNA: sta. Yleensä plasmidi-DNA-molekyylit vaihdetaan konjugoinnin aikana, koska niihin koodataan antibioottien ja / tai toksiinien kestävyyden kannalta tarpeellinen tieto.

Bakteerien DNA ja plasmidit. Alkuperäinen tiedosto: Käyttäjä: Spaully. Käännös: Fibonacci. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Ribosomit: ribosomit osallistuvat proteiinia koodaavan geenin sekvenssistä transkriptoidun RNA: n translaatioon. Jokaisessa bakteerisolussa on noin 1500 aktiivista ribosomia sisällä. Bakteerisolun ribosomi-alayksiköt ovat 70, 30 ja 50, kun taas eukaryoottisoluissa on 60 ja 40 sekuntia.

On yleistä, että antibiootit hyökkäävät bakteerien ribosomeihin, estämällä proteiinien translaatiota ja aiheuttaen solujen hajoamista tai kuoleman.

- Endospoorit: bakteereilla on sisäisiä itiöitä, jotka ovat lepotilassa ja joita käytetään selviytymiseen äärimmäisissä ympäristöolosuhteissa. Endospoorit poistuvat lepotilasta, kun pinnalla olevat eri reseptorit havaitsevat olosuhteet jälleen suotuisiksi; Tämä luo uuden täysin toimivan bakteerisolun.

Vihreät endospoorit bakteerisolujen sisällä. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- Rakeet tai inkluusiokappaleet: nämä toimivat eräänlaisena varanna hiilihydraateille, fosfaattiyhdisteille ja muille molekyyleille. Niiden koostumus vaihtelee bakteerilajien mukaan ja ne ovat helposti nähtävissä sytoplasmassa optisia mikroskooppeja käyttämällä.

Viitteet

1. Cabeen, MT, ja Jacobs-Wagner, C. (2005). Bakteerisolujen muoto. Nature Reviews Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP, & Smith, CJ (2007). Mikrobien rakenne ja koostumus.
3. Gitai, Z. (2005). Uusi bakteerisolubiologia: liikkuvat osat ja solunsisäinen arkkitehtuuri. Cell, 120 (5), 577 - 586.
4. Silhavy, TJ, Kahne, D., ja Walker, S. (2010). Bakteerisolun kirjekuori. Cold Spring Harbor -perspektiivit biologiassa, 2 (5), a000414.
5. Willey, JM, Sherwood, L., ja Woolverton, CJ (2009). Prescottin mikrobiologian periaatteet. Boston (MA): McGraw-Hill -yliopisto.