Основные различия прокариотических и эукариотических микроорганизмов.

Все известные микроорганизмы делятся на два большие группы – прокариотические и эукариотические микроорганизмы. К прокариотическим микроорганизмам относятся бактерии, к эукариотическим микроорганизмам – простейшие, микроскопические водоросли, слизевики, микроскопические грибы.

Прокариотические микроорганизмы отличаются от эукариотических по целому ряду признаков и, в первую очередь, по строению клетки (таблица 1).

Кроме строения клеток прокариотические микроорганизмы отличаются от эукариотических по следующим свойствам:

1 Форма и размеры клеток. Прокариотические микроорганизмы – одиночные клетки или простые ассоциации сходных клеток, имеющих, за редким исключением, сферическую, цилиндрическую или изогнутую форму и средние размеры 0, 2-10, 0 мкм. Например, клетки нитчатой серобактерии Beggiatoa alba имеют диаметр до 50 мкм, а клетки Achromatium oxaliferum достигают в длину 15-100 мкм при поперечном размере 5-33 мкм. С другой стороны, самые мелкие прокариоты – микоплазмы (например, Mycoplasma mycoides) могут иметь размеры всего 0, 1× 0, 25 мкм. На этом фоне значительно более сложно организованные эукариотические клетки характеризуются линейными размерами как минимум на порядок выше: например, дрожжевые клетки Saccharomyces имеют в диаметре 6-10 мкм, а зеленая водоросль Chlorella 2-10 мкм. Эукариотические микроорганизмы имеют диаметр клетки до 40 мкм и являются одноклеточными, нитчатыми или истинно многоклеточными организмами. Обычные же размеры эукаритоических клеток обычно 100 мкм и выше.

2 Размножение. Прокариотические микроорганизмы, как правило, размножаются бинарным делением, в то время, как для эукариотических микроорганизмов характерны различные формы бесполого и полового размножения.

3 Дыхание и фотосинтез. Процессы дыхания и фотосинтеза и связанные с ними пигменты и ферменты у тех представителей прокариот, которые обладают этими физиологическими функциями, связаны с цитоплазматической мембраной или ее производными. У эукариотических микроорганизмов аэробное дыхание происходит в митохондриях, а фотосинтез в хлоропластах, содержащих специальные мембраны, организованные в ламеллы или граны. Кроме того, большая группа прокариотических микроорганизмов способна жить без доступа молекулярного кислорода (в анаэробных условиях) и получать энергию в процессе анаэробного дыхания или брожения.

4 Источник энергии. Некоторые прокариотические микроорганизмы (хемолитотрофы) могут получать энергию путем окисления различных неорганических соединений в процессе аэробного дыхания, что не характерно для эукариотических микроорганизмов.

5 Фиксация молекулярного азота. Некоторые прокариоты обладают этой способностью, в то время, как ни один эукариотический организм не способен фиксировать молекулярный азот.

Таблица 1 - Различия в строении клеток прокариотических и эукариотических микроорганизмов

Продолжение таблицы 1

4. Вид: определение понятия. Вид у микроорганизмов. Критерии вида микроорганизмов. Подвидовые категории и их значение. Принципы номенклатуры микроорганизмов.

Основной таксономической единицей систематики бактерий является вид.

Вид – это эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющая единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими и другими признаками.

Вид не является конечной единицей систематики. Внутри вида выделяют варианты микроорганизмов, отличающиеся отдельными признаками. Так, различают:

1) серовары (по антигенной структуре);

2) хемовары (по чувствительности к химическим веществам);

3) фаговары (по чувствительности к фагам);

4) ферментовары;

5) бактериоциновары;

6) бактериоциногеновары.

Бактериоцины – вещества, продуцируемые бактериями и губительно действующие на другие бактерии. По типу продуцируемого бактериоцина различают бактериоциновары, а по чувствительности – бактерициногеновары.

Для видовой идентификации бактерий необходимо знать следующие их свойства:

1) морфологические (форму и структуру бактериальной клетки);

2) тинкториальные (способность окрашиваться различными красителями);

3) культуральные (характер роста на питательной среде);

4) биохимические (способность утилизировать различные субстраты);

5) антигенные.

Виды, связанные генетическим родством, объединяют в роды, роды – в семейства, семейства – в порядки. Более высокими таксономическими категориями являются классы, отделы, подцарства и царства.

Согласно современной систематике патогенные микроорганизмы относятся к царству прокариот, патогенные простейшие и грибы – к царству эукариот, вирусы объединяются в отдельное царство – Vira.

Все прокариоты, имеющие единый тип организации клеток, объединены в один отдел – Bacteria. Однако отдельные их группы отличаются структурными и физиологическими особенностями. На этом основании выделяют:

1) собственно бактерии;

2) актиномицеты;

3) спирохеты;

4) риккетсии;

5) хламидии;

6) микоплазмы.

В настоящее время для систематики микроорганизмов используется ряд таксономических систем.

1. Нумерическая таксономия. Признает равноценность всех признаков. Для ее применения необходимо иметь информацию о многих десятках признаков. Видовая принадлежность устанавливается по числу совпадающих признаков.

2. Серотаксономия. Изучает антигены бактерий с помощью реакций с иммунными сыворотками. Наиболее часто применяется в медицинской бактериологии. Недостаток – бактерии не всегда cодержат видоспецифический антиген.

3. Хемотакcономия. Применяются физико-химические методы, с помощью которых исследуется липидный, аминокислотный состав микробной клетки и определенных ее компонентов.

4. Генная систематика. Основана на способности бактерий с гомологичными ДНК к трансформации, трансдукции и конъюгации, на анализе внехромосомных факторов наследственности – плазмид, транспозонов, фагов.

Совокупность основных биологических свойств бактерий можно определить только у чистой культуры – это бактерии одного вида, выращенные на питательной среде.

Строение микробной клетки. Основные и дополнительные структуры. Строение цитоплазматической мембраны прокариотов. Организация внутренних цитоплазматических структур прокариотов и эукариотов-микроорганизмов.

Строение прокариотической клетки

К прокариотам относятся архебактерии, бактерии и синезеленые водоросли. Прокариоты — одноклеточные организмы, у которых отсутствуют структурно оформленное ядро, мембранные органоиды и митоз. Размеры клеток не более 10 мкм, обычно 0, 5-3 мкм, отсутствует клеточный центр, отсутствует большинство органелл, отсутствующие органеллы заменяет выросты цитоплазматической мембраны- мезосомы, отсутствует циклоз – движение цитоплазмы, рибосомы прокариотической клетки существенно отличаются от рибосом эукариот, отсутствует ядро (есть кольцевая молекула ДНК единственной хромосомы, лишенная белков-гистонов). К прокариотам относят архебактерии (наиболее древние), истинные бактерии и сине-зеленые водоросли. Среди прокариотов есть аэробы, анаэробы, автотрофы и гетеротрофы. Прокариоты определяют границы жизни на Земле, обеспечивают круговорот многих веществ в природе.

Общий план строения эукариотической животной клетки

Эукариотические клетки имеют структурно оформленное ядро, возникли на базе прокариотических клеток благодаря эндосимбиозу разных прокариотических клеток. Размеры эукариотических клеток тканей животных и растений варьируют от 10 до 100 мкм. Основные компоненты – оболочка, цитоплазма, морфологически оформленное ядро. Генетический материал сосредоточен преимущественно в хромосомах ядра.

Системы жизнеобеспечения клетки

САМОСОХРАНЕНИЕ (система мембран), САМОРЕГУЛЯЦИЯ (система получения и превращения энергии), САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ (репликация, транскрипция и трансляция), Система мембран (цитоплазматическая мембрана, мембранные органеллы). Система авторепродукции (воспроизведение себе подобных) включает ДНК, РНК, рибосомы, множество ферментов. Система получения и трансформации энергии: митохондрии и хлоропласты.

Строение и функции цитоплазматической мембраны

1. Фосфолипидный бислой (заряженные «головки» – снаружи, незаряженные хвосты – внутри).

2. Белки (ферменты, рецепторы, переносчики и др.) встроены в фосфолипидный остов.

3. Снаружи к мембране примыкают липиды (липопротеиды) и углеводы (гликопротеиды), изнутри – белки.

Гликокаликс образован комплексами полисахаридов с белками – гликопретеинами и жирами – гликолипидами. Процентное содержание компонентов мембраны: белков в мембране колеблется от 40 до 70%, липидов – от 25 до 60%, углеводов – от 5 до 10%.

Функции цитоплазматической мембраны: защитная, регуляция проникновения веществ в клетку (К⁺/Na⁺-насос), рецепторная функция – восприятие сигналов, антигенная функция (гликопротеиды мембран являются антигенами (эритроцитарные антигены – группы крови), электрогенная.

Компартментация – это разделения на ячейки, отличные деталями химического состава.