Термином "рост" обозначают увеличение размеров отдельной осо­би, а "размножение" — увеличение числа особей в популяции.

Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. У большинства грамположительных бактерий деление клетки происходит путем образования перегородки без изменения диаметра клетки. Сначала в месте будущей перегородки формируются встречные впячивания цитоплазматической мембраны, идущие от периферии к центру. Далее на их основе строится поперечная перегородка из цитоплазматической мембраны и муреинового слоя. Остальные компоненты клеточной стенки синтезируются позднее.

У грамотрицательных бактерий клетки делятся обычно перетяжкой. В месте перетяжки диаметр клетки резко сужается. Клеточная стенка и цитоплазматическая мембрана, постепенно искривляясь внутрь, перетягивают клетку пополам. Расхождение вновь образовавшихся дочерних клеток происходит в результате действия литического фермента на срединный слой клеточной перегородки.


Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромо­сомы по полуконсервативному типу. При этом двуспиральная цепь ДНК раскручивается, каждая нить достраивается комплиментарной нитью и в результате каждая дочерняя клетка получает одну мате­ринскую нить и одну вновь образованную.Бинарное деление бактериальных клеток происходит в одной или нескольких плоскостях. При делении в одной плоскости, если дочерние клетки не расходятся, образуются цепочки кокков и палочек. При делении клеток в нескольких плоскостях образуются скопления клеток разной конфигурации (тетракокки, сарцины, стафилококки).

При равновеликом бинарном делении реализуется так называемый мономорфный клеточный цикл, при котором обычно образуется один морфологический тип клеток.

Разновидностью бинарного деления является почкование. Этот способ неравновеликого деления характерен для бактерий, относящихся к родам Hyphomicrobium, Hyphomonas, Pedomicrobium, Rhodopseudomonas и др.

Рост клетки почкующихся бактерий обычно наблюдается на одном полюсе, и клетка имеет ярко выраженную полярность. У некоторых почкующихся бактерий обнаружена асимметрия внутриклеточных структур. При почковании на одном из полюсов материнской клетки образуется вырост – гифа. На конце гифы формируется почка, в которую переходит один из поделившихся нуклеоидов. Почка разрастается, превращаясь в дочернюю клетку. Последняя приобретает жгутик, отделяется от материнской клетки и уплывает; либо продолжает сохранять с ней связь,формируя многоклеточные комплексы. Процессу отделения почки от материнской клeтки предшествует образование перегородки между почкой и гифой.


У почкующихся бактерий наблюдается диморфный клеточный цикл. В результате неравновеликого деления клетки (почкования) образуются две неравноценные особи, различающиеся по форме, размерам, подвижности и другим признакам. Образовавшиеся клетки проявляют индивидуальность. Одна из них, неподвижная, несет черты старения и является материнской; другая, снабженная жгутиком, – дочерней. При почковании материнская клетка практически не получает вновь синтезируемого материала и постепенно стареет. Дочерняя клетка, наоборот, активно достраивает клеточные структуры. В редких случаях у бактерий встречается полиморфный клеточный цикл, когда при делении образуются два или более морфологически различных типа клеток. Например, у бактерий рода Hyphomicrobium при выращивании их на метаноле происходит образование гиф и овальных почек. В культурах некоторые штаммы Hyphomicrobiilm образуют многогранные и лопастные клетки.

Еще одним вариантом деления клеток является «множественное деление», описанное у цианобактерий. Оно начинается с предварительной множественной репликации хромосомы и существенного увеличения размеров самой клетки, которая затем претерпевает ряд быстрых последовательных бинарных делений, происходящих внутри микрообъема, ограниченного от внешней среды дополнительным фибриллярным слоем родительской клеточной стенки. Результатом этого процесса является образование множества мелких клеток, получивших название «баеоцитов», число которых у цианобактерий колеблется от 4х до 1000. Окончательное же освобождение баеоцитов происходит путем разрыва фибриллярного слоя родительской клеточной стенки. Рис.3

 


В клетках прокариот происходит размножение

рисунок 3. способы деления у прокариот: равновеликое бинарное деление (а), почкование (б) и множественное деление (в).

 

Быстрота размножения разных видов бактерий различна. Боль­шинство бактерий делятся каждые 15-30 минут. Микобактерии тубер­кулеза делятся медленно одно деление за 18 часов, спирохеты — одно деление за 10 часов.

Если посеять бактерии в жидкую питательную среду определен­ного объема и затем каждый час брать пробу и определять количество живых бактерий в такой замкнутой среде и составить график, на кото­ром по оси абсцисс откладывать время в часах, а по оси ординат лога­рифм количества живых бактерий, то получим кривую роста бактерий. Рост бактерий подразделяют на несколько фаз

1) латентная фаза (лаг-фаза) — бактерии адаптируются к пита­тельной среде, количество их не увеличивается;

2) фаза логарифмического ро­ста — количество бактерий увели­чивается в геометрической про­грессии;

3) фаза стационарного роста, во время которой число вновь об­разованных бактерий уравнивает­ся числом погибших, и количество живых бактерий остается постоян­ным, достигая максимального уровня. Это М-концентрация — величина, характерная для каждого вида бактерий;

iv>

4) фаза отмирания, когда число отмирающих клеток начинает пре­обладать над числом жизнеспособных бактерий вследствие накопления продуктов метаболизма и истощения среды.

Культура бактерий в такой замкнутой несменяющейся среде на­зывается периодической. Если же в засеянный объем непрерывно подают свежую питательную среду и удаляют такое же количество жидкости, то такую культуру называют непрерывной. Количество живых бактерий в такой культуре будет постоянно в М-концентрации. Непрерывное куль­тивирование применяют в микробиологической промышленности.

 

Источник: studopedia.net

По сравнению с эукариотической, клетка прокариот выглядит гораздо проще (Рис. 4).

В клетках прокариот происходит размножение

Рис. 4. Клетка прокариот и эукариот (Источник)

У прокариот нет ядра, единственная кольцевая молекула ДНК, находящаяся в клетках прокариот и условно называемая бактериальной хромосомой, находится в центре клетки, однако эта молекула ДНК не имеет оболочки и располагается непосредственно в цитоплазме.

Рассмотрим строение прокариотической клетки (Рис. 5).

В клетках прокариот происходит размножение


Рис. 5. Строение прокариотической клетки (Источник)

Снаружи клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной. Строение мембран у двух этих групп организмов одинаковое. Клеточная мембрана прокариот образует многочисленные впячивания внутрь клетки – мезосомы. На них располагаются ферменты, обеспечивающие реакции обмена веществ в прокариотической клетке. Поверх плазматической мембраны клетки прокариот покрыты оболочкой, состоящей из углеводов, напоминающей клеточную стенку растительных клеток. Однако эта стенка образована не клетчаткой, как у растений, а другими полисахаридами – пектином и муреином. В цитоплазме прокариотических клеток нет мембранных органоидов: митохондрий, пластидов, ЭПС, комплекса Гольджи, лизосом. Их функции выполняют складки и впячивания наружной мембраны – мезосомы. В цитоплазме прокариот беспорядочно располагаются мелкие рибосомы. Цитоскелета в прокариотических клетках тоже нет, но иногда встречаются жгутики, которые способствуют передвижению бактерий. На поверхности бактериальной клетки находятся пили – белковые нити, с помощью которых бактерии присоединяются к субстрату или поверхности. Половые пили служат для обмена генетического материала между различными бактериями.

Фотосинтезирующие бактерии – цианобактерии, имеют в клетках фотосинтезирующие мембраны или тилакоиды, в которых содержатся пигменты, участвующие в процессе фотосинтеза (Рис. 6), такие как хлорофилл.

>
В клетках прокариот происходит размножение
Рис. 6. Цианобактерия (Источник)

На тилакоидах содержатся пигменты, являющиеся вспомогательными при процессе фотосинтеза – фикобилины: аллофикоцианин, фикоэритрин и фикоцианин. Фикобилины образуют прочные соединения с белками (фикобилинпротеиды). Связь между фикобилинами и белками разрушается только кислотой.

В клетках прокариот откладываются и запасные питательные вещества, отложение или запас происходит в результате избытка питательных веществ, а потребление при недостатке питательных веществ. К запасным питательным веществам относятся полисахариды (крахмал, гликоген, гранулеза), липиды (гранулы или капли жира), полифосфаты (источник фосфора и энергии).

Большинство эукариот являются аэробами, то есть используют в энергетическом обмене кислород воздуха. Напротив, многие прокариоты являются анаэробами, и кислород для них вреден. Некоторые бактерии, называемые азотфиксирующими, способны усваивать азот воздуха, чего эукариоты делать не могут. Те виды прокариот, которые получают энергию благодаря фотосинтезу, содержат особую разновидность хлорофилла, который может располагаться на мезосомах.

В неблагоприятных условиях (холод, жара, засуха) многие бактерии образуют споры. При спорообразовании вокруг бактериальной хромосомы образуется особая плотная оболочка, а остальное содержимое клетки отмирает. Спора может десятилетиями находиться в неактивном состоянии, а в благоприятных условиях из нее снова прорастает активная бактерия (Рис. 7).


В клетках прокариот происходит размножение

Рис. 7. Схема образования спор у бактерий (Источник)

Источник: web-dev01.interneturok.ru

В клетках прокариот происходит размножение

Одним из самых важных и обязательных свойств всех живых организмов является способность к размножению. Ведь именно размножение способствует длительному существованию того или иного вида, обеспечивая преемственность между родителями и потомством. Также размножение является самой главной причиной увеличения численности особей определенного вида.

Рассмотрим основные способы размножения прокариот:

Вегетативным или бесполым способом. Это самый распространенный путь размножения таких прокариотических бактерий, как сине-зеленые водоросли. Прокариоты, в отличие от эокариотов, имеют более простую форму размножения.

Размножение путем деления или дробления. При таком виде размножения прокариот, тело их делится на две части, таким образом, происходит удвоение клетки. Каждая разделенная клетка при таком способе размножения представляет собой сформированный и самостоятельный организм. Некоторые виды прокариот, при благоприятных условиях, могут делиться каждые 20 минут.


Размножение с помощью спор.

Почкование. При этом виде размножения клетка, которая отделяется от материнской, намного меньше по размерам. Клетки, которые уже разделились, очень часто остаются вместе, таким образом, образовывая нити и даже сложные структуры.

Конъюгация или половой процесс. Некоторые виды прокариот размножаются именно таким путем. Процесс этот происходит следующим образом: одна клетка передает генетическую информацию другой, но численность особей при этом не увеличивается, просто появляется клетка с такой же генетикой.

Прокариоты растут в геометрической прогрессии, если условия для этого благоприятные. Популяция того или иного вида останавливает свой рост тогда, когда все ресурсы будут захвачены. Затем, из-за того, что они отравляются продуктами своего же обмена, численность их постепенно снижается. Если среда обитания бактерий проточная, скорость их роста будет постоянной и зависеть она будет от количества пищи и от температуры. Поэтому, к примеру, в чистой ключевой воде бактерий нет, так как они в ней просто не успевают размножаться.

Если условия для размножения неблагоприятны, бактерии начинают образовывать споры. В таком виде бактерии становятся очень устойчивыми к высоким температурам, могут вынести даже температуру выше 1000 по Цельсию, они жизнеспособны многие годы. А вот растущие или делящиеся клетки при температуре выше 800 градусов погибают. Есть бактерии, которые называются термофилы, которые обитают исключительно в горячих источниках.

В искусственных условиях бактерии размножаются по 4-м фазам:

  • лаг-фаза;
  • фаза экспоненциального роста;
  • стационарная фаза;
  • фаза отмирания.

В различных лабораториях биологи выращивают прокариоты на поверхностях затвердевшей среды, например, готовят специальный мясной отвар с добавлением желатина. Клетка, которая попадает на поверхность такого желе, делится и образовывает целую колонию (проявляется это в виде пятна определенного цвета), все клетки являются производными одной. Такой способ является очень распространенным для получения микробов «чистой линии».

Источник: mikrobiki.ru

Ключевые вехи развития клеточной теории

Сам термин «клетка» впервые применил в 1665 году Р. Гук («Микрография») при описании структуры пробки.

В 70-е годы 17 века М. Мальпиги и Н. Грю исследовали клеточное строение растений.

В это же время А. Левенгук открыл и описал бактерии – одноклеточные организмы.

Антоний Левенгук


Исследование в 17 и 18 веках носило эпизодический характер, и в связи с несовершенством микроскопов возникало множество ошибочных предположений о клеточном строении.

В 19 веке теория о клеточном строении организмов получила дополнительное подтверждение, что явилось следствием конструктивного усовершенствования оптических микроскопов, в частности использования ахроматических линз.

Ф. Линк и Молднхоуэр на примере растений доказывают, что клетка является обособленной структурой организма, Ф. Мейен описывает клеточный обмен как процесс, самостоятельный для каждой клетки.

Значительный вклад в создание клеточной теории сделал Пуркинье и его ученики. Они проводили исследования животных тканей, в частности тканей человека, и сопоставляли полученные данные с имеющейся информацией по растительным клеткам. Я. Пуркинье первым открыл и описал протоплазму клетки (1825 г.) Однако вывод о гомологии клеток растений и животных в то время сделан не был.

Изучение микробов в лаборатории

Р. Броун в 1831 году впервые описал клеточное ядро и выдвинул предположение, что оно является частью клетки растений.

В 1838 г. немецкие ученые М. Шлейден (ботаник) и Т. Шванн (зоолог) независимо друг от друга пришли к идее, что живой организм (у М. Шлейдена – растение, а у Т. Шванна – животное) состоит из отдельных клеток.

Опираясь на разработки своих предшественников, М. Шлейден и Т. Шванн сформулировали основы клеточной теории (1838-39 гг.) живых организмов – бактерий, растений и животных.

Основные положения теории М. Шлейдена и Т. Шванна

Важнейшее значение в изучении и понимании процессов в живых организмах имели следующие положения выдвинутой теории:

  • все живые организмы состоят из клеток;
  • рост растений и животных происходит в результате размножения клеток.

Значимый вклад в развитие клеточной теории внес (1858 г.) Р. Вирхов, выдвинув положение, что клетка бактерий, растений или животных возникает только из клетки, и других возможностей не существует.

Макет бактерии

Современная теория является развитием положений М. Шлейдена и Т. Шванна, опирающимся на возросшие технические возможности. Она включает в себя следующие ключевые положения о клетке:

  • она является элементарной единицей практически всех живых организмов, исключение составляют неклеточные формы – вирусы;
  • у бактерий, растений и животных они гомологичны (сходны по основным свойствам и отличаются по второстепенным);
  • размножаются путем деления, то есть новые клетки всегда возникают из предыдущих клеточных тканей.

Все живое состоит из клеток. В свете этого постулата ученые не пришли к единому мнению, следует ли считать фаги (вирусы) живыми организмами, ведь основные признаки живого (размножение, обмен веществ и др.) у них отсутствуют и могут проявляться лишь в чужом организме, а сами фаги являются вне ее лишь достаточно сложным химическим соединением.

По своей сути, фаги являются облигатными (не живут вне тела хозяина) паразитами. Они распространены так же широко, как и все другие организмы – воздух, водоемы и суша населены не только ядерными и доядерными формами жизни, но и фагами, которые могут поражать как прокариотов, так и эукариотов.

Строение и внешний вид бактериофага

Фаги являются самой распространенный формой органической материи – в водоемах их содержится огромное количество – в 1 мл воды насчитывается до  единиц фагов.

Известно, что вирусы могут поражать не только бактерии, такие фаги называют бактериофагами, но и всех эукариотов – растения, грибы и животных. Таким образом, роль фагов становится очевидной – они являются важным звеном в механизме регуляции численности всего живого на планете.

Доядерные и ядерные формы жизни

Все живое можно разделить на 2 группы:

  • прокариоты (бактерии и архебактерии);
  • эукариоты (растения и животные).

Прокариоты и эукариоты

Несмотря на общее происхождение, клетки бактерий имеют не так много схожих признаков с растениями и животными, к ним относятся:

  • наличие наружного замкнутого слоя – фосфолипидной мембраны;
  • присутствие наследственного материала – рибосомы и хромосомы.

Строение прокариотических и эукариотических клеток, представленное как сравнительная характеристика, наглядно показано в таблице:

Свойство Доядерные (прокариоты) Ядерные (эукариоты)
Размер 2-10 мкм 10-100 мкм
Форма клетки Для различных видов бактерий характерны свои формы – они могут быть круглыми (кокки), палочковидными или спиралевидной формы (спириллы и вибрионы) Клетка растения имеет фиксированную прямоугольную форму, а для животных характерна неправильная округлая форма
Наличие капсулы Присутствует у отдельных видов; не является характерной чертой прокариотов Отсутствует
Клеточная стенка Присутствует у всех бактерий Характерно наличие у растений и грибов, а у животных отсутствует
Плазматическая мембрана Есть Есть
Ядро клетки Нет Есть
Хромосомы Как таковых хромосом нет; генетический материал содержит нуклеоид – закольцованная спаренная молекула ДНК; линейные молекулы ДНК редко встречаются у прокариотов Нуклеопротеидные структуры ядра эукариотов, являются носителем генетической информации; кариотип – совокупность всех хромосом клетки – является специфическим признаком конкретного вида и не подвержен индивидуальным изменениям
Тип деления Прямое Митоз
Наличие пилей Есть Нет
Органеллы перемещения Есть – жгутики и реснички Есть у всех эукариотов (ундулиподии, закрепленные с помощью кинетосом), кроме грибов

Клеточное строение усложняется от прокариотов к эукариотам. Если организм бактерии состоит из одной клетки, то организмы высших животных, в частности человека, состоят из .

Химический состав

Важной характеристикой живой клетки является ее химический состав.

Клеточное вещество бактерий, растений и животных представляет собой сложный двухфазный коллоид:

  • цитоплазматический матрикс, способный переходить от жидкого до твердого агрегатного состояния;
  • мембранная система, выполняющая роль более жидкой составляющей.

Химический состав бактериальной клетки

Элементарный клеточный состав насчитывает более 70 единиц и в процентном соотношении по убыванию распределяется следующим образом:

  • кислород – 65%;
  • углерод -18%;
  • водород — 10%;
  • азот — 3%;
  • кальций, калий, фосфор, хлор и сера.

Данная группа химических элементов присутствует всегда в значительном количестве и носит название макроэлементов.

Микроэлементы, такие как медь, марганец, селен, кобальт и другие, также являются обязательной частью клетки, но необходимы в малых количествах.

Химические элементы присутствуют не в виде молекул чистого вещества – они образуют различные органические и неорганические соединения, имеющие свою роль в процессе жизнедеятельности организма.

Неорганика организмов

Исключительное значение для жизнедеятельности любой формы – бактерий, растений, грибов или животных – имеет вода.

Строение бактериальной клетки

Это неорганическое соединение является:

  • средой для проведения реакций;
  • растворителем химических веществ;
  • частью механизма выведения продуктов обмена;
  • гарантом стабильного температурного режима прокариотов и эукариотов.
    Кроме воды, в структуре присутствуют минеральные соли, они являются частью клеточной протоплазмы.

Органические соединения

Основными органическими соединениями, участвующими в строении и жизнедеятельности организмов бактерий, растений, грибов и животных, являются углеводы (простые и сложные), липиды, стероиды, белки, АТФ и нуклеиновые кислоты.

Нуклеоид бактериальной клетки

Роль биологических молекул в живых организмах заключается в следующем:

  • углеводы (соединение углерода, водорода и кислорода) являются составной частью мембранных систем и важнейшим энергетическим источником;
  • липиды (соединение спиртов и жирных кислот) играют роль накопителей энергии;
  • стероиды – данные вещества являются гормонами;
  • белки – сложные соединения со значительной молекулярной массой; являются строительным материалом, а также катализаторами, гормонами, токсинами и антителами, вследствие деструкции становятся источниками энергии;
  • АТФ – осуществляет обмен энергии и вещества, является источником энергии для биохимических процессов;
  • нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК – являются носителями генетической информации.

Методы изучения клеточной структуры

В связи с микроскопическими размерами изучение строения клеток стало возможным только с появлением микроскопов.

микроскопический метод

Современная наука использует для исследования цитопроцессов системно-структурные методики, объединяющие микроскопическую технику и цитологические исследования.

Для изучения процессов в клетках бактерий, растений, грибов и животных используются следующие техники микроскопирования:

1. Световая – используются оптические микроскопы, разрешающая способность до 105 крат (проекция на экран); имеет модификации:

  • фазово-контрастная – используются оптические микроскопы для получения изображений прозрачных объектов;
  • ультрафиолетовая и инфракрасная – оптические микроскопы оснащаются флуоресцентными экранами, объекты изучают в УФ- или ИК-частях спектра;
  • люминесцентная – метод основан на появлении люминесценции под воздействием УФ-излучения.

2. Электронная – применение сканирующих электронных микроскопов позволило получить трехмерное изображение клетки, а дополнительное использование замедленной киносъемки дало возможность записать процесс жизнедеятельности самой клетки.

Выращивание бактерий в чашке Петри

 

Цитологические исследования используют цитохимические методы – избирательное окрашивание определенных участков цитоплазмы, а также методики авторадиографии – введение радиоактивных изотопов водорода, фосфора или углерода в клетку и отслеживание их на фотоэмульсиях.

Цитологи способны выделить отдельные компоненты клетки методами дифференциального центрифугирования. Применение при анализе хроматографов позволяет разделить биологические молекулы, а их пространственное расположение определяют методами рентгеноструктурного анализа.

Особенности размножения прокариотов и эукариотов

Сравнительная характеристика процесса пролиферации (размножения) доядерных и ядерных организмов выявляет различные процессы, протекающие при размножении в клетках прокариотов и эукариотов.

Размножение безъядерной клетки осуществляется простым делением на 2 равноценные по размеру и составу части, каждая из которых является носителем одинаковой генетической информации.

Схема деления прокариотической клетки

Эукариотические клетки размножаются по одному из двух механизмов:

  • митоз – непрямое деление, основное для ядерных форм; происходит деление ядра с образованием родительского набора хромосом в каждом из дочерних ядер, далее происходит деление самой клетки;
  • мейоз – деление клетки с уменьшением хромосомного набора вдвое – образуются гаметы, при оплодотворении происходит слияние гамет, новый организм имеет полный набор хромосом.

Независимо от того, является клетка прокариотом или эукариотом, она всегда связана с жизнью. В отсутствии клетки жизни не существует.

Источник: probakterii.ru