Вирус -

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..2
1. Понятие вируса…………………………………………………………....5
2. Геометрическая форма вирусов………………………………………….7
3. Расположение вирусов в пространстве………………………………. 12
4. Рост численности вирусов…………………………………………...….14
5.Симметрия вирусов в природе……………………………….………….15
6.Понятие бактерии………………………………………………………...18
7.Геометрическая форма бактерий………………………………………..19
8. Расположение бактерий в пространстве……………………………….21
9.Рост численности бактерий……………………………………………...22
10.Симметрия бактерий в природе………………………………………..22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….24
Список литературы…………………………………………………………25
1
«Организм - некая независимая
единица интегрированных и
взаимосвязанных структур и
функций»
ВВЕДЕНИЕ
Во все времена вопросы, связанные с бактериями и вирусами
являлись, и будут являться актуальными благодаря их морфологическим
признакам.
Целью данной работы является изучение общих положений о вирусах
и бактериях.
Проблема происхождения вирусов - это, по существу проблема
независимости генетических элементов в репродуктивном и эволюционном
отношении. Основные вопросы здесь касаются того, насколько длинный путь
прошли вирусы в своей независимой эволюции и в какой точке разошлись
пути эволюционного развития вирусов и тех генетических элементов,
которые мы находим в настоящее время в клетках.
Проблема происхождения вирусов включает:
1) вопрос об отношении между вирусами и клеточными компонентами;
2) вопрос о происхождении клеточных компонентов;
3) вопрос о родстве между различными генами вирусов.
Вирусы найдены везде, где есть жизнь, и, вероятно, вирусы
существуют с момента появления первых живых клеток. Происхождение
вирусов неясно, поскольку они не оставляют каких бы то ни было
ископаемых останков и их родственные связи можно изучать только
методами молекулярной филогенетики.
Довольно
широко
распространено
представление
о
“монофилетическом” происхождении клетки - о том, что набор ее генов, то
2
есть геном создавался в результате дифференциации одного исходного
самовоспроизводящегося элемента, копии которого иногда не разделялись и
благодаря мутациям приобрели различные формы и функции. Из таких групп
генов должны были, затем образоваться хромосомы, ибо наличие какого-то
организованного
механизма,
обеспечивающего
равное
распределение
генетического материала, дает большое преимущество - помогает сохранять
благоприятные комбинации генов.
Все теории происхождения вирусов сводятся к рассмотрению
различных возможностей слияния двух или большего числа генетических
элементов и образования из них функционирующей генетической системы.
Клетка, зараженная вирулентным вирусом и обреченная на быструю гибель,
представляет собой функциональную систему, чья конечная судьба - полная
дезинтеграция - это лишь побочный результат главного события, а именно
генетической
и
биохимической
интеграции
вирусных
и
клеточных
механизмов. Слияние может приводить к длительной интеграции клетки с
вирусом, которая сохраняется в течение нескольких клеточных генераций,
иногда даже при половом процессе.
Эволюция
механизмов,
реализующих
передачу
генетического
материала, могла привести к превращению отдельных генов и групп генов в
плазмиды и вирусы.
Из
всех
живых
существ,
быть
может,
именно
для
вирусов
монофилетическое происхождение наименее вероятно, ибо вирусы всегда
реплицируются в окружении больших количеств невирусных нуклеиновых
кислот, способных включаться в их геном.
Вирус может быть и регрессировавшим паразитом, и фрагментом
клеточного генома, ставшим инфекционным, в зависимости от того, какую
фазу его эволюционной истории мы наблюдаем. В различное время он может
быть и тем и другим. Подобно тому, как изучение структуры и размножения
вирусов, в конце концов, всегда приводит нас к клетке как системе, в которой
имеют место проявления жизни, так и проблема происхождения вирусов
3
возвращает нас к вопросу о происхождении клеток как интегрированного
целого.
Вирус - это, по существу, часть клетки. Мы считаем вирусами те
компоненты клетки, которые достаточно независимы для того, чтобы
передаваться другим клеткам, и сравниваем их с другими клеточными
компонентами, более прочно связанными со всей системой. И именно эти
свойства вирусов делают их бесценными для биологов, предоставляя им
уникальную возможность наблюдать в относительно изолированном виде
активные детерминанты биологической специфичности - по истине те
кирпичики, из которых построено все живое.
Бактерии
одноклеточных
-
широко
распространённая
в
природе
группа
микроорганизмов с примитивной формой клеточной
организации (примитивным ядром и безъядерной оболочкой). Многие
бактерии не являются врагами нашего организма. Сравнительно небольшая
часть бактерий является возбудителями инфекционных заболеваний.
Интенсивное изучение биологических свойств бактерий и их роли в
биосфере началось в середине 19 в., когда появились работы французского
учёного Л. Пастера, немецкого учёного Р. Коха и английского учёного Д.
Листера. Они(вирусы) не используют солнечную энергию в процессе обмена
веществ, а получают энергию в результате химических превращений
неорганических или органических соединений, имеющихся в среде их
обитания. Бактерии широко распространены в природе: их находят в почве,
в воде, в растениях, в организме человека и животных. Они могут
существовать в самых разных условиях, часто неблагоприятных для жизни
других организмов. Бактерии играют огромную роль в формировании
биосферы, в поддержании жизни на нашей планеты, участвуя в круговороте
энергии и веществ в природе. Среди бактерий имеется относительно
небольшое видов, способных вызывать болезни человека, животных и
растений. Потенциальная способность бактерий вызывать инфекционные
заболевания называется болезнетворностью, или патогенностью. Некоторые
4
бактерии являются условно патогенными, так как их болезнетворность
зависит от ряда условий, в первую очередь от сопротивляемости организма,
в котором эти бактерии находятся.
1. ПОНЯТИЕ ВИРУСА
Вирус — неклеточный инфекционный агент, который может
воспроизводиться только внутри живых клеток. Вирусы поражают все
типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей (вирусы
бактерий обычно называют бактериофагами). Обнаружены также вирусы,
поражающие другие вирусы (вирусы-сателлиты).
Слово
«вирус»
образовано
от
латинского
virus —
«яд».
Для
обозначения агента, способного вызывать инфекционную болезнь, оно
впервые было применено в 1728 до открытия вирусов Дмитрием Ивановским
в 1892 году. Термин «вирион» (множественное число — «вирионы»),
создание которого датируется 1959 годом применяется для обозначения
единичной стабильной вирусной частицы, покинувшей клетку и полностью
способной инфицировать другие клетки того же типа.
5
Вирусы
представляют
собой
как
форму
жизни
так
и
являются комплексами органических молекул, взаимодействующими с
живыми организмами. Вирусы характеризуют как «организмы на границе
живого». Вирусы похожи на живые организмы в том, что они имеют свой
набор генов и эволюционируют путём естественного отбора, а также в том,
что
способны
размножаться,
создавая
собственные
копии
путём
«самосборки».
Вирусные
частицы
(вирионы)
компонентов: генетического
например мимивирусы,
состоят
материала в
имеют
оба
из
двух
или
трёх
виде ДНК или РНК(некоторые,
типа
молекул); белковой оболочки
(капсида), защищающей эти молекулы, и, в некоторых случаях, —
дополнительных липидных оболочек,
однако
они
лишены
клеточного
строения, а именно эту черту обычно рассматривают как фундаментальное
свойство живой
материи.
Наличие
вирусоподобных
инфекционных
капсида
нуклеиновых
отличает
вирусы
кислот — вироидов.
от
В
зависимости от того, каким типом нуклеиновой кислоты представлен
генетический
материал,
выделяют ДНК-содержащие
вирусы и РНК-
содержащие вирусы. Форма вирусов варьирует от простой спиральной и
икосаэдрической до более сложных структур. Размеры среднего вируса
составляют около одной сотой размеров средней бактерии. Большинство
вирусов слишком малы, чтобы быть отчётливо различимыми под световым
микроскопом.
У
вирусов
нет
собственного обмена
веществ,
и
для
синтеза
собственных молекул им необходима клетка-хозяин (являются облигатными
паразитами). По этой причине они не способны размножаться вне клетки
Вне клетки вирусные частицы не проявляют признаки живого и ведут себя
как
частицы биополимеров.
От
живых
организмов,
являющихся
внутриклеточными паразитами, вирусы отличаются полным отсутствием
основного и энергетического обмена и отсутствием сложнейшего элемента
живых систем — аппарата трансляции (синтеза белка), степень сложности
6
которого превышает таковую самих вирусов. Общепризнанные формы жизни
размножаются делением клетки, в то время как вирусные частицы
самопроизвольно собираются в инфицированной клетке.
Появление вирусов на эволюционном древе жизни неясно: некоторые
из них могли образоваться из плазмид, небольших молекул ДНК, способных
передаваться от одной клетки к другой, в то время как другие могли
произойти
от
бактерий.
В
эволюции
вирусы
являются
важным
средством горизонтального переноса генов, обусловливающего генетическое
разнообразие.
Опубликованные в 2013 году данные о том, что некоторые
бактериофаги обладают собственной иммунной системой, способной к
адаптации, являются дополнительным доводом в пользу определения вируса
как формы жизни.
2. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ФОРМА ВИРУСОВ
Вирусы демонстрируют огромное разнообразие форм и размеров. Как
правило, вирусы значительно мельче бактерий. Большинство изученных
-9
-7
вирусов имеют диаметр в пределах от 2*10 до 3*10 м. Некоторые
-7
филовирусы имеют длину до 14*10 м, но их диаметр составляет лишь 80 нм.
Большинство вирионов невозможно увидеть в световой микроскоп, поэтому
используют электронные — как сканирующие, так ипросвечивающие. Чтобы
вирусы
резко
выделялись
электронноплотные
растворы солей тяжёлых
на
окружающем
«красители».
Они
металлов,
таких
фоне,
применяют
представляют
каквольфрам,
собой
которые
рассеивают электроны на покрытой ими поверхности. Однако обработка
такими веществами ухудшает видимость мелких деталей. В случае
негативного контрастирования «окрашивается» только фон.
Зрелая
вирусная
нуклеиновой
кислоты,
частица,
известная
покрытой
как
защитной
7
вирион,
белковой
состоит
из
оболочкой —
капсидом. Капсид складывается
из
одинаковых
белковых
субъединиц,
называемыхкапсомерами. Вирусы могут также иметь липидную оболочку
поверх капсида (суперкапсид), образованную из мембраны клетки-хозяина.
Капсид состоит из белков, кодируемых вирусным геномом, а его форма
лежит в основе классификации вирусов по морфологическому признаку[70][71].
Сложноорганизованные вирусы, кроме того, кодируют специальные белки,
помогающие в сборке капсида. Комплексы белков и нуклеиновых кислот
известны как нуклеопротеины, а комплекс белков вирусного капсида с
вирусной нуклеиновой кислотой называется нуклеокапсидом. Форму капсида
и вириона в целом можно механически (физически) исследовать при
помощи сканирующего атомно-силового микроскопа.
Примеры структур икосаэдрических вирионов:
А. Вирус, не имеющий липидной оболочки (например,пикорнавирус).
B. Оболочечный вирус (например, герпесвирус).
Цифрами обозначены: (1) капсид, (2) геномная нуклеиновая кислота, (3) капсомер, (4)
нуклеокапсид, (5) вирион, (6) липидная оболочка, (7) мембранные белки оболочки
8
Классифицируют четыре морфологических типа капсидов вирусов:
спиральный, икосаэдрический, продолговатый и комплексный.
Спиральный - эти капсиды состоят из одного типа капсомеров,
уложенных по спирали вокруг центральной оси. В центре этой структуры
может находится центральная полость или канал. Такая организация
капсомеров приводит к формированию палочковидных и нитевидных
вирионов: они могут быть короткими и очень плотными или длинными и
очень
гибкими.
Генетический
материал,
как
правило,
представлен
одноцепочечной РНК (в некоторых случаях одноцепочечной ДНК) и
удерживается в белковой спирали ионными взаимодействиями между
отрицательными зарядами на нуклеиновых кислотах и положительными
зарядами на белках. В целом, длина спирального капсида зависит от длины
окружённой им нуклеиновой кислоты, а диаметр определяется размером и
расположением капсомеров. Примером спирального вируса может служить
вирус табачной мозаики.
Вирус с капсомером типа гексон. Эта иллюстрация показывает, что вирусный
капсид может быть выстроен из множественных копий всего лишь двух белков.
Данная форма может быть представлена в виде математического описания
n
функциональной зависимости F(x)=∑ n(y+k), где n- число копий белков, y и k –
виды белков.
1
9
Большинство
вирусов
животных
имеют икосаэдрическую или
почти шарообразную форму с икосаэдрической симметрией. Правильный
икосаэдр является оптимальной формой для закрытого капсида, сложенного
из одинаковых субъединиц. Минимальное необходимое число одинаковых
капсомеров — 12, каждый капсомер состоит из пяти идентичных
n
субъединиц(т.е математически может быть представлено как F=∑5n,
min=12,n-максимальное число капсомеров)
12
Многие вирусы, такие как ротавирус, имеют более двенадцати
капсомеров
и
выглядят
круглыми,
но
сохраняют
икосаэдрическую
симметрию. Капсомеры, находящиеся в вершинах, окружены пятью другими
капсомерами и называются пентонами. Капсомеры треугольных граней
имеют 6 соседей-капсомеров и называются гексонами. Гексоны, по существу,
являются плоскими, а пентоны, образущие 12 вершин, — изогнутыми. Один
и тот же белок может выступать субъединицей и пентомеров, и гексамеров,
или же они могут состоять из различных белков.
Продолговатыми называют икосаэдрические капсиды, вытянутые
вдоль оси симметрии пятого порядка. Такая форма характерна для
головок бактериофагов. Может быть описана в виде различной
функциональной зависимости(к примеру, прямой : F(x)=ny )
Форма комплексных капсидов ни чисто спиральная, ни чисто
икосаэдрическая. Они могут нести дополнительные наружные структуры,
такие как белковые хвосты или сложные наружные стенки. Некоторые
бактериофаги, такие как фаг Т4, имеют комплексный капсид, состоящий из
икосаэдрической головки, соединённой со спиральным хвостом, который
может иметь шестигранное основание с отходящими от него хвостовыми
белковыми нитями. Этот хвост действует наподобие молекулярного шприца,
прикрепляясь к клетке-хозяину и затем впрыскивая в неё генетический
материал вируса.
10
Вирус герпеса, окружённый липидной оболочкой (суперкапсидом)
Некоторые вирусы окружают себя дополнительной оболочкой из
модифицированной клеточной мембраны (плазматической или внутренней,
такой
как
ядерная
ретикулума).
Этот
суперкапсидом.
мембрана
или
дополнительный
Липидная
оболочка
мембрана эндоплазматического
билипидный
вируса
слой
испещрена
называется
белками,
кодируемыми вирусными геномом и геномом хозяина; сама же мембрана, а
также любые её углеводные компоненты происходят целиком из клеткихозяина. Таким образом формируют свою оболочку вирус гриппа и ВИЧ.
Инфекционность большинства вирусов, имеющих оболочку, зависит именно
от этой оболочки.
Поксвирусы представляют
собой
крупные
сложноорганизованные
вирусы с необычной морфологией. Генетический материал вируса связан с
белками в центральной дисковидной структуре, известной как нуклеоид.
Нуклеоид окружён мембраной и двумя боковыми телами неизвестной
функции. Вирус имеет наружную оболочку с большим количеством белков
на её поверхности. Весь вирион слегка плейоморфен (то есть способен
изменять форму и размер в зависимости от условий) и может принимать
форму от овальной
до
блоковидной. Мимивирус является
одним из
крупнейших описанных вирусов и имеет икосаэдрический капсид диаметром
11
-7
4—5* 10 м. Белковые филаменты, отходящие от поверхности вириона,
достигают 100 нм в длину. В 2011 году исследователи обнаружили ещё более
крупный
вирус
на океаническом
дне вблизи
побережья Чили.
Вирус,
которому было дано временное название Megavirus chilensis, можно увидеть
даже в обычный оптический микроскоп.
3. РАСПОЛОЖЕНИЕ ВИРУСОВ В ПРОСТРАНСТВЕ
Вирусы найдены везде, где есть жизнь. Вирусы обнаружены почти в
каждой экосистеме на Земле, являясь самой многочисленной биологической
формой, и по этому показателю они превосходят все организмы, вместе
взятые. Они поражают все формы клеточных организмов, включая
животных, растения, бактерии и грибы. Тем не менее различные типы
вирусов могут поражать только ограниченный круг хозяев, многие вирусы
видоспецифичны. Некоторые, как, например, вирус оспы, могут поражать
только один вид — людей, в подобных случаях говорят, что вирус имеет
узкий
диапазон
хозяев.
Напротив,
вирус бешенства может
поражать
различные виды млекопитающих, то есть он имеет широкий диапазон хозяев.
Вирусы растений безвредны для животных, а большинство вирусов
животных
безопасны
для
человека.
Диапазон
хозяев
некоторых
бактериофагов ограничивается одним штаммом бактерий, и они могут
использоваться
для
определения
штаммов,
вызывающих
инфекционных заболеваний методом фагового типирования.
12
вспышки
3. РОСТ ЧИСЛЕННОСТИ ВИРУСОВ
Вирусы
демонстрируют
огромное
количество
вариантов
организации генома; в этом смысле они более разнообразны, чем растения,
животные, археи и бактерии. Существуют миллионы различных типов
вирусов, но только примерно 5000 из них были детально описаны
Вирусы не размножаются клеточным делением, поскольку не имеют
клеточного строения. Вместо этого они используют ресурсы клетки - хозяина
для образования множественных копий самих себя, и их сборка происходит
внутри клетки.
Вирус
осповакцины
умеет
заражать
клетки
быстрее,
чем
распространяются многие другие вирусы. Он не пытается попасть в клетки,
которые уже заражены, а сразу ведет поиск новой мишени. Как передает
Infox, осповакцина - это поксвирус, который имеет массивный геном,
представленный двухцепочечной ДНК. Осповакцина использовалась для
профилактики натуральной оспы и активной вакцинации.
Классически вирусы проникают в клетку, после чего размножаются в
ней, а затем инфицируют новую клетку. При этом скорость заражения
организма оказывается в зависимости от того, с какой скоростью вирус
воспроизводится в каждой отдельной клетке. Однако осповакцина способна
распространяться значительно быстрее. Вирусологи из Королевского
колледжа Лондона пришли к выводу, что реальная скорость распространения
осповакцины в четыре раза выше теоретической.
«Более 50 лет думали, что вирусы распространяются, повторяя
процессы инфицирования, копирования, освобождения и нового заражения.
Таким образом, скорость распространения по сути представляла собой
скорость самовоспроизведения вируса. Однако мои коллеги открыли новый
механизм
распространения,
который
не
ограничивается
скоростью
репликации вируса», - заявил ведущий автор исследования профессор
Джеффри Смит.
13
Использовав видеомикроскопию, ученые увидели, что вирус научился
избегать клеток, которые уже заражены. Это позволяет ему находить новые
мишени как можно скорее. Когда вирион осповакцины поражает клетку, он
оставляет два вирусных белка на ее поверхности. Они заставляют клетку
выставлять белковые змеевидные «хвосты», которые «отгоняют» следующие
вирусы к новым мишеням. Они перескакивают на новые клетки, даже не
касаясь поверхности уже зараженных.
«Это эффективно говорит новым вирусным частицам, пытающимся
заразить клетку: «Я уже заражена, нет никакого смысла идти сюда, вам
нужно идти в другое место». И вирусы физически отражаются, пока не
находят незараженную клетку, не воспроизводясь в каждой клетке на своем
пути», - сообщил Смит.
Исследователи полагают, что описанный механизм используют многие
вирусы, например, вирус герпеса. Он также заражает клетки быстрее, чем
можно было бы ожидать.
«Способность вирусов быстро распространяться зачастую играет
ключевую роль в их способности вызывать болезнь. Поэтому понимание
того, как вирусы распространяются, зачастую ключевое для предотвращения
болезни», - пояснил Смит.
Вирусы распространяются многими способами: вирусы растений часто
передаются
от
растительными
растения
соками,
к
к
растению насекомыми,
примеру, тлями;
вирусы
питающимися
животных
могут
распространяться кровососущими насекомыми, такие организмы известны
как переносчики. Вирус
гриппа распространяется
воздушно-капельным
путём прикашле и чихании. Норовирус и ротавирус, обычно вызывающие
вирусные гастроэнтериты,
передаются
фекально-оральным
путём
при
контакте с заражённой пищей или водой. ВИЧ является одним из нескольких
вирусов, передающихся половым путём и при переливании заражённой
крови. Каждый вирус имеет определённую специфичность к хозяевам,
14
определяющуюся типами клеток, которые он может инфицировать. Круг
хозяев может быть узок или, если вирус поражает многие виды, широк[10].
У животных вирусные инфекции вызывают иммунный ответ, который
чаще всего приводит к уничтожению болезнетворного вируса. Иммунный
ответ также можно вызватьвакцинами, дающими активный приобретённый
иммунитет против конкретной вирусной инфекции. Однако некоторым
вирусам, в том числе и возбудителям СПИДа ивирусных гепатитов, удаётся
ускользнуть от иммунного ответа, вызывая хроническую
болезнь. Антибиотики не действуют на вирусы, однако было разработано
несколько противовирусных препаратов.
5. СИММЕТРИЯ ВИРУСОВ
С симметрией мы встречаемся везде – в природе, технике, искусстве,
науке. Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю
человеческого творчества. Принципы симметрии играют важную роль в
биологии.
Законы
природы,
управляющие
неисчерпаемой
в
своём
многообразии картиной явлений, в свою очередь, подчиняются принципам
симметрии. Существует множество видов симметрии как в растительном, так
и в животном мире, но при всем многообразии живых организмов, принцип
симметрии
действует
всегда,
и
этот
факт
еще
раз
подчеркивает
гармоничность нашего мира.
Симметрия лежит в основе вещей и явлений, выражая нечто общее,
свойственное
разным
объектам,
тогда
как
асимметрия
связана
индивидуальным воплощением этого общего в конкретном объекте.
15
с
ПРИ ИКОСАЭДРИЧЕСКОМ ТИПЕ СИММЕТРИИ (показанной на
схеме строения аденовируса), капсомеры, или белковые субъединицы вируса,
образуют изометрический белковый чехол, состоящий из 20 правильных
треугольников.
Вирионы со спиральным типом симметрии, как у вируса табачной
мозаики, имеют форму удлиненного цилиндра; внутри белкового чехла,
состоящего из отдельных субъединиц - капсомеров, находится свернутая
спираль нуклеиновой кислоты (РНК). Вирионы с икосаэдрическим типом
симметрии (от греч. eikosi - двадцать, hedra - поверхность), как у
полиовируса, имеют сферическую, а точнее, многогранную форму; их
капсиды построены из 20 правильных треугольных фасеток (поверхностей) и
похожи на геодезический купол.
16
В СЛУЧАЕ СПИРАЛЬНОЙ СИММЕТРИИ, показанной на схеме
строения вируса табачной мозаики, капсомеры, или субъединицы вируса,
формируют спираль вокруг полой трубчатой сердцевины. (Может быть
описана формулой F(x)= a*Ln(y/n) +e*b*ln(z/k), где a и b –коэффициенты
сторон спирали, e- экспанента к росту спирали,
Ln(y/n ) и Ln(z/k) –
логарифмическая зависимость изменения спирали.)
У отдельных бактериофагов (вирусов бактерий; фагов) смешанный тип
симметрии. У т.н. "хвостатых" фагов головка имеет вид сферического
капсида; от нее отходит длинный трубчатый отросток - "хвост".
КОМБИНИРОВАННАЯ, или смешанная, симметрия у вирусов может
быть представлена разными вариантами. Частица бактериофага, показанная
на схеме, имеет "головку" правильной геометрической формы и "хвост" со
спиральной симметрией.
Встречаются вирусы с еще более сложным строением. Вирионы
поксвирусов (вирусы группы оспы) не имеют правильного, типичного
17
капсида: между сердцевиной и наружной оболочкой у них располагаются
трубчатые и мембранные структуры. (Можно представить в виде
n
комбинированной прогрессии K= ∑(a/n+ b/n
+…m/n)
1
6.ПОНЯТИЕ БАКТЕРИИ
Бактерии — это микроскопически малые организмы не имеющие
ограниченного оболочкой ядра.
Способность бактерий вызывать различные заболевания называется –
патогенностью. Некоторые виды бактерий своими выделениями вызывают
отравление организма. К ним относятся – холерные, чумные, тифозные,
туберкулёзные и иные бактерии.
Среди бактерий выделяют сапрофиты — бактерии, использующие для
питания готовые органические вещества мертвых организмов или продукты
жизнедеятельности животных и растений. Паразиты — живут за счет
питательных веществ других организмов, в теле которых они обитают. К ним
относятся все болезнетворные бактерии. Другие гетеротрофные бактерии
получают энергию путем кислородного или бескислородного окисления
органических
соединений
(молочнокислые
бактерии, метанообразующие).
18
бактерии,
маслянокислые
Автотрофных бактерий подрааделяют на фототрофов, для которых
источником энергии служит солнечный свет, и хемотрофов, использующих
для синтеза собственных органических соединений энергию реакций
окисления или восстановления неорганических молекул
7.ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ФОРМА БАКТЕРИИ
По форме и особенностям объединения клеток различают несколько
морфологических групп настоящих бактерий: кокки, имеющие
шарообразную форму; стрептококки образованы кокками, объединенными в
цепочки; стафилококки — скопления кокков в виде виноградной грозди;
бациллы, иди палочки, — вытянутые по форме клеток бактерии; вибрионы
— дугообразно изогнутые бактерии; спириллы — бактерии с вытянутой
шпорообразно извитой формой и т. д.
Схема строения бактериальной клетки: 1 — клеточная стенка, 2— наружная
цитоплазматическая мембрана, 3— кольцевая молекула ДНК, 4 — рибосомы, 5 —
включения, 6 —мезосома (запас мембраны).
На поверхности некоторых клеток бактерий заметны разного рода
жгутики и ворсинки. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии
передвигаются.
19
Жгутики
состоят
из
одинаковых
сферических
субъединиц
белка флагеллина, которые расположены по спирали и образуют полный
-8
цилиндр диаметром около 1-2*10 м. Несмотря на волнистую форму
жгутиков, они довольно жестки. Жгутики
приводятся
в движение
посредством уникального механизма. Основание жгутика, по-видимому,
вращается так, что жгутик как бы ввинчивается в среду, не совершая
беспорядочных биений, и таким образом продвигает клетку вперед. Другая
интересная особенность жгутиков – это способность отдельных субъединиц
флагеллина спонтанно собираться в растворе в спиральные нити. Спонтанная
самосборка - очень важное свойство многих сложных биологических
структур.
В
данном
случае
самосборка
целиком
обусловлена
аминокислотной последовательностью (первичной структурой) флагеллина.
Некоторые бактерии перемещаются, выбрасывая слизь. Клеточная
стенка прочная, у многих бактерий сверху окружена слоем слизи,
образующим
капсулу,
защищающую
воздействий.
Капсула
представляет
организм
собой
от
неблагоприятных
относительно
толстое
и
компактное образование, а слизистый слой намного рыхлее.В цитоплазме
бактерий иногда заметны включения запасных питательных веществ.
Бактерии способны в неблагоприятных условиях образовывать споры.
Клеточная стенка придает клетке определенную форму и жесткость.
Как и у растений, клеточная стенка бактерий препятствует осмотическому
набуханию и зазрыву клеток, когда они, как это часто случается, попадают в
гипотоническую. Вода, другие малые молекулы и разные ионы легко
проникают через крошечные поры в клеточной стенке, но через них не
проходят крупные молекулы белков и нуклеиновых кислот. Кроме того,
клеточная стенка обладает антигенными свойствами, которые ей придают
содержащиеся в ней белки и полисахариды.
На клеточной стенке некоторых грамотрицательных бактерий видны
тонкие выросты (палочковидные белковые выступы), которые называются
20
пили или фимбрии. Они короче и тоньше жгутиков и служат для
прикрепления клеток друг к другу или к какой-нибудь поверхности,
придавая специфическую «липкость» тем штаммам, которые ими обладают.
ДНК бактерий представлена одиночными кольцевыми молекулами
6
длиной около 1 мм. Каждая такая молекула состоит примерно из 5*10 пар
нуклеотидов. Суммарное содержание ДНК (геном) в бактериальной клетке
намного меньше .В среднем ДНК содержит несколько тысяч генов, что
примерно в 500 раз меньше, чем в клетке человека.
Некоторые
бактерии
(в
основном
принадлежащие
к
роду Clostridium или Bacillius)образуют эндоспоры, т.е. споры, находящиеся
внутри клетки. Эндоспоры – толстостенные долгоживущие образования,
крайне устойчивые к нагреванию и коротковолновому излучению. Они поразному располагаются внутри клетки, что служит очень важным
признаком для идентификации и систематики таких бактерий (рис. 4). Если
покоящаяся, устойчивая структура образуется из целой клетки, то она
называется цистой. Цисты образуют некоторые виды Azotobacter.
8. РАСПОЛОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ В ПРОСТРАНСТВЕ
Бактерии, являясь «повелителями живого царства» по
своему
распространению, обнаружены абсолютно везде: на покровах живых
организмов, внутри живых организмов, в самых глубочайших и на самых
высочайших местах Земли, в воздухе - в каждой экосистеме на Земле,
являются
самой многочисленной биологической формой, превзошедшие
даже вирусы.
21
9. РОСТ ЧИСЛЕННОСТИ БАКТЕРИЙ
Размножаются бактерии делением, либо на две особи, либо на
несколько особей. Скорость деления бактерии такова, что одна бактерия, за
6
24 часа, даёт свыше 16*10 потомков. В зависимости от формы бактерии
существуют и их виды. Например, такие бактерии как «КОККИ» - это
бактерии шаровидной формы. Они могут объединяться в группы и
образовывать диблококки – это уже целые пары. Стрептококки – это
цепочки. Стафилококки – это целые грозди. Все они очень опасные бактерии.
Если их не убирать вовремя, то это отягощает состояние здоровья, и мы с
вами подвергаясь иногда даже страшным заболеваниям не подозреваем, что
причиной всему бактерии КОККИ.
Есть ещё бактерии в виде палочек, мы называем их бациллами. Есть
бактерии в виде запятой, спиралевидные бактерии, например Хеликобактер
Пулори. И есть ещё грибки. Грибки относятся к низшим растениям. В
основном грибки ведут паразитическое существование, тоесть – находят
готовые питательные материалы в нашем человеческом организме.
Есть ещё самые простейшие одноклеточные микроорганизмы, которые
3
относятся к низшим животным – это более 3,5*10 простейших, которые
являются паразитами. Попадая в организм, например дизентерийная амёба,
или малярийный паразит, могут вызвать тяжелейшее заболевание, и даже
смерть.
10.СИММЕТРИЯ БАКТЕРИЙ В ПРИРОДЕ
Как уже было сказано: «симметрия лежит в основе вещей и явлений,
выражая нечто общее, свойственное разным объектам, тогда как асимметрия
связана с индивидуальным воплощением этого общего в конкретном
22
объекте». Бактерии, в своем разнообразном строении очень удивительные,
так как в отношении симметрии встречаются бактерии :
• с поворотной симметрией (если он совмещается сам с собой при
повороте на угол ψ=2/n, где n может равняться 2, 3, 4 и т.д. до
бесконечности);
• с переносной симметрией (о такой симметрии говорят тогда, когда
при переносе фигуры вдоль прямой на какое-то расстояние а либо
расстояние, кратное этой величине, она совмещается сама с собой.Можно
описать равенством дифференциальных уравнений с некоторым условием:
f(x)dx=f(y)dy , где x’=dx/dy , y’=dy/dx));
• с зеркальной (состоящие из двух половин, которые являются
зеркальными двойниками по отношению друг к другу(Можно описать
функциональной зависимостью f(x)=f(y), где каждому значению переменной
x соответствует два противоположных по знаку значений y или наоборот,
каждому значению переменной y соответствуют два противоположных по
знаку значения x , f(x)=y и f(y)=x);
• с симметрией подобия представляют собой своеобразные аналоги
предыдущих симметрий с той лишь разницей, что они связаны с
одновременным уменьшением или увеличением подобных частей фигуры и
расстояний между ними (к примеру, с поворотной симметрией угол будет
равен ψ=m*k*2/n, где m - коэффициент увеличения или уменьшения, kзначение расстояния между фигурами(коэффициент k может задаваться
различными отношениями в зависимости от изменяющихся положений););
• с калибровочной симметрией (связанные с изменением масштаба ( к
примеру, в переносной симметрии уже будет t*f(x)dx = t*f(y)dy , где tкоэффициент масштаба)).
С.Н.Виноградский, заложивший основы общей микробиологии и
изучения роли бактерий в природе, писал : «Бактерии – это нечто
удивительное. Нечто, с чем сталкивается человек каждое мгновение своей
жизни, но не придает этому никакого значения, что, собственно говоря, меня
23
тревожит, так как именно бактерии являются основоположниками жизни.
Это «нечто» является настолько удивительным, что в своем разнообразии
симметрии оно доминирует надо всем живым.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В наше время вопросам изучения вирусов и бактерий уделяется
достаточное
количество
времени.
Изучением
данных
форм
жизни
занимались с давних времен, каждый раз обнаруживая нечто новое,
удивительное. Каждый год появляются новые формы вирусов, что со
значительной серьезностью заставляет лучших специалистов мира все
тщательней рассматривать эту давно открытую форму жизни.
Каждый вирус - это организм со своими собственными процессами
онтогенеза и морфогенеза, а также со своим филогенетическим прошлым.
Однако циклы развития разных вирусов, если их рассматривать в широком
плане, имеют ряд общих черт. После
происходит ряд событий, ведущих к
прикрепления вируса в
освобождению
клетке
вирусного
генетического материала внутри клетки. Размножение вирусных геномов
идет путем репликации генетического материала, т.е. ДНК или РНК.
Большинство РНК-содержащих вирусов размножаются путем образования
копий РНК без участия промежуточных ДНК-матриц, что приводит к
быстрому увеличению числа новых «клеток» вирусов. Вирус является самой
многочисленной биологической формой после бактерий.
Бактерии являются «повелителями живого мира» по численности.
Большинство бактерий гетеротрофы. Бактерии очень разнообразны и в
отношении симметрии.
Вирусы и бактерии играют важную роль как в естественном отборе
организмов, в процессе эволюции живого мира, так и в повседневной жизни
человека.
24
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Богданова Т.Л.. Биология. Задания и упражнения. Пособие для
поступающих в ВУЗы. – М.,1991;
2.Голубев Д.Б., Солоухин В.З. Размышления и споры о вирусах. – М.:
Молодая гвардия, 1989;
3.Майер В., Кенда М. Невидимый мир вирусов. – М.: Мир, 1991;
4.Черкес Ф.К., Богоявленская Л.Б., Бельская Н.А. Микробиология. – М.:
Медицина, 1987.
5.Гусев М. В., Минеева Л. А. Микробиология. — М.: Изд-во МГУ, 2004. —
448 с.
6.Заварзин Г. А. Лекции по природоведческой микробиологии / Отв. ред. Н.
Н. Колотилова; Ин-т микробиологии. — М.: Наука, 2003. — 348 с. —
ISBN 5-02-006454-8.
7.Современная микробиология. Прокариоты: В 2-х томах / Под ред. Й.
Ленглера, Г. Древса, Г. Шлегеля.. — М.: Мир, 2005. — ISBN ISBN 5-03003706-3
8.И. Тер-Григорян «Воскрешение бактерий». Газета.ру, 9.08.2007.
9.Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. В 3 т. — 3 изд. — М.: Мир, 2004.
10.Герхардт Ф. Методы общей бактериологии. В 3 т. — М.: Мир, 1983.
11.Вирусология. Под редакцией Филдса Б., Найта Д., тт. 1-3, М., 1989
12. «Общая биология» С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров
11.www.wikipedia.org
25