Органы движения бактерий

Содержание
  1. 2. Бактерии (Bacteria)
  2.   Конструктивный метаболизм           
  3. Энергетический метаболизм          
  4. Размножение бактерий
  5. Генетический аппарат (рис. 5.3)           
  6. Горизонтальный перенос генов          
  7. 6. Клеточная дифференциация          
  8. Образование покоящихся форм
  9. Другие типы морфологически дифференцированных клеток          
  10.  1, 2, 3
  11. Движение бактерий
  12. Сахарный след
  13. Газовые баллоны
  14. В какую сторону плыть?
  15. Микроигра
  16. Движение бактерий: жгутики, фимбрии, пили и другие органоиды
  17. Зачем бактериям перемещаться
  18. Органоиды движения
  19. Способы передвижения бактерий
  20. Пили
  21. Жгутики
  22. Слизь
  23. Газовые вакуоли
  24. Движение микоплазм
  25. Гипотетические способы
  26. Откуда бактерии знают, куда им двигаться
  27. Вопрос-ответ
  28. Как перемещаются бактерии
  29. Способны ли бактерии самостоятельно передвигаться
  30. Что используют почвенные бактерии для передвижения
  31. Участвует ли капсула в перемещении бактерий
  32. Определение движения микроорганизмов
  33. Органоиды движения – строение, характеристики и функции
  34. Жгутики бактерий и архей
  35. Механизм работы ресничек
  36. Псевдоподии и миофибриллы

2. Бактерии (Bacteria)

Органы движения бактерий

    Многие бактерии подвижны. Имеется несколько принципиально различных типов   движения бактерий. Наиболее распространено движение   при помощи жгутиков: одиночных бактерий и бактериальных ассоциаций (роение).

   Частным случаем этого также является движение спирохет,   которые извиваются благодаря аксиальным   нитям, близким по строению к жгутикам, но расположенным   в периплазме. Другим типом движения является скольжение   бактерий, не имеющих жгутиков, по поверхности твёрдых сред.

Его механизм   пока недостаточно изучен, предполагается участие в нём выделения слизи   (проталкивание клетки) и находящихся в клеточной стенке фибриллярных нитей,   вызывающих «бегущую волну» по поверхности клетки.

Наконец, бактерии могут   всплывать и погружаться в жидкости, меняя свою плотность, наполняя газами или   опустошая аэросомы.

Бактерии активно передвигаются в направлении, определяемом теми или иными   раздражителями. Это явление получило название таксис.

  Конструктивный метаболизм           

Рис. 4.1. Pseudomonas fluorescensЗа исключением некоторых специфических моментов биохимические пути, по   которым осуществляется синтез белков, жиров, углеводов и нуклеотидов,   у бактерий схожи с таковыми у других организмов.

Однако по числу возможных   вариантов этих путей и, соответственно, по степени зависимости от поступления   органических веществ извне они различаются.

Часть из них может синтезировать все необходимые им органические молекулы из   неорганических соединений (автотрофы),   другие же требуют готовых органических соединений, которые они способны лишь   трансформировать (гетеротрофы).

[attention type=yellow]

Наибольшей степенью гетеротрофности отличаются внутриклеточные паразиты. Если   при этом они способны существовать на богатых искусственных средах, они   называются факультативными (факультативными иногда также называют паразитов,   способных проделывать весь свой жизненный цикл во внешней среде, без участия   хозяина).

[/attention]

Некоторые облигатные (обязательные) внутриклеточные паразиты утратили   часть путей биосинтеза и получают многие органические вещества, вплоть до АТФ,   из клеток хозяина. Велика степень зависимости от хозяев также многих бактерий-эндосимбионтов.

   Большинство бактерий принадлежит к сапрофитам:   они не питаются непосредственно веществами других организмов, но используют   синтезированные ими органические вещества после их смерти.

Существует также ряд   бактерий, требующих наличия в среде небольшого круга определённых органических   веществ (аминокислот, витаминов),   которых они не могут синтезировать самостоятельно и, наконец, гетеротрофы,   которые нуждаются лишь в одном довольно низкомолекулярном источнике углерода (сахар, спирт, кислота).

Некоторые из   них отличаются высокой специализацией (Bacillus fastidiosus может   использовать только мочевую   кислоту), другие в качестве единственного источника углерода и энергии могут   использовать сотни различных соединений (многие Pseudomonas (рис. 4.1)).

Удовлетворять потребности в азоте бактерии могут как за счёт его   органических соединений (подобно гетеротрофным эукариотам), так и за счёт   молекулярного азота (как и некоторые археи).

Большинство бактерий используют для   синтеза аминокислот и других азотсодержащих органических веществ неорганические   соединения азота: аммиак (поступающий в   клетки в виде ионов аммония), нитриты и нитраты (которые предварительно   восстанавливаются до ионов аммония).

Фосфор они способны   усваивать в виде фосфата, серу — в виде сульфата или реже сульфида.

Энергетический метаболизм          

Способы же получения энергии у бактерий отличаются своеобразием. Существует три вида получения энергии (и все три известны у бактерий): брожение, дыхание и фотосинтез.

Брожение —   серия окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых образуются   нестабильные молекулы, с которых остаток фосфорной кислоты переносится на АДФ с   образованием АТФ (субстратное   фосфорилирование). При этом возможно внутримолекулярное окисление и   восстановление.

Дыхание —   окисление восстановленных соединений с переносом электрона через локализованную   в мембране дыхательную   электронтранспортную цепь, создающую трансмембранный градиент протонов, при   использовании которого синтезируется АТФ (окислительное   фосфорилирование). В то время как эукариоты в конечном итоге почти всегда   “сбрасывают” электрон на кислород (лишь   в редких случаях акцептором электронов могут служить нитраты), бактерии могут   использовать вместо него окисленные органические и минеральные соединения (фумарат, углекислый   газ, сульфат-анион, нитрат- анион и др.; см. анаэробное   дыхание), а вместо окисляемого органического субстрата использовать   минеральный (водород, аммиак, сероводород и др.), что часто бывает сопряжено с автотрофной фиксацией CO2.

Фотосинтез бактерий может быть двух типов — бескислородный,   с использованием бактериохлорофилла (зелёные, пурпурные и гелиобактерии)   и кислородный с использованием хлорофилла (цианобактерии (хлорофилл a), прохлорофиты (a и b)). Цианобактерии (рис.4.

2), глаукоцистофитовые, красные и криптофитовые   водоросли — единственные фотосинтезирующие организмы, содержащие фикобилипротеины.

   У архей встречается бесхлорофилльный фотосинтез с участием бактериородопсина (правда, энергия света используется при этом не для фиксации CO2 , а   непосредственно для синтеза АТФ, так что в строгом смысле это не фотосинтез, а   фотофосфорилирование).

[attention type=red]

Рис. 4.2. ЦианобактерииБактерии, осуществляющие только бескислородный фотосинтез, не имеют фотосистемы   II.

[/attention]

Во-первых, это пурпурные и зелёные нитчатые бактерий, у которых   функционирует только циклический путь переноса электронов, направленный на   создание трансмембранного протонного градиента, за счёт которого синтезируется   АТФ (фотофосфорилирование),   а также восстанавливается НАД(Ф) +, использующийся для ассимиляции   CO 2 . Во-вторых, это зелёные серные и гелиобактерии, имеющие и   циклический, и нециклический транспорт электронов, что делает возможным прямое   восстановление НАД(Ф) +. В качестве донора электрона, заполняющего   «вакансию» в молекуле пигмента в   бескислородном фотосинтезе используются восстановленные соединения серы   (молекулярная, сероводород, сульфит) или молекулярный водород.

В октябре 2008 года в журнале Science появилось сообщение об обнаружении экосистемы, состоящей из   представителей одного единственного ранее неизвестного вида бактерии — Desulforudis   audaxviator, которые получают энергию для своей жизнедеятельности из   химических реакций с участием водорода, образующегося в результате распада   молекул воды под воздействием радиации залегающих вблизи нахождения колонии   бактерий урановых руд.

Размножение бактерий

Рис.5.1.

Электронограммы ультратонких срезов делящихся бактерий: а — стафилококка, делящегося путем образования перегородки деления (указана стрелками), 32 000; б — кишечной палочки — в результате формирования перетяжки деления (указана стрелками); 1 — клеточная стенка, 2 — цитоплазматическая мембрана, 3 — нуклеоид; ´ 22 000. Некоторые бактерии не имеют полового   процесса и размножаются лишь равновеликим   бинарным поперечным делением (рис.5.1) или почкованием.   Для одной группы одноклеточных цианобактерий описано множественное   деление (ряд быстрых последовательных бинарных делений, приводящий к   образованию от 4 до 1024 новых клеток). Для обеспечения необходимой для эволюции   и приспособления к изменчивой окружающей среде пластичности генотипа у них   существуют иные механизмы.

При делении большинство грамположительных   бактерий и нитчатых цианобактерий синтезируют поперечную перегородку от   периферии к центру при участии мезосом.

Грамотрицательные бактерии делятся путём   перетяжки: на месте деления обнаруживается постепенно увеличивающееся   искривление ЦПМ и клеточной стенки внутрь.

При почковании на одном из полюсов   материнской клетки формируется и растёт почка, материнская клетка проявляет   признаки старения и обычно не может дать более 4 дочерних. Почкование имеется у разных групп   бактерий и, предположительно, возникало несколько раз в процессе эволюции.

Рис. 5.2. Половое размножение бактерийУ бактерий наблюдается и половое размножение (рис.5.2), но в самой примитивной форме.   Половое размножение бактерий отличается от полового размножения эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит   слияния клеток.

Однако главнейшее событие полового размножения, а именно обмен   генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот процесс называется   генетической рекомбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора   переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК   донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента.

[attention type=green]

В процессе   замещения ДНК участвуют ферменты,   расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая   содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У   потомства или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков,   вызванное смещением генов.

[/attention]

Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции   и является главным преимуществом полового размножения. Известны 3 способа   получения рекомбинантов. Это — в порядке их открытия — трансформация, конъюгация и трансдукция.

Генетический аппарат (рис. 5.3)           

Рис. 5.3.

Генетический аппарат бактерииГены, необходимые для жизнедеятельности и определяющие видовую специфичность,   расположены у бактерий чаще всего в единственной ковалентно замкнутой молекуле   ДНК — хромосоме (иногда для обозначения бактериальных хромосом, чтобы   подчеркнуть их отличия от эукариотических, используют термин генофор (англ. genophore)). Область, где локализована хромосома, называется нуклеоид и   не окружена мембраной. В связи с этим новосинтезированная мРНК сразу доступна для связывания с   рибосомами, а транскрипция и трансляция сопряжены.

Отдельная клетка может содержать лишь 80 % от суммы генов, имеющихся во всех штаммах её вида   (т. н. «коллективный   геном»).

Помимо хромосомы, в клетках бактерий часто находятся плазмиды —   также замкнутые в кольцо ДНК, способные к независимой репликации.   Они могут быть настолько велики, что становятся неотличимы от хромосомы, но   содержат дополнительные гены, необходимые лишь в специфических условиях.

   Специальные механизмы распределения обеспечивают сохранение плазмиды в дочерних   клетках так что они теряются с частотой менее 10-7 в пересчёте на   клеточный цикл.

Специфичность плазмид может быть весьма разнообразной: от одного   вида-хозяина до плазмиды RP4,   встречающейся почти у всех грамотрицательных бактерий. В них кодируются   механизмы устойчивости к антибиотикам,   разрушения специфических веществ и т. д.

, nif-гены,   необходимые для азотфиксации также находятся в плазмидах. Ген плазмиды может   включаться в хромосому с частотой около 10-4 — 10-7.

В ДНК бактерий, как и в ДНК других организмов, выделяются транспозоны —   мобильные сегменты, способные перемещаться из одной части хромосомы к другой,   или во внехромосомные ДНК (в том числе в другие клетки). В отличии от плазмид,   они неспособны к автономной репликации, и содержат IS-сегменты —   участки, которые кодируют свой перенос внутри клетки. IS-сегмент может выступать   в роли отдельной транспозоны.

Горизонтальный перенос генов          

    У прокариот может происходить частичное объединение геномов. При конъюгации клетка-донор в ходе непосредственного контакта передаёт клетке-реципиенту часть   своего генома (в некоторых случаях весь). Участки ДНК донора могут обмениваться   на гомологичные участки ДНК реципиента. Вероятность такого обмена значима только для бактерий   одного вида.

https://www.youtube.com/watch?v=KKK-ueKi_M0

Аналогично бактериальная клетка может поглощать и свободно находящуюся в   среде ДНК, включая её в свой геном в случае высокой степени гомологии с   собственной ДНК. Данный процесс носит название трансформация.

   В природных условиях протекает обмен генетической информацией при помощи   умеренных фагов (трансдукция).

   Кроме этого, возможен перенос нехромосомных генов при помощи плазмид   определённого типа, кодирующих этот процесс, процесс обмена другими плазмидами и   передачи транспозон.

[attention type=yellow]

При горизонтальном переносе новых генов не образуется (как то имеет место при мутациях), однако   осуществляется создание разных генных сочетаний. Это важно по той причине, что естественный   отбор действует на всю совокупность признаков организма.

[/attention]

_______________________________________________________

6. Клеточная дифференциация          

Рис.6.

1 Формирование эндоспоры спорообразующими бактериями: I – вегетативная клетка; II – инвагинация ЦПМ ; III – образование споровой перегородки (септы); IV – формирование двойной мембранной системы образующейся проспоры; V – сформированная проспора; VI – формирование кортекса; VII – формирование покровов споры; VIII – лизис материнской клетки; IX – свободная зрелая спора; X – прорастание споры Клеточная дифференциация — изменение набора белков (обычно также проявляющееся в изменении морфологии) при неизменном генотипе.            

Образование покоящихся форм

Образование особо устойчивых форм с замедленным метаболизмом, служащих для   сохранения в неблагоприятных условиях и распространения (реже для размножения)   является наиболее распространённым видом дифференциации у бактерий.

Наиболее   устойчивыми из них являются эндоспоры (рис.6.1),   формируемые представителями Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter (образует 7 эндоспор из одной клетки и может размножаться с их помощью) и Heliobacterium.

   Образование этих структур начинается как обычное деление и на первых стадиях   может быть превращено в него некоторыми антибиотиками.

Эндоспоры многих бактерий   способны выдерживать 10-минутное кипячение при 100 °C, высушивание в течение   1000 лет и, по некоторым данным, сохраняются в почвах и горных породах в   жизнеспособном состоянии миллионы лет.

Менее устойчивыми являются экзоспоры, цисты (Azotobacter, скользящие   бактерии и др.), акинеты (цианобактерии) и миксоспоры (миксобактерии).

Другие типы морфологически дифференцированных клеток          

    Актиномицеты и цианобактерии образуют дифференцированные клетки, служащие для   размножения (споры, а также гормогонии и баеоциты соответственно). Необходимо также отметить структуры, подобные бактероидам клубеньковых   бактерий и гетероцистам цианобактерий, служащие для защиты нитрогеназы от воздействия молекулярного кислорода.

 1, 2, 3

А.С.Антоненко

Источник: https://www.wwlife.ru/index.php/component/k2/item/1490-2-bakterii-bacteria

Движение бактерий

Органы движения бактерий

Бактерии — крохотные существа, и многие считают, что они очень просто устроены. Конечно, каждая бактерия — это всего лишь одна клетка, у которой нет отдельных частей тела, вроде ног или рук, нет глаз и носа, нет даже клеточного ядра.

Но каким-то образом бактерии выживают и умудряются процветать с такими, казалось бы, ограниченными размерами и возможностями, да к тому же находить целое множество оригинальных решений для облегчения собственной жизни.

Например, чтобы двигаться — то есть влиять на свое положение в пространстве самостоятельно, а не дожидаясь попутного течения, — бактерии придумывают самые удивительные ухищрения. Конечно, вы уже наверняка слышали о жгутиках бактерий.

А что такое твитчинг? И как можно сдвинуть себя с места с помощью сахаров? Давайте присмотримся к бактериям чуть ближе. И сразу обратим внимание на то, из чего бактерии собирают себе средство передвижения.

Среди подвижных бактерий больше всего тех, кто для движения использует белковые молекулы. Как они их применяют? Многие бактерии синтезируют специальные белки, из которых собирают подвижную ниточку — жгутик (рис. 1).

Жгутик состоит из трех частей — филамента (собственно нити), крюка и базального тела. Каждая из этих частей сложена из белков.

[attention type=red]

У хорошо изученной бактерии — кишечной палочки — белки, образующие филамент, называют флагеллинами и обозначают буквами Flg, Fli, Flh (от латинского слова flagellum — жгутик). Флагеллины складываются в нить, которая с помощью крюка крепится к базальному телу.

[/attention]

Базальное тело — это что-то вроде якоря, который прочно закреплен в клеточной оболочке и может свободно вращаться по часовой стрелке или против. У бактерий может быть один или несколько жгутиков.

Какие виды движения обеспечивает жгутик? Если бактерия находится в жидкой среде, то жгутик помогает ей плыть. Плавание — это самый быстрый способ передвижения.

Причем, бактерия может неплохо управлять своим движением, меняя направление вращения базального тела: вращение базального тела по часовой стрелке толкает клетку в направлении от жгутика, а биения против часовой стрелки тянут клетку вслед за жгутиком.

А теперь представьте размахивание жгутиками на твердой поверхности, смоченной жидкостью. Бактерии будут не плыть, а расползаться в одной плоскости. Такое движение называется роением. Роение чаще бывает у бактерий, живущих в крупных колониях, — подвижные бактерии, находящиеся с краю, пытаются отодвинуться как можно дальше и основать свои собственные колонии.

Рисунок 2. Движение с помощью подтягивания к месту прикрепления пили.

Бактерии могут также создавать более короткие и просто устроенные нити, чем жгутики, — пили. Клетка может с помощью пили прикрепиться к чему-нибудь твердому, а потом подтянуться к месту крепления, разбирая эту нить, начиная от места крепления пили к клетке (рис. 2).

Можно сказать, что клетка перемещается рывками. Подобный способ движения у одной клетки называется твитчинг (англ. twitch — дергать, тащить).

А если так действует несколько скрепленных друг с другом бактерий, то они дружно скользят по твердой поверхности.

В оболочках клетки могут быть разнообразные белковые комплексы, например, обхватывающие клетку кольца из белков. Эти кольца крутятся, как гусеницы у гусеничного трактора, и помогают бактерии скользить по твердой поверхности. Такой способ подвижности есть у бактерии Flavobacterium johnsoniae.

[attention type=green]

У других бактерий есть белки, расположенные вдоль всей поверхности клетки. Эти белки создают продольные волны, и бактерия извивается и плывет в водной толще или скользит на твердом субстрате.

[/attention]

Очень многие микроорганизмы способны двигаться, но вот конкретный механизм или набор из нескольких механизмов у каждой специфичен. Поэтому, например, и говорят, что такое строение жгутика характерно для кишечной палочки, а у другой бактерии, тоже плывущей с помощью жгутика, все может быть устроено иначе — и ученые исследуют каждую бактерию по отдельности.

Как вы, наверное, заметили, пока что описанные способы движения позволяли бактерии плыть или скользить в зависимости от того, где она находится, — в жидкости или на твердой поверхности. Но скольжение может быть и единственным доступным способом передвижения.

Сахарный след

Многие бактерии выделяют наружу сахара. Смешиваясь с водой, сахара образуют слизь. Слизь облегчает движение клеток по твердой поверхности при использовании жгутиков.

Однако и сама слизь может быть источником движения. Представьте себе, что вы надуваете воздушный шарик. Внезапно шар вырывается из ваших рук и улетает под силой струи воздуха, резко выходящей из шарика. Подобным образом могут толкать себя и бактерии.

Бактерии вида Oscillatoria princeps (рис. 3, слева) живут, объединяясь в длинные нити. Хотя каждая клетка представляет собой самостоятельный организм, они соединены вместе внешней прозрачной капсулой, которая тоже производится из сахаров.

На клетках возле места их соединения друг с другом есть контактные поры, расположенные под углом к поверхности нити (рис. 3, справа). Часть из них повернута к одному концу нити, другая половина к другому.

Слизь подается в одном направлении и поступает в канал, образованный из белков на поверхности клеток.

Канал оборачивается вокруг клеток по спирали, текущая по нему слизь запускает вращение клеток, и вся нить скользит по твердой поверхности, подобно штопору — такой способ движения называется «подвижность с помощью реактивной струи».

Выделение сахаров из специальных пор или биение жгутиков — это активные способы передвижения клетки. Бактерия взаимодействует с окружающей средой и активно отталкивается от воды или твердой поверхности. Но существует и пассивная подвижность, когда изменения внутри клетки приводят к ее перемещению благодаря внешним силам, например, току воды.

Газовые баллоны

Бактерии могут изменять свою плавучесть, накапливая внутри атмосферный воздух.

Воздух все время диффундирует в толщу воды, а бактерии могут специально отбирать и накапливать молекулы разных газов в специальном баллоне, сложенном из белка.

Таким образом клетка меняет свою плотность, начинает весить меньше и всплывает, выталкиваемая архимедовой силой. Если бактерии затем нужно погрузиться обратно, она может избавиться от воздуха или накопить внутри себя тяжелые сахара.

В какую сторону плыть?

Чтобы оказаться в самых подходящих для себя условиях, многие бактерии передвигаются не случайным образом, а целенаправленно, приближаясь к какому-нибудь приятному для себя объекту (например, еде или свету) или отплывая как можно дальше от неприятного (например, молекул, выделяемых другими бактериями).

Такое целенаправленное движение называется таксисом. Чтобы распознавать сигналы из внешнего мира, бактерия синтезирует специальные белки — рецепторы, которые располагаются у нее на поверхности. Каждый вид рецепторов реагирует на свой стимул — молекулы еды, свет и так далее.

Обнаружив свой стимул, рецептор передает сигнал о нем внутрь клетки.

Но сигнал, передаваемый рецептором, говорит только о том, что желанный объект есть где-то рядом, но не сообщает, с какой именно стороны от бактерии он находится. И чтобы найти еду, бактерии приходится хитрить. Почуяв пищу, бактерия плывет несколько миллисекунд с помощью жгутика в случайном направлении.

Если во время движения сигнал ослабевает, бактерия резко останавливается, вновь делает поворот и пробует плыть в другую сторону. Если в этот раз сигнал от пищи усиливается, то бактерия проплывает в эту сторону большее расстояние. Таким образом, почти что играя в «горячо-холодно», бактерия достигает цели (рис.

 4).

Рисунок 4. Движение бактерии в направлении привлекающей ее пищи.

Если у клетки нет жгутика, то двигаться целенаправленно ей куда труднее. Но и тут можно что-то придумать. Например, газовые баллоны внутри клетки смещают бактерию вверх и вниз, то приближая ее к поверхности водоема, кислороду и свету, то погружая на дно.

Микроигра

Попробуйте расшифровать четыре слова, связанных с микробиологией, прослеживая движение бактерий к еде.

Каждая бактерия начинает двигаться от буквы, на которую указывает исходящая от бактерии стрелка. Затем бактерия меняет направление движения, согласно маленькой черной стрелочке у буквы.

Если бактерия приближается к еде (красная точка), то она проплывает три клеточки (по горизонтали, вертикали или диагонали напрямую), снова поворачивает согласно направлению стрелки на этой клеточке и так далее.

[attention type=yellow]

Если бактерия плывет в противоположную от еды сторону, она сдвигается только на одну клеточку. Если движение скорее нейтрально, то бактерия проплывает две клеточки.

[/attention]

Все ли из найденных слов вам знакомы?

Источник: https://biomolecula.ru/articles/dvizhenie-bakterii

Движение бактерий: жгутики, фимбрии, пили и другие органоиды

Органы движения бактерий

Движение бактерий (таксис) осуществляется с помощью сокращений, выделяемой слизи, газовых вакуолей, жгутиков или других отростков на поверхности тела.

В зависимости от способа передвижения различают плавание, катание по слизи, изгибание, дрожание и кувыркание.

Направленность перемещения определяется действием химических веществ, света и кислорода, изменением концентрации раствора, температурными показателями.

Зачем бактериям перемещаться

Передвигаясь, прокариоты имеют возможность добираться до питательных веществ и других привлекательных вещей, без которых невозможна их жизнедеятельность. Также эта способность помогает им избегать опасности.

Перемещаясь, бактерии попадают в нужные им условия и избегают неблагоприятных.

Двигаясь в сторону источника питания или в противоположном направлении от репеллента (репеллентом называют вещество или явление, «отпугивающее» бактерию), микроорганизмы совершают серию прямолинейных движений.

Движения чередуются с остановкой и переориентацией в зависимости от концентрации привлекающего и отпугивающего вещества. Таким способом прокариоты получают возможность добраться до конечной точки назначения, без учета направления движения среды и других тормозящих факторов.

В нормальной (изотропной) среде целенаправленное движение бактерий отсутствует, а длина прямолинейных отрезков перемещения остается примерно одинаковой.

Органоиды движения

Бактерии осуществляют движение с помощью:

  • жгутиков;
  • ворсинок;
  • выделяемой слизи;
  • сокращения и распрямления клетки;
  • механизма отталкивания в момент резкого выброса порции слизи;
  • газовых вакуолей.

Органеллы движения бактерий различаются строением, количеством и расположением, определяя этим способ и скорость перемещения микроорганизма.

Способы передвижения бактерий

Различают несколько типов движения бактерий.

  1. Скольжение, характерное для миксобактерий, цитофагов и микоплазм. Скорость передвижения невысока – от 2 до 11 мкм/с.
  2. Вращение, присущее спирохетам. Они передвигаются с высокой скоростью благодаря собственным колебаниям.
  3. Перемещение с помощью жгутиков и ворсинок.

Еще один способ таксиса, или направленного перемещения, обусловлен внешними факторами:

  • хемотаксис — за счет присутствия химических реагентов или питательных веществ;
  • фототаксис — в зависимости от света;
  • аэротаксис — под влиянием кислорода;
  • магнитотаксис — в зависимости от присутствия молекул железа;
  • вискозитаксис — за счет изменения концентрации или вязкости раствора.

Пили

Органы движения бактерий, называемые пилями, представляют собой цилиндры. Они образованы молекулами белка – пилина. Их толщина составляет от 8.5 до 9.5 нм, а длина не превышает 1 мкм.

Такие ворсинки обеспечивают не только передвижение бактерий, но прикрепление их к живым клеткам макроорганизмов или питательным субстратам. Это происходит за счет адгезинов, покрывающих поверхность пилей полностью или частично.

Пили имеют различное строение и расположение, покрывая равномерно всю поверхность тела бактерий или концентрируясь на полюсах. Они обуславливают не только движение бактерий, но служат для передачи наследственной информации, отвечают за их выживаемость и адаптацию при изменении условий среды обитания.

Жгутики

Наиболее быстрое перемещение бактерий в пространстве может осуществляться при помощи жгутиков, образованных протеином флагеллином. Эти органоиды представляют собой тонкие спиралевидные структуры, состоящие из спиральной нити и базального тела, соединенных между собой крюком. Крепление к мембране и клеточной стенке осуществляется при помощи парных дисков.

Перемещение микроорганизмов вперед происходит благодаря вращению жгутиков против часовой стрелки, а назад — по ее ходу.

Данный механизм основан на способности бактериальных клеток преобразовывать электрохимическую энергию в механическую, используя разницу между концентрацией заряженных частиц на внешней и внутренней оболочке мембраны. Коэффициент полезного действия при этом настолько высок, что на вращение жгутика тратится лишь 0.1% общей энергии, расходуемой на поддержание всех процессов жизнедеятельности.

Классификация прокариотов по количеству и локализации жгутиков:

  • монотрихи, имеющие 1 жгутик;
  • перитрихи — жгутики равномерно распределены по всей поверхности стенки бактерий;
  • лофотрихи — сосредоточение множества жгутиков на одном конце бактериальной клетки;
  • амфитрихи — наличие одиночных жгутиков или их скопления на обоих полюсах.

Эта характеристика определяет направленность перемещения:

  • прямолинейное — лофо- и монотрихи;
  • беспорядочное движение (кувыркание) — перитрихи.

Повреждение клеточной стенки приводит к параличу жгутиков и потере микроорганизмами способности передвигаться. При этом бактерия остается живой.

У некоторых извитых форм бактерий сильно изгибающиеся движения происходят за счет оставшихся моторов жгутиков, утративших свои белковые нити. Еще один вариант – своеобразные «конвейерные ленты» под внутренней оболочкой клетки, по которым двигаются белки внешней мембраны.

Слизь

Безжгутиковые формы бактерий передвигаются с помощью скользящих движений. На полюсах этих прокариотов имеется около 200 структур, секретирующих слизь. Она выделяется через многочисленные поры клетки в направлении, противоположном ее перемещению.

Газовые вакуоли

Органоидами передвижения некоторых бактерий являются газовые вакуоли (аэросомы). Это газовые полости, расположенные внутри клетки. Они состоят из многочисленных продолговатых пузырьков, заключенных в защитную белковую оболочку.

Функция газовых вакуолей — обеспечение подвижности микроорганизмов в водной среде, возможность изменять глубину погружения.

Такой способ передвижения отмечен у некоторых почвенных бактерий, передвигающихся вверх и вниз по многочисленным капиллярам.

При увеличении аэросом происходит автоматическое снижение плотности бактериальной клетки, за счет чего происходит подъем на поверхность. Для обратного погружения микроорганизм избавляется от лишнего воздуха или начинает быстро накапливать тяжелые сахара.

Но при попадании в область высокого давления вакуоли быстро разрушаются, утрачивая способность к восстановлению.

Движение микоплазм

Среди микоплазм встречаются неподвижные формы, а также бактерии, характеристика движений которых носит скользящий тип при помощи выбрасывания порции слизи.

Для осуществления роения некоторые микоплазмы используют специфические пили. Чередование их сокращений и удлинений позволяет совершать медленные движения в пределах колонии.

Гипотетические способы

В микробиологии существуют гипотезы относительно некоторых способов движения бактерий. Одна из них — теория «бегущей волны». Согласно ей, на поверхности клетки во время вращения фибрилл, расположенных под наружной мембраной клеточной стенки, образуются движущиеся выпуклости. С их помощью микроорганизм отталкивается от твердого субстрата.

Откуда бактерии знают, куда им двигаться

Направленные движения бактерий определяются наличием в окружающей среде аттрактантов или репеллентов. Их распознавание происходит с помощью многочисленных белковых рецепторов, располагающихся на поверхности клеточных мембран. Каждая группа рецепторов реагирует на конкретный раздражитель, передавая сигнал о его наличии внутрь клетки.

Вместе с другими организмами, получившими аналогичный сигнал, прокариот начинает двигаться короткими прямолинейными отрезками. Но из-за столкновений с окружающими частицами такое движение в одном направлении длится не более 3 секунд. Затем оно может кардинально перенаправиться в противоположную сторону.

Не сбиться с пути прокариотам помогает механизм изменения вращения жгутиков. Вращаясь по часовой стрелке, микроорганизм останавливается и кувыркается с растопыренными в разные стороны жгутиками.

В этот момент он измеряет концентрацию необходимого вещества, меняет направление вращения, возвращается к прямолинейному движению.

[attention type=red]

Такая схема позволяет не сбиться с правильного направления среди большого количества бактерий и быстро достигнуть намеченной цели.

[/attention]

С помощью лабораторных исследований установлено, что длина отрезков пути увеличивается в зависимости от приближенности к объекту. За минуту прокариот может преодолеть расстояние, превышающее размеры его тела в 300-3000 раз. На этот показатель влияет вязкость среды, температура, концентрация аттрактанта и некоторые другие факторы.

Вопрос-ответ

Ученики часто сталкиваются с вопросами о передвижении бактерий на лабораторных работах и во время тестирования.

Как перемещаются бактерии

Прокариоты перемещаются с помощью жгутиков, ворсинок, слизи, газовых вакуолей, реактивных сокращений, волнообразных, сгибательных, вращательных движений и роения.

Способны ли бактерии самостоятельно передвигаться

У подвижных форм прокариотов существуют органеллы движения, позволяющие им передвигаться в определенном направлении. Для неподвижных микроорганизмов характерно броуновское движение.

Что используют почвенные бактерии для передвижения

Органами движения бактерий на твердом субстрате являются жгутики, пили и слизь, выделяемая по принципу «реактивной струи» в противоположном направлении относительно перемещения микроорганизма. В почвенных капиллярах прокариоты могут подниматься и опускаться благодаря газовым вакуолям.

Участвует ли капсула в перемещении бактерий

Нет. Капсула выполняет защитную функцию.

Определение движения микроорганизмов

Направленность движения (таксиса) прокариот определяется наличием привлекающих или отталкивающих внешних факторов, в качестве которых выступают питательные вещества, кислород, свет, молекулы железа, консистенция раствора и другие.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Источник: https://probakterii.ru/prokaryotes/vital-functions/dvizhenie-mikroorganizmov.html

Органоиды движения – строение, характеристики и функции

Органы движения бактерий

Органоиды движения содержатся в растительных и животных клетках, входящих в состав многоклеточных организмов. Структура этих органелл формируется из молекул белков и фосфолипидов. Их средний размер составляет 0,25—100 мкм. В таблице перечислены основные особенности органоидов движения.

Наименование органоида движения Строение Функции органоидов движения Название одноклеточного организма
Жгутики Цитоплазматические наросты, расположенные на поверхности мембраны Передвижение клеток Жгутиковые инфузории
Реснички Тонкие выросты на эластичной структуре клетки Очистка органов от пыли Ресничные инфузории
Псевдоподии (ложноножки) Выступы в цитоплазме клетки Питание и передвижение организма Саркодовые
Миофибриллы Нити малой толщины Сокращение мышц Корненожки

В человеческом организме присутствует большое количество ресничек и жгутиков. Они предназначены для очищения легких, защиты эпителия и стабильного функционирования репродуктивной системы. Принцип работы этих органоидов движения заключается в установлении прочных связей с клеточной мембраной.

Жгутики бактерий и архей

Жгутик — органоид движения эукариотов, обеспечивающий передвижение клеточных организмов в жидкой среде. Они содержатся в протистах, зооспорах и половых клетках. Эти органеллы представляют собой небольшие наросты, окруженные эластичной пленкой. Жгутики имеют цитоскелет, где осуществляется процесс гидролиза АТФ. Второстепенные функции жгутиков:

  • формирование биологических пленок;
  • обеспечение контакта клеточных организмов с субстратами;
  • облегчение проникания симбиотических бактерий в клетки;
  • включение защитных механизмов иммунной системы;
  • предотвращение заражения клетки инфекционными вирусами.

Жгутик эукариотических клеток представляет собой комплексный структурный элемент. Он включает в себя 9 пар микротрубочек, соединенных нексиновыми мостиками. Между ними присутствует переходная зона эксонемы. В центральной части жгутика располагается ось с центриолями. На следующем рисунке описано строение органоида в разрезе.

80% бактерий состоят из жгутиков. Они находятся на противоположных полюсах клеточного организма. Отличительной чертой жгутиков бактерий является их расположение в клетке. Они вмонтированы в оболочку клеточного организма.

Вращение жгутика осуществляется при помощи энергии, получаемой при гидролизе АТФ. Органоид перемещается по часовой стрелке. Частотный диапазон вращения органеллы составляет от 200 до 1850 Гц.

Бактериальный жгутик состоит из следующих компонентов:

  1. Филамент. Представляет собой нитевидную структуру. Длина этого компонента составляет не более 14 мкм. Нить располагается за пределами цитоплазмы.
  2. Базальное тело. Представлено в виде муреинового чехла, окруженного мембранной оболочкой. Оно состоит из системы секреции и мотора.
  3. Крюк. Гибкий элемент, соединенный с филаментом и базальным телом. Его длина составляет 55 нм.

Основным рабочим элементом жгутика бактерий является филамент. Этот компонент объединяет несколько тысяч субъединиц фосфолипидов и белка. При вращении органоида филамент приобретает форму спирали, закрученной в левую сторону.

Базальное тело бактериального жгутика состоит из следующих частей:

  • оси клеточного центра;
  • L-кольца;
  • P-кольца;
  • MS-кольца;
  • ротора;
  • C-кольца.

Для определения характера передвижения жгутика требуется знать количество ресурсов, поставляемых основными компонентами базального тела.

Жгутики архей состоят из археллума, включающего в себя 7—13 различных генов. Структура этого органоида формируется едиными оперонами. Функцией жгутиков архей является перемещение клеточных организмов во влажной среде, но они не принимают участия в формировании биологических пленок.

Механизм работы ресничек

Реснички представляют собой тонкие органеллы в форме волоса. Находясь в неподвижном состоянии, эти органоиды выполняют роль рецепторов. Поверхность ресничек покрыта плотной цитоплазматической мембраной. В состав органеллы входит большое количество микротрубочек. В центральной части ресничек расположено базальтовое тело с центриолями.

В микротрубочках присутствуют белковые структуры, обеспечивающие стабильное скольжение ресничек. Во время передвижения органоиды совершают удары. Они предназначены для деполяризации клеточной мембраны. Характер и направление ударов зависят от процентного содержания ионов кальция в структуре ресничек.

Псевдоподии и миофибриллы

Псевдоподии представляют собой цитоплазматические выросты без плотной клеточной оболочки. В школьных учебниках эти органеллы также могут называться ложноножками. Псевдоподии сдержат простейшие организмы:

  • амебы;
  • арцеллы;
  • фораминиферы.

Ложноножки предназначены для всасывания питательных веществ. Также к их функциям относится перемещение клеточных организмов. Скорость движения клеток составляет не более 0,2 мм/мин. Во время перемещения псевдоподии закрепляются в субстрате и захватывают частицы пищи. В результате этого процесса формируется пищеварительная вакуоль.

Миофибриллы представляют собой органоиды, состоящие из тонких белковых филаментов. Они располагаются в мышечном волокне и не имеют клеточной оболочки. Миофибриллы окружены саркоплазматическим ретикулумом, состоящим из саркомеров. Связь этих органелл с мышцами обеспечивается при помощи белковых нитей.

Миофибриллы обеспечивают стабильное сокращение мышечных волокон. При воздействии нервных импульсов эти органоиды начинают уменьшаться.

В результате сокращения числа органоидов образуется энергия, определяющая силу мышцы. Во время силовых тренировок количество миофибрилл увеличивается. Этот процесс называется гипертрофией.

Большие органоиды начинают делиться на несколько маленьких, иначе мышцы не смогут получать достаточное количество энергии.

После травмирования мышечных волокон число миофибрилл уменьшается. Этот процесс ускоряется при наличии гипса, фиксирующего мышцы в определенном положении. Это обусловлено разрушением саркомеров. В результате сокращения количества миофибрилл мышцы получают меньше энергии.

Источник: https://nauka.club/biologiya/organoidy-dvizheniya.html

Лечимся дома
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: