ПРОБЛЕМА РОСТА И РАЗМНОЖЕНИЯ БАКТЕРИЙ

НУКЛЕОИД

Бактерий имеют структуры функционально тождественные ядрам клеток эукариот, но при этом эти структуры у бактерий имеют ряд своих особенностей.

· ядра не имеют ядерной оболочки и ДНК находится в непосед. контакте с цитоплазмой

· нет разделения на хромосомы и нить ДНК представляет собой своеобразный аналог хромосомы высших организмов, поэтому она называется Бактериальной хромосомой. В одной клетке может быть несколько копий одной и той же хромосомы.

· У бактерий отсутствуют митоз и мейоз, поэтому ядерный аппарат бактерий называют Бактериальным ядром = нуклеоидом.

В свое время было доказано, что бактериальная хромосома имеет форму замкнутого кольца.(гигантская молекула ДНК с молекулярной массой 1-3*10 в 9 дальтон с различной протяженностью, в зависимости от видовых особенностях микробов. У микоплазм протяженность 0,25мм, у цианобактерий – 3мм(миллиметры!) В клетках прокариот может быть нескольок нуклеоидов и несколько копий хромосом – напр. У одного из вида азотобактер было обнаружено около 40 хромосом в одном нуклеоиде. У Bacillus subtilis от 2х до 9ти хромосом имеется в нескольких нуклеоидах. )

Хромосомы бактерий – высокоупорядоченные компактные структуры = компактные хромосомы бывают 2х типов:

1. Связанные с элементами хромосомы оболочки структуры

2. Свободные

ДНК в обоих находится в суперсприралезованном состоянии, образуя до 40 петель, которые соединены с плотной центральной областью, кот. состоит из РНК. И РНК ответственна за поддержание компактной формы этой структуры.

В свернутых хромосомах обнаруживается белок. В основном этот белок пр.с. РНК-полимераза, но у цианобак. и микоплазм обнаруживаются гистоноподобные белки (но то скорее исключение)

· Кроме того, молекулы ДНК бактерий несет множество отрицательных зарядов, благодаря наличию ионизированных гидроксильных групп фосфатных остатков. Кроме того, нейтрализация зарядов у прокариот осуществляется взаимодействием ДНК с полиаминами(напр. с пермином), а также с катионами 2хвалентного магния. Хромосома бактерий Вегда связана с мембраной, при этом число точек связей может достигать 20 и более.

Связь хромосомы с мембраной непосредственно осуществляется через специфические мембранные белки, либо через рибосомы, которые связаны мембраной.

· Для бактерий характерно тесная связь процессов трансляции и транскрипции.

Полагают, что в центре нуклеоида расположены суперспирализованные петли неактивной в данный момент времени ДНК, а по периферии нуклеоида располагаются деспирализованные петли активной ДНК, которая участвует в синтезе иРНК. Благодаря упорядоченной организации хромосомы возможна репликация ДНК, которая осуществляется полуконсервативным путем и в норме это всегда предшествует делению клетки.

· В отличие от эукариот, не наблюдается существенных изменений в состояний нуклеоида в процессе клеточного цикла. ИСКЛЮЧЕНИЕМ является уплотнение нуклеоида перед спорообразованием.

У некоторых бактерий (внутриклеточных паразитов и симбионтов в первую очередь) например Blattabacterium – симбионт тараканов – был обнаружен иной тип локализации нуклеоида в виде множества мелких ДНК-содержащих участков. Детали изучаются до сих пор.

В бактериальной клетке при этом происходит непрерывный синтез ДНК и примерно от 1 до 3% сухой массы клетки приходится на ДНК.

ПРОБЛЕМА РОСТА И РАЗМНОЖЕНИЯ БАКТЕРИЙ

Рост – это увеличение биомассы клетки. Но не всякое увеличение биомассы клетки можно рассматривать как ее рост

Пример: Азотобактер. у него увеличение биомассы часто происходит за сет ослизнений культуры, анне за счет увеличения размеры клетки.

Правда бактерии в оптимальной среде находятся в состоянии сбалансированного роста - когда удвоение биомассы сопровождается удвоением количества белка, РНК, ДНК. Исходя и з этого рост – согласованное увеличение количества всех химических компонентов клетки.

Рост можно определить как координированную репликацию всех структур, органелл и компонентов клетки микроорганизмов, которое как правило, заканчивается размножением клетки. При этом рост бактерий происходит в рез-те множества взаимосвязанных биохимических реакции осуществляющих биосинтез клеточного материала.

У бактерий различают: индивидуальный рост и рост бактерий в популяциях (!)

Сейчас об индивидуальном росте.

Об этом судят по увеличению размеров отдельных особей, расположенных либо изолированно, либо небольшими группами в тонком слое питательного агара или желатина, либо в препарате Висячей капле. В результате существуют прямые и косвенные измерения размеров бактериальных клеток. Прямые измерения – это измерения размеров клеток с помощью окулярных микрометодов. Косвенные – измерение негативных изображений полученных методов микрофотографий.

Объективные ошибки данных прямых и косвенных методов измерения размеров находятся в пределах 10-15%.

Что можно измерить прямым и косвенным путем:

длину и ширину бактериальной клетки(сферические, цилиндрические, эллипсоидные..)

Для элипсоидных клеток, объем вычисляется так: V= 4/3ab^2

а- половина ширины

b- половина длины бактериальной клетки

Для сферических: V = 4/3nr^3

r – радиус сферической клетки

n = 3,14

Для цилиндрических клеток существуют 2 формулы(т.к. бывают как с плоскими, так и с закругленными концами):

плоские концы V = 2ab^2

закругленные V= 2ab^2 (a+2/3b)

При этом, скорость роста бактерий зависит: от внешних условий и физиологического состояния самой бактериальной клетки.

При постоянных условиях, рост бактериальной клетки осуществляется с постоянной скоростью.

Математически, такой рост выражается в законе органического роста, когда объем растущего тела в момент времени: V = V^c * e^t

V - объем растущего тела

c – константная скорость роста

e – основание натуральных логарифмов

t – время опыта

Подобная функциональная зависимость, в которой независимая переменная (время) входит в формулу в состав показателя степени, именуемого экспонента, и поэтому вся она называется экспоненциальной зависимости.

Рост тела, меняющегося в своих размерах, как экспоненциальная функция времени, называется, экспоненциальным ростом. Экспоненциальный рост происходит с постоянной скоростью C и может происходить только при постоянстве условий культивирования.

При этом, в стационарных бактериальных культурах, свойство питательной среды и физиологическое состояние бактериальных клеток и некоторые другие условия непрерывно меняются, и поэтому скорость роста на самом деле не остается постоянной. Для небольшого промежутка времени(например, между 2мя делениями одной и той же клетки), условия могут считаться постоянными и формула работает.

Рост палочковидных клеток отличается от роста кокковых форм. Палочковидные бактерии растут в направлении длинной оси, и поэтому соотношение между поверхностью клетки и объемом клетки при росте клеток существенно не изменяется, что создает постоянство условий снабжения каждой части растущей клетки питательными веществами и кислородом.

Кокки растут равномерно, но во всех направлениях, при этом увеличиваются размеры радиуса сферических клеток. В этом случае, относительная величина поверхности кокковой клетки падает, т.к. поверхность возрастает пропорционально квадрату радиусов клетки а объем пропорционально его кубу изменяется в процессе роста. И поэтому условия снабжения каждой части шаровидной клетки по мере увеличения его размеров становится все более неблагоприятными и поэтому такой рост бактериальной клетки, присущий кокковым формам, называют угасающим экспоненциальным ростом. При этом, количественная характеристика размеров или объема клеток позволяет судить об интенсивности роста. Понятно, что в промежутках между делениями клеток, бактерии имеют большие размеры, чем сразу после деления.

При росте бактерий в бактериальной популяции одновременно происходят 3 процесса:

1. индивидуальный рост клеток

2. размножение бактерий

3. отмирание клеток

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: