Самостоятельный конспект к НМТ по понятиям из 53 тренировочных заданий: признаки прокариотической клетки, питание и дыхание бактерий, цианобактерии, роль в природе, болезни и профилактика.
Тема 17. Прокариотические организмы
1. Главные признаки прокариот
Прокариоты — одноклеточные организмы, клетки которых не имеют оформленного ядра и мембранных органелл. Их ДНК находится в нуклеоиде, а синтез белка выполняют рибосомы. Плазматическая мембрана, цитоплазма, ДНК и рибосомы есть и у прокариот, и у эукариот.
2. Строение бактериальной клетки
Обязательные части: плазматическая мембрана, цитоплазма, нуклеоид и рибосомы. Большинство бактерий имеет клеточную стенку из муреина (пептидогликана). Дополнительно могут быть капсула, плазмиды, пили и жгутики. Митохондрий, пластид, ЭПС и комплекса Гольджи нет; энергетические процессы проходят на мембране и в цитоплазме.
3. Формы, колонии и движение бактерий
Кокки имеют шаровидную форму, бациллы — палочковидную, вибрионы напоминают запятую, спириллы и спирохеты — извитые формы. Кокки образуют пары, цепочки или гроздевидные скопления. Многие бактерии движутся с помощью жгутиков, а пили преимущественно обеспечивают прикрепление или обмен ДНК.
4. Деление, спорообразование, инцистирование и конъюгация
Бактерии размножаются поперечным бинарным делением. Эндоспора у бактерий — стойкое состояние для переживания неблагоприятных условий, а не способ увеличить число особей. Инцистирование также защищает клетку. При конъюгации клетки временно соединяются и передают ДНК, часто плазмиду; это повышает наследственную изменчивость, но не является размножением.
5. Типы питания прокариот
Автотрофы синтезируют органические вещества из неорганических. Фототрофы используют свет: к ним относятся цианобактерии и пурпурные бактерии. Хемотрофы получают энергию при окислении неорганических веществ: это нитрифицирующие, железо- и серобактерии. Гетеротрофы включают сапротрофов, паразитов, мутуалистов и комменсалов.
6. Аэробы и анаэробы
Аэробы получают энергию при дыхании с участием кислорода. Облигатные анаэробы живут без кислорода; для некоторых он токсичен. Факультативные анаэробы, например кишечная палочка, при наличии кислорода дышат, а без него переходят к брожению или анаэробному обмену. В анаэробных условиях основная порция АТФ может образовываться только в гликолизе.
7. Цианобактерии
Цианобактерии — фотосинтезирующие прокариоты, которые выделяют кислород. У нитчатых форм гетероцисты обеспечивают фиксацию атмосферного азота, а акинеты переживают неблагоприятные условия. Массовое размножение некоторых видов вызывает «цветение» воды; их токсины ухудшают качество воды и вредят экосистемам.
8. Роль бактерий в круговоротах веществ
Сапротрофные бактерии разлагают остатки и возвращают элементы в круговорот. Клубеньковые бактерии фиксируют атмосферный азот в симбиозе с бобовыми. Нитрифицирующие бактерии окисляют аммоний до нитритов и нитратов, денитрифицирующие возвращают азот в атмосферу. Железобактерии окисляют соединения железа и могут участвовать в образовании залежей железной руды.
9. Симбиоз и полезные бактерии
Мутуализм полезен обоим партнёрам: клубеньковые бактерии получают органические вещества от растения и снабжают его соединениями азота. Нормальная микробиота кишечника участвует в защите, пищеварении и синтезе некоторых витаминов, но её состав и вклад зависят от условий. Кишечная палочка может быть обычным обитателем кишечника, хотя отдельные штаммы вызывают болезни.
10. Бактерии в хозяйстве и биотехнологии
Молочнокислые бактерии используют для йогурта, кефира и сыров; уксуснокислые — для получения уксуса. Микроорганизмы производят витамины, аминокислоты, ферменты и лекарственные белки, очищают сточные воды и загрязнённые среды. Важно различать: хлеб и пенициллин получают с помощью грибов, а не бактерий.
11. Болезнетворные бактерии и пути передачи
Бактериальные болезни включают холеру, дифтерию, туберкулёз, коклюш, столбняк и стафилококковые инфекции. Заражение возможно через воду и пищу, воздушно-капельным путём, через повреждённые покровы или контакт. Возбудитель холеры попадает в пищеварительный тракт с загрязнённой водой или пищей; столбнячная палочка — через рану.
12. Ботулизм и безопасность пищи
Ботулизм вызывает не сама пища, а ботулотоксин, который образует Clostridium botulinum в анаэробных условиях. Риск связан с неправильно приготовленными домашними консервами, вяленой или слабосолёной рыбой, колбасами. Вздутые банки и подозрительные продукты нельзя пробовать; домашние заготовки требуют проверенных режимов стерилизации и хранения.
13. Профилактика, вакцины и антибиотики
Вакцины заранее формируют иммунную память и предупреждают отдельные бактериальные заболевания, например дифтерию, коклюш и столбняк. Антибиотики действуют на бактериальные структуры или процессы, но не лечат вирусные инфекции. Их принимают только по назначению, чтобы снизить риск устойчивости. Чистая вода, гигиена, безопасная пища и обработка ран разрывают пути передачи.
14. Как распознавать прокариот в заданиях
Главный признак — отсутствие оформленного ядра и мембранных органелл при наличии рибосом и плазматической мембраны. Спирулина — цианобактерия и прокариот; хлорелла и диатомовые водоросли — эукариоты. Бактериальную клетку можно одновременно рассматривать на клеточном и организменном уровнях, потому что одна клетка является целым организмом.
15. Алгоритм решения заданий НМТ
Сначала найдите диагностический признак: нуклеоид и кольцевая ДНК, рибосомы, муреиновая стенка, отсутствие ядра. Затем определите тип питания, отношение к кислороду или роль организма. Лизоцим расщепляет муреин, поэтому повреждает бактерии; растительная стенка состоит преимущественно из целлюлозы, грибная — из хитина. Не путайте бактерии с вирусами, грибами и одноклеточными эукариотами.
