Какую функцию в бактериальной клетке выполняют жгутики. Бактериальный жгутик. Лабораторная диагностика подвижности бактерий

Выразительность

Точность

Полнота

Критерий, используемый для оценки отчета об исследовании; конкретно в отношении того, предоставляется ли в отчет вся информация, в которой нуждаются читатели, на понятном им языке

Критерий, используемый для оценки отчета об исследовании; конкретно в отношении того, логична и информационно точна ли аргументация отчета.

(отчет может быть неточным: малоответственная обработка данных, нелогичность аргументации , неумелое построение фраз).

Ясность

Критерий, используемый для оценки отчета; конкретно в отношении того, точна ли фразеология отчета.

Применять простое правило:

Отчет должен быть строго организован:

• определить цель отчета;
• общий набросок главных акцентов;
• расставить акценты в логическом порядке;
• определить предмет исследования.

(убрать жаргон, использовать короткие слова, писать просто и естественно, избегать нечетких определений)

Критерий, используемый для оценки того, насколько живо и непосредственно написан отчет

Структура отчета

1. титульный лист
2. содержание
3. краткий обзор
4. введение
5. основная часть
6. заключительные рекомендации
7. приложение

Большинство бактерий передвигаются при помощи жгутиков . Рассмотреть жгутики можно только в электронном микроскопе . В световом микроскопе без специальных методов обработки отдельные жгутики не видны.

По расположению и числу жгутиков на поверхности клетки бактерии подразделяются:

На монотрихи - имеют один жгутик (например, бактерии родов Caulobacter и Vibrio );

. лофотрихи - имеют на одном или на обоих полюсах клетки пучок жгутиков (например, бактерии родов Pseudomonas , Chromatium );

. амфитрихи - имеют по жгутику на обоих полюсах клетки (например, бактерии рода Spirillum );

. перитрихи - большое количество жгутиков, располагающихся по всей поверхности клетки (например, бактерии вида E.coli и рода Erwinia ) (рис. 1).

Жгутики представляют собой спирально закрученные нити, состоящие из специфического белка флагеллина . Флагеллин построен из субъединиц с относительно малой молекулярной массой. Субъединицы располагаются по спирали вокруг внутреннего свободного пространства. Аминокислотный состав флагеллина у разных видов бактерий может варьировать.

Монотрих Лофотрих

Амфитрих Перитрих

Рисунок 1 - Типы жгутикования у бактерий

Жгутик состоит из трех частей: нити, крюка и базального тельца (рис. 2). С помощью базального тельца, в которое входит центральный стержень и кольца, жгутик закреплен в цитоплазматической мембране и клеточной стенке. Количество колец у грамотрицательных и грамположительных бактерий различно. У грамотрицательных бактерий имеются четыре кольца: L, P, S, M. Из них L и P - наружная пара колец; S и M внутренняя пара колец. L-кольцо закреплено в наружной мембране, P - в пептидогликановом слое клеточной стенки, S - в периплазматическом пространстве, а M - в цитоплазматической мембране. У грамположительных бактерий базальное тельце устроено проще. Оно состоит только из двух колец: S и M, т. е. только из внутренней пары колец, которые размещаются в цитоплазматической мембране и клеточной стенке.

Жгутики бактерий по характеру работы подобны корабельному винту. Если клетка имеет много жгутиков, они при движении собираются в пучок, который образует своеобразный пропеллер. Пучок жгутиков, быстро вращаясь против часовой стрелки, создает силу, заставляющую бактерию двигаться почти по прямой линии. После того как направление вращения жгутиков изменяется, пучок расплетается и клетка останавливается, вместо поступательного движения она начинает хаотически вращаться, ее ориентация изменяется. В тот момент, когда все жгутики бактерии снова начнут синхронно вращаться против часовой стрелки, образовав пропеллер, толкающий бактерию, направление ее поступательного движения будет отличаться от первоначального. Таким способом бактерия может изменять направление своего движения.

Рисунок 2 - Структура жгутика

Так как у грамположительных бактерий наружная пара колец отсутствует, то считают, что для вращения жгутиков необходимо наличие только внутренней пары (кольца S и M). Эти кольца, соединенные с вращающимся стержнем, выступающим наружу, и образуют так называемый электромотор, обеспечивающий движение жгутика (рис. 2). На периферии кольца М находятся белки MotB. Белки MotА встроены в цитоплазматическую мембрану и примыкают к краям колец M и S. Вращающий момент возникает за счет взаимодействия субъединиц белка MotВ с белковыми субъединицами MotА. В белковых субъединицах MotА имеется по два протонных полуканала. Через эти протонные полуканалы переносятся протоны из периплазматического пространства в цитоплазму бактерий (подобно протонному каналу АТФ-синтазы). В результате переноса протонов через белки MotА и MotВ происходит вращение кольца М. Установлено, что один полный оборот кольца М связан с переносом через мембрану около 1000 протонов. Таким образом, в качестве источника энергии для вращения жгутиков используется протондвижущая сила, возникающая в цитоплазматической мембране.

Для подвижных бактерий характерны таксисы , т. е. направленная двигательная реакция в ответ на определенный фактор. В зависимости от природы различают хемотаксис , фототаксис, магнитотаксис и вискозитаксис.

Хемотаксис - движение бактерий относительно источника химического вещества. Для каждого микроорганизма все химические вещества в этом плане могут быть разделены на две группы: инертные и вызывающие таксисы, или эффекторы. Среди эффекторов выделяют: аттрактанты - вещества, которые притягивают бактерии; репелленты - вещества, которые отпугивают бактерии.

Фототаксис - движение к источнику света или от него, свойственное фототрофным бактериям.

Магнитотаксис - способность бактерий передвигаться по силовым линиям магнитного поля Земли или магнита. Выявлен в клетках бактерий, содержащих магнитосомы и распространенных в водных экосистемах разного типа.

У ряда бактерий выявлен вискозитаксис - способность реагировать на изменение вязкости раствора и передвигаться в направлении ее увеличения или уменьшения. За чувствительность бактерий к градиенту концентраций определенных факторов ответственны специфические рецепторы. Рецептор реагирует на эффектор и передает сигнал определенного типа на базальное тельце жгутика.

Ворсинки (или фимбрии)

Ворсинки, или фимбрии , - поверхностные структуры, которые состоят из белка пилина и не выполняют функцию движения. По размерам они короче и тоньше жгутиков. Число фимбрий на поверхности клетки колеблется от 1-2 до нескольких тысяч, их имеют как кокковидные, так и палочковидные бактерии. Различают два типа фимбрий: общие и специфические.

Фимбрии общего типа выполняют функцию прикрепления клетки к поверхности субстрата. Не исключается возможность их участия в поступлении крупномолекулярных соединений в цитоплазму клетки.

Специфические ворсинки - половые пили, обнаруженные у клеток так называемых доноров, т. е. у клеток, содержащих половой фактор (F-плазмиду) или другие донорспецифические плазмиды. Если в клетке бактерий находится половой фактор, то на их поверхности синтезируются одна-две половые F-пили на клетку. Они имеют вид полых белковых трубочек длиной от 0,5 до 10 мкм. F-пили играют определяющую роль в образовании конъюгационных пар при переносе генетического материала от клетки донора в клетку реципиента.

Для передвижения в водной среде некоторые микроорганизмы используют жгутиковидный орган – «жгутик». Этот орган, встроенный в мембрану клетки, позволяет микроорганизму по желанию передвигаться в выбранном им направлении с определённой скоростью.

Мужские половые клетки также используют жгутик для передвижения.

Определенной время учёные знали о жгутиках. Однако, знания об их структурных особенностях, которые появились лишь за последнее десятилетие или около того, явились для них огромным сюрпризом. Было установлено, что жгутик двигается посредством очень сложного «органического двигателя», а не простого вибрирующего механизма, как считалось раньше.

Этот двигатель сформирован по тем же механическим принципам, что и электрический двигатель. В нём есть две главные части: движущаяся часть («ротор») и станционарная часть («статор»).

Бактериальный жгутик отличается от всех органических систем, которые совершают механические движения. Клетка не использует имеющуюся в наличии энергию, сохраняемую в молекулах АТФ. Вместо этого, она имеет специальный энергетический ресурс: микроорганизм использует энергию потока ионов сквозь их внешние мембраны. Внутренняя структура двигателя чрезвычайно сложна. В создании жгутика принимают участие около 240 различных белков. Каждый из них занимает определённое место. Учёные установили, что эти белки проводят сигналы, включающие и выключающие двигатель, формируют соединения, облегчающие движения на атомном уровне, и активизируют другие белки, которые присоединяют жгутик к клеточной мембраны. Моделей, разработанных для резюмирования работы системы, вполне достаточно для описания сложной структуры системы. (1)

Сложной структуры бактериального жгутика самой по себе уже достаточно, чтобы опровергнуть теорию эволюции, поскольку жгутик имеет неснижаемо сложную структуру. Даже если одна единственная молекула этой невероятно сложной структуры исчезнет или повредится, жгутик не будет ни работать, ни представлять пользу для микроорганизма. Жгутик должен идеально работать с самого первого момента его существования. Этот факт ещё раз подчёркивает абсурдность утверждения теории эволюции о «ступенчатом развитии».

Даже у тех созданий, которых эволюционисты считают «простейшими», существует потрясающая структура. Бактериальный жгутик является одним из бесчисленных примеров. Этот микроорганизм передвигается в воде, двигая этим органом на своей оболочке. Когда были изучены внутренняя система этого хорошоизвестного органа, учёные всего мира были удивлены, обнаружив, что микроорганизм имеет чрезвычайно сложный по своему строению электрический двигатель. Этот электрический двигатель, который включает около пятидесяти разнообразных молекулярных субедениц, имеет достаточно замысловатую структуру, что изображено ниже.

Бактериальный жгутик является очевидным доказательством того, что даже предположительно «примитивные» создания имеют необычное строение. По мере того, как человечество всё более постигает детали, становится очевидным, что те организмы, которые учёные 19-го столетия, включая Дарвина, считали простейшими, на самом деле так же сложны, как и другие. Другими словами, с приходом понимания о совершенстве создания, очевидным становится бессмысленность попыток найти сотворению альтернативное объяснение.

Микороорганизм плавает в вязкой жидкой среде, вращая спиралевидными пропеллерами, называемыми жгутиками .

Бактериальный жгутик является наномашиной, состоящей из 25 разнообразных белков, в количестве от нескольких штук до десятков тысяч. Он состоит из собрания этого большого количества белков, каждый из которых в разных частях выполняет определённую функцию, такую как ротация двигателя, изоляция, приводной вал, очерёдность переключения регулятора, универсальная связка, спиралевидный пропеллер, и ротативный усилитель для самосборки.

Жгутиковые протеины синтезируются внутри тела клетки и транспортируются по длинному, узкому центральному каналу в жгутике к его периферическому (внешнему) окончанию, где они с помощью жгутикового наконечника в качестве установочного двигателя, эффективно и самостоятельно могут создавать сложные структуры наноразмером. Вращательный двигатель, диаметр которого всего от 30 до 40 нм, производит вращение жгутика с частотой около 300 Гц и мощностью в 10-16 Вт, с эффективностью преобразования энергии близкой к 100%.

Структурные дизайны и функциональные механизмы, обнаруженные в сложном механизме бактериального жгутика, могут обеспечить человечество множеством новаторских технологий, которые станут основой для будущей нанотехнологии, для которой мы сможем найти много полезных способов применения.(2)

Клетки могут перемещаться при помощи специализированных органоидов, к которым относятся реснички и жгутики. Реснички клеток всегда многочисленны (у простейших их количество исчисляется сотнями и тысячами), а длина составляет 10-15мкм. Жгутиков же чаще всего 1-8, длина их - 20-50мкм.

Строение и функции органоидов движения

Строение ресничек и жгутиков, как у растительных, так и животных клеток сходно. Под электронным микроскопом обнаружено, что реснички и жгутики это немембранные органоиды, состоящие из микротрубочек. Две из них располагаются в центре, а вокруг них по периферии лежат еще 9 пар микротрубочек. Вся эта структура покрыта цитоплазматической мембраной, являющейся продолжением клеточной мембраны.

Жгутики и реснички обеспечивают не только передвижение клеток в пространстве, но и перемещение различных веществ на поверхности клеток, а также попадание пищевых частиц в клетку. У основания ресничек и жгутиков находятся базальные тельца, которые тоже состоят из микротрубочек.

Предполагают, что базальные тельца являются центром формирования микротрубочек жгутиков и ресничек. Базальные тельца, в свою очередь, нередко происходят из клеточного центра.

Большое количество одноклеточных организмов и некоторые клетки многоклеточных не имеют специальных органоидов движения и передвигаются при помощи псевдоподий (ложноножек), которое получило название амебоидного. В основе его лежит движение молекул особых белков, называемых сократимыми.

Особенности движения простейших

Одноклеточные организмы также способны передвигаться (инфузория туфелька, эвглена зеленая, амеба обыкновенная). Для перемещения в толще воды каждая особь наделена специфическими органоидами. У простейших такими органоидами являются реснички, жгутики, ложноножки.

Эвглена зелёная

Эвглена зелёная - представитель простейших из класса жгутиковых. Тело эвглены веретенообразной формы, удлиненное с заостренным концом. Органоиды движения эвглены зеленой представлены жгутиком, который находится на тупом конце. Жгутики - это тонкие выросты тела, число которых варьирует от одного до десятков.

Механизм движения при помощи жгутика отличается у разных видов. В основном это вращение в виде конуса, вершина которого обращена к телу. Перемещение наиболее эффективно при достижении углом вершины конуса 45°. Скорость колеблется в пределах от 10 до 40 оборотов за секунду. Часто наблюдается помимо вращательного движения жгутика, также его волнообразные покачивания.

Такой характер движения свойствен для одножгутиковых видов. У многожгутиковых нередко жгутики располагаются в одной плоскости и не формируют конуса вращения.

Микроскопическое строение жгутиков довольно сложное. Они окружены тонкой оболочкой, которая является продолжением наружного слоя эктоплазмы - пелликулы. Внутреннее пространство жгутика заполнено цитоплазмой и продольно расположенными нитями - фибриллами.

Периферически расположенные фибриллы отвечают за осуществление движения, а центральные выполняют опорную функцию.

Инфузория туфелька

Передвигается инфузория туфелька за счет ресничек, осуществляя ими волнообразные движения. Направляется вперед тупым концом.

Реснички двигаются в одной плоскости и делают прямой удар после полного выпрямления, а возвратный - в выгнутом положении. Удары идут последовательно один за другим с небольшой задержкой. Во время плаванья, инфузория осуществляет вращательные движения вокруг продольной оси.

Перемещается туфелька со скоростью до 2,5мм/c. Направленность меняется за счёт перегибов тела. Если на пути будет преграда, то после столкновения инфузория начинает двигаться в противоположную сторону.

Все реснички инфузорииимеют сходное строение с жгутиками эвглены зеленой. Ресничка у основания образует базальное зерно, которое играет важную роль в механизме движения организма.

У некоторых инфузорий реснички соединяются между собой и таким образом позволяют развить большую скорость.

Инфузории относятся к высокоорганизованным простейшим и свою двигательную активность они осуществляют с помощью сокращений. Форма тела простейшего может меняться, а после возвращаться в прежнее состояние. Быстрые сократительные движения возможны благодаря наличию особых волокон - мионем.

Амеба обыкновенная

Амеба - простейшее довольно крупных размеров (до 0,5мм). Форма тела полиподиальная, обусловлена наличием множественных псевдоподий - это выросты с внутренней циркуляцией цитоплазмы.

У амебы обыкновенной псевдоподии еще называют ложноножками. Направляя ложноножки в разные стороны, амёба развивает скорость в 0,2 мм/минуту.

К органоидам движения простейших не относятся цитоплазма, ядро, вакуоли, рибосомы, лизосомы, ЭПР, Аппарат Гольджи.

Существует большое количество микробов со жгутиками. Жгутики бактерий являются их характерными признаками, и они по этому принципу объединяются в таксономические единицы. Благодаря отросткам эти организмы способны совершать сокращения клетки и таким образом двигаться.

Эти структурные элементы клетки определяют ее подвижность. Чаще всего это тонкие нити, которые берут свое начало еще от цитоплазматической мембраны. Некоторые виды микробов имеют существенно больший жгутик, чем сама клетка-хозяин.

Отростки способны проталкивать клетку в жидкой среде. Строение жгутика таково, что он может быстро перемещать тело-клетку, и при этом она будет преодолевать сравнительно большие расстояния. Движения эти совершаются по принципу пропеллера. Чтобы перемещаться, микробы используют один или несколько отростков.

У некоторых микробов отростки могут быть дополнительным фактором патогенности (болезнетворности). Это можно объяснить с тем, что он способствует приближению патогенного микроорганизма к здоровой клетке.

Из чего состоят жгутики

Эти части микроорганизма представляют собой спирально закрученные нити. Они имеют разную толщину и длину, а также амплитуду витка. Некоторые бактерии с жгутиками имеют сразу несколько разновидностей этих органов.

Состоят эти элементы клетки из специального белка – флагеллина. Он имеет сравнительно небольшую молекулярную массу. Это позволяет субъединицам молекул располагаться по спирали и таким образом составлять строение отростка определенной длины.

Кроме нити, жгут имеет крюк возле поверхности клетки, а также базальное тельце. С помощью такого тельца он надежно закрепляется в клетке.

Что такое ворсинки

Ворсинки иначе называются пили. Они присутствуют в разных организмах. Расположение этих структурных элементов бактериальной клетки различно. Обычно это цилиндры белковой природы, имеющие длину до 1,5 микрометра и диаметр до 1 микрометра. В одном микроорганизме могут быть пили нескольких видов.

Функции этих образований до конца еще не определены. Известно, что отдельные разновидности микробов имеют ворсинки. Наиболее очевидная роль, которую выполняют пили – прикрепление к субстрату и передвижение в среде.

Больше всего данных собрано о кишечных палочках, имеющих ворсинки-пили. Однако существует огромное количество микроскопических организмов, у которых строение ворсинок еще до конца не определено. Во всяком случае, бактериальные пили способствуют эффективному передвижению клеток.

Какие различия имеют жгутиковые микроорганизмы

В зависимости от количества и способа расположения все микроскопические организмы разделяют на такие типы:

1. Монотрихи. Это бактерии с одним жгутиком.
2. Лофотрихи. У этих клеток на конце есть пучок отростков.
3. Перитрихи. Такие микробы имеют много отростков по всей поверхности.
4. Амфитрихи. У этих микроорганизмов двустороннее, или биполярное расположение жгутиков.

Жгутики прокариот

У бактерий-прокариот такие элементы состоят только из одного участка субъединиц флагеллина. Возможно одно- или двустороннее расположение таких элементов. В значительной степени такие части клетки могут определяться различиями жизненного цикла.

У некоторых прокариотических бактерий могут быть пили. Количество этих структурных элементов позволяет бактерии двигаться или прикрепляться к субстрату.

Большинство прокариот имеют отличные приспособления для того, чтобы передвигаться в жидкой среде и тем самым повысить выживаемость при неблагоприятных факторах окружающей среды.

Жгутики эукариот

Жгутики у микроорганизмов-эукариот имеют гораздо большую толщину, а также сложную структуру. В отличие от микроорганизмов-прокариот, эти бактерии со жгутиками могут самостоятельно вращаться. Пили в таких организмах дают им возможность дополнительно прикрепляться к субстрату, а также совершать сложные движения.

У некоторых микроорганизмов жгутики имеют более сложную структуру – в виде микротрубочек. Такая трубочка имеет плотно упакованные нити молекул белка. Они превосходно справляются с движениями в различной среде. Микротрубочки возникли, очевидно, на поздних этапах эволюции микроорганизмов.

Как определить жгутики

Условно жгутики можно определить по прямому и косвенному методу.

Наблюдение бактерии в микроскоп – это прямое обнаружение этих элементов. Чтобы они были более заметными, применяется окрашивание специальными методами. Еще лучше жгутики заметны в электронный микроскоп.

Косвенно бактерии определяются по факту подвижности клетки. Лучше всего это обнаружить при помощи препарата «раздавленная капля», когда предметное стекло накрывается покровным. Часто для того, чтобы отростки были более заметны, искусственно затемняют поле зрения.

Изучение жгутиковых бактерий и их функций позволяет микробиологам находить способы борьбы с болезнетворными микроорганизмами, а также поле для их применения.

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.