Боринская С.А. Прокариоты

ЖИВОТНЫЕ
РАСТЕНИЯ
Цветковые
Звери
Птицы
Рептилии
Амфибии
Рыбы
Голосеменые
Папоротники
Насекомые
Моллюски
Кольчатые
черви
Плоские
черви
Мхи
ГРИБЫ
Кишечнопо
лостные
пластинчатые
Губки
сумчатые
ПРОТИСТЫ
Амебы
Э
У
К
Р
И
О
Т
Ы
Инфузории
диатомовые
Бактерии
Археи
ПРОКАРИОТЫ
РНК-мир
http://www.agen.ufl.edu/~chyn/age2062/lect/lect_19/5kingdms.gif
СИСТЕМАТИКА И ТАКСОНОМИЯ
ДОМЕНЫ
ЦАРСТВА
БАКТЕРИИ
ПРОТИСТЫ
АРХЕИ
РАСТЕНИЯ
ПРОТИСТЫ
(Простейшие или Одноклеточные)
выделены в отдельное
царство Э.Геккелем в 1866
ЭУКАРИОТЫ
ГРИБЫ
ЖИВОТНЫЕ
МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ
СИСТЕМАТИКА И ТАКСОНОМИЯ
Общее число видов живых организмов оценивается в несколько
миллионов.
По степени родства или по сходству признаков их
классифицируют и объединяют в группы, называемые
таксонами (от греч. "таксис" - порядок и "номос" - закон).
Раздел биологии, описывающий все многообразие ныне
живущих и вымерших организмов и взаимоотношения таксонов
называется таксономией или систематикой (от греч. "системата"
- целое, составленное из частей ).
Ситстематика - процесс исследования, результатом которого
является система таксонов и организмов.
ТАКСОНЫ ЖИВОТНЫХ
ТАКСОНЫ РАСТЕНИЙ
Домен (надцарство)
Домен (надцарство)
Царство
Царство
Тип
Отдел
Класс
Класс
Отряд
Порядок
Семейство
Семейство
Род
Род
Вид
Вид
Разные исследователи выделяют
от 4 до 26 царств, от 33 до 132 типов, от 100 до 200 классов
Современная биноминальная номенклатура
введена шведским врачом и естествоиспытателем
Карлом Линнеем (1707-1778).
Название вида состоит из двух слов – названия рода и
собственно вида. В биологии используют латинские
названия :
Betula alba - береза белая
Viola tricolor - фиалка трехцветная
Matricaria matricarioides - ромашка обыкновенная
Matricaria chamomilla - ромашка аптечная
Homo sapiens - человек разумный
Homo erectus - человек прямоходящий
Сокращено: M. chamomilla L. или H. sapiens
Царство
Типы:
Подтипы:
Животные
Кишечнополостные, Плоские черви, Круглые черви, Кольчатые
черви, Моллюски, Членистоногие, Иглокожие, Хордовые
Оболочники, Бесчерепные, Круглоротые, Позвоночные
(асцидия)
(ланцетник)
(миноги)
Классы:
Костные рыбы, Хрящевые рыбы, Земноводные,
Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие
Подклассы:
Однопроходные (яйцекладующие), Сумчатые, Планцентарные
Отряды:
Насекомоядны, Рукокрылые, Грызуны, Зайцеообразные,
Хищные, Ластоногие, Китообразные, Парнокопытные,
Непарнокопытные, Приматы
Подотряды:
Низшие обезьяны, Высшие обезьяны
Семейства:
Гиббонообразные, Понгиды, Человекообразные
Род
Гориллы, Шимпанзе, Люди (Homo)
Вид
Homo sapiens
ТРИ ДОМЕНА ЖИЗНИ
родство групп установлено по сходству
нуклеотидных последовательностей рРНК
Археи
(архебактерии)
Эубактерии
Plant
Metazoa
Fungi
Эукариоты
ЖИВОТНЫЕ
РАСТЕНИЯ
Цветковые
ЭУКРИОТЫ
Голосеменые
Папоротники
Звери
Птицы
Рептилии
Амфибии
Рыбы
Насекомые
Моллюски
Кольчатые
черви
Плоские
черви
Мхи
ГРИБЫ
Кишечнопо
лостные
пластинчатые
Губки
сумчатые
ПРОТИСТЫ
диатомовые
БАКТЕРИИ
Амебы
Инфузории
АРХЕИ
1-2 мкм
ПРОКАРИОТЫ
http://www.agen.ufl.edu/~chyn/age2062/lect/lect_19/5kingdms.gif
1 нм
1 мкм
1 мм
1м
РАЗЛИЧНЫЕ ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ
Одноклеточный
паразит Giardia
Яйцеклетка
человека(200мкм)
и сперматозоиды
Колонии
Volvox aureus
Клетка
Пуркинье
в мозжечке
Эритроциты
и лейкоциты
Клетки
кишечника
Дрожжи
Клетки
растения
РАЗМЕРЫ
МИКРООРГАНИЗМОВ
Граница видимости невооруженным глазом — 70-80 мкм
Объект
Одноклеточные эукариоты
Зеленая водоросль Chlorella
Клетка дрожжей Saccharomyces
Прокариотные организмы
Achromatium oxaliferum
Spirochaeta plicatilis
Escherichia coli
Rickettsia prowazeki
Mycoplasma mycoides
Вирусы
герпеса
желтой лихорадки
Толщина клеточной мембраны бактерии
Молекула глобулярного белка
Размеры, мкм
2-10
6-10
5-33 х 15-100
0,5 х 250
0,5 х 2
0,3 x 0,8
0,1 х 0,25
0,12
0,022
0,01
0.004 - 0,013
СТРОЕНИЕ ПРОКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ
обобщенная схема
чехол
капсула
газовые
мезосома пузырьки
жгутики
Запасные вещества
гранулы
полифосфата
включения
серы
жировые
капли
ворсинки
плазматическая
мембрана
гранулы
углеводов
нуклеоид
тилакоиды
ФОРМЫ МИКРООРГАНИЗМОВ
Кокки
Стрептококки
Сарцины
Бациллы
Спириллы
Вибрионы
Стафилококки
Диплококки
Тетрады
Диплобациллы Стрептобациллы Коринеформные
(булавовидные)
бактерии
Спирохеты
Halobacterium
Archaeoglobus
Архебактерии
БАКТЕРИОФАГ
ВИРУС ГЕРПЕСА
строение белковой оболочки
с разрешением 8.5 Angstroms.
схема строения и
микрофотография
Амеба
Вольвокс
Допустимые и оптимальные интервалы температур
для прокариот
-20 -10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
oC
Психрофилы, мезофилы и термофилы/
http://phm.bio.msu.ru/edocs/micro/14.html#72
http://www2.mcdaniel.edu/Chemistry/CH3321JPGs/Fattyacids/Membstruct.jpg
цитоплазматическая мембрана архебактерий липидный монослой или бислой
Симбиогенез в эволюции клетки
Просихождение эукариот - Теория
симбиогенеза
1967 – первая с татья, через два года
после Ph.D.
Книги об эндосимбионтах 1970 1981,
most biologists accepted important parts of
her theory. As a result, Margulis became a
scientific celebrity whose success was
publicized in both popular and professional
magazines.
Protoctists, a huge group that
includes some 250,000 extant
species such as the amoebae,
phytoplankton, ciliates, water
molds, the brown seaweeds and
many less familiar organisms are
all composed of cells with nuclei.
Protoctists, such as Snyderella
tabogae here, arose from
symbioses among bacteria.
Mixotricha paradoxa is not a tiny
"single-celled swiming animal" nor is
it the individual organism that it
seems to be. (Foto: Dean Soulia)
http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.humboldt-foundation.de/kosmos/titel/img/margulis_3_gross.jpg&imgrefurl=http://www.humboldtfoundation.de/kosmos/titel/2002_009.htm&h=313&w=400&sz=24&tbnid=CINPzEWtcEJ:&tbnh=93&tbnw=120&hl=en&start=19&prev=/images%3Fq%3Dmargulis%26svnum%3D10%26hl%3Den%26lr%3D
Где живут бактерии?
Halobacterium
Галобактерии
5 нм
Галобактерии - палочки с
полярно прикрепленными
жгутиками. Оптимум
концентрации NaCl - 4-5 M
Окраска обусловлена наличием
пигменов каротиноидов, которые
защищают клетку от
фотоповреждения
Азотфиксирующие бактерии
обеспечивают растения азотом
Клубеньки на корнях бобовых растений. Клетки клубеньков
заполнены клетками бактерии-азотофиксатора. Растение
вырабатывает белок леггемоглобин, защищающий бактерий
от кислорода.
ФИКСАЦИЯ АТМОСФЕРНОГО АЗОТА
NO3
Нитрогеназа инактивируется
в присутствии кислорода
Тратит 25-35 молекул АТФ на одну молекулу N2
Органические
соединения
Биологическая фиксация 45-320 млн т в год
Пожары, грозы
Промышленное
производство аммиака
Сжигание топлива
18-230
100
15-40
Соросовский образовательный журнал
Нитчатая цианобактерия
Oscillatoria
Фиксирует азот на свету в анаэробных условиях.
При появлении кислорода в среде азотфиксация
прекращается, начинается фотосинтез.
Цианобактерия
Anabaena
- единственный организм,
способный одновременно и
к фотосинтезу, и к фиксации
азота
Гетероцисты
Азотфиксацию
осуществляют около 250 штаммов эубактерий:
азотобактерии, клостридии и др.
Половину этих штаммов составляют
цианобактерии
"Черные курильщики" - рифтовая зона на глубине 2,5 км (давление
260 атм, температура 250 - 300°). В зоне 100° найдены архебактерии
В зоне 30° - вестиментиферы, беспозвоночные животные
Вестиментиферы не едят и не имеют пищеварительных
органов . Они питаются за счет бактерий-симбионтов,
живущих в специальноморгшане - трофосоме
Трофосома
Бактериальные симбионты человека - около 500 видов
бактерий представляют нормальную микрофлору
кишечная палочка
Escherichia coli
Паразитические бактерии возбудители инфекций человека
Заболевания, передающиеся половым путем
Neisseria gonorrhaeae
открыта Н. Нейсером в 1879 г.
Gardnerella vaginalis
выявлена в 1954 г. как
возбудитель УГИ
Гонококки в клеках лейкоцитов
(неполный фагоцитоз)
Гонококк, размер
0.7 х 1.7 мкм.
Увеличение х5000
Гарднерелла
"Ключевые клетки" эпителий, "присперченный"
бактериями.
Размер бактерии
0.3 х 2 мкм
Chlamidia trachomatis
хдамидия - внутриклеточный паразит.
ЭТ - Инфекционные
элементарные тельца,
размер 0.2-0.3 мкм
Ретикулярные тельца (0.5 - 0.7 мкм) внутриклеточная форма
существования хламидии
Вирусы
человека
ДНК-содержащие:
Герпес-вирусы
(простого герппеса, ветряной оспы, цитомегаловирус)
Вирус натуральной оспы
Папилломавирус
Аденовирусы
Вирус гепатита В
РНК-содержащие:
Вирус гриппа
Вирус кори
Вирус бешенства
Вирусы гепатита А и С
Вирус иммунодефицита человека
Ретравирусы
Вирус простого герпеса - Herpes simplex. Содержит ДНК.
Слева - зрелая частица (0.12-0.15 мкм). Справа - вирусные
частицы, покидающие ядро инфицированной клетки
(электронная микроскопия, x 40.000).
Папилломавирус Human papillomavirus
Размер 0.045-0.055 мкм, содержит ДНК.
Вирус иммунодефицита
человека (ВИЧ)
размер частиц 0.1-0.15 мкм
В каждой частице находятся
2 молекулы вирусной РНК,
несущие 9 генов
ВИЧ инфицирует
лимфоциты - клетки
иммунной системы
ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ВИЧ
1.Прикрепление
2. Вход в клетку и "раздевание"
3. Обратная транскрипция
4. РНКаза H деградирует РНК
5. Синтез второй нити ДНК
6. Миграция в ядрдо
7. Интеграция в геном хозяина
8. Латентная фаза
9, 10. Транскрипция
11. Созревание РНК
12. Синтез белка
13 Модификация белка (гликозилирование)
14. Сборка вириона
15 выход вирионов
16. Созревание вирионов с образованием
инфекционных частиц
Вероятность заражения ВИЧ
при однократном воздействии
Сексуальные контакты
(вагинальные, анальные, оральные)
1,0 %
Переливание крови и препаратов из неё
Парентерально
(загрязнённые медицинские и др. инструменты)
Ранения медперсонала
загрязнёнными инструментами
Перинатальное (беременность, роды)
инфицирование
> 90%
от 1,0% до 90%
< 0,5 %
от 2-5% до 30%
http://www.primer.ru/std/ (по Р.М. Хаитову)
Защитные средства
Небактериальные инфекции
урогентиального тракта
Грибковые инфекции - кандидоз
Candida albicans
Кандидоз:
мицелий грибка в мазке
Trichomonas vaginalis (класс жгутиковые)
Трихомонада в мазке
СЭМ х8000
Отдельные клетки
размер 20-36 мкм
Ундулирующая мембрана
аксостиль
ядро
Жгутики
Фагоцитоз гонококков
М. В. ГУСЕВ, Л. А. МИНЕЕВА. МИКРОБИОЛОГИЯ
учебник для студентов биологических специальностей университетов
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 1992
http://phm.bio.msu.ru/edocs/micro/index.html
Информация по ЗППП http://www.primer.ru/std/gallery_std/
Мокеева Т.М. Заболевания, передающиеся половым путем.
Биология в школе, 1996, №2.
МОЙТЕ
РУКИ
ПЕРЕД ЕДОЙ
ДВИЖЕНИЕ – ОДНО ИЗ СВОЙСТВ
ЖИВОГО
ДВИЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ:
МЕХАНИЗМ
ЖГУТИК БАКТЕРИИ КАК
МОЛЕКУЛЯРНАЯ
МАШИНА
УСТРОЙСТВО МОТОРА
ЖГУТИКА БАКТЕРИЙ
(пока недостижимый
идеал нанотехнологии)
НИТЬ ЖГУТИКА
КРЮК
ЛИПИДНАЯ
МЕМБРАНА изолятор
БАЗАЛЬНАЯ СТРУКТУРА
= мотор
http://www.issep.rssi.ru/pdf/9706_028.pdf
http://www.issep.rssi.ru/pdf/9705_011.pdf
S
M
S
M
M
C
Центры двух соосных дисков (М и S) соединены с вращающимся стержнем, выступающим наружу.
На периферии диска М находятся моторные белки Мot B. Белки Мot А встроены в мембрану и
примыкают к краям дисков М и S; Б - схема возможного расположения субъединиц MotA и MotB,
образующих каналы, через которые протоны из периплазматического пространства переносятся в
цитоплазму бактериальной клетки. Вращающий момент, вызывающий поворот ротора мотора,
возникает за счет взаимодействия субъединиц Мot B с белковыми субъединицами Мot А,
расположенными на статоре электромотора. (модификация рисунка из книги: Stryer L., Biochemistry. N.Y.: Freeman and K)
ΔμH=∆рН + Δφ
H+
ΔμH - электрохимический потенциал
S
∆рН – разница в концентрации протонов H+
M
C
Δφ – разница в величине заряда
H+
Driving Force
1
Proton or sodium electrochemical gradient
+
H
Number of Protons per revolution
~ 1000
(energy per proton)
~ 2.5 x 10-20 J (6kT)
Maximum rotation rate
300 Hz (protons) 1700 Hz (sodium)
Torque at stall
~ 4 x 10-18 Nm
Maximum power output
~ 10-15 W
Efficiency
50-100% (stall) ~ 5% (swimming cell)
Number of steps per revolution
~ 50 per torque generator
Flagella motor
Мотор жгутика
Скулачев В.П. Электродвигатель бактерий. // Соросовский образовательный журнал,
1998, №9, с. 2-7.
Тихонов А.Н. Молекулярные моторы. Часть 1. Вращающиеся моторы живой клетки //
Соросовский образовательный журнал, 1999, №6, с. 8-16
Скулачев В.П. Рассказы о биоэнергетике. Серия "Эврика". М. 1982.
Метлина А.Л. Жгутики прокариот как система биологической подвижности. Успехи
биологической химии, т. 41, 2001, с. 229—282
http://www.inbi.ras.ru/ubkh/41/metlina.pdf
(около 500 К)
Свидиненко Ю. Обзор биологических наномоторов (Обзор с картинками и возможным
применением в технологии, 2004)
http://www.nanonewsnet.ru/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=9&pid=55
http://www.nanonewsnet.ru/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=9&pid=55
http://www.nanonewsnet.ru/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=9&pid=55