Морфолого-культуральні ознаки, екологія та практичне значення бактерій Rhodobacter sphaeroides

Характеристика бактерій Rhodobacter sphaeroides, історія винайдення та етапи вивчення. Морфологічні ознаки клітин, особливості їх будови та генетики, екологія та фізіолого-біохімічні ознаки. Поновлювальні джерела енергії. Можливе використання бактерій.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

КУРСОВА РОБОТА

Морфолого-культуральні ознаки, екологія та практичне значення бактерій Rhodobacter sphaeroides



Вступ

бактерія клітина генетика біохімічний

Переважно зелений колір біосфери свідчить про істотну роль фотосинтезу на Землі. За допомогою цього процесу рослини перетворюють світлову енергію в хімічну. Ця можливість, проте, не обмежується рослинами. Деякі бактерії також можуть виконувати це перетворення енергії для їх росту і розвитку.

Бактерії - одна з основних груп живих організмів. Це мікроскопічні, переважно одноклітинні організми, для яких характерна наявність клітинної стінки, цитоплазми, різних включень, відсутність ядра, мітохондрій, пластид та інших органел. Вони звичайно мають клітинні стінки, як рослинні та грибні клітини, які зазвичай побудовані з пептидогліканів. Більшість з них дуже малі, звичайно тільки 5-10 мкм.

В цій роботі розглянуто бактерії, які здатні до фотосинтезу, одними з яких є пурпурні бактерії.

Пурпурні бактерії - фотозинтезуючі бактерії, які використовують бактеріохлорофіл a і b та інші каротиноїди для цього процесу. Ці пігменти надають бактеріям кольори, розташовані між пурпурним, червоним, коричневим та помаранчевим кольорами. Фотосинтез має місце в реакційних центрах на цитоплазматичній мембрані. Всі ці бактерії належать до типу Протеобактерії. Протеобактерії - це одна з основних груп бактерій. Вони налічують п'ять підрозділів, названими за грецькими літерами від альфа до епсілон за послідовністю рРНК [3].

Rhodobacter - рід бактерій класу альфа-протеобактерій. Включає види, які мають широкий ряд метаболічних здібностей. У таксономії, Rhodobacter є родом Rhodobacteraceae. Як і всі протеобактерії, вони грамнегативні. Метаболізм багатьох видів має значний інтерес, особливо у зв'язку зі створенням поновлюваних джерел енергії. Rhodobacter sphaeroides є одним з найбільш ключових організмів у вивченні бактеріального фотосинтезу. Вони не вимагають ніяких незвичайних умови для росту і є неймовірно ефективними [5].



1. Характеристика Rhodobacter sphaeroides

1.1 Історія виділення та дослідження

Пурпурні бактерії є однією з перших форм життя на Землі. Вони були виявлені при вивченні безкисневого фотосинтезу. Було доведено виділення ними в якості побічного продукту фотосинтезу не кисню, а сірки. Так в експериментах спочатку виявили реакцію бактерій на різні концентрації кисню. Виявилося, що навіть при дуже маленькому вмісті його в середовищі бактерії переміщалися в безкисневу зону чашок Петрі. Потім на одну сторону чашки фокусували світло, залишаючи іншу темною - бактерії прагнули переміститися в світлову зону. Вид Rhodobacter sphaeroides був виділений з глибоких озер і стагнації води. У 1975 році вчені Бленкеншіп Р.Е., Медіген, M.T. і Бауер А.Л. виявили надзвичайну метаболічну різноманітність цих бактерій: фотосинтетичний або гетеротрофний ріст через аеробне або анаеробне дихання. У 1976 році Нідерман Р.А., Маллон Д.Є., Ланган Дж. Дж. відкрили світові непереносимість Rhodobacter sphaeroides надмірної інтенсивності світла, яка викликала фізіологічну і морфологічну адаптацію, включаючи реконструкції цитоплазматичних мембран. У 1989 році С. Капланом була виявлена цікава генетична будова Rhodobacter sphaeroides: він має дві хромосоми, різні за розміром [1].

1.2 Морфологічні ознаки клітин Rhodobacter sphaeroides

Клітини бактерій Rhodobacter sphaeroides паличкоподібні, зазвичай, із звуженням посередині, середньої товщини, мають тупі кінці, з'єднані у ланцюжки. Довжина клітини варіюється від 2 до 5 мкм:



Рис. 1.1. Rhodobacter sphaeroides під мікроскопом

1.3 Будова бактерій Rhodobacter sphaeroides

Розглянемо будову Rhodobacter sphaeroides на прикладі типової бактеріальної клітини.

:

Рис. 1.2. Будова бактеріальної клітини

Бактеріальна клітина обмежена оболонкою. Внутрішній шар оболонки представлений цитоплазматичної мембраною, над якою знаходиться клітинна стінка. Клітинна стінка товста, щільна, жорстка, складається з муреїну (головний компонент) та інших органічних речовин. Муреїн являє собою правильну мережу з паралельних полісахаридних ланцюгів, зшитих один з одним короткими білковими ланцюжками. Залежно від особливостей будови клітинної стінки бактерії поділяються на грампозитивні і грамнегативні. Rhodobacter sphaeroides належить до грамнегативних. Внутрішній простір заповнений цитоплазмою. Генетичний матеріал представлений кільцевими молекулами ДНК. У бактеріальній клітині відсутні всі мембранні органели, характерні для еукаріотичної клітини (мітохондрії, пластиди, ЕПС, апарат Гольджі, лізосоми). У цитоплазмі бактерій знаходяться рибосоми 70S-типу. Кожна рибосома складається з малої (30S) і великої субодиниць (50S). Функція рибосом: складання поліпептидного ланцюжка [6].

Проте Rhodobacter sphaeroides, як представник пурпурних бактерій, має деякі особливості будови.

Рухливість в Rhodobacter sphaeroides досягається за допомогою одного приполярного джгутика, що дозволяє йому обертатися в напрямку за годинниковою стрілкою з швидкістю, повільно або зупинятися.

Рис. 1.3. Особливості будови та розміщення джгутиків у різних родів пурпурних бактерій: 1 - Rhodospirillum; 2 - Rhodomicrobium; 3 - Rhodobacter sphaeroides; 4 - Rhodocyclus; 5 - Rhodopseudomonas palustris

Однією з основних відмінностей клітини бактерій від клітини еукаріотів є відсутність ядерної мембрани і, як було зазначено вище, відсутність взагалі мембран всередині цитоплазми. Відсутність внутрішніх мембран у бактеріях означає, що реакції, відбуваються через цитоплазматичну мембрану, між цитоплазмою і периплазмою. Проте, у деяких фотосинтезуючих бактерій існує розвинена мережа фотосинтетичних мембран - похідних від цитоплазматичної мембрани. У пурпурних бактерій вони зберегли зв'язок з цитоплазматичною мембраною, що легко виявляється на зрізах під електронним мікроскопом.

Рис. 1.4. Типи фотосинтетичних мембран у фотосинтезуючих бактерій: 1-4 - у пурпурних бактерій, 5 - у зелених сіркобактерій

Для клітин Rhodobacter sphaeroides характерна дуже добре розвинена система внутрішньо-цитоплазматичних фотосинтетичних мембран. Найчастіше мембрани мають вигляд окремих бульбашок, які розташовані по периферії клітини [1].

Рис. 1.5. Внутрішньо-цитоплазматичні фотосинтетичні мембрани Rhodobacter sphaeroides



1.4 Генетичні особливості Rhodobacter sphaeroides

Rhodobacter sphaeroides викликав великий інтерес в науковому співтоваристві завдяки своїм унікальним генетичним складнощам. Еволюція вимагає налаштування і розвитку ДНК деяких організмів з метою адаптації до мінливих умов, але іноді зміни в генетичному матеріалі можуть представляти страшні наслідки для організму. Деякі дослідники припускають, що ці проблеми можна уникнути наявністю генетичних «безпечних зон», які дозволяють ДНК змінитись, не зачіпаючи сам організм. Rhodobacter sphaeroides може дати уявлення про це для вчених, тому що він володіє двома хромосомами: однією великою і однією меншою. Ця менша хромосома має набагато нижчий інформативний зміст, ніж більша, і може служити в якості резервуара сортів, що дозволяє ДНК бактерій виконати необхідні перетворення [2].

1.5 Екологія Rhodobacter sphaeroides

Різні методи в диханні та обміні речовин дозволяють представникам цього виду вижити в ряді різних місць проживання. Rhodobacter sphaeroides знаходиться в ґрунті, в безкисневих зонах вод, бруді, мулу і в органічно багатих водних місцях проживання. Особливо багато їх можна знайти на дні озер, річок і ставків, а також на коралових рифах.

Rhodobacter sphaeroides здатний до хемоавтотрофії. Він росте на мінеральному середовищі в темряві при зниженій концентрації О₂, використовуючи енергію, одержувану при окисленні молекулярного водню [2].



1.6 Фізіолого-біохімічні ознаки Rhodobacter sphaeroides

Метаболічна різноманітність пророкує існування складних регуляторних механізмів, які використовуються організмом у виявленні найбільш ефективних методів використання і збереження вуглецю та енергії в різних середовищах. Зокрема, Rhodobacter sphaeroides багато вивчається в якості модельного організму для безкисневого фотосинтезу і фіксації вуглецю.

Безкисневий фотосинтез. Головною властивістю всіх пурпурних бактерій і зокрема Rhodobacter sphaeroides є безкисневий фотосинтез.

Безкисневий фотосинтез (англ. anoxygenic) - варіант фотосинтезу (проц...