Видове бактерии и тяхното дишане: форми, метаболизъм и практически примери

Те са микроорганизми, които могат да се развиват във всякакви среди и се предлагат в различни форми и размери. бактерии Те са едноклетъчни организми, които нямат ядро и са с дължина приблизително от 0,5 до 5 микрометра. Те принадлежат към групата на прокариотиТова означава, че техният генетичен материал е свободен в цитоплазмата и не е защитен от ядрена мембрана, за разлика от клетките на животни, растения и гъби.

Лос биохимични цикли Те зависят от бактериите, тъй като те са способни да осъществяват атмосферния азотен цикъл, фиксирайки и трансформирайки азотни съединения, необходими за почвите и екосистемите. Тези бактерии имат способността да приемат различни форми, като вибриони, бацили, коки и спирили. дишане Това е един от най-важните процеси на всяко живо същество или организъм и те могат да дишат по два начина: аеробно, а също и анаеробно, всичко зависи от обсъждания тип и как се развива метаболизмът им.

Те са сред най-разпространените същества на планетата Земя, просто защото са много прости, но изключително ефективни прокариотни клетки. Те присъстват във вода, почва, въздух, живи организми и дори в екстремни среди като горещи извори или океанското дъно. Бактериите се категоризират според формата си и ще последва кратко обяснение на всяка от тях.

Какви са видовете бактерии?

Когато говорим за видове бактерии, е обичайно те да се класифицират въз основа на техните морфология (форма), но също и според техните кислородни нужди, метаболизъм и местообитание. По отношение на формата, основните категории са вибриони, бацили, коки и спирили. Всяка от тях може да включва полезни, неутрални или патогенни видове и много от тях участват в процеси като пречистване на отпадъчни води, храносмилане на храна или разграждане на органична материя.

Вибрионите

Те имат форма, много подобна на тази на сълзите, като полумесец или нарастващ полумесец. Тази извивка им придава вид на запетая. Те са способни да предизвикат инфекциозни заболяванияТези бактерии, които засягат храносмилателната система и причиняват холера, могат да доведат до повръщане и дори диария при заразените индивиди. Те се срещат в райони със застояла, солена вода, както и в крайбрежни водни среди и естуари.

Добре известен пример е Вибрио холераВибрионът холера, причинителят на холерата, се предава чрез консумация на замърсена вода или храна. Не всички вибриони обаче са патогенни; някои естествено обитават морските екосистеми и участват в разграждането на органичната материя, допринасяйки за рециклирането на... хранителни вещества в океаните.

Бацили

Те се характеризират с пръчковидна или клоноподобна форма, т.е. удължена и цилиндрична. Могат да се появяват поединично, във вериги или да образуват по-сложни структури. Те също така се разделят на два вида, в зависимост от определено качество, което проявяват, когато са подложени на... Оцветяване по Грамкакто и следното:

Грам-отрицателниТова е бактерия, която няма способността да се прикрепя здраво към клетъчни стени, оцветени с кристално виолетово багрило според Грам оцветяването. Те притежават... клетъчна стена по-тънки и външна мембрана с липополизахариди, което им осигурява по-голяма устойчивост към някои антибиотици.
Грам-положителни: Това е бактерия, способна да се прикрепя към клетъчните стени и също така да се оцветява виолетово поради дебел слой от... пептидогликан в клетъчната му стена, която задържа багрилото.

Въпреки че някои бацили са патогенни, много видове живеят по нежив начин. закусвалня или полезни в червата, почвата или водата. Други обаче могат да причинят респираторни, храносмилателни или кожни инфекции. В областта на околната среда някои видове бацили се използват в пречистване на отпадъчни води и в процесите на биоремедиация за разграждане на замърсяващи вещества.

Кокосовите орехи

Те имат сферична, подобна на топка форма, които могат да предизвикат заболявания като: пневмокок и стафилококТе също имат няколко вида, които са разделени по форма на групиране и начин на размножаване:

Тетрадите: Те са общо 4 бактерии (делят се перпендикулярно), образувайки малки мрежовидни групи, които лесно се наблюдават под микроскоп.
ДиплококиТе са съставени само от две бактерии, които винаги остават заедно, по двойки, и са често срещани при видове, които колонизират лигавиците на дихателните пътища.
Сарцини: Те се характеризират с кубично разположение, с комплекти от осем или повече кокосови ореха, подредени в три равнини на разделяне.

Освен това има кокосови орехи, които растат на гроздове Cadenas (стрептококи) или в струпвания, подобни на грозд (стафилококи). Някои от тези бактерии са част от естествената микробиота на кожата и лигавиците, докато други могат да причинят инфекции като фарингит, пневмония, кожни инфекции или сепсис, особено когато имунната система е отслабена.

Спирила

Те имат спираловидна форма, която може да се свърже с водовъртежи. Те са удължени бактерии със спираловидни извивки. изключително чувствителен към околната среда И много от тях се предават директно, защото при контакт със среда, много различна от тази на техния гостоприемник, те биха могли да умрат. Това са предимно полово предавани инфекции, като например причинителя на сифилис.

В рамките на спиралата и подобни форми откриваме също спирохетиТова са много тънки, гъвкави бактерии, които се движат чрез усукване. Някои живеят в храносмилателния тракт на животните, докато други са отговорни за сериозни заболявания при хората. Способността им да се движат и спираловидната им форма им позволяват лесно да пътуват през тъкани и течности.

Освен формата си, бактериите се класифицират и въз основа на... метаболизъм и как те получават енергия и въглерод. Тази класификация е ключова за разбирането на тяхната роля в природата, способността им да живеят със или без кислород и тяхната полезност в промишлени процеси като анаеробно разграждане или производство на ферментирали храни.

Бактериите също имат няколко вида метаболизъм, това се дължи на класификацията на техните клетъчни микроорганизми и тяхното въглеродно начало, сред които са:

Автотрофи: Те фиксират въглероден диоксид и се получава чист въглерод. Тоест, те използват CO₂ като източник на въглерод, превръщайки го в органични съединения. Някои правят това чрез хемосинтетични процеси, а други благодарение на светлината.
Фототрофи: Те използват светлината чрез процеса на фотосинтеза Подобно на растенията, те улавят светлинна енергия, за да произвеждат свои собствени органични молекули, въпреки че техните пигменти и метаболитни пътища може да се различават от тези на растенията.
ХетеротрофиТе използват органични съединения Те се хранят, като разграждат захари, липиди и протеини от други организми. Повечето бактерии, които са патогенни за хората, принадлежат към тази група.
ХемотрофиТе притежават характеристиката да извършват и двата вида дишане, аеробно и анаеробно, чрез химичен процес, който само те могат да осъществят. Те получават енергия чрез окисляване на неорганични или органични химични вещества и в зависимост от вида могат да се адаптират към различни условия. кислород.

Важно е да се знае, че бактериите имат способността да порода бързо. Тъй като са едноклетъчни организми, те нямат друг избор, освен да преминат през процес на уголемяване или растеж, след което извършват бинарно делене или бинарно деленеТози процес протича, когато ДНК претърпява репликация и цитоплазмата се разделя, което води до образуването на нова клетка, обикновено наричана дъщерна клетка. Този процес може да се случи много бързо, което позволява експоненциален растеж на популацията при благоприятни условия.

Съществуват обаче и други бактерии, които обменят генетичен материал само чрез сложен процес, наречен бактериална конюгацияТова включва прехвърляне на ДНК фрагменти от една бактерия към друга чрез пилус или свързващ мост. Други механизми, като трансформация (поемане на свободна ДНК от околната среда) и трансдукция (пренос, медииран от бактериални вируси), също увеличават генетичната вариабилност и могат да повлияят на появата на... антибиотична резистентност.

Начин на дишане на бактерии

Защото те нямат митохондрии, които са органели, отговорни за синтеза на енергия В зависимост от клетъчната активност в еукариотните клетки, бактериите използват плазмената си мембрана и цитоплазмата си, за да дишат. При бактериите, електронно-транспортните вериги са разположени в клетъчната мембрана. Съществуват две основни форми на дишане, които ще бъдат обяснени по-долу и които позволяват бактериите да бъдат групирани в аеробни y анаеробни.

Нуждата от кислород е именно това, което отличава един вид бактерии от друг. Бактериите, които се нуждаят от кислород, за да осъществяват метаболизма си, се наричат аеробни, докато тези, които живеят без кислород или дори умират в негово присъствие, се наричат анаеробниТази метаболитна разлика е от съществено значение за разбирането как са организирани екосистемите, как се пречистват отпадъчните води и как се произвеждат определени ферментирали храни.

Аеробна форма на дишане на бактерии

При този тип бактериите използват директно кислород като краен акцептор на електрони за дихателния им процес. Аеробните бактерии обикновено нямат митохондрии; ето защо те абсорбират кислород директно през мембраната си, което им помага да извличат жизненоважна енергия от гликоза и други органични съединения. Общият процес може да бъде представен с уравнението:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Енергия (АТФ)

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 36 АТФ (приблизително)

Тази клетка също използва глюкоза като източник на енергия, несъмнено чрез сложен процес на химическо разграждане, който може да се обясни с няколко свързани етапа. Въпреки че бактериите нямат митохондрии, биохимичният принцип е подобен на този на еукариотните клетки и обикновено се описва чрез пътища като:

Гликолиза: Процесът на дишане в тази фаза протича вътре цитоплазма без да е необходимо присъствието на кислород. Тук глюкозата се разгражда на по-прости молекули (пируват), освобождавайки малко количество АТФ и намалявайки мощността.
Цикъл на Кребс: Последващият процес също протича в цитоплазмата или в области близо до мембраната при бактериите, като напълно окислява продуктите на гликолизата и генерира повече молекули-носители. електрони.
Електронен транспорт: Процесът на дишане протича в бактериалната плазмена мембрана, която действа аналогично на кристите на митохондриите в еукариотните клетки, освобождавайки по-голямата част от мощност под формата на АТФ благодарение на протонния градиент.

Аеробните бактерии се намират в добре оксигенирани среди, като почвени повърхности, бурна вода, тъкани, изложени на въздух, и в системи от пречистване на отпадъчни води които използват аерация. В тези последни системи аеробните бактерии разграждат органичната материя, намаляват съдържанието на замърсители и допринасят за пречистването на водата.

Анаеробен начин на дишане на бактерии

Тъй като тези видове бактерии нямат органели за извършване на необходимия газообмен и особено защото не използват кислород като краен акцептор на електрони, анаеробните бактерии се характеризират с осъществяване на процес на ферментация или други видове дишане, които използват съединения, различни от кислород (като нитрати или сулфати). В много случаи, ако не и във всички, на стриктни анаероби, кислородът може да бъде фатален за тях.

Това води до a загуба на кислород в молекулите, участващи в техния метаболизъм, и по-ниско количество произведен АТФ в сравнение с аеробното дишане. Най-често срещаните видове дишане при тези бактерии се осъществяват чрез млечнокисела ферментация и алкохолна ферментация, наред с други ферментационни пътища.

Млечнокисела ферментация: Основният му отпадъчен продукт е млечната киселина и е способен да трансформира захарите в метаболитна енергия, което е от решаващо значение за оцеляването му. Целият този процес протича в цитоплазмата на клетките. Този път е типичен за бактериите, участващи в производството на кисело млякосирена и други ферментирали продукти, както и някои бактерии, които живеят в червата.
Алкохолна ферментация: Това е анаеробен процес, който протича чрез действието на дрожди, а също и на някои бактерии, способни да трансформират захарите в етилов алкохол и въглероден диоксид. Той е от съществено значение за производството на алкохолни напитки и хлебопечението.

Представително уравнение за процес на ферментация би било:

C₆H₁₂O₆ → 2CO₂ + Етилов алкохол + 2 АТФ

Анаеробните бактерии обикновено се срещат в безкислородна среда, като например човешко черводълбоки седименти, утайки от отпадъчни води и слабо оксигенирани биологични структури. Много от тях са от съществено значение за процеси като анаеробно храносмилане и анаеробно биоразгражданекъдето органичната материя се разгражда при липса на кислород, произвеждайки биогаз (главно метан и въглероден диоксид) и стабилизирана утайка, която може да се използва като тор.

В системите на пречистване на отпадъчни водиАнаеробните бактерии намаляват органичното натоварване и произвеждат използваема енергия под формата на биогаз. Освен това, в медицината има добре познати анаеробни бактерии, някои от които са част от нормалната микробиота, докато други могат да причинят сериозни заболявания, когато достигнат до тъкани, където не би трябвало да бъдат, или когато микробният баланс е нарушен. Въпреки това, те не са по своята същност вредни: много от тях изпълняват ценни функции в екосистемите и за нашето собствено здраве.

От друга страна, аеробните бактерии процъфтяват в кислородна среда и използват кислород за метаболитния си процес на производство на енергия. Това аеробно дишане е много по-... ефикасен Ферментацията обяснява защо много аеробни организми, включително хора и много бактерии, са станали преобладаващи в биосферата. И двете категории, аеробни и анаеробни, илюстрират завладяващото разнообразие на микроскопичния живот и огромното разнообразие от стратегии, които са развили, за да оцелеят.

Разбирането на това как бактериите дишат също е ключово за използването на антибиотициНякои лекарства, като пеницилини, цефалоспорини или макролиди, са особено ефективни срещу много аеробни бактерии, защото влияят на процеси като клетъчна стена или синтез на протеини. В случай на анаеробни бактерии, антибиотици като метронидазол Те се активират в тези клетки и променят тяхната ДНК, предотвратявайки тяхното размножаване. Отговорната употреба на тези лекарства е от съществено значение, за да се избегне появата на резистентност, нарастващ проблем в световен мащаб.

Класификацията на бактериите като аеробни или анаеробни, заедно с техните разнообразни форми като вибриони, бацили, коки и спирили, и техните разнообразни метаболизми (автотрофни, хетеротрофни, фототрофни, хемотрофни), разкрива обширен и сложен микроскопичен свят. Бактериите далеч не са просто агенти на болести, а са основни стълбове във функционирането на екосистемите, в рециклирането на хранителни вещества, в производството на храни, в третирането на отпадъци и в нашето собствено ежедневно здраве.

По-доброто разбиране на видовете бактерии и тяхното дишане не само ни помага да разберем как възникват и се борят с определени инфекции, но също така ни позволява да оценим ролята, която те играят в разнообразни процеси, като пречистване на вода, производство на енергия от отпадъци, баланс на чревната микробиота или поддържане на качеството на земеделските почви.