BAKTERIJE

•Bakterije su jednoćelijski organizmi prokariotske građe

•Najstariji su (smatra se da su nastali pre oko 3,4 milijardi godina) i najbrojniji organizmi na našoj planeti.

• Prisutni su u svim vrstama staništa, uključujući tu i ljudski organizam.

GRAĐA I HEMIJSKI SASTAV

• Opšti plan građe bakterije predstavlja građu prokariotske ćelije: • plazma

membranu i • citoplazmu, u

kojoj su • ribozomi i • nukleoid.

• Najveći broj bakterija ima i ćelijski zid, ali ga ipak ne poseduju sve bakterije (mikoplazme, rikecije).

• Pored navedenih, pojedine vrste bakterija mogu da sadrže i sledeće delove: • kapsulu, • flagelume, • pile, • tilakoide, • mezozome i • plazmide.

Структура прокариотске ћелије

Капсула

Нуклеоид

Флагела

Ћелијски зид

Цитоплазма

Цитоплазматична мембрана

Рибозоми

Пили

Kapsula• Kapsula je sluzavi,

spoljašnji omotač koji stvara sama bakterija.

• Uloga kapsule je da zaštiti bakteriju od dejstva odbrambenog sistema organizma u koji je dospela.

• Izgrađena je od polisaharida.

• Bakterije koje imaju kapsulu nazivaju se inkapsulirane bakterije.

•Kod mnogih bakterija je zapaženo da obrazuju gust, somotast omotač od kapsulinih polisaharida nazvan glikokaliks (skoro je otkriven).•Tako npr. bakterija (streptokoka) koja izaziva karijes, se najbolje pričvršćuje za površinu zuba onda kada stvara glikokaliks. •Za proizvodnju glikokaliksa neophodni su šećeri.

Ćelijski zid• Ćelijski zid ne sadrži samo

nekoliko vrsta bakterija. • Njegovo oštećenje dovodi do

smrti bakterije. • Prema sastavu ćelijskog zida i

bojenju postupkom po Gramu (metoda koju je predložio naučnik Hans Kristijan Gram 1884. g.) bakterije se dele na: • Gram-pozitivne i • Gram-negativne. •Antibiotik penicilin

sprečava stvaranje ćelijskog zida.

• Gram-negativne bakterije imaju jedan sloj lipopolisaharida koji pokriva njihov ćelijski zid

• Gram-pozitivne nemaju taj sloj, usled čega se prve boje crveno ,a druge ljubičasto.

ĆELIJSKI ZID GRAM POZITIVNIH BAKTERIJA

ĆELIJSKI ZID GRAM NEGATIVNIH BAKTERIJA

Ćelijski zid

Plazma membrana

Spoljašnja lipoproteinska i lipopolisaharidna membrana

Peptidoglikan

Plazma membrana

Ćelijski zid

• Pili (fimbrije) su na stotine končića na površini bakterije. • Stvara ih sama bakterija i proteinske su

prirode. • Njihova uloga je u pričvršćivanju

bakterije za podlogu i međusobnom pripajanju dve jedinke pri razmnožavanju.

• Bičevi (flagelumi) su dugi, tanki izraštaji izgrađeni od proteina flagelina, kojima se bakterije kreću.

OBLICI BAKTERIJA• Bakterijske ćelije pokazuju tri

osnovna morfološka tipa: •bacili - štapićaste, •koke - okrugle i •spiralne.

• Kod nekih bakterija prisutna je pojava da nakon ćelijske deobe ćelije ostanu zajedno, obrazujući tako kolonije u obliku lanca ili grozda.

• Koke (grčki kokos = zrno) su loptaste bakterije. Pojedinačne koke nazivaju se • mikrokoke, a udružene su • diplokoke (dve spojene koke), streptokoke

(u vidu lanca) i • stafilokoke (u obliku grozda).

• Koke su nepokretne bakterije. • Bacili su štapićaste pokretne bakterije

jer imaju bičeve. Udruženi grade diplobacile i streptobacile.

• Spiralne bakterije mogu imati oblik spirale i onda se nazivaju spirili ili oblik zareza –vibrioni.

Sporulacija – stvaranje spora

• Kada su spoljašnji uslovi nepogodni za rast i razmnožavanje, dolazi do različitih promena u bakterijama: obrazovanja spora, gubljenja bičeva i kapsule.

• Proces stvaranja spora naziva se sporulacija, a bakterije sa tom sposobnošću su sporogene bakterije.

• Spore se obrazuju kao zaštita genetičkog materijala bakterije, znači-endogeno (lat. endo = unutra).

• Imaju debele zidove i veoma su otporne na nepovoljne uslove.

• Pomoću njih bakterije preživljavaju nepovoljne uslove i raznose se na nova, udaljena mesta.

• Kada u spoljašnjoj sredini postanu povoljni uslovi iz spore isklija nova bakterija.

Bakterijski zid

citoplazma Pregrada spore počinje da izoluje novoformiranu DNK i mali deo citplazme

Membrana počinje da okružuje DNK, citoplazmu i deo membrane koje su

izolovane u koraku 1

Pregrada spore sada zaokružuje ceo izolovani deo tako da se formiraju dve membrane

membrana

Dve membrane

Prostor između dve membrane se ispunjava slojem peptidoglikana

Formira se dodatni omotač spore

Endospora se oslobađa iz ćelije

Bakterijski hromozom

PROCES SPORULACIJE – FORMIRANJA ENDOSPORE

SLIKA GORE: ENDOSPORA KOD Bacillus anthracis

METABOLIZAM BAKTERIJA

• Bakterije su karakteristične po visokoj BIOLOŠKOJ USPEŠNOSTI • velika brojnost, • sposobnost da žive u svim vrstama staništa• specifičnom metabolizmu (različitim

načinima ishrane i odnosa prema temperaturi i kiseoniku)

• mala veličina, • brzo razmnožavanje i • sposobnost obrazovanja spora.

NAČIN ISHRANE

•Prema načinu ishrane, odnosno da li same stvaraju hranljive materije ili uzimaju gotove iz prirode, bakterije se dele na: •autotrofne i •heterotrofne.

Autotrofne bakterije

• U zavisnosti od toga koji izvor energije koriste, autotrofne bakterije mogu biti:

1. fotosintetičke (fototrofne) i 2. hemosintetičke

(hemotrofne)

•Fotosintetičke koriste Sunčevu energiju kao izvor energije za proizvodnju hranljivih materija.

• Hemosintetičke bakterije kao izvor energije za proizvodnju hrane koriste hemijsku energiju koju dobijaju oksidacijom različitih neorganskih jedinjenja.

• U zavisnosti od toga koja jedinjenja oksidišu razlikuju se: • nitrifikacione, • gvožđevite (oksidišu gvožđe), • sumporne, • metanske, • vodonične i dr.

• Nitrifikacione bakterije oksidišu amonijak u nitrite, a zatim nitrite u nitrate (soli azota koje biljke mogu da koriste).

Heterotrofne bakterije

• Ove bakterije uzimaju gotove organske materije iz spoljašnje sredine. Mogu biti: • saprofitske (saprobne) i • parazitske.

• Saprofiti koriste organske materije iz uginulih organizama i raznog organskog otpada.

• One luče enzime koji krupne organske molekule razlažu na male organske i neorganske molekule.

• Bakterije te male organske molekule upijaju kroz pore na ćelijskom zidu.

• Ovi oblici organizama razlažu uginula bića na manje organske i neorganske (mineralne) molekule.

• Bez ovih bakterija ugljenik i mnogi drugi elementi bili bi nepovratno blokirani u telu uginulih organizama.

• Život na našoj planeti bi, u ovom sadašnjem obliku, tada prestao.

•Paraziti organske materije uzimaju iz živih organizama.

• Oni žive na račun domaćina izazivajući bolest (patogene).

• Neke od njih izazivaju oboljenja samo u određenim uslovima sredine.

NAČINI ĆELIJSKOG DISANJA

• Proces razlaganja organskih materija do krajnjih proizvoda ugljen-dioksida, vode i oslobođene energije (u vidu ATP-a) naziva se ćelijsko disanje(respiracija).

• Razlikuju se dva tipa ćelijskog disanja : • anaerobna respiracija i • aerobna respiracija.

Aerobna respiracija

• Aerobnu respiraciju obavljaju aerobne bakterije koje žive u sredini sa kiseonikom.

• Pri ovom procesu se glukoza (preko nje i ostala organska jedinjenja) u prisustvu kiseonika razlaže na ugljen-dioksid i vodu uz oslobađanje energije (ATP).

• Proces vrše enzimi respiratornog lanca vezani za mezozome ćelijske membrane.

Anaerobna respiracija • Anaerobnu respiraciju (fermentaciju ili

vrenje) vrše anaerobne bakterije koje žive u sredini bez kiseonika. Pri vrenju se glukoza, u sredini bez kiseonika, razlaže do proizvoda koji mogu biti : • mlečna kiselina (pri mlečno-kiselinskom

vrenju) ili • etil-alkohol (pri alkoholnom vrenju).

• U odnosu prema kiseoniku postoji i treća grupa bakterija - fakultativne anaerobne bakterije koje mogu da žive i u prisustvu i u odsustvu kiseonika.

RAZMNOŽAVANJE BAKTERIJA

• Bakterije se razmnožavaju na više načina: • prostom deobom (fisionom deobom), • pupljenjem, • egzosporama (spoljašnje spore), • fragmentacijom (podelom na više

delova) i • posebnim načinima polnog

razmnožavanja

Prosta deoba (binarna deoba ili amitoza)

• Tip razmnožavanja pri kome se jedna ćelija podeli na dve nove ćelije - bakterije.

• Brzina i intezitet razmnožavanja su ogromni o čemu govori podatak da se u povoljnim uslovima neke bakterije dele na svakih 20 do 30 minuta.

• Pre deobe DNK se pričvrsti za ćelijsku membranu,a zatim se izvrši njena replikacija. Bakterije sadrže 1 molekul DNK u obliku prstena (prstenasta DNK).

• Novonastali molekul se pričvrsti za ćelijsku membranu pored starog molekula.

• Nakon toga se bakterija podeli na dva jednaka ili nejednaka dela sa po jednim molekulom DNK u svakom delu.

Posebni načini polnog razmnožavanja

• Bakterije ponekad razmenjuju genetički materijal između sebe.

• To uslovno možemo nazvati polnim razmnožavanjem

• Pri tome jedna bakterija dobija, na različite načine, deo DNK druge bakterije.

• Razmena genetičkog materijala se može obaviti na tri načina: • konjugacija, • transformacija i • transdukcija.

• Pri konjugaciji se dve bakterije spajaju proteinskim mostom kroz koji deo ili cela DNK jedne bakterije (naziva se davalac) prelazi u drugu bakteriju (primalac).

• Daljim razmnožavanjem bakterije primaoca potomstvo će sadržati genetički materijal oba "roditelja" (i primaoca i davaoca).

• Transformacija je proces kojim se DNK, koja se oslobodi razlaganjem ili raspadanjem jedne bakterije, uzima (guta) od strane druge bakterije.

• Transdukcija je proces kojim se DNK prenosi iz jedne u drugu bakteriju pomoću određenog bakteriofaga.

• Prilikom izvlačenja profaga iz hromozoma bakterije greškom on može da ponese i susedni deo DNK bakterije i da ga prenese u drugu bakteriju.

ZNAČAJ I ULOGE BAKTERIJA

• Značaj i uloge bakterija su mnogostruke i obuhvataju skoro sve sfere života na našoj planeti. • bakterije azotofiksatori • bakterije mineralizatori • simbiontne bakterije • model organizmi za eksperimente na

polju genetičkog inženjeringa

Bakterije azotofiksatori

• Imaju sposobnost da azot iz atmosfere prevode u amonijak koji biljke mogu da koriste za sintezu proteina.

• ove bakterije žive u simbiozi sa korenima biljki mahunarki (pasulj, detelina i dr.);

• bakterije koriste šećere koje biljke stvaraju fotosintezom, a za uzvrat ih snabdevaju solima azota.

Simbiontne bakterije• mnoge vrste simbiontnih bakterija predstavljaju deo

normalne flore u organizmima životinja, odnosno čoveka • pod simbiozom se podrazumeva zajednički život dva ili

više organizama;• kada svi članovi imaju koristi onda se takav zajednički

život naziva mutualizam); takva je npr. bakterija Escherichia coli (ešerihija) koja živi u crevima čoveka i pomaže u varenju hrane;

• članovi normalne flore sprečavaju širenje patogenih bakterija ;

• ako se članovi normalne flore uklone delovanjem antibiotika, onda dolazi do bujanja patogenih bakterija.

• Bakterije normalne flore mogu izazvati oboljenje kod svog domaćina ako se nađu u tkivima i organima u kojima normalno ne žive; tako npr. ešerihija može izazvati upalu mokraćne bešike;

• primer simbioze su i bakterije u crevima nekih životinja (goveda i neki majmuni) koji mogu da vare celulozu;

Model organizmi• Bakterije su nezamenljivi

organizmi za eksperimente na polju genetičkog inženjeringa.

• U bakterije se može ubaciti ljudski gen za neki protein i bakterije će sintetisati taj protein; tako se danas bakterije koriste za proizvodnju insulina, hormona rasta i dr.

• Neke bakterije proizvode antibiotike;

• Bakterije se koriste,zbog svoje sposobnosti vršenja fermentacije, u proizvodnji hrane(jogurt, sir, turšija, sirće i dr.);

• Patogene bakterije izazivaju oboljenja biljaka, životinja i ljudi; izazivači su epidemija (pojava brojnih slučajeva oboljenja ljudi u određenom području).

Patogene bakterije • Za organizam kažemo da je patogen ako

je sposoban da izaziva određeno oboljenje.

• Patogeni organizmi su specifični za posebnu vrstu domaćina i posebnu vrstu tkiva.

• Neke vrste bakterija uništavaju ćelije svog domaćina.

• Međutim,najveći broj vrsta bakterija proizvodi toksine (otrovi) koji nanose štetu metabolizmu ćelije domaćina.

• Bakterijski toksini se dele u dve grupe: • endotoksine i • egzotoksine.

• Endotoksini se nalaze u ćelijskom zidu ,dok se egzotoksine izlučuju iz bakterije u okolnu sredinu.

• Egzotoksini prouzrokuju sledeće bolesti: • difteriju, • tetanus, • koleru, • dijareju, • botulizam

• Najveći broj trovanja hranom uzrokuju toksini bakterija koje žive u hrani.

• Jedno od najtežih i najsmrtonosnijih trovanja je botulizam, prouzrokovan bakterijom Clostridium botulinum (latinski : botulus – kobasica).

• Toksin ove bakterije, botulin, uzrokuje paralizu i u krajnjem ishodu, ako se ne leči, smrt.

• Kako se bakterija razvija samo u anaerobnim uslovima (bez kiseonika), sveža i smrznuta hrana je sigurna od botulina, ali je konzervisana hrana u limenkama pogodna, zbog anaerobnih uslova, za razvoj spora koje proizvode otrov.

• Ako se hrana nepravilno konzervira, pogotovo pri kućnom konzerviranju, može doći do pojave botulizma.

• Najsigurnija kućno konzervirana hrana je kisela (turšija) jer ova bakterija ne opstaje u kiseloj sredini.

• Hrana zagađena bakterijama roda Salmonella takođe može dovesti do trovanja.

• Svinjetina, živinsko meso i jaja su česti izvori zaraze.

• Uzročnici oboljenja su žive bakterije, koje se u crevima prenamnože, a ne njihovi toksini.

• Glavni simptom oboljenja je dijareja (tečna stolica).

• Bakterijaska oboljenja se mogu sprečiti:

• vakcinacijom, • ispravnom higijenom, • pasterizacijom (zagrevanje do 60° S), • sterilizacijom (zagrevanje ispod tačke

ključanja) i • lečiti antibioticima.

Antibiotici• Neki mikroorganizmi stvaraju jedinjenja –

antibiotike, koji sperčavaju razmnožavanje ili uništavaju druge mikroorganizme.

• Prvi otkriveni antibiotik je penicilin, koga proizvodi plesan (gljiva) penicilijum.

• Otkrio ga je Aleksandar Fleming 1928. g. • Jedna grupa bakterija, aktinomicete,

proizvode mnoge antibiotike koji su danas u širokoj upotrebi: streptomicin, tetraciklin i dr.

• Antibiotici se proizvode gajenjem bakterija ili hemijskim putem.

Klasifikacija bakterija

• Jako je teško izvršiti njihovu klasifikaciju jer su različite vrste bakterija veoma slične po izgledu, načinu razmnožavanja, a istovremeno slične vrste imaju veoma različite metabolizme. Na osnovu građe ćelije mogu se podeliti u dve osnovne grupe:

• tipične prokariote (imaju sve one osobine i delove prokariota, o kojima je već rečeno); pripada ima najveći broj vrsta bakterija;

• atipične prokariote u koje se ubrajaju: rikecije, hlamidije, mikoplazme i aktinomicete.

• Za više informacija pogleajte: http://www.bionet-skola.com/w/Klasifikacija_bakterija

Literatura

• http://www.bionet-skola.com/w/Bakterije• Grozdanović-Radovanović, Jelena: Citologija, ZUNS,

Beograd, 2000 • Diklić, Vukosava, Kosanović, Marija, Dukić, Smiljka,

Nikoliš, Jovanka: Biologija sa humanom genetikom, Grafopan, Beograd, 2001

• Pantić, R, V: Biologija ćelije, Univerzitet u Beogradu, beograd, 1997

• Petrović, N, Đorđe: Osnovi enzimologije, ZUNS, Beograd, 1998

• Šerban, M, Nada: Ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001