Дәріс №1. Кіріспе. Биотехнологияның даму тарихы
жүктеу/скачать 1,93 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Эндоплазматикалық ретикулум (ЭР)
- Гольджи аппараты
- Цитоплазмалық матрикс
- Жасушалық органеллалар
- Хлоропласттар
- Жасуша қабырғасы
| Дәріс №1. Кіріспе. Биотехнологияның даму тарихы
Жоспар:
Кіріспе. Биотехнологияның даму тарихы 1.Дәстүрлі, классикалық мағынада биотехнология(грек тіліненbios – өмір, teken – өнер, шеберлік, logos – ғылым) - бұлтабиғи биологиялық обьектілер мен процестерді қолдана отырып, өндірістің технологиялары мен әдістері, транспорттау, әр түрлі заттар мен өнімдерді сақтау мен қайта өңдеу туралы ғылым. Адамдар әр түрлі микроағзаларды қолдана отырып, олардың тіршілік ететіндігін де аңғармай биотехнологтар рөлін мыңдаған жылдар атқарып келген: нан пісірген, сыра қайнатқан, ірімшік, сүтқышқылды өнімдерді жасаған. Бірақ генетикалық және жасушалық инженерияның жаңа әдістерінің жасалуы бұрынғыға қарағанда жасушалық процесстерді басқарудың сапалы мүмкіндігімен ерекшеленетін биотехнологияны жаңа деңгейге шығарды. Бұл әдістер өнімдермен меңгерілген процесстерді жақсарту мүмкіндігін ғана ашпай, сонымен қатар ертеректе табылмаған заттардан жаңа өнімдерді алу әдістерін қарастырады.
1. Биотехнологияның даму тарихы 5 негізгі кезеңге бөлінеді: 1. Пастерге дейінгі дәуір (1865 жылға дейін). Бұл кезде биотехнологиялық әдістермен сыра, шарап, ірімшік, нан, йогурт, айран, әр түрлі ферменттелген тағамдарды өндірген. 2. Пастер дәуірі (1865—1940 жылға дейін). Микроағзалар-продуценттер белгілі бола бастады және бұл этанол, бутанол, ацетон, глицерин, лимон қышқылы, көптеген вакциналар өндірісін шығаруға және ағын суларды аэробты микроағзалармен биологиялық тазарту процесстерін ұйымдастыруға мүмкіндік берді. 3. Антибиотиктер дәуірі (1940—1960 жылдарға дейін). Пенициллин, стрептомицин және көптеген басқа антибиотиктер ашылып, жануарлар жасушаларын культивирлеу технологиясымен вирусты вакциналарды алу, стероидті гормондар биотрансформациясының технологиялары жасалды. 4. Постантибиотикалыдәуір (1960—1975 жж.). Жуғыш ұнтақтарда қолданылатын аминқышқылдары, мұнай парафинінің микробиологиялық ақуызы, ферменттердің технологиялары жасалды. Глюкоза-фруктозалық сироптарды алу үшін ферменттерді иммобильдеу технологиясы жасалды. Ағын суларды аэробты өңдеуге биогаз алынатын қатты қалдықтарды анаэробты өңдеу қосылды. Полисахаридтерді алудың микробиологиялық әдісі ашылды (мұнай ерітіндісінің тұтқырлығын жоғарлататын ксантаннан бастап сағызға дейінгі). Бұл кезеңде автомобиль жанармайы ретінде техникалық спиртті пайдалану жайлы айтыла бастады. В2және В12 сонымен қатар етті алмастырғыш ретіндегі мицелиальді микроскопиялық саңырауқұлақтың микопротеинінің микробиологиялық технологиясы жасалды. Ғалымдар биотехнология өндірісінің көптеген құнды дәрілік заттарына бастама болған, изолирленген өсімдік жасушаларын культивирлеуді үйренді. Осы кезеңге биометаллургия - кеннен бактериалды сілтісіздендіру арқылы мыс пен мырыш алу жатады. 5. Жаңа биотехнология дәуірі ( 1975 жылдан кейін). Микроағза геномдарын мақсатты өзгертуге, оған өсімдік және жануарлар геномдар құрылымын енгізумен гендік инженерияның зерттемелерімен сипатталады. Бұл адамдық инсулин, интерферон, соматотропты және өсу гормондарымен тағы да басқа микробиологиялық технологиясын жасауға мүмкіндік берді. Диагностикалық препараттардың үлкен түрлілігі болып табылатын моноклонды антиденелерді алатын гибридтік технология жасалды. Геномды құрастыру мақсатты жүзеге асырылатын трансгенді өсімдіктер мен жануарлар пайда болды. Жасалған биотехнология өндірістің негіздері қазіргі кезде көптеген өнімдерді биотехнологияның көмегімен алуға мүмкіндік береді және бұл сала үлкен құлшыныспен кеңеюде.
Биотехнологиялық процесстің негізгі обьектісі жасуша болып табылады. Онда толық қанды өнім синтезделеді. Шын мәнісінде, жасуша ішінде жүздеген күрделі байланыстар минут сайын синтезделетін кішігірім химиялық заводты көрсетеді. Биотехнологиялық процесстер жасушаларды және олардан изолирленген биологиялық құрылымдарды, көбінесе ферменттерді функционирлеуге негізделеді. Сондықтан жасушаның жалпы тіршілік заңдылықтарын білу қажет. Сонымен, биотехнология тірі жасушаны танып білуден және тіршілік процесстерін басқару заңынан басталады. Егер өсімдіктер мен жануарлар жасушаларын қарастыратын болсақ, жалпы сипатта олардың құрылымдары бірдей. Дегенмен қатаң ғылыми көз қараста өсімдік және басқа да тірі ағзалар арасындағы шекара микроскопиялық деңгейде. Жануар және өсімдік жасушаларына ортақ құрылымдық элементтерге: мембрана, ядро, митохондрия, рибосома, лизосома, гольджи аппараты, вакуоль және эндоплазмалық ретикулум жатады. Сонымен қатар, заманауи түсінікте жасушаның келесі құрылымдық компоненттерін көрсетуге болады: 1) мембраналық жүйе; 2) цитоплазмалық матрикс; 3) жасушалық органеллалар; 4) жасушалық қосымшалар. Мембраналық жүйе жасушалық цитоплазмалық мембрана, эндоплазмалық ретикулум және Гольджи аппаратының жиынтығы. Жасушалық мембрана Жасушалық мембрана жасуша тіршілігінде маңызды рольді атқарады. Цитоплазмалық мембрана жасуша ішіндегісін жасуша қабырғасынан бөліп қоршап тұрады және заттардың келуін реттеп тұрады. Құрылымы бойынша бактериалды, жануар және өсімдік жасушаларының мембраналары өте ұқсас. 1972 жылы М.Сингер және Г.Николсон мембрананың сұйықтықты-мозайкалы моделін ұсынды. Мембрананың қалыңдығы 8-12 нм және липидтердің бимолекулярлы қабатынан тұрады, фосфолипидтермен триглицериттердің гидрофобты молекулаларының соңы ішке бағытталған, ал гидрофобты бастары-сыртқа бағытталған. 2 қабатты липидтерге липидті қабаттан тұтас өтетін немесе оған бөлек енетін ақуыздар жалғанған. Липидті қабат биологиялық мембраналардың негізгі құрылымдық ерекшеліктерін анықтайды, ал ақуыздар мембрананың көптеген функцияларына жауапты. Белсенді күйде мембрана сұйық консистенцияға ие, ол қаныққан және қанықпаған май қышқылдарының қатынасына байланысты. Қазіргі кезде цитоплазмалық мембрана арқылы транспорттаудың 4 негізгі механизмі анықталған: диффузия, осмос, белсенді транспорт, экзо-эндоцитоз. Диффузия – мембрананың екі жағындағы түрлі концентрациялардың немесе электр потенциалдарының әрекеттерінен жасушаға заттардың спецификалық емес енуі. Бұл жағдайда иондар мен кішкентай полярлы молекулалар ақырын диффунделеді, аллипожәне зарядталмаған молекулалар тез диффунделеді. Осмос – еріткіш молекулалардың жоғары концентрациялы облыстан төменгі таңдамалы енгіштігі бар мембрана арқылы ауысуы. Бастапқы екі жағдайда энергия шығыны қажет емес, процесстер пассивті сипатқа ие. Белсенді транспорт – концентрациялы градиентке қарсы молекулалардың немесе иондардың мембрана арқылы ауысуы, бұл энергия шығынымен байланысты. Полярлы молекулалардың көпшілігі жасушаға спецификалық транспортты ақуыздар көмегімен енеді, осы ақуыздардың бір бөлігі анықталған заттың жеңілдетілген диффузиясын катализдейді. Басқа ақуыздар АТР гидролизімен немесе байланысқан иондардан пайда болған конформадты өзгерістерге ұшырайды: нәтижесінде насостар сияқты жұмыс істеуге қабілетті. Биқатта басқа каналдың қалыптастыратын басқа типті транспортты ақуыздар бар. Бұл каналдың кейбіреулері үнемі ашық, ал басқалары белгіленген дабылдарға жауап ретінде ашылады. Эндо- және экзоцитоз – жасушаға түрлі материалдардың берілу және шығарылу процесстері. Эндоцитоздың екі түрі бар: фагоцитоз (қатты бөлшектерді жұту) және пиноцитоз (сұйық материалды жұту). Мембранадан бөлектенетін, цитоплазмаға түсетін көпіршік қалыптасады, онда көпіршік мембранасы бұзылып зат протоплазмаға өтеді. Эндоплазматикалық ретикулум (ЭР)Эндоплазматикалық ретикулум (сеть) цитоплазмалық мембрананы айқындау арқылы пайда болады, нәтижесінде цитоплазма қапталған аумақ қатарларына бөлінеді. Ретикулумның сыртқы қабатымен бірге бөлшегін ядро құрайды. Жасуша органоидтарының көптеген ақуызды және липидті компоненттерін катализдейтін синтез жасушалық цитоплазмадағы ферменттік жүйелердің басқа бөлігін изолирлейді және локализдейді. ЭР 2 түрі бар: гранулярлы және тегіс. Егер ЭР беті рибосомалармен себілсе, онда ол гранулярлы деп аталады, рибосомаларда синтезделетін ақуыз оның цистерналары арқылы араласады. Тегіс ЭР-де липидтер мен стероидтарды синтездейтін ферменттер шоғырланған. Гольджи аппаратыТорлы кешенді итальяндық ғалым К. Гольджи 1898 жылы ашқан. Бұл белгілі жағдайда бағытталған мембрана көпіршіктері үйіндісінің жиынтығы. Жануар жасушасында әдетте бір үйінді, ал өсімдік жасушасында бірнеше және олар диктиосома деп аталады. Гольджи аппаратының функциясы жасушамен синтезделетін заттар модификациясымен секрециясында анықталған. Гольджи аппараты оларды клеткаішілік және жасушадан тыс бағыттау пунктеріне жібереді. Ақуызды тандап бөлуден бұрын дұрыс сұрыптау Гольджи аппаратының негізгі функцияларының бірі болып табылады. Сонымен қатар мұнда лизосомалар қалыптасады. Цитоплазмалық матриксЦитоплазма – бұл цитоплазмалық мембранамен қоршалған жасушаның құрылымы. Мұнда негізгі зат – матрикс, сонымен қатар органеллалармен қосылыстар кіреді. Матрикс барлық жасушаішілік құрылымдарды біріктіреді және олардың бір-бірімен өзара байланысын қамтамасыз ететін жасушаның нағыз ішкі ортасын қалыптастырады. Гиалоплазма құрылымдық ақуыздар мен ферменттердің, аминқышқылдарының, нуклеотидтерінің, көмірсулардың, минералды және т.б. заттардың судағы коллоидті ерітіндісін көрсетеді. Сонымен қатар, жасуша гиалоплазмасында қалыңдығы 2-3 нм жұқа фибриллалармен қалыптасатын микротрабекулярлы тор бар. Трабекул торларының қиысқан нүктесінде рибосомалар топтары орналасады. Жұқа жіпті гиалоплазманы 2 фазаға бөледі: полимерлі ақуызға бай және сұйық. Жасушалық органеллалар1833 жылы ағылшын ботанигі Роберт Браун өсімдік жасушасында домалақ денешіктер бар екендігін анықтаған. Барлық өсімдік және жануар жасушаларында ядро орналасқан. Ядроны қабыршақ құрайды, 2 мембранадан тұрады: сыртқы және ішкі. Сыртқы мембрана эндоплазматикалық ретикулумға өтеді. 80-90 нм диаметрлі ядролы қабыршақ тесігіне енген. Тесік арқылы транспортталған нуклеинді қышқыл, ақуыз және ядролы аумақтағы метаболиттерді және цитоплазманы жүзеге асырады. Тесіктер саны жасушаның функциональді күйіне байланысты. Жасушадағы синтетикалық белсенділік жоғарылаған сайын, оның сандары да артады. Нуклеоплазмада хроматин немесе бірнеше ядрошықтар орналастырылады. Химиялық құрамына қарай ядролы шырын иондардан, ферменттерден және нуклеотидтерден тұрады. Сонымен қатар, оның құрамына жіптәріздес ақуыздар кіреді. Ядролы шырын қалыпты функционирленген генетикалық материалды қамтамасыз етеді. Ядрошықта РНК рибосомасының пісіп-жетілуі және қалыптасуы жүреді (рРНК). Хроматин нуклеоплазмада жайылған үйінді түрінде және жасуша хромосомасының тіршілігінің интерфазалық формасы болып табылады. Ол ақуыз-гистондарымен байланысқан ДНК орамынан тұрады, онда бүкіл ағзаның немесе жасушаның тұқым қуалаушылық ақпараттары кодталған. Жасушалық ядроның негізгі функциясы: ақпаратты сақтау; транскрипцияның көмегімен цитоплазмаға ақпаратты жіберу, яғни мРНК ақпаратын алмастыратын синтез және репликация кезінде жасушаға ақпарат береді.
Бұл диаметрі 20-30 нм ақуыздан және нуклеинді қышқылдан тұратын домаланған органелла. Олардың функциясы – ақуыз биосинтезі. Әр рибосома 2 суббөліктен тұрады: үлкен және кіші, 2 типті 80S рибосоманы, эукариот жасушаларынан табылған және прокариот жасушаларындағы 70S рибосомыны құрайды. Жасушада рибосома оңай немесе ЭР бұдырының локализденген мембранасында орналасады. Ақуыз кезінде рибосомалар м-РНК-дан рибосом тізбегін жасап шығарады.
Бұл құрылым домаланған немесе таяқша тәріздес, бұтақтанған формасының қалыңдығы 0,5 мкм және ұзындығы 5-10 мкм болады. Митохондрия қабыршағы 2 мембранадан тұрады, олар ферменттердің және функция терімінің химиялық құрамымен алмастырылады. Мембрана ішілік пісіп-жетілуде – кристты, е-транспортты тізбекті және АТФ-синтезінің компоненттерін құрайды. Гипотездің біреуі бактерияны еске түсіретін өзіндік заттармен қамтылған. Олар мутуалистикалық симбиозбен аэробты ауаға берілген қабілеттілікпен байланысып, жасушаға енеді. Кері функциялар: стероидты гормондар синтезі және кейбір аминқышқылдардың қатысуы.
Бұл диаметрі 0,2-0,5 мкм біркелкі мембранамен қоршалған, жоғарғы концентрациядағы гидролитикалық ферменттерді құрайды. Лизосомалар комплекстегі ферментті-гидролазды ыдыратады және биополимерді қорыту арқылы жүзеге асырылады (нуклеинді қышқыл, ақуыз, май, полисахарид) (рис.10). Лизосоманың бұзылуына қарай жасуша ериді, яғни ферменттер цитоплазмаға шығады. Гидролаз синтезі бұдырлы ЭР жүзеге асырылады, сонымен біріншілік лизосомадан бөлініп Гольджи аппаратына түседі. Өсімдік жасушасында В растительной клетке функцию лизосом выполняет крупная центральная вакуоль.
Микроденешік органелладағы таңдамалы топты құрайды. Бұл ақуызды матрикспен 0,1-1,5 мкм диаметрімен шектелген мембраналық көпіршік. Бұл топқа пероксисомалар кіреді. Олар сутегі асқын тотығын катализдейтін, сондай-ақ токсинді, пероксидаза ферментінің әсерімен бұзылатын, оксидаза ферментін құрайтын қосылыстар. Бұл реакциялар әр түрлі метаболитикалық циклдарға қосылған. Сферосомалар Бұл өсімдік жасушасындағы мембраналық көпіршіктер. Олар ЭР элементінен түзіледі. Формасы және өлшеміне қарай сферосомалар лизосомаға ұқсас, оның ішінде ақуыз матриксі бар. Негізгі функциясы – майлардың жиналуы. Вакуоль Вакуоль – бұл өсімдік жасушасындағы маңызды органоид. Вакуоль біріккен мембранамен қоршалған және өз алдына жасушалы насосты осморегуляциямен жүзеге асырады. Жасушаның бойымен дифференцировкасы, кей кезде 90% көлемге дейін бір-бірімен шағылысып, бір немесе бірнеше ірі вакуоль құрайтын жас өсімдік жасушасында бірнеше ұсақ вакуольдер болуы мүмкін, Оның функциялары: жасушалы шырынды сақтау, әр түрлі тұздардың, витаминдердің, қанттардың, ерітілген ақуыздардың, оттегінің және пигменттерді құрайды; тургорды құптайды; пигмен арқылы гүлдерге түс береді; қосымша қоректік заттарды құрайды. Пластидтер Бұл өсімдік жасушаларына тән, екіншілік мембранамен қоршалған органоид. Түсіне және функцияларына қарай үш түрлі пластидке бөлінеді. ХлоропласттарОлар линза тәрізді шығыңқы формаға ие. Олардың сырты екі мембранадан құралған қабықшамен қапталған. Беткі мембрана тегіс, ал ішкі матрикс ішіндегі пластинка және дискілеу дорбасы негізінде. Бір қорап монетті айқындайтын олар бір-біріне дұрыс бумамен орналасқа, оны граналар деп атайды. Мембрана ішінде фотосинтетикалық пигменттер локализденген. Хлорофилл хлоропласттарға жасыл түс береді. Хлоропластта ДНК және басқа пигменттер бар: В хлоропластах есть ДНК и другие пигменты: қызыл – қызғылт сары – каротин және сары – ксантофилл, бірақ олар хлорофилл массасынан көрінбейді.
Олар қосымша қоректік заттармен, тағамдармен, балластты заттармен анықталатын, цитоплазманың тұрақсыз компоненттері. Жасушаның құрылымын , табиғатта жасуша формасының, өлшемінің, химиялық ерекшеліктерінің әр түрлі мағыналары қарастырылған. Бірақ бұдан 2 негізгі жасуша ұйымын алуға болады: прокариотты және эукариотты. Прокариотты жасушалар ядро мембаранасының және жоғарғы ағзалық органелламен қорғалуын қажет етпейді. Эукариотты жасушалар мембранадан тұратын ядролы қабықшаны қажет етеді. Ядро хромосом түріндегі ДНК бар. Тірі ағзаларға вирустарды жатқызуға болады, себебі олар жасуша қатарын қажет етпейді. Тірі ағзалардың прокариоттар және эукариоттар деп бөлінуі жасуша қатарының маңызды айырмашылығына негізделген. Ядролы аппараттың ұйымдағы ерекшелігі, олардың қатарындағы басқа ерекшеліктерге ие. Кесте 1
Прокариоттың эукариоттан негізгі ұқсастықтары
Дәріс №3. Бактериялар және цианобактериялар. Биотехнологиялық функциялар. Бактериялардың құрылымы. Бактериялардың көп жасушалылығы. Қозғалу әдістері және тітіркендіргіштігі. Метаболизм Гендік аппараттың көбеюі мен құрылысы. Классификациясы. Биотехнология нысандары болып үш жоғарғы патшалыққа бөлінетін: акариоттар (ядросыздар), прокариоттар (ядро алды) және эукариоттар (ядролы) және 5 патшалыққа: вирустар, бактериялар, соның ішінде микроскопиялық балдырлар, саңырауқұлақтар, сонымен қатар өсімдіктер мен жануарлар, соның ішінде қарапайымдылар сияқты тірі табиғаттың түрлі өкілдері табылады. 1. Бактериялар құрылымы. Бактериялар (гр. βακτήριον — таяқша) — көбінесе біржасушалы болатын прокариотты микроорганизмдер тобы. Қазіргі уақытта он мыңға жуық бактериялық түрлер сипатталған және олардың саны миллионнан астам деп жорамалданады. Бактериялардың басым көпшілігі (актиномицеттер мен жіпшелі цианобактериялардан басқа) біржасушалы. Жасушалар пішініне қарай олар дөңгелек (коккалар), таяқша тәрізді (бацилла, клостридия, псевдомонад), ирек (вибрион, спирилла, спирохета), сирек – жұлдыз тәрізді, тетраэдр, кубтық, С- немесе О- пішінді болады. Пішіні бойынша бактериялардың жабысу, қозғалу, қоректік заттарды сіңіру қасиеттері анықталады. Міндетті жасушалық құрылымнан үшеуін көрсетеді: - нуклеоид - рибосомалар - цитоплазмалық мембрана (ЦПМ) ЦПМ-ның сыртқы жағына қарай жасуша қабығы деп аталатын бірнеше қабаттар (жасуша қабырғасы, капсула, шырышты қап), сонымен қатар беткі құрылымдар (жіпшелер, түкшелер) орналасқан. ЦПМ-ны цитоплазмамен бірге протопласт ұғымына біріктіреді. Протопласт құрылымы ЦПМ жасуша құрамын (цитоплазма) сыртқы ортадан шектейді. Еритін РНҚ жиыны, ақуыздар, метаболиттік реакцияның өнімдері мен субстраттарынан тұратын цитоплазманың гомогенді фракциясы цитозол деп аталады. Цитоплазманың басқа бөлігі түрлі құрылымдық элементтерден тұрады. Бактерия жасушасының эукариот жасушасынан басты ерекшеліктерінің бірі – ядролық мембрананың, ЦПМ туындысы болып табылмайтын ішкіцитоплазмалық мембраналардың мүлдем болмауы. Дегенмен, прокариоттардың түрлі топтарында жасушада әр түрлі қызмет атқаратын және оны функционалды бөліктерге бөлетін мезосомалар бар. Көптеген фотосинтездеуші бактерияларда ЦПМ-да туындайтын фотосинтетикалық мембраналардың жетілген тізбегі бар. Бактериялардың тіршілік әрекетіне қажетті барлық генетикалық ақпарат көбінесе ковалентті тұйық сақина пішінді бір ДНҚ-ға енеді. Ол бір нүктесінде ЦПМ-ға бекітілген және оңашаланған, бірақ цитоплазмадан мембранамен бөлінбеген, нуклеоид деп аталатын құрылымда орналасқан. ДНҚ ұзындығы жайылған күйінде 1 мм-ден асады. Бактериалды хромосома әдетте бір ғана жалғыз данада көрсетілген, яғни іс жүзінде барлық прокариоттар гаплоидты, әйтсе де белгілі бір жағдайларда бір жасуша өз хромосомасының бірнеше көшірмесіне ие бола алады. Жасуша кабығы және беткі құрылымдар Жасуша қабырғасы – бактериалды жасушаның маңызды, бірақ міндетті емес құрылымдық бөлігі. Бактерияларда жасушалық қабырғаның грам оң және грам теріс түрлерге тән екі негізгі түрі бар. Грам оң бактериялардың жасушалық қабырғасы аз мөлшердегі тейхой қышқылы және аздаған мөлшердегі полисахаридтер, ақуыздар мен липидтерден тұратын пептидогликаннан құралған, қалыңдығы 20-80 нм гомогенді қабат. Жасуша қабырғасында оны молекулалар қатарына өткізгіш ететін, диаметрі 1-6 нм тесіктер бар. Грам теріс бактерияларда пептидогликанды қабат ЦПМ-ға тығыз емес жанасады және қалыңдығы тек 2-3 нм. Ол тегіс емес, қисық пішінге ие сыртқа мембранамен қоршалған. ЦПМ, пептидогликан қабаты мен сыртқы мембрана арасында периплазмалық деп аталатын кеңістік бар, ол транспортты ақуыздар мен ферменттерден тұратын ерітіндімен толтырылған. Жасушалық қабырғаның сыртқы жағында қабырғамен байланысты сақтайтын, аморфты қабат – капсула орналасуы мүмкін. Шырышты қабаттар жасушамен байланыспаған және жеңіл бөлінеді, ал қаптар аморфты емес және жіңішке құрылымға ие. Бактериалды жіпшелер 0-ден 1000-ға дейін болуы мүмкін. Бір жіпше бір полюсте (монополярлы монотрих), жіпшелер түйіні бір (монополярлы перитрих немесе лофотрихиальды жіпшелеу) немесе екі полюсте (биполярлы перитрих немесе амфитрихиальды жіпшелеу) болуы, сонымен қатар жасуша бетінде көптеген жіпшелер (перитрих) болуы мүмкін. Жіпшенің қалыңдығы 10-20 нм, ұзындығы – 3-15 мкм. Оның айналуы сағат тіліне қарсы жиілігі 40-60 айн./с жүреді. Жіпшелерден басқа бактериялардың беткі құрылымында түкшелерді атауға болады. Олар жіпшелерге қарағанда жіңішке (диаметрі 5-10 нм, ұзындығы 2 мкм-ге дейін) және бактериялардың субстратқа бекінуіне қажет, метаболиттер тасымалдауға қатысады, ал ерекше түкшелер – F-пилилар – жіпше тәрізді құрылымдар, жіпшелерге қарағанда анағұрлым жіңішке және қысқа (3-10 нм х0,3-10 мкм), конъюгация кезінде жасуша-донорға рецепиентке ДНҚ беру үшін қажет. 2. Бактериялардың көпжасушалылығы Көпжасушалы жіпшелі цианобактерия Anabaena flosaquae Біржасушалы формалар организмге тән барлық функцияларды көрші жасушаларға тәуелсіз орындай алады. Көптеген біржасушалы прокариоттар көбінесе өздері бөлетін шырышпен жалғанған жасушалық агрегаттарды түзуге бейім. Көпжасушалы организм келесі талаптарға жауап беруі керек: оның жасушалары агрегирленген болуы керек, жасушалар арасында функциялар бөлінісі жүру қажет, агрегирленген жасушалар арасында тұрақты спиецификалық байланыс қалыптасуы керек. Прокариоттарда көпжасушалылық белгілі, анағұрлым жоғары ұйымдасқан көпжасушалы организмдер цианобактериялар мен актиномицеттер тобына жатады.
Көптеген бактериялар қозғалмалы. Бактериялар қозғалысының бірнеше түрі бар. Анағұрлым тараған қозғалыс түрі – жіпшелер арқылы қозғалу: дара бактериялар және бактериалды ассоциация. Бұның жеке жағдайы болып құрылымы жағынан жіпшелерге ұқсас, бірақ периплазмада орналасқан аксиальды жіптер арқасында иректелетін спирохеталардың қозғалысы табылады. Қозғалыстың басқа түріне жіпшелері жоқ бактериялардың қатты орталардың бетінде сырғуы жатады. Және соңғысы, бактериялар тығыздығын өзгертіп, газдармен толтырып немесе аэросомаларды босатып сұйықтықтарға қалқып шығады және батады. Бактериялар қандай да бір немесе басқа тітіркендіргіштермен анықталатын бағытта қозғалады. Бұл құбылыс таксис деген атқа ие болды. 4. Метаболизм Конструктивті метаболизм Кейбір жағдайларды есептемегенде, ақуыздар, майлар, көмірсулар мен нуклеотидтер синтезі өтетін биохимиялық жолдар бактерияларда басқа организмдердікімен ұқсас. Дегенмен мүмкін болатын жолдар саны және сырттан келетін органикалық заттар мөлшеріне қарай олар ерекшеленеді. Олардың жартысы өздеріне қажетті органикалық молекулаларды бейорганикалық қосылыстардан синтездей алады (автотрофтар), басқалары өздері түрлендіре алатын дайын органикалық қосылыстарды қажет етеді (гетеротрофтар). Жоғары гетеротрофтылықпен жасушаішілік паразиттер ерекшеленеді, егер олар осы жағдайда бай жасанды орталарда өмір сүре алса, оларды факультативті деп атайды. Бактериялардың басым бөлігі басқа организмдерге тәуелсіз, бірақ олармен синтезделген органикалық заттарды пайдаланатын сапрофиттерге жатады. Сонымен қатар, өздері өздігінен синтездей алмайтын, ортада белгілі бір органикалық заттардың (амин қышқылдары, витаминдер) болуын қажет ететін бактериялар қатары және соңғысы, тек бір ғана төменмолекулалы көмірсу көзіне (қант, спирт, қышқыл) мұқтаж гетеротрофтар бар. Бактериялар азотқа деген қажеттілікті оның органикалық қосылыстарымен де, молекулярлы азот көмегімен де қанағаттандыра алады. Фосфорды фосфат түрінде, күкіртті сульфат немесе кейде сульфид түрінде сіңіре алады.
Бактерияларда энергия алу әдістері өзіндігімен ерекшеленеді. Энергия алудың үш әдісі бар (үшеуі де бактерияларда белгілі): ашу, тыныс алу және фотосинтез. Ашу – тотығу-тотықсыздану реакцияларының жиынтығы, нәтижесінде тұрақсыз молекулалар қалыптасады, олардағы фосфор қышқылының қалдығы АТФ түзілуімен АДФ-ке ауысады (субстратты фосфорлану). Тыныс алу – пайдалану кезінде АТФ синтезделетін протондардың трансмембраналы градиентін тудыратын, мембранадағы локализденген тыныс алатын электротранспортты тізбек арқылы электронды ауыстыратын қайта қалыптасқан қосылыстардың тотығуы. Бактериялар фотосинтезі екі түрлі болуы мүмкін – бактериохлорофилды (жасыл, пурпурлы және гелиобактериялар) пайдалану арқылы оттегісіз және хлорофилды (цианобактериялар (хлорофилдың), прохлорофиттер, т.б.)) пайдалану арқылы оттегімен. Цианобактериялар, глаукоцистофитті, қызыл және криптофитті балдырлар – фикобилипротеиндерге ие жалғыз фотосинтездеуші организмдер. Тек оттегісіз фотосинтез жүргізетін бактерияларда фотожүйе жоқ.
Кейбір бактерияларда жыныстық процесс болмайды және олар тең шамалы бинарлы көлденең бөліну немесе бүршіктену арқылы көбейеді. Бөліну кезінде грам оң бактериялардың және жіпшелі цианобактериялардың көпшілігі мезосомалар қатысында көлденең қалқа шымылдықты (перегородка) перифериядан орталыққа қарай синтездейді. Грам теріс бактериялар көшіру (перетяжка) жолымен көбейеді: бөліну орнында біртіндеп ішке қарай ұлғайып келе жатқан ЦПМ мен жасуша қабырғасының қисаюы байқалады. Бүршіктену кезінде аналық жасушаның бір полюсінде бүршік қалыптасады және өседі, аналық жасуша қартаю белгілерін көрсетеді және әдетте 4-тен артық туынды бере алмайды. Бактерияларда жыныстық көбею де байқалады. Бактериялардың жыныстық көбеюінің эукариоттардан айырмашылығы – бактерияларда гамета түзілмейді және жасушалардың бірігуі болмайды. Бірақ бұл жағдайда да генетикалық ақпаратпен алмасу жүреді. Бұл процесс генетикалық рекомбинация деп аталады. Рекомбинанттарды алудың үш әдісі белгілі – трансформация, конъюгация және трансдукция. Гендік аппарат Тіршілікке қажетті және түрлік ерекшелікті анықтайтын гендер бактерияларда көбінесе бір ғана ковалентті тұйық ДНҚ молекуласы – хромосомада орналасқан. Хромосома локализденген аймақ нуклеоид деп аталады және мембранамен қоршалмаған. Осыған байланысты жаңа синтезделген мРНК рибосомалармен байланысуға бірден ашық, ал транскрипция мен трансляция байланысқан. Жеке жасуша оның барлық штамдарындағы гендер сомасының тек 80%-на ие. Хромосомадан басқа бактерия жасушаларында тәуелсіз репликацияға қабілетті тұйық ДНҚ сақинасы – плазмидалар бар. Олардың үлкендігі соншалық, кейде хромосомалармен шатастырып алуға болады, бірақ тек арнайы жағдайларға қажетті қосымша гендері бар. Плазмидалардың ерекшелігі түрліше болуы мүмкін: бір қожайын-түрден барлық дерлік грам теріс бактерияларда кездесетін RP4 плазмидаға дейін. Оларда антибиотиктерге, арнайы заттардың ыдырауына және т.б. төзімді механизмдер кодталады. Плазмида гені жиілігі шамамен 10-4 – 10-7 хромосомаға ене алады. Бактерия ДНҚ-сында басқа организмдер ДНҚ-сы сияқты транспозондар – хромосоманың бір бөлігінен екінші бөлігіне немесе хромосомадан тыс ДНҚ-ға орын ауыстыра алатын оңтайлы сегменттер ерекшеленеді. Плазмидаларға қарағанда, олар автономды репликацияға қабілетсіз және оларда жасуша ішінде өз тасымалын кодтайтын бөліктер – IS-сегменттер бар. IS-сегмент жеке транспозон рөлінде шыға алады. Гендерді көлденең тасымалдау Прокариоттарда геномдардың біртіндеп қосылуы жүруі мүмкін. Конъюгация кезінде донор-жасуша тікелей байланыс негізінде рецепиент-жасушаға өз геномының жартысын береді (кей жағдайда бәрін). Донор ДНҚ бөліктері рецепиент ДНҚ-ның гомологті бөліктерімен алмаса алады. Мұндай айырбас түрі тек бір түрдегі бактерияларда ғана маңызды. Бактериалды жасуша ортадағы бос ДНҚ-ны өз ДНҚ-сымен жоғары гомологті жағдайда өзінің геномына қоса алады. Берілген процесс трансформация деп аталады. Табиғи жағдайларда гендік ақпаратпен алмасу ынсапты фагтар көмегімен жүреді (трансдукция). Бұдан басқа, хромосомды емес гендер осы процесті, басқа плазмидалармен алмасу және транспозондарды тасымалдау процесін кодтайтын плазмидалардың белгілі бір түрінің көмегімен тасымалдануы мүмкін. Көлденең тасымалдау кезінде жаңа гендер құрылмайды, дегенмен түрлі гендік қосылыстардың түзілуі жүреді. Жасушалық дифференциация Жасушалық дифференциация – тұрақты генотипте ақуыздар жиынының өзгерісі. Тыныштықтағы формалардың пайда болуы Жағымсыз жағдайлар мен тарату кезінде сақтауға қызмет ететін, метаболизмі баяулатылған ерекше тұрақты формалардың қалыптасуы бактериялардағы дифференциацияның неғұрлым кең таралған түрі болып табылады. Мұндай құрылымдардың қалыптасуы қарапайым бөліну сияқты басталады және алғашқы деңгейлерде кейбір антибиотиктермен өзгеріске түсуі мүмкін. Көптеген бактериялардың эндоспоралары 10 минут бойы 100°С-та қайнауға, 1000 жыл бойы кептіруге шыдамды және кейбір деректер бойынша топырақ пен тау жыныстарында миллиондаған жылдар бойы тіршілікке қабілетті күйде сақтала алады. Тұрақтылығы кемірек болатындарға экзоспоралар, цисталар (Azotobacter, жылжымалы бактериялар, т.б.), акинеттер (цианобактериялар) және миксоспоралар (миксобактериялар) жатады. Актиномицеттер мен цианобактериялар көбею қызметін атқаратын (споралар, гормогониялар және баеоциттер) дифференцирленген жасушалар қалыптастырады. Сонымен қатар түйнек бактерияларының бактероидтары мен цианобактериялардың гетероцисталары тәрізді, нитрогеназаны молекулалы оттектен қорғау қызметін атқаратын құрылымдарды да атап өткен жөн. 6. Бактериялар классификациясы Сырт пішіні бойынша коккалы (шар тәрізді), таяқша тәрізді және шиыршықты-ирек бактерияларды ажыратады. жүктеу/скачать 1,93 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|