Odhaľuje nový výskum úžasný fakt o mnohých typoch črevných baktérií, ktoré dokážu generovať elektrinu. Elektrogénne baktérie sú baktérie, ktoré sú schopné produkovať určité množstvo elektriny. Vedci pod vedením profesora Dana Portnoya zverejnili svoj objav v časopise Nature.

baktérie a elektrina

Doteraz boli elektrogénne baktérie nájdené v dosť špecifických prírodné prostredie, ako sú zrážky z rôznych vodných útvarov. Tieto prostredia sú zvyčajne anaeróbne – neobsahujú voľný kyslík. Vedci z Kalifornskej univerzity v Berkeley po prvýkrát zistili, že stovky rôznych baktérií v ľudskom čreve sú tiež elektrogénne. Patria sem mnohé druhy baktérií, od patogénov, ktoré môžu spôsobiť ochorenie, až po probiotiká, ktoré podporujú zdravie čriev. Tieto črevné baktérie však vyrábajú elektrinu pomocou iného mechanizmu.

Patogény, ktoré vyrábajú elektrickú energiu

Vedci identifikovali baktérie produkujúce elektrinu, medzi ktoré patrí Listeria monocytogenes (častý vinník hnačky), Clostridium perfringens (spôsobuje gangrénu) a Enterococcus faecalis (patogén získaný počas pobytu v nemocnici). Mnohé ďalšie baktérie produkujúce elektrinu v čreve však nie sú patogény. Niektoré z nich sú probiotiká.

„Skutočnosť, že toľko baktérií, ktoré interagujú s ľuďmi, či už ako patogény, alebo ako probiotiká, alebo sa podieľajú na fermentácii, je elektrogénnych, bola predtým prehliadaná,“ hovorí autor štúdie. "To nám môže veľa povedať o tom, ako nás tieto baktérie infikujú alebo nám pomáhajú mať zdravé črevá."

Čo nám tento objav prinesie?

Vedci očakávajú, že ich nečakaný nález by mohol byť užitočný aj v budúcich projektoch zameraných na budovanie mikrobiálnych palivových článkov, inovatívnej stratégie na výrobu obnoviteľnej energie.

Vedci vysvetľujú, že baktérie vyrábajú elektrinu ako súčasť svojho metabolizmu, čo je proces, ktorý prirovnávajú k dýchaniu. Zatiaľ čo organizmy, ako sú rastliny a zvieratá, ktoré žijú v prostredí bohatom na kyslík, využívajú kyslík, aby im pomohol v metabolizme, baktérie, ktoré žijú v anaeróbnom prostredí, musia využívať iné chemické prvky. Napríklad baktérie, ktoré žijú na dne jazier, zvyčajne využívajú minerály, ako je železo alebo mangán, počas svojho zložitého metabolického procesu, čím vyrábajú elektrinu. Elektrogénne baktérie, ktoré žijú v črevách, však majú jednoduchší proces výroby elektriny a využívajú ju organická zlúčenina, známy ako flavín, ktorý je derivátom vitamínu B2.

„Zdá sa, že bunková štruktúra týchto baktérií a na vitamíny bohatá ekologická nika, ktorú zaberajú, značne zjednodušujú a zlacňujú presun elektrónov z bunky,“ vysvetľuje Sam Light, autor prvej štúdie. Koľko energie produkujú črevné baktérie?

Vedci vykonali ďalšie testy, aby zistili, koľko elektriny dokážu tieto črevné baktérie generovať. Zistili, že črevné baktérie generujú takmer toľko elektriny ako iné elektrogénne baktérie: až 100 000 elektrónov za sekundu na bunku.

Najmä vedci boli prekvapení, keď zistili, že laktobacil, ktorý hrá úlohu pri fermentácii a používa sa na výrobu syrov, jogurtov a kyslej kapusty, má tiež elektrogénne vlastnosti.

Teraz sa vedci pýtajú, či tieto vlastnosti majú niečo spoločné s chuťou, ktorú laktobacily vytvárajú vo fermentovaných potravinách.

„Je to celý rad bakteriálnej fyziológie, o ktorej ľudia nevedeli, že existuje a dalo sa ňou manipulovať,“ uzatvára Light.

Baktérie sú skupinou najjednoduchších mikroorganizmov patriacich do ríše prokaryotov (nemajú jadro). V biológii existuje asi 10,5 tisíc druhov baktérií. Hlavné rozdiely medzi nimi sú forma, štruktúra a spôsob života. Základné tvary:

• tyčinkovité (bacily, klostrídie, pseudomonády);
• sférické (koky);
• špirála (spirilla, vibrios).

Všeobecne sa uznáva, že mikroorganizmy boli prvými obyvateľmi planéty Zem. Povahou svojej životnej činnosti sú zástupcovia kráľovstva prokaryotov rozmiestnení všade (v pôde, vzduchu, vode, živých organizmoch), sú odolní voči vysokým a nízkym teplotám. Jediné miesta, kde nie sú žiadne živé prokaryoty, sú krátery sopky a oblasti blízko epicentra výbuchu atómovej bomby.

V ekológii baktérie z ríše prokaryotov slúžia na fixáciu dusíka a mineralizáciu organických zvyškov v pôde. Viac o týchto funkciách:

• Fixácia dusíka je životne dôležitý proces pre ekológiu ako celok. Rastliny bez dusíka (N 2) totiž neprežijú. Ale vo svojej čistej forme sa neabsorbuje, ale iba v zlúčeninách s amoniakom (NHO 3) - baktérie prispievajú k tejto väzbe.
• Mineralizácia (rozklad) je proces rozkladu organických zvyškov na CO2 (oxid uhličitý), H 2 O (voda) a minerálne soli. Aby sa tento proces uskutočnil, je potrebné dostatočné množstvo kyslíka, pretože v skutočnosti rozklad možno prirovnať k spaľovaniu. Organické látky, ktoré sa nachádzajú v pôde, sú oxidované v dôsledku funkcií baktérií a húb.

V prírode existuje ďalší biologický proces - denitrifikácia. Ide o redukciu dusičnanov na molekuly dusíka pri súčasnej oxidácii na organické zložky CO 2 a H 2 O. Hlavnou funkciou denitrifikačného procesu je uvoľňovanie NO 3 .

Aby poľnohospodári získali dobrú úrodu, vždy sa snažia pôdu pred novou sejbou pohnojiť. Často sa to robí so zmesou hnoja a sena. Chvíľu po aplikácii hnojiva hnije a kyprí pôdu – tak sa do nej dostávajú živiny. Je to výsledok práce bakteriálnych buniek, pretože proces rozkladu je tiež ich funkciou.

Bez špeciálneho zariadenia, voľným okom, mikroorganizmy v pôde jednoducho nevidno, no sú ich milióny. Napríklad na jednom hektári poľa v hornej vrstve pôdy je až 450 kg mikroorganizmov.

Baktérie, ktoré vykonávajú svoje hlavné funkcie, zabezpečujú úrodnosť pôdy a vylučovanie oxid uhličitý nevyhnutné pre fotosyntézu rastlín.

Baktérie a človek

Ľudský život, podobne ako rastliny, je nemožný bez baktérií, pretože neviditeľné mikroorganizmy sa v ľudskom tele usadia s prvým nádychom vzduchu po narodení. Vedci dokázali, že v tele dospelého človeka sa nachádza až 10 000 rôznych druhov baktérií, čo do hmotnosti dosahuje 3 kg.

Hlavná lokalizácia prokaryotov je v črevách, menej ich je v genitourinárnom trakte a na koži. 98 % „našich“ baktérií má prospešné funkcie a 2 % sú škodlivé. Silná ľudská imunita poskytuje medzi nimi rovnováhu. Ale akonáhle imunitný systém oslabí, škodlivé bakteriálne bunky sa začnú intenzívne množiť, v dôsledku čoho sa choroba prejaví.

Užitočné prokaryoty v tele

Ľudská imunita priamo závisí od baktérií obývajúcich črevá. Úloha prospešných baktérií je veľká, pretože rozkladajú nestrávené zvyšky potravy, podporujú metabolizmus voda-soľ, pomáhajú pri tvorbe imunoglobulínu A, bojujú proti patogénnym baktériám a plesniam.

Hlavnou funkciou baktérií je zabezpečiť vyváženú črevnú mikroflóru, vďaka ktorej dochádza k normálnemu fungovaniu ľudskej imunity. Vďaka moderné výdobytky biológie sa stali známe také užitočné prokaryoty ako bifidobaktérie, laktobacily, enterokoky, E. coli a bakteroidy. Mali by osídliť črevné prostredie na 99% a zvyšné 1% tvoria baktérie patogénnej flóry (staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa a iné).

• Bifidobaktérie produkujú acetát a kyselinu mliečnu. V dôsledku toho okysľujú svoj biotop, čím potláčajú reprodukciu patogénnych prokaryotov, ktoré vytvárajú procesy rozkladu a fermentácie. Napomáhajú vstrebávaniu správneho množstva vitamínu D, vápnika a železa, pôsobia antioxidačne. Bifidobaktérie sú veľmi dôležité aj pre novorodencov – znižujú riziko potravinových alergií.
• E. coli produkuje kolicín, látku, ktorá inhibuje rozmnožovanie škodlivých mikróbov. Vďaka funkciám Escherichia coli dochádza k syntéze vitamínov K, skupiny B, kyseliny listovej a nikotínovej.
• Enterobaktérie sú potrebné na obnovenie črevnej mikroflóry po liečbe antibiotikami.
• Funkcie laktobacilov sú zamerané na tvorbu antimikrobiálnej látky. Tým sa redukuje rast oportúnnych a hnilobných prokaryotov.

škodlivé baktérie

Škodlivé mikróby vstupujú do tela vzduchom, jedlom, vodou a kontaktom. Ak je imunitný systém oslabený, potom spôsobujú rôzne ochorenia. Medzi najčastejšie škodlivé prokaryoty patria:

• Streptokoky skupiny A, B - obývajú ústnu dutinu, kožu, nosohltan, pohlavné orgány, hrubé črevo. Znížte vývoj prospešných baktérií a imunity. Staňte sa hlavnou príčinou infekčných chorôb.
• Pneumokoky – sú pôvodcom zápalu priedušiek, zápalu pľúc, zápalu dutín a stredného ucha, meningitídy.
• Gingivalis mikróby – nachádzajú sa najmä v ústnej dutine, spôsobujú paradentózu.
• Stafylokok – šíri sa po celom tele človeka, pri znížení imunity a vplyvom iných faktorov sa prejavuje ochoreniami kože, kostí, kĺbov, mozgu, hrubého čreva a vnútorných orgánov.

Mikroorganizmy v hrubom čreve

Mikroflóra hrubého čreva sa mení v závislosti od jedla, ktoré človek konzumuje, takže mikróby sa môžu navzájom vytlačiť. Proti hnilobným baktériám možno bojovať mikroorganizmami kyseliny mliečnej.

Nezdravé jedlo narúša funkcie „dobrých“ mikroorganizmov v črevách

S baktériami žije človek od narodenia – vzťah medzi mikro- a makroorganizmom je veľmi silný. Pre dobré zdravie je preto potrebné jednoznačne udržiavať rovnováhu medzi prospešnými a škodlivými baktériami. Je to jednoduché, dodržiavajte osobnú hygienu a správnu výživu.

BAKTÉRIE
rozsiahla skupina jednobunkových mikroorganizmov charakterizovaných absenciou bunkového jadra obklopeného membránou. Zároveň genetický materiál baktérie (deoxyribonukleová kyselina, alebo DNA) zaberá v bunke veľmi špecifické miesto – zónu nazývanú nukleoid. Organizmy s takouto bunkovou štruktúrou sa nazývajú prokaryoty ("predjadrové"), na rozdiel od všetkých ostatných - eukaryoty ("pravé jadro"), ktorých DNA sa nachádza v jadre obklopenom škrupinou. Baktérie, predtým považované za mikroskopické rastliny, sú teraz klasifikované ako samostatné kráľovstvo, Monera, jedno z piatich v súčasnom klasifikačnom systéme, spolu s rastlinami, zvieratami, hubami a protistami.

fosílne dôkazy. Baktérie sú pravdepodobne najstaršou známou skupinou organizmov. Vrstvené kamenné stavby – stromatolity – datované v niektorých prípadoch do začiatku archeozoika (archea), t.j. ktorý vznikol pred 3,5 miliardami rokov - výsledok životnej činnosti baktérií, zvyčajne fotosyntetických, tzv. modro-zelené riasy. Podobné štruktúry (bakteriálne filmy impregnované uhličitanmi) sa stále vytvárajú najmä pri pobreží Austrálie, Baham, v Kalifornskom a Perzskom zálive, ale sú pomerne zriedkavé a nedosahujú veľké veľkosti, pretože sa živia bylinožravými organizmami, ako sú ulitníky. Dnes stromatolity rastú hlavne tam, kde tieto živočíchy chýbajú kvôli vysokej slanosti vody alebo z iných dôvodov, ale predtým, ako sa v priebehu evolúcie objavili bylinožravé formy, mohli dosiahnuť obrovské veľkosti, čo predstavuje základný prvok oceánskej plytkej vody. porovnateľné s modernými koralovými útesmi. V niektorých starovekých horninách sa našli drobné zuhoľnatené guľôčky, o ktorých sa tiež predpokladá, že sú to pozostatky baktérií. Prvý jadrový, t.j. eukaryotické, bunky sa vyvinuli z baktérií asi pred 1,4 miliardami rokov.
Ekológia. V pôde, na dne jazier a oceánov je veľa baktérií – všade tam, kde sa hromadí organická hmota. Žijú v chlade, keď je teplomer mierne nad nulou, a v horúcich kyslých prameňoch s teplotou nad 90 °C. Niektoré baktérie tolerujú veľmi vysokú slanosť prostredia; najmä sú to jediné organizmy, ktoré sa nachádzajú v Mŕtvom mori. V atmosfére sú prítomné v kvapkách vody a ich množstvo tam zvyčajne koreluje s prašnosťou vzduchu. Takže v mestách dažďová voda obsahuje oveľa viac baktérií ako vo vidieckych oblastiach. V chladnom vzduchu vysočín a polárnych oblastí je ich málo, napriek tomu sa nachádzajú aj v spodnej vrstve stratosféry vo výške 8 km. Tráviaci trakt zvierat je husto osídlený baktériami (zvyčajne neškodnými). Pokusy ukázali, že pre život väčšiny druhov nie sú potrebné, hoci niektoré vitamíny dokážu syntetizovať. U prežúvavcov (kravy, antilopy, ovce) a mnohých termitov sa však podieľajú na trávení rastlinnej potravy. Okrem toho sa imunitný systém zvieraťa chovaného v sterilných podmienkach nevyvíja normálne v dôsledku nedostatočnej stimulácie baktériami. Normálna bakteriálna „flóra“ čreva je dôležitá aj pre potlačenie škodlivých mikroorganizmov, ktoré sa tam dostávajú.

ŠTRUKTÚRA A ŽIVOT BAKTÉRIÍ

Baktérie sú oveľa menšie ako bunky mnohobunkových rastlín a živočíchov. Ich hrúbka je zvyčajne 0,5-2,0 mikrónov a ich dĺžka je 1,0-8,0 mikrónov. Rozlíšenie štandardných svetelných mikroskopov (približne 0,3 µm) vám sotva umožňuje vidieť niektoré formy, ale sú známe aj druhy s dĺžkou viac ako 10 µm a šírkou, ktorá tiež presahuje tieto limity, a množstvo veľmi tenkých baktérií môže dĺžka presahuje 50 µm. Štvrť milióna stredne veľkých predstaviteľov tohto kráľovstva sa zmestí na plochu zodpovedajúcu bodu nastavenému ceruzkou.
Štruktúra. Podľa zvláštností morfológie sa rozlišujú tieto skupiny baktérií: koky (viac-menej guľovité), bacily (tyčinky alebo valce so zaoblenými koncami), spirilla (tuhé špirály) a spirochéty (tenké a ohybné vlasové formy). Niektorí autori majú tendenciu spájať posledné dve skupiny do jednej – spirilla. Prokaryoty sa líšia od eukaryotov najmä absenciou dobre vytvoreného jadra a prítomnosťou, v typickom prípade, iba jedného chromozómu – veľmi dlhej kruhovej molekuly DNA pripojenej v jednom bode k bunkovej membráne. Prokaryoty tiež nemajú membránovo viazané intracelulárne organely nazývané mitochondrie a chloroplasty. V eukaryotoch mitochondrie produkujú energiu počas dýchania a fotosyntéza prebieha v chloroplastoch (pozri tiež BUNKA). U prokaryotov preberá celá bunka (a predovšetkým bunková membrána) funkciu mitochondrie a pri fotosyntetických formách zároveň chloroplast. Rovnako ako eukaryoty, vo vnútri baktérie sú malé nukleoproteínové štruktúry - ribozómy potrebné na syntézu bielkovín, ale nie sú spojené so žiadnymi membránami. Až na niekoľko výnimiek nie sú baktérie schopné syntetizovať steroly, základné zložky membrán eukaryotických buniek. Mimo bunkovej membrány je väčšina baktérií vystlaná bunkovou stenou, ktorá trochu pripomína celulózovú stenu rastlinných buniek, ale pozostáva z iných polymérov (zahŕňajú nielen sacharidy, ale aj aminokyseliny a látky špecifické pre baktérie). Táto škrupina zabraňuje prasknutiu bakteriálnej bunky, keď sa do nej dostane voda v dôsledku osmózy. Na vrchu bunkovej steny je často ochranná slizničná kapsula. Mnohé baktérie sú vybavené bičíkmi, s ktorými aktívne plávajú. Bakteriálne bičíky sú jednoduchšie a trochu iné ako podobné eukaryotické štruktúry.

"TYPICKÁ" BAKTERIÁLNA BUNKA a jeho hlavné štruktúry.

Senzorické funkcie a správanie. Mnohé baktérie majú chemické receptory, ktoré detegujú zmeny v kyslosti prostredia a koncentrácii rôzne látky ako sú cukry, aminokyseliny, kyslík a oxid uhličitý. Každá látka má svoj vlastný typ takýchto „chuťových“ receptorov a strata jedného z nich v dôsledku mutácie vedie k čiastočnej „chuťovej slepote“. Mnohé pohyblivé baktérie reagujú aj na teplotné výkyvy a fotosyntetické druhy na zmeny svetla. Niektoré baktérie cítia smer siločiar magnetické pole, vrátane magnetického poľa Zeme, pomocou častíc magnetitu (magnetická železná ruda - Fe3O4) prítomných v ich bunkách. Vo vode baktérie využívajú túto schopnosť plávať pozdĺž siločiar pri hľadaní priaznivého prostredia. Podmienené reflexy u baktérií sú neznáme, ale majú určitý druh primitívnej pamäte. Pri plávaní porovnávajú vnímanú intenzitu podnetu s jeho predchádzajúcou hodnotou, t.j. určiť, či sa zväčšil alebo zmenšil, a na základe toho zachovať smer pohybu alebo ho zmeniť.
Reprodukcia a genetika. Baktérie sa rozmnožujú nepohlavne: DNA v ich bunke sa replikuje (zdvojuje), bunka sa rozdelí na dve časti a každá dcérska bunka dostane jednu kópiu rodičovskej DNA. Bakteriálna DNA sa môže prenášať aj medzi nedeliacimi sa bunkami. Zároveň nedochádza k ich fúzii (ako u eukaryotov), ​​nezvyšuje sa počet jedincov a zvyčajne sa do inej bunky prenesie len malá časť genómu (kompletná sada génov), na rozdiel od tzv. „skutočný“ sexuálny proces, pri ktorom potomok dostane od každého rodiča kompletnú sadu génov. Takýto prenos DNA sa môže uskutočniť tromi spôsobmi. Baktéria pri premene absorbuje z prostredia „nahú“ DNA, ktorá sa tam dostala pri ničení iných baktérií alebo zámerne „prekĺzla“ experimentátorom. Proces sa nazýva transformácia, pretože v počiatočných štádiách jeho štúdia sa hlavná pozornosť venovala premene (premene) týmto spôsobom neškodných organizmov na virulentné. Fragmenty DNA dokážu z baktérií na baktérie preniesť aj špeciálne vírusy – bakteriofágy. Toto sa nazýva transdukcia. Existuje aj proces, ktorý sa podobá oplodneniu a nazýva sa konjugácia: baktérie sú navzájom spojené dočasnými tubulárnymi výrastkami (kopulačná fimbria), cez ktoré prechádza DNA z „mužskej“ bunky do „ženskej“. Niekedy baktérie obsahujú veľmi malé extra chromozómy – plazmidy, ktoré sa môžu prenášať aj z jedinca na jedinca. Ak plazmidy zároveň obsahujú gény, ktoré spôsobujú rezistenciu na antibiotiká, hovoria o infekčnej rezistencii. Je to dôležité z medicínskeho hľadiska, pretože sa môže šíriť medzi rôznymi druhmi a dokonca rodmi baktérií, v dôsledku čoho sa celá bakteriálna flóra, povedzme črevá, stáva odolná voči pôsobeniu niektorých liekov.

METABOLIZMUS

Čiastočne kvôli malej veľkosti baktérií je intenzita ich metabolizmu oveľa vyššia ako u eukaryotov. Za najpriaznivejších podmienok môžu niektoré baktérie zdvojnásobiť svoju celkovú hmotnosť a početnosť približne každých 20 minút. Je to spôsobené tým, že množstvo ich najdôležitejších enzýmových systémov funguje veľmi vysokou rýchlosťou. Takže králik potrebuje niekoľko minút na syntézu proteínovej molekuly a baktérie - sekúnd. V prirodzenom prostredí, napríklad v pôde, je však väčšina baktérií „na hladovke“, takže ak sa ich bunky delia, tak nie každých 20 minút, ale každých pár dní.
Jedlo. Baktérie sú autotrofné a heterotrofné. Autotrofy ("samoživiace") nepotrebujú látky produkované inými organizmami. Ako hlavný alebo jediný zdroj uhlíka využívajú oxid uhličitý (CO2). Vrátane CO2 a iných anorganických látok, najmä amoniaku (NH3), dusičnanov (NO-3) a rôznych zlúčenín síry, v zložitých chemických reakciách syntetizujú všetky biochemické produkty, ktoré potrebujú. Heterotrofy („živiace sa inými“) využívajú organické látky (obsahujúce uhlík) syntetizované inými organizmami, najmä cukry, ako hlavný zdroj uhlíka (niektoré druhy potrebujú aj CO2). Oxidované tieto zlúčeniny dodávajú energiu a molekuly potrebné pre rast a životnú aktivitu buniek. V tomto zmysle sú heterotrofné baktérie, ktoré zahŕňajú veľkú väčšinu prokaryotov, podobné ľuďom.
hlavné zdroje energie. Ak sa na tvorbu (syntézu) bunkových zložiek používa najmä svetelná energia (fotóny), potom sa tento proces nazýva fotosyntéza a druhy, ktoré sú jej schopné, sa nazývajú fototrofy. Fototrofné baktérie sa delia na fotoheterotrofy a fotoautotrofy, podľa toho, ktoré zlúčeniny – organické alebo anorganické – slúžia ako ich hlavný zdroj uhlíka. Fotoautotrofné sinice (modro-zelené riasy), podobne ako zelené rastliny, štiepia molekuly vody (H2O) pomocou svetelnej energie. Tým sa uvoľňuje voľný kyslík (1/2O2) a vzniká vodík (2H+), o ktorom sa dá povedať, že premieňa oxid uhličitý (CO2) na sacharidy. V zelených a fialových sírnych baktériách sa na rozklad vody nepoužíva svetelná energia, ale iné anorganické molekuly, ako je sírovodík (H2S). V dôsledku toho vzniká aj vodík, čím sa znižuje oxid uhličitý, ale kyslík sa neuvoľňuje. Takáto fotosyntéza sa nazýva anoxygénna. Fotoheterotrofné baktérie, ako napríklad fialové nesírne baktérie, využívajú svetelnú energiu na výrobu vodíka z organických látok, najmä izopropanolu, ale ako jeho zdroj môže slúžiť aj plynný H2. Ak je hlavným zdrojom energie v bunke oxidácia chemických látok, baktérie sa nazývajú chemoheterotrofy alebo chemoautotrofy, podľa toho, ktoré molekuly slúžia ako hlavný zdroj uhlíka – organické alebo anorganické. V prvom prípade organické látky poskytujú energiu aj uhlík. Chemoautotrofy získavajú energiu z oxidácie anorganických látok, ako je vodík (do vody: 2H4 + O2 až 2H2O), železo (Fe2+ až Fe3+) alebo síra (2S + 3O2 + 2H2O až 2SO42- + 4H+) a uhlík z CO2. Tieto organizmy sa tiež nazývajú chemolithotrofy, čím sa zdôrazňuje, že sa „živia“ skalami.
Dych. Bunkové dýchanie - proces uvoľňovania chemická energia uložené v molekulách „potravy“ pre jeho ďalšie využitie v životne dôležitých reakciách. Dýchanie môže byť aeróbne a anaeróbne. V prvom prípade potrebuje kyslík. Je potrebný pre prácu tzv. elektrónový transportný systém: elektróny sa pohybujú z jednej molekuly do druhej (uvoľňuje sa energia) a prípadne sa spolu s vodíkovými iónmi naviažu na kyslík – vzniká voda. Anaeróbne organizmy kyslík nepotrebujú a pre niektoré druhy tejto skupiny je dokonca jedovatý. Elektróny uvoľnené pri dýchaní sú viazané na iné anorganické akceptory, ako je dusičnan, síran alebo uhličitan, alebo (v jednej z foriem takéhoto dýchania - fermentácia) na určitý organická molekula najmä pre glukózu. Pozri tiež METABOLIZMUS.

KLASIFIKÁCIA

Vo väčšine organizmov sa druh považuje za reprodukčne izolovanú skupinu jedincov. AT široký zmysel to znamená, že zástupcovia tohto druhu môžu produkovať plodné potomstvo, páriť sa iba s vlastným druhom, ale nie s jedincami iných druhov. Gény konkrétneho druhu teda spravidla neprekračujú jeho hranice. Baktérie si však môžu vymieňať gény medzi jedincami nielen rôznych druhov, ale aj rôznych rodov, je teda legitímne tu aplikovať zaužívané pojmy? evolučného pôvodu a príbuzenstvo nie je úplne jasné. V súvislosti s týmito a ďalšími ťažkosťami ešte neexistuje všeobecne akceptovaná klasifikácia baktérií. Nižšie je uvedený jeden z jeho široko používaných variantov.
KRÁĽOVSTVO MONERA

Phylum Gracilicutes (tenkostenné gramnegatívne baktérie)

Trieda Scotobacteria (nefotosyntetické formy, napr. myxobaktérie) Trieda Anoxyfotobaktérie (fotosyntetické formy uvoľňujúce kyslík, napr. purpurové sírne baktérie) Trieda Oxyfotobaktérie (fotosyntetické formy uvoľňujúce kyslík, napr. cyanobaktérie)

Phylum Firmicutes (hrubostenné grampozitívne baktérie)

Trieda Firmibacteria (tvrdobunkové formy, ako sú klostrídie)
Trieda Thallobacteria (rozvetvené formy, napr. aktinomycéty)

Tenericutes phylum (gramnegatívne baktérie bez bunkovej steny)

Trieda Mollicutes (mäkkobunkové formy, napr. mykoplazmy)

Typ Mendosicutes (baktérie s poškodenou bunkovou stenou)

Trieda Archaebacteria (staroveké formy, napr. tvorcovia metánu)

domény. Nedávne biochemické štúdie ukázali, že všetky prokaryoty sú jasne rozdelené do dvoch kategórií: malá skupina archaebaktérií (Archaebacteria - "staroveké baktérie") a všetky ostatné, nazývané eubaktérie (Eubacteria - "pravé baktérie"). Predpokladá sa, že archaebaktérie sú primitívnejšie ako eubaktérie a majú bližšie k spoločnému predkovi prokaryotov a eukaryotov. Líšia sa od iných baktérií niekoľkými významnými spôsobmi, vrátane zloženia molekúl ribozomálnej RNA (pRNA), ktoré sa podieľajú na syntéze bielkovín, chemickej štruktúry lipidov (látky podobné tuku) a prítomnosti niektorých iných látok v bunkovej stene. proteín-sacharidový polymér mureín. Vo vyššie uvedenom klasifikačnom systéme sa archaebaktérie považujú len za jeden z typov toho istého kráľovstva, ktoré zahŕňa všetky eubaktérie. Podľa niektorých biológov sú však rozdiely medzi archebaktériami a eubaktériami také hlboké, že je správnejšie považovať archebaktérie v Monera za samostatné podkráľovstvo. Nedávno sa objavil ešte radikálnejší návrh. Molekulárna analýza odhalila také významné rozdiely v štruktúre génov medzi týmito dvoma skupinami prokaryotov, že niektorí považujú ich prítomnosť v tej istej ríši organizmov za nelogickú. V tejto súvislosti bolo navrhnuté vytvoriť taxonomickú kategóriu (taxón) ešte vyššej úrovne, nazvať ju doménou, a rozdeliť všetko živé do troch domén – Eucarya (eukaryoty), Archaea (archaea) a Baktérie (súčasné eubaktérie). ).

EKOLÓGIA

Dve najdôležitejšie ekologické funkcie baktérií sú fixácia dusíka a mineralizácia organických zvyškov.
Fixácia dusíka. Väzba molekulárneho dusíka (N2) na amoniak (NH3) sa nazýva fixácia dusíka a jeho oxidácia na dusitany (NO-2) a dusičnany (NO-3) sa nazýva nitrifikácia. Toto sú životne dôležité procesy pre biosféru, pretože rastliny potrebujú dusík, ale môžu len asimilovať jeho viazané formy. V súčasnosti približne 90 % (asi 90 miliónov ton) ročného množstva takto „fixovaného“ dusíka poskytujú baktérie. Zvyšok produkujú chemické závody alebo vzniká pri výbojoch blesku. Dusík vo vzduchu, ktorý je cca. 80% atmosféry, spojené najmä s gramnegatívnym rodom Rhizobium (Rhizobium) a cyanobaktériami. Druh Rhizobium symbiózuje s približne 14 000 druhmi strukovín (čeľaď Leguminosae), medzi ktoré patrí napríklad ďatelina, lucerna, sója a hrach. Tieto baktérie žijú v tzv. uzliny - opuchy, ktoré sa v ich prítomnosti tvoria na koreňoch. Baktérie prijímajú organickú hmotu (výživu) z rastliny a na oplátku dodávajú hostiteľovi viazaný dusík. Na rok sa takto fixuje až 225 kg dusíka na hektár. Nestrukovinové rastliny, ako je jelša, tiež vstupujú do symbiózy s inými baktériami viažucimi dusík. Sinice fotosyntetizujú ako zelené rastliny, pričom uvoľňujú kyslík. Mnohé z nich sú tiež schopné viazať vzdušný dusík, ktorý potom prijímajú rastliny a prípadne zvieratá. Tieto prokaryoty slúžia ako dôležitý zdroj fixovaného dusíka v pôde vo všeobecnosti a najmä na ryžových poliach na východe, ako aj ako jeho hlavný dodávateľ pre oceánske ekosystémy.
Mineralizácia. Takto sa nazýva rozklad organických zvyškov na oxid uhličitý (CO2), vodu (H2O) a minerálne soli. Z chemického hľadiska je tento proces ekvivalentný spaľovaniu, preto si vyžaduje veľké množstvo kyslíka. Vrchná vrstva pôdy obsahuje od 100 000 do 1 miliardy baktérií na 1 g, t.j. asi 2 tony na hektár. Zvyčajne sú všetky organické zvyšky, akonáhle sú v zemi, rýchlo oxidované baktériami a hubami. Odolnejšia voči rozkladu je hnedastá organická látka nazývaná humínová kyselina, ktorá vzniká najmä z lignínu obsiahnutého v dreve. Hromadí sa v pôde a zlepšuje jej vlastnosti.

BAKTÉRIE A PRIEMYSEL

Vzhľadom na rozmanitosť chemických reakcií katalyzovaných baktériami nie je prekvapujúce, že sa vo výrobe široko používajú, v niektorých prípadoch už od staroveku. Prokaryoty zdieľajú slávu takýchto mikroskopických ľudských pomocníkov s hubami, predovšetkým kvasinkami, ktoré zabezpečujú väčšinu procesov alkoholového kvasenia, napríklad pri výrobe vína a piva. Teraz, keď bolo možné zaviesť do baktérií užitočné gény, ktoré im umožnia syntetizovať cenné látky, ako je inzulín, priemyselné využitie týchto živých laboratórií dostalo nový silný impulz. Pozri tiež GENETICKÉ INŽINIERSTVO.
Potravinársky priemysel. V súčasnosti baktérie tento priemysel využíva najmä na výrobu syrov, iných fermentovaných mliečnych výrobkov a octu. Hlavnými chemickými reakciami sú tu tvorba kyselín. Takže keď sa získa ocot, baktérie rodu Acetobacter oxidujú etanol obsiahnuté v jablčnom mušte alebo iných kvapalinách na kyselinu octovú. Podobné procesy sa vyskytujú aj pri kyslej kapuste: anaeróbne baktérie fermentujú cukor obsiahnutý v listoch tejto rastliny na kyselinu mliečnu, ako aj na kyselinu octovú a rôzne alkoholy.
Lúhovanie rúd. Na lúhovanie chudobných rúd sa využívajú baktérie, t.j. prechodom z nich do roztoku solí cenných kovov, predovšetkým medi (Cu) a uránu (U). Príkladom je spracovanie chalkopyritu alebo pyritov medi (CuFeS2). Haldy tejto rudy sa pravidelne zalievajú vodou obsahujúcou chemolitotrofné baktérie rodu Thiobacillus. V priebehu svojej životnej činnosti oxidujú síru (S), pričom vznikajú rozpustné sírany medi a železa: CuFeS2 + 4O2 až CuSO4 + FeSO4. Takéto technológie výrazne zjednodušujú výrobu cenných kovov z rúd; v zásade sú ekvivalentné procesom vyskytujúcim sa v prírode pri zvetrávaní hornín.
Recyklácia odpadu. Baktérie slúžia aj na premenu odpadu, ako sú splašky, na menej nebezpečné alebo dokonca užitočné produkty. Odpadová voda- jeden z akútnych problémov moderného ľudstva. Ich úplná mineralizácia si vyžaduje obrovské množstvo kyslíka a v bežných nádržiach, kde je zvykom tieto odpady vysypávať, ich už nestačí „neutralizovať“. Riešenie spočíva v dodatočnom prevzdušňovaní odpadovej vody v špeciálnych bazénoch (aerotankoch): vďaka tomu majú mineralizujúce baktérie dostatok kyslíka úplný rozklad organické látky a jedna z nich konečné produkty proces v najpriaznivejších prípadoch stáva pitná voda. Nerozpustná zrazenina zostávajúca po ceste môže byť podrobená anaeróbnej fermentácii. Aby takéto úpravne vody zaberali čo najmenej miesta a peňazí, je to potrebné dobré znalosti bakteriológia.
Iné použitia. Medzi ďalšie dôležité oblasti priemyselnej aplikácie baktérií patrí napríklad lalok ľanu, t.j. oddelenie jeho spriadacích vlákien od iných častí rastliny, ako aj produkcia antibiotík, najmä streptomycínu (baktérie rodu Streptomyces).

KONTROLA BAKTÉRIÍ V PRIEMYSLE

Baktérie nie sú len prospešné; Boj proti ich masovej reprodukcii, napríklad v potravinárskych výrobkoch alebo vo vodných systémoch celulózok a papierní, sa stal celou oblasťou činnosti. Potraviny kazia baktérie, plesne a ich vlastné autolýzne ("samotrávenie") enzýmy, pokiaľ nie sú inaktivované teplom alebo iným spôsobom. Keďže baktérie sú hlavnou príčinou kazenia, navrhovanie efektívnych systémov skladovania potravín vyžaduje znalosť limitov tolerancie týchto mikroorganizmov. Jednou z najbežnejších technológií je pasterizácia mlieka, ktorá zabíja baktérie spôsobujúce napríklad tuberkulózu a brucelózu. Mlieko sa udržiava pri teplote 61-63 °C počas 30 minút alebo pri teplote 72-73 °C iba 15 sekúnd. To nezhoršuje chuť produktu, ale inaktivuje patogénne baktérie. Víno, pivo a ovocné šťavy môžu byť tiež pasterizované. Výhody skladovania sú už dlho známe produkty na jedenie v chlade. Nízke teploty baktérie nezabíjajú, ale neumožňujú im rásť a množiť sa. Pravda, pri zmrazení napríklad na -25 °C sa počet baktérií po niekoľkých mesiacoch zníži, no veľké množstvo týchto mikroorganizmov stále prežíva. Pri teplotách tesne pod nulou sa baktérie ďalej množia, no veľmi pomaly. Ich životaschopné kultúry môžu byť po lyofilizácii (zmrazení – vysušení) skladované takmer neobmedzene v médiu obsahujúcom proteín, ako je krvné sérum. Medzi ďalšie známe spôsoby konzervácie potravín patrí sušenie (sušenie a údenie), pridávanie veľkého množstva soli alebo cukru, čo je fyziologicky ekvivalentné dehydratácii a morenie, t.j. vložené do koncentrovaného roztoku kyseliny. Pri kyslosti média zodpovedajúcej pH 4 a nižšej je životná aktivita baktérií zvyčajne výrazne inhibovaná alebo zastavená.

BAKTÉRIE A CHOROBY

ŠTÚDIUM BAKTÉRIÍ

Mnohé baktérie sa ľahko pestujú v tzv. kultivačné médium, ktoré môže obsahovať mäsový bujón, čiastočne strávený proteín, soli, dextrózu, plnú krv, jej sérum a ďalšie zložky. Koncentrácia baktérií za takýchto podmienok zvyčajne dosahuje okolo miliardy na centimeter kubický, výsledkom čoho je zakalené prostredie. Na štúdium baktérií je potrebné mať možnosť získať ich čisté kultúry, čiže klony, ktoré sú potomkami jedinej bunky. Je to potrebné napríklad na určenie, ktorý typ baktérie infikoval pacienta a ktoré antibiotikum tento druh citlivý. Mikrobiologické vzorky, ako sú výtery z hrdla alebo rán, vzorky krvi, vody alebo iných materiálov, sa veľmi zriedia a nanášajú na povrch polotuhého média: z jednotlivých buniek na ňom sa vyvinú zaoblené kolónie. Stužujúcim činidlom kultivačného média je zvyčajne agar, polysacharid získaný z určitých morských rias a takmer nestráviteľný akýmkoľvek typom baktérií. Agarové médiá sa používajú vo forme „špíz“, tzn. šikmé plochy vytvorené v skúmavkách stojacich pod veľkým uhlom pri tuhnutí roztaveného kultivačného média alebo vo forme tenkých vrstiev v sklenených Petriho miskách - plochých okrúhlych nádobách uzavretých viečkom rovnakého tvaru, ale o niečo väčším priemerom. Zvyčajne sa bakteriálna bunka po dni stihne rozmnožiť natoľko, že vytvorí kolóniu, ktorá je ľahko viditeľná voľným okom. Dá sa preniesť do iného prostredia na ďalšie štúdium. Všetky kultivačné médiá musia byť pred vypestovaním baktérií sterilné a následne je potrebné prijať opatrenia, aby sa na nich neusadili nežiaduce mikroorganizmy. Na vyšetrenie takto pestovaných baktérií sa tenká drôtená slučka kalcinuje na plameni, najskôr sa dotkne kolónie alebo náteru a potom sa na podložné sklíčko nanesie kvapka vody. Rovnomerným rozložením odobratého materiálu v tejto vode sa sklo vysuší a rýchlo prejde cez plameň horáka dvakrát alebo trikrát (strana s baktériami by mala byť otočená hore): v dôsledku toho sú mikroorganizmy pevne pripevnené bez poškodenia k substrátu. Na povrch prípravku sa nakvapká farbivo, potom sa sklo umyje vo vode a opäť sa vysuší. Vzorku je teraz možné vidieť pod mikroskopom. čisté kultúry baktérie sa identifikujú najmä podľa ich biochemických vlastností, t.j. určiť, či z niektorých cukrov tvoria plyn alebo kyseliny, či sú schopné tráviť bielkoviny (skvapalniť želatínu), či potrebujú na rast kyslík atď. Kontrolujú aj to, či sú zafarbené špecifickými farbivami. Citlivosť na určité lieky, ako sú antibiotiká, možno určiť umiestnením malých kotúčikov filtračného papiera nasiaknutého týmito látkami na povrch naočkovaný baktériami. Ak akákoľvek chemická zlúčenina zabíja baktérie, okolo príslušného disku sa vytvorí zóna bez nich.

Collierova encyklopédia. - Otvorená spoločnosť. 2000 .

Kontrola domácich úloh 33 str. 148 Každá baktéria sa rozdelí na dve v priebehu 1 minúty. V počiatočnom momente existuje jedna baktéria. Vytvorte vývojový diagram algoritmu na výpočet počtu baktérií po 10 minútach. Vykonajte algoritmus, pričom každý z jeho krokov opravte v tabuľke hodnôt premenných. alg baktéria delenie začiatok f:= 1 nc pre i od 1 do 10 f:= f * 2 kc výstup f koniec začiatok koniec f:= 1 f:= f * 2 i = 1, 10 f zoznam údajov i, f - celé číslo

Kontrola domácich úloh 33 str. 148 začiatok koniec f:= 1 f:= f * 2 i = 1, 10 f zoznam údajov i, f - celé číslo Kroky algoritmu if Výstup

KONŠTRUKCIA ALGORITMOV ZÁKLADY ALGORITMOV Lekcia 31 Na túto tému Lekcia 10 Práca v triede

Sekvenčná konštrukcia algoritmu Zjednodušenie príkazov na nastavenie úlohy Úloha je rozdelená na jednoduchšie časti Riešenie každej časti problému je formulované v samostatnom príkaze (predpise) Predpisy, ktoré presahujú možnosti vykonávateľa, sú prezentované vo forme jednoduchších príkazy nemôžem vyriešiť úlohu!?

Vývoj algoritmu metódou postupného zdokonaľovania pre vykonávateľa Robot Robot je v určitej bunke horizontálneho koridoru. Žiadna z ciel chodby nie je premaľovaná. Robot musí pretrieť všetky bunky tejto chodby a vrátiť sa do pôvodnej polohy.

Algoritmus na výpočet stupňa y = a x, kde x je celé číslo, a 0. 1 pre x = 0 a x pre x > 0, y = pre x 0, y = pre x 0, y = pre x 0, y = pre x 0, y = pri x
Vývojový diagram riešenia úlohy: Začiatok y áno nie očko (a, x, y) a, x x = 0 y:= 1 Koniec x > 0 o (1/a, x, y) áno nie 0 o (1/a, x, y) áno nie"> 0 o (1/a, x, y) áno nie"> 0 o (1/a, x, y) áno nie" title="(!LANG) : Vývojový diagram riešenia úlohy: Začiatok y áno nie očko (a, x, y) a, x x = 0 y:= 1 Koniec x > 0 o (1/a, x, y) áno nie"> title="Vývojový diagram riešenia úlohy: Začiatok y áno nie očko (a, x, y) a, x x = 0 y:= 1 Koniec x > 0 o (1/a, x, y) áno nie"> !}

Pri popise algoritmu sa používajú formálne parametre. Skutočné parametre sú tie hodnoty, pre ktoré sa vykoná pomocný algoritmus. Typy, počet a poradie formálnych a skutočných parametrov sa musia zhodovať. Formálne a skutočné parametre

Príklad. Algoritmus na výpočet stupňa s prirodzeným exponentom n pre ľubovoľné reálne číslo a, reprezentovaný ako rekurzívny algoritmus Rekurzívny algoritmus Začiatok a, n st (a, n-1,y) y:=a*y y Koniec na ňom, ako na pomocný algoritmus sa nazýva rekurzívny.

Príklad snehovej vločky Koch. Zvážte algoritmus na zostavenie geometrického útvaru, ktorý sa nazýva Kochova snehová vločka. Krokom stavebného konania je výmena strednej tretiny každého z existujúcich segmentov za dva nové s rovnakou dĺžkou. S každým krokom je postava čoraz bizarnejšia. Hranica Kochovej snehovej vločky je poloha krivky po vykonaní nekonečného počtu krokov. Štartovacia pozícia Prvý krok Druhý krok Tretí krok
Najdôležitejšia metóda sekvenčnej konštrukcie algoritmu: pôvodný problém je rozdelený na niekoľko častí, z ktorých každá je jednoduchšia ako celý problém a riešenie každej časti je formulované v samostatnom príkaze; ak sú prijaté príkazy, ktoré presahujú možnosti výkonného umelca, potom sú prezentované ako súbor ešte jednoduchších pokynov; proces pokračuje, kým nie sú interpretovi jasné všetky pokyny. Pomocný algoritmus - algoritmus, ktorý sa úplne používa ako súčasť iného algoritmu. Algoritmus, ktorý ho priamo alebo nepriamo označuje ako pomocný algoritmus, sa nazýva rekurzívny.

Otázky a úlohy Prečo je ťažké okamžite špecifikovať všetky potrebné úkony pri riešení zložitého problému? Aká je metóda postupného spresňovania pri konštrukcii algoritmu? Aký je vzťah medzi metódou sekvenčnej konštrukcie algoritmu a procesmi, ako je písanie eseje alebo príprava na viacdňový kemping? Výška každého z N žiakov 9. A a M žiakov 9. B je známa. Opíšte vo zväčšených blokoch algoritmus na porovnanie priemernej výšky študentov v týchto triedach. V rade desiatich buniek napravo od robota sú niektoré bunky zatienené. Posledný tieňovaný štvorec môže susediť so stenou. Napíšte algoritmus, ktorý vykreslí bunky nad a pod každou vytieňovanou bunkou. Skontrolujte fungovanie algoritmu v nasledujúcich prípadoch: * * Na čo slúžia pomocné algoritmy? Popíšte proces vykonávania inštrukcie volania pomocného algoritmu v hlavnom algoritme. Stretli ste sa pri štúdiu matematiky a fyziky s myšlienkou formálnych a skutočných parametrov? Uveďte príklad. Aké algoritmy sa nazývajú rekurzívne? Uveďte príklad rekurzie zo života. Vytvorte algoritmy, podľa ktorých bude robot maľovať určené bunky. *** a BC

Referenčný abstrakt Metóda sekvenčnej konštrukcie algoritmu je jednou z hlavných metód konštrukcie algoritmov. Zjednodušenie príkazov na nastavenie úloh Úloha je rozdelená na viac jednoduché riešenie každá časť problému je formulovaná v samostatnom príkaze Pokyny, ktoré presahujú možnosti interpreta, sú prezentované vo forme jednoduchších príkazov Pomocný algoritmus - algoritmus, ktorý sa úplne používa ako súčasť iného algoritmu.