Бактерії й археї – будова, живлення, НМТ

Означення. Бактерії й археї – це два домени прокаріотів, тобто одноклітинних організмів без ядра та мембранних органел. Замість ядра в них нуклеоїд, ділянка цитоплазми з кільцевою ДНК.

Місце в програмі НМТ. Тема стоїть у розділі «Прокаріотичні організми»: від вас вимагають знати будову клітини прокаріотів, типи живлення й дихання, розмноження та обмін спадковою інформацією, а також уміти розрізняти археї і бактерії та порівнювати клітини про- і еукаріотів. У реальних варіантах 2024, 2025 і 2026 років бактерії вже траплялися.

Головні правила теми. Прокаріоти – клітини без чітко сформованого ядра та більшості органел. Такий тип клітин є в архей, бактерій і ціанобактерій. Розмір клітин прокаріотів приблизно у \(10\) разів менший, ніж у еукаріотів. Нуклеоїд – ділянка цитоплазми з кільцевою молекулою ДНК, відповідальна за збереження й передавання спадкової інформації. Клітинна стінка бактерій містить пептидоглікан (муреїн); за її будовою бактерії поділяють на грамнегативні та грампозитивні. Розміри архей: від \(0{,}4\) до \(15\) мкм у діаметрі; найменші – наноархеї, приблизно \(0{,}4\) мкм. Вік груп: предки архей з’явилися близько \(3{,}8\) млрд років тому, а архебіонти, вихідні предки бактерій, виникли близько \(3{,}5-3\) млрд років тому. Правило комплементарності для ДНК бактерії: \(A = T\), \(G = C\), тому \(\%C = \dfrac{100\% – 2\cdot\%A}{2}\). Три домени за К. Воузом (система 1985 року): Археї, Бактерії, Еукаріоти. Археї відкрито у 1977 році за відмінностями в генах 16S-рРНК.

Коментар викладачки. Розберіть саме слово: «про-» означає «до», а «каріон» – ядро. Прокаріот буквально «доядерний». Якщо ви це один раз почули, то вже не напишете, що в бактерії ядро є.

Що таке бактерії й чим вони живляться. Бактерії – це прокаріотичні одноклітинні мікроорганізми, у яких немає ядра та мембранних органел. Уперше їх побачив під мікроскопом А. ван Левенгук.

Будова бактеріальної клітини. За підручником вона така: клітинна стінка з муреїну, плазматична мембрана, яка утворює внутрішньоклітинні впинання (фотомембрани, мезосоми), у цитоплазмі рибосоми та включення, замість ядра нуклеоїд, у багатьох клітинах ще й плазміди – маленькі кільцеві молекули ДНК. Зовні клітинної стінки може утворюватися слизова капсула з полісахаридів: вона захищає клітину від висихання, механічних ушкоджень і проникнення вірусів. До поверхневих структур належать пілі (фімбрії) та джгутики з білка флагеліну; саме джгутики забезпечують рух.

Форми, живлення й дихання бактерій. За формою клітин бактерії поділяють на кулясті, паличкоподібні та звивисті. Типи живлення в них справді різноманітні: фотоавтотрофне (ціанобактерії), хемоавтотрофне (залізо- і сіркобактерії), фотогетеротрофне (пурпурні несірчані бактерії), хемогетеротрофне (сапротрофні й симбіотрофні бактерії). Більшість прокаріотів – аероби, але є й численна група анаеробів, які дістають енергію завдяки процесам бродіння. Розмножуються нестатево, поділом клітини.

Мінливість і стійкість бактерій. Ще одна риса бактерій, яку варто тримати в голові: висока мінливість завдяки мобільним генетичним елементам і горизонтальному перенесенню генів, наявність механізмів захисту від вірусів, здатність впадати в анабіоз та утворювати спори, щоб витримати несприятливі умови. Основні групи – спірохети, протобактерії, актинобактерії, мікоплазми.

Чим археї відрізняються від бактерій. Археї – це прокаріотичні одноклітинні мікроорганізми з біохімічними особливостями, які відрізняють їх і від бактерій, і від еукаріотів. Це найдавніші організми, предки яких з’явилися близько \(3{,}8\) млрд років тому.

Геном і форма клітин архей. Геном архей представлений дволанцюговою ДНК у нуклеоїді та кільцевими плазмідами, містить білки-гістони й унікальні інтрони, що відрізняються від еукаріотичних. Гени тРНК і рРНК архей мають специфічний склад та послідовність нуклеотидів. Форма клітин може бути сферичною, паличкоподібною, спіральною, трикутною, прямокутною; археї можуть утворювати колонії, а клітини багатьох видів мають джгутики.

Живлення й середовище архей. Ключова відмінність у живленні: на відміну від бактерій, археї не здатні розщеплювати складні органічні сполуки, а можуть засвоювати лише прості. Серед них є і фотосинтетики, і організми, які синтезують органіку з неорганічних речовин без світла, і такі, що споживають готові органічні сполуки; є й аероби, і анаероби. Мешкають археї у прісних водоймах, морях, вологих ґрунтах, в організмах інших істот, зокрема в шлунку корів та овець і в кишковому тракті людини, а часто й в екстремальних умовах, наприклад у вулканічних гарячих джерелах. До паразитів належить лише один вид архей.

Коментар викладачки. Про архей не треба знати дуже багато, і це добра новина. Тримайте два маячки: вони екстремофіли, тобто живуть там, де інші просто не вижили б, і вони не є типовими збудниками хвороб. Порівняння «хто де паразитує» теж просте: у домені Археї відомі лише деякі види паразитів із типу Наноархеоти, а от у домені Бактерії проявів паразитизму значно більше й вони різноманітніші.