№7. Одноклітинні організми.

+11 Б 19.02.2020

12/16 18.02.2020

13/19 18.02.2020

17 Д-2 10.02.2020

18 А-2 19.02.2020

Тема заняття № 7:

Одноклітинні організми.

1. Різноманітність прокаріотів, особливості їх організації і життєдіяльності.

2. Різноманітність бактерій, їх роль у природі та в житті людини.

3. Профілактика бактеріальних хвороб людини.

4. Різноманітність еукаріотів, особливості їх організації і життєдіяльності.

5. Роль еукаріотів у природі та в житті людини.

Д/з

11 Б

12/16

13/19

17 Д-2

18 А-2

Питання до опитування

1. Яка наука вивчає віруси?

2. Як було відкрито віруси?

3. Які особливості будови вірусних частинок? Які віруси називають простими та складними?

4. Чим нуклеїнові кислоти вірусів відрізняються від нуклеїнових кислот прокаріотів та еукаріотів?

5. Що таке віріон?

6. Які ви знаєте шляхи передачі збудників вірусних інфекцій людини, тварин і рослин у природі?

7. Які ви знаєте способи запобігання вірусним інфекціям?

8. Яка роль вакцинації у боротьбі з вірусними інфекціями?

9. Які антивірусні вакцини вам відомі?

10. За рахунок чого віруси здатні уникати захисних механізмів організму-хазяїна?

Актуалізація опорних знань та мотивація навчально-пізнавальної діяльності

Бактерії, зокрема Lactobacillus в комбінації з дріжджами і пліснявою, протягом тисяч років використовуються для виробництва продуктів бродіння, наприклад сиру, солених овочів, соєвого соусу, оцту, вина і кефіру.

Здатність бактерій руйнувати різноманітні органічні сполуки використовується в переробці відходів і біоремедіації. Бактерії, здатні до травлення вуглеводнів, використовуються для збирання розлитої нафти.

Наприклад, після катастрофи танкера Ексон Валдес в затоці Принца Вільгельма була розлита значна кількість нафти. В спробі очистити узбережжя від нафти на деякі пляжі були викинуті культури бактерій, які показали свою ефективнісь на не дуже сильно забруднених територіях.

Бактерії також широко використовуються для біоремедіації промислових токсичних відходів. У хімічній промисловості бактерії найбільш важливі у виробництві енантіомерно чистих хімічних речовин для використання у фармацевтиці або сільському господарстві.

Бактерії можуть також використовуватися замість пестицидів в біологійній боротьбі з шкідниками. Частіше за все для цього використовується Bacillus thuringiensis (також відома під назвою BT), грам-позитивна ґрунтова бактерія. Підвиди цієї бактерії використовуються як інсектицид, специфічний до лускокрилих, що продається зараз комерційно.

Через свою специфічність ці засоби вважаються екологічно дружніми, майже без негативного ефекту на людину, дику природу, запилювачів і на інших корисних комах.

Через їх здатність швидко рости і відносну легкість, з якою ними можна маніпулювати, бактерії широко використовуються у молекулярній біології, генетиці та біохімії. Створюючи мутації в бактеріальній ДНК і досліджуючи результуючий фенотип, учені можуть визначити функцію генів, ферментів і метаболічних шляхів у бактеріях, а потім застосовують це знання до складніших організмів. Зараз розвинуті методи, що дозволяють накопичити значні набори даних про експресію багатьох генетичних продуктів одночасно та використовувати ці дані в математичних моделях біохімії цих організмів.

Це досяжно відносно деяких найкраще вивчених бактерій, моделі бактерії Escherichia coli зараз активно досліджуються. Розуміння бактеріального метаболізму і генетики дозволяє використання біотехнологій для виробництва за допомогою бактерій терапевтичних білків, наприклад, інсуліну, факторів росту або антитіл.

Під час пояснення матеріалу студентам пропонується заповнювати табличку - для порівння основних характеристикорганізмів ,які вивчають на занятті. Для покращення розуміння ролі одноклітинних, та відмінностей між царствами.

1. Різноманітність прокаріотів

Характерними рисами прокаріотів є особливості їхньої клітинної будови. Прокаріоти не мають ядра, плас­тид, мітохондрій, комплексу Гольджі, ендоплазматичної сітки, лізосом.

Прокаріоти - одноклітинні чи колоніальні організми, розміри яких зазвичай не перевищують 10-20 мкм. Розмножуються лише нестатево (в окремих представників відомий обмін спадковою інформацією у формі кон'югації).

Прокаріотів і одноклітинних еукаріотів черех їхні малі розміри можна вивчати лише за допомогою світлового чи електронного мікроскопів. Тому вони дістали загальну назву мікроорганізми. Їх вивчає наука мікробіологія.

Царство Археї (Архебактерії) - група мікроорганізмів, які за особливостями будови та процесів життєдіяльності відрізняються від інших прокаріотів - справжніх бактерій. У них інша будова клітинної стінки, дещо інший хімічний склад плазматичної мембрани. Водночас для спадкового матеріалу архебактерій характерні ознаки, властиві й еукаріотам (напри­клад, деякі нуклеотидні послідовності, наявність екзонів та інтронів у генах). Особливості будови клітинної стінки дають змогу деяким архебактеріям мешкати в екстремальних умовах. Зокрема, певні види виявляють у гарячих джерелах за температури +85...+105°С.

Серед архебактерій є як гетеротрофні, так і автотрофні види, здатні до хемо- або фотосинтезу. Цікаві гетеротрофні метаноутворюючі бак­терії. Вони мешкають в анаеробних ділянках перезволожених ґрунтів, на болотах, у мулі водойм, зокрема очисних споруд, у рубці (частина шлунка) жуйних тварин. У деяких країнах культури цих бактерій використовують для отримання біогазу з органічних відходів у промислових обсягах.

До царства Еубактерії, або Справжні бактерії, належать різноманітні за формою клітин та особливостями процесів життєдіяльності прокаріоти, яких налічують близько 30 тис. видів. Серед них відомі одноклітинні та колоніальні (стрептококи, стафілококи тощо) форми. Одні із цих бактерій нерухомі, інші здатні пересуватися за допомогою джгутиків чи виділяючи слиз. У деяких бактерій рух досить швидкий; відомі клітини, що за секунду здатні долати відстань, яка дорівнює приблизно 20 їхнім діаметрам.

Особливе місце серед справжніх бактерій належить ціанобактеріям, яких налічують понад 2 тис. видів. Тривалий час, на підставі того, що ці прокаріоти, подібно до водоростей і вищих рослин, здійснюють фотосинтез за допомогою хлорофілу а з виділенням кисню, їх відносили до царства Рослини під назвою «синьо-зелені водорості». Але клітинна стінка ціанобактерій містить сполуку муреїн, притаманну прокаріотам. Зовні від стінки розташований шар з пектинових речовин і білків, зокрема скоротливих. Ядро відсутнє. За рахунок вп'ячувань плазматичної мембрани утворюються поодинокі тилакоїди, в яких розташований фотосинтетичний апарат.

Ціанобактерії мешкають переважно у прісних водоймах та ґрунті, де­які - у морях; відомі види, здатні вступати у тісне співжиття (симбіоз) з іншими організмами (наприклад, разом з грибами можуть входити до складу лишайників, трапляються в клітинах діатомових водоростей). Окремі клітини та колонії забарвлені в різні кольори – від синьо-зеленого, звідки й походить стара назва, до червоного, чорного тощо. Таке забарвлення є наслідком одночасної присутності в клітині хлорофілу та інших яскраво забарвлених пігментів.

2. Особливості організації та життєдіяльності прокаріотів

Серед прокаріотів відомі гетеротрофи (сапротрофи, паразити, мутуалісти, коменсали тощо) та автотрофи (фототрофи та хемотрофи).

Фототрофів серед справжніх бактерій небагато: зелені, пурпурові бактерії тощо. їхні клітини забарвлені в різні кольори: червоний, помаранчевий, зелений завдяки особливим пігментам. Як донор електронів для відновлення фотосинтезуючих пігментів вони, на відміну від ціанобактерій, використо­вують не воду, а інші сполуки: H2S, H2, певні органічні речовини. Тому під час бактеріального фотосинтезу кисень не виділяється.

До хемотрофів належать нітрифікуючі бактерії, залізобактерії, безбарвні сіркобактерії тощо. Ми вже згадували, що для енергетичного забезпечення хемосинтезу ці прокаріоти окиснюють певні неорганічні сполуки. Наприклад, аміак (NH3) до солей нітритної кислоти (HN02) – нітритів; нітрити до нітратів (солі нітратної кислоти - HN03); різні сполуки Сульфуру до сульфатів; сполуки двовалентного Феруму (Fe2+) до тривалентного (Fe3+).

Серед гетеротрофних бактерій є сапротрофи – організми, здатні використовувати для живлення різні відмерлі організми та продукти життєдіяльності (гній та ін.). До них належать бактерії гниття, бродіння тощо. Слід зазначити, що в природі не існує жодної органічної речовини, яку не могли б розщеплювати бактерії.

Бактерії здатні існувати в різних формах симбіозу. Різноманітні паразитичні види спричинюють захворювання людини, тварин, грибів і рослин. Натомість, мешкання в еукаріотичному організмі мутуалістичних бактерій корисне для обох партнерів. Приклади взаємовигідних зв'язків прокаріотів та еукаріотів: бульбочкових бактерій з бобовими рослинами, бактерій травної системи рослиноїдних тварин, кишкової палички кишечнику людини.

Цікавий приклад симбіозу спостерігають між інфузоріями з роду Парамеціум і певними видами бактерій. У клітині-хазяїні ці бактерії виробляють токсичну речовину, яка виділяється назовні, де вбиває інших інфузорій цього виду. Гинуть ті інфузорії, які позбавлені симбіотичних бактерій. У цьому разі вони стають чутливими до отрути.

Для одних видів прокаріотів характерне аеробне дихання (з використанням атмосферного кисню), для інших - анаеробне (без використання кисню). Зокрема, до анаеробних видів належать бактерії, здатні спричиняти різні види бродіння: молочнокисле, маслянокисле та ін.

Клітини прокаріотів розмножуються лише нестатево: поділом навпіл, зрідка - брунькуванням. Перед поділом клітина збільшується в розмірах, її спадковий матеріал (молекула ДНК) подвоюється та рівномірно розподіляється між дочірніми клітинами. Таким чином, кожна з дочірніх клітин, які утворилися внаслідок поділу материнської, отримує свою частину носія спадкової інформації – кільцеву молекулу ДНК.

Обмін спадковою інформацією між двома клітинами бактерій можливий за допомогою кон'югації. При цьому генетичний матеріал від однієї клітини передається до іншої. Кон'югація відбувається за прямого контакту двох клітин. До­слідження показали, що не всі клітини бактерій здатні передавати частину свого спадкового матеріалу іншим. Для цього в клітині має бути присутня особлива плазміда – кільцева дволанцюгова молекула ДНК.

Перед перенесенням з клітини-донора до клітини-реципієнта молекула ДНК подвоюється і та з них, яка щойно синтезувалася, наче проштовхується всередину клітини-реципієнта. Після цього у клітині-реципієнті відбувається обмін ділянками між молекулою ДНК, яка надійшла від клітини-донора, і молекулою ДНК ядерної зони. Процес кон'югації сприяє підвищенню здатності прокаріотів пристосовуватися до змін у навколишньому середовищі. Наприклад, якщо в одному середовищі перебувають клітини бактерій, стійкі до певного антибіотика й нестійкі до нього, то через певний час завдяки кон'югації клітини, які були нестійкі до дії антибіотика, можуть набути такої стійкості.

Обмін спадковою інформацією між клітинами бактерій можливий і без безпосереднього контакту між ними, зокрема за участі бактеріофагів. Ці віруси під час подвоєння власної ДНК включають ділянки молекули ДНК однієї клітини і переносять їх в іншу.

Спадкова інформація від однієї бактерії до іншої також може передава­тись і на відстані за участі розчинних ДНК, що переходять від клітини до клітини. Цей процес дістав назву трансформація.

Прокаріотам притаманна здатність до високих темпів розмноження (клітини за сприятливих умов здатні поділятися кожні 20-30 хв) і росту. Це врівноважує незначні розміри та масу кожного окремого організму, сприяє повнішому використанню ресурсів довкілля. Зниженню конкуренції з боку інших мікроорганізмів сприяє і виділення певними видами біологічно активних речовин. Наприклад, молочнокислі бактерії підвищують кислотність середовища (знижують його рН) до рівня, за якого припиняються ріст і розмноження інших бактерій.

За настання несприятливих умов у багатьох видів прокаріотів відбувається спороутворення. Усередині спори в цитоплазмі зменшується вміст води, і всі життєві процеси припиняються. Спори дуже стійкі до дії високих температур, іонізуючого опромінення, токсичних хімічних сполук тощо. Потрапивши в сприятливі умови, вони «проростають», тобто бактеріальна клітина покидає оболонку спори. Таким чином, спори прокаріотів не є формою розмноження, а слугують для збереження життєздатності за не­сприятливих умов.

Деякі прокаріоти здатні до інцистування, за якого щільною оболонкою вкривається вся клітина. Цисти прокаріотів стійкі до дії радіації, висушування, але нестійкі до перегрівання. Спори та цисти слугують для поширення прокаріотів за допомогою вітру, води, живих організмів, забезпечення зараження хазяїв.

3. Різноманітність бактерій, їх роль у природі та в житті людини

Прокаріоти здатні утворювати колонії різної форми. Колонія прокаріотів становить собою групу з'єднаних між собою клітин. Колонії можуть утворюватися за рахунок того, що після поділу материнської клітини дочірні ще певний час залишаються зв'язаними між собою, утворюючи ланцюжки, грона, пакети тощо. Колонії бактерій можуть бути оточені своєрідним чохлом – капсулою зі слизу.

У ціанобактерій на відміну від колоній справжніх бактерій сусідні клітини пов'язані цитоплазматичними містками, які проходять крізь отвори в оболонках клітин. Крім того, у ціанобактерій поширена диференціація клітин, зокрема наявні особливі клітини, вкриті додатковими оболонками, в яких відбувається засвоєння атмосферного азоту.

За участі прокаріотів з різноманітних органічних сполук утворюються речовини (гумусні кислоти тощо) найродючішого (гумусового) шару ґрунту. Ціанобактерії збагачують ґрунт і водойми киснем (О2). Санітарна роль прокаріотів в тому, що, розкладаючи мертві організми та продукти життєдіяльності, вони звільняють поверхню планети від решток. Прокаріоти беруть участь у процесах самоочищення водойм: живлячись органічними речовинами, вони зменшують їх вміст у воді та мулі.

Завдяки діяльності бактерій-хемосинтетиків, яка триває вже близько 4 млрд років, у земній корі утворилися поклади залізних руд, сполук Сульфуру та деяких інших корисних копалин. Наявності запасів енергоємних речовин – нафти та газоподібних вуглеводнів, зокрема метану, як припускають вчені, ми завдячуємо діяльності певних груп бактерій.

Деякі ґрунтові (вільноживучі та бульбочкові) бактерії-азотфіксатори здатні засвоювати з повітря атмосферний азот і включати його до складу синтезованих ними органічних сполук, насамперед білків. Через кореневі волоски проростка бульбочкові бактерії потрапляють у тканини кореня і, виділяючи особливі сполуки, спричиняють їхнє розростання у вигляді бульбочок. Ці бактерії постачають рослині сполуки Нітрогену, отримуючи органічні сполуки, переважно цукри.

В особливому відділі шлунка (рубці) жуйних парнокопитних (корів, овець, кіз) бактерії розщеплюють целюлозу до цукрів, бо самі тварини не виробляють необхідних ферментів.

Ціанобактерії в симбіозі з грибами утворюють лишайники. Вони синтезують органічні речовини, які споживає гриб, а той постачає клітинам ціанобактерій воду і мінеральні сполуки, а також створює умови для фотосинтезу.

У кишечнику лю­дини завжди присутні певні види бактерій (кишкова паличка та ін.), які сприяють травленню, синтезують деякі вітаміни (В6, В12, К), запобігають розмноженню хвороботворних мікроорганізмів.

Один з важливих напрямів біотехнологїї – фармакологічна промисловість, мета якої – створення і виробництво лікарських препаратів. Зокрема, різні види бактерій поряд з мікроскопічними грибами використовують для отримання антибіотиків, вітамінів, гормонів, ферментів тощо. Сучасні методики дають змогу переносити в клітини бактерій гени еукаріотів, які відповідають за синтез певних сполук. Так, у спадковий матеріал бактерій були введені гени, які кодують вироблення інсуліну, гормони росту, захисні білки-інтерферони тощо.

Біотехнологічні процеси застосовують для очищення навколишнього середовища, зокрема ґрунтів, водойм, стічних вод від побутових і промис­лових забруднень.

Багато прокаріотів завдають шкоди здоров'ю та господарству людини. Так, масове розмноження ціанобактерій у неглибоких прісних водоймах, що добре прогріваються, зокрема водосховищах, водоймах-охолоджувачах теплових та атомних електростанцій, ставках тощо, спричиняє «цвітіння» води, яка стає непрозорою. Ціанобактерії виділяють у воду отруйні речовини, які можуть спричиняти масову загибель мешканців водойм. Така вода непридатна для пиття, а купання в ній може призвести до отруєння або алергічних реакцій.

Серед бактерій є багато паразитичних видів, які, оселяючись в організмах людини, тварин і рослин, спричиняють різноманітні, часто смертельно небезпечні захворювання. Хвороботворні бактерії швидко розмножуються, при цьому продукти їхньої життєдіяльності отруюють хазяїна, що призводить до різних порушень в організмі та навіть смерті. На органах рослин, уражених бактеріями, можуть виникати плями, пухлини тощо, вони можуть загнивати та відмирати.

Найвідоміші бактеріальні захворювання людини – ангіна, дизентерія, дифтерія, туберкульоз, холера, тиф, скарлатина та багато інших, тварин – сибірка, бруцельоз, сифіліс тощо. Бактеріальні захворювання лікують за допомогою антибіотиків або лікувальних сироваток.

https://www.youtube.com/watch?v=bfBBGbKFEmU

Бліда спірохета, "сувенір Колумба"

https://was.media/uk/2017-10-11-turne-treponemi/

4. Профілактика бактеріальних хвороб людини

До організму хазяїна мікроорганізми проникають такими шляхами:

- через шлунково-кишковий тракт разом з їжею чи питвом -бактерії - збудники сальмонельозу (черевного тифу), дизентерії, холери, чуми;

- через дихальні шляхи з повітрям - збудники туберкульозу, ангіни, пневмонії, дифтерії, чуми;

- через пошкодження покривів - ціанобактеріями. Це явище небезпечне бактерії, що паразитують у шкірі, для інших мешканців водойм, а також нігтях тощо;

- під час статевих контактів - збудники сифілісу, гонореї, хламідіозу та інших венеричних захворювань;

- за допомогою комах і кліщів-переносників.

- Так, збудника чуми переносять пацюкові блохи, а висипного тифу - людські воші. Хатні мухи на поверхні тіла та в кишечнику переносять збудників дизентерії, сальмоне­льозу, туберкульозу зі смітників та інших подібних місць у людські оселі, на продукти харчування тощо.

Певні види бактерій псують продукти харчування, роблячи їх непридатними до вжитку та отруйними. Так, бактерія ботулізму може розвиватись у різноманітних консервованих продуктах, рибі, ковбасах, істотно не змінюючи їхній зовнішній вигляд та смакові якості. Спори не гинуть навіть при кип'ятінні впродовж 5 годин та можуть зберігати життєздатність у ґрунтах чи водоймах багато років. її токсин викликає важке отруєння (ботулізм); він насамперед діє на нервову систему та м'язи, спричиняє втрату голосу, запаморочення, порушує зір, процеси травлення та дихання. Якщо хворій людині своєчасно не ввести особливу сироватку та препарати-антидоти, які знешкоджують отруйні речовини, може настати смерть. Тому під час консервування продуктів слід суворо дотримувати технологій пастеризації чи стерилізації.

Стерилізація – процес повного знищення мікроорганізмів та їхніх спор. Поширеним методом стерилізації є дія високих температур (+100 °С і вище). Для стерилізації також застосовують ультрафіолетові промені, ультразвук, хімічні сполуки тощо.

Пастеризація полягає в тому, що для тривалого зберігання різноманітних продуктів (молочнокислих, пива, соків тощо) їх піддають тепловій обробці за температури +60...70 °С протягом півгодини, а потім швидко охолоджують. Цей процес повторюють протягом 3 діб. У результаті спори мікроорганізмів, які могли утворитися під час попередньої обробки, гинуть при наступній. Цю технологію запропонував видатний французький мікробіолог Луї Пастер (1822-1895), тому вона отримала його ім'я.

Небезпечне захворювання органів травлення людини та тварин (черевний тиф, або сальмонельоз) спричиняють бактерії сальмонели. Їхні спори тривалий час можуть зберігатись у зовнішньому середовищі та харчових продуктах.

Аби запобігти поширенню хвороботворних бактерій, хворих людей і тварин необхідно ізолювати від здорових до повного одужання та очищення організму від збудників. Ці заходи мають назву карантин. Інші заходи попередження розповсюдження хвороботворних бактерій - це профілактичні щеплення. їх здійснюють для запобігання захворюванням на дифтерію, правець та ін. Хворих людей і тварин лікують за допомогою антибактеріальних препаратів, зокрема лікувальних сироваток.

Від віршів до вакцини, або чим відомий Заболотний https://tyzhden.ua/History/208454

Профілактика – засоби, спрямовані на попередження захворювань та збереження здоров'я. Зокрема, до них належить організація боротьби з комахами та кліщами - переносниками збудників захворювань.