Многообразие живых организмов

Многообразие живых
организмов
Классификация живых организмов
На земном шаре
обитает около 1,5
млн. видов
животных; 500 тыс.
видов растений; 100
тыс. видов
микроорганизмов.
2 ИМПЕРИИ
Доклеточные
Клеточные
2 НАДЦАРСТВА
Прокариоты
Эукариоты
5 ЦАРСТВ
вирусы
бактерии
растения
животны
е
грибы
СИСТЕМАТИКА
ТИП
КЛАСС
ОТРЯД
СЕМЕЙСТВО
РОД
ВИД
Царство Вирусы
• Вирус (от лат. virus — яд) —
микроскопическая частица, способная
инфицировать клетки живых организмов.
Вирусы являются облигатными паразитами —
они не способны размножаться вне клетки. В
настоящее время известны вирусы,
размножающиеся в клетках растений,
животных, грибов и бактерий (последних
обычно называют бактериофагами).
•
•
•
•
•
Мельчайшие живые организмы
Размеры варьируют от 20 до 300 нм
В среднем в 50 раз меньше бактерий
Нельзя увидеть с помощью светового микроскопа
Проходят через фильтры, не пропускающие бактерий
Отличия вирусов от других
организмов
1. Тело не имеет клеточного строения.
2. Они могут существовать только как внутриклеточные паразиты
и не могут размножаться вне клеток тех организмов, в которых они
паразитируют.
3. Содержат лишь один тип нуклеиновых кислот - либо РНК, либо
ДНК (все клеточные организмы содержат и ДНК, и РНК
одновременно). Нет рибосом.
4. Нет обмена веществ. Используется энергия, получаемая за счет
обмена веществ в клетках хозяина. Имеют очень ограниченное
число ферментов, используют обмен веществ хозяина, его
ферменты, энергию, полученную при обмене веществ в клетках
хозяина.
5. Зрелые вироспоры ("споры" вирусов) могут существовать вне
клетки хозяина, в этот период они не обнаруживают никаких
признаков жизни.
История открытия вирусов
• В 1852 году русский ботаник Дмитрий
Иосифович Ивановский получил
инфекционный экстракт из растений
табака, пораженных мозаичной
болезнью
Палочковидная частица
вируса табачной мозаики.
Цифрами обозначены:
(1) РНК-геном вируса,
(2) капсомер, состоящий всего
из одного протомера,
(3) зрелый участок капсида.
История открытия вирусов
В 1898 году голландец
Бейеринк ввел термин
«вирус» (от латинского –
«яд»), чтобы обозначить
инфекционную природу
определенных
профильтрованных
растительных жидкостей
Строение вируса
• Схематичное строение вируса:
1 - сердцевина (однонитчатая РНК); 2 - белковая оболочка
(капсид); 3 - дополнительная липопротеидная оболочка;
4 - капсомеры (структурные части капсида).
КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ
ДЕЗОКСИВИРУСЫ
1. ДНК двухнитчатая
1.1. Кубический тип
симметрии:
1.1.1. Без внешних
оболочек:
аденовирусы
1.1.2. С внешними
оболочками:
герпес-вирусы
1.2. Смешанный тип
симметрии:
Т-четные бактериофаги
1.3. Без определенного
типа симметрии:
оспенные вирусы
РИБОВИРУСЫ
2. ДНК
однонитчатая
1. РНК
двухнитчатая
2.1. Кубический
тип
симметрии:
2.1.1. Без внешних
оболочек:
крысиный вирус
Килхама,
аденосателлиты
1.1. Кубический
тип
симметрии:
1.1.1. Без
внешних
оболочек:
реовирусы,
вирусы
раневых
опухолей
растений
2. РНК однонитчатая
2.1. Кубический тип
симметрии:
2.1.1. Без внешних
оболочек:
вирус полиомиелита,
энтеровирусы,
риновирусы
2.2. Спиральный тип
симметрии:
2.2.1. Без внешних
оболочек:
вирус табачной мозаики
2.2.2. С внешними
оболочками:
вирусы гриппа,
бешенства,
онкогенные РНКсодержащие вирусы
А
В
Схематичное изображение расположения капсомеров
в капсиде вирусов.
Б
Спиральный
тип симметрии имеет
вирус гриппа - а. Кубический
тип симметрии у вирусов:
герпеса - б, аденовируса - в,
полиомиелита - г.
Г
Заболевания человека
• корь, свинка, грипп,
полиомиелит,
бешенство, оспа,
желтая лихорадка,
трахома, энцефалит,
некоторые
онкологические
(опухолевые) болезни,
СПИД, бородавки,
герпес.
Вирус иммунодефицита
человека
Заболевания животных
• У животных
вирусы
вызывают ящур,
чуму, бешенство;
у насекомых полиэдроз,
грануломатоз.
Вирус бешенства
Заболевания растений
• у растений мозаику или иные
изменения окраски
листьев либо
цветков,
курчавость листьев
и другие изменения
формы,
карликовость;
наконец, у бактерий
- их распад.
Бактериофаги
• Паразитируют на бактериальных клетках.
Используются при лечении заболеваний,
вызываемых некоторыми бактериями (чума, тиф,
дизентерия)
Фотография бактериофага
(увеличение 500000 раз
Жизненный цикл вируса
Жизненный цикл вируса
Схематичное строение бактериофага
1 - головка,
2 - хвостовой отросток,
3 – нуклеиновая кислота
4 – белковая оболочка
5 – воротничок
6 – сократительный чехол (капсид)
7 – хвостовые фибриллы
8 – шипы
9- базальная пластинка
Поражение бактерии Escherichia coli
бактериофагом
Значение вирусов
В медицине
Вирусы имеют важное значение для исследований в
молекулярной и клеточной биологии, так как они
представляют собой простые системы, которые
можно использовать для управления и изучения
функционирования клеток
Вирусы применялись в генетических исследованиях и
помогли нам прийти к пониманию ключевых
механизмов репликация ДНК, транскрипция,
процессинг РНК, трансляция, транспорт белков.
Значение вирусов
В генной инженерии
Генетики часто используют вирусы для ввода генов в
изучаемые клетки. Это позволяет заставить клетку
производить чуждые вещества, а также изучить эффект от
ввода нового гена в геном. Аналогично в виротерапии вирусы
используют для лечения различных болезней, так как они
избирательно действуют на клетки и ДНК. Это даёт надежды,
что вирусы смогут помочь в борьбе с раком и найдут своё
применение в генотерапии.
Некоторое время восточноевропейские учёные прибегали к
фаговой терапии как к альтернативе антибиотикам, и интерес к
таким методам возрастает, поскольку в настоящее время у
некоторых патогенных бактерий обнаружена высокая
устойчивость к антибиотикам.
Значение вирусов
В фармацевтике
Биосинтез заражёнными клетками чужеродных
белков лежит в основе некоторых современных
промышленных способов получения белков,
например, антигенов. Недавно промышленным
способом были получены некоторые вирусные
векторы и лекарственные белки, в настоящее
время они проходят клинические и
доклинические испытания.
Значение вирусов
В материаловедении и нанотехнологиях
Современные направления в нанотехнологиях
обещают принести значительно более
разностороннее применение вирусам. С точки
зрения материаловедов, вирусы можно
рассматривать как органические наночастицы.
Например, вирус мозаики коровьего гороха (CPMV)
использовался для усиления сигналов в сенсорах с
ДНК-микрочипами, а также применяется как
наноразмерный образец для молекулярной
электроники.
Значение вирусов
В военном деле
Вирусы могут использоваться как биологическое
оружие, например успешное воссоздание
вредоносного вируса испанского гриппа. Другим
примером может служить вирус оспы.
Официально образцы вируса оспы хранятся лишь в
двух местах в мире — в двух лабораториях в России
и США. Опасения, что он может быть использован
как оружие, не совсем беспочвенны - вакцина против
оспы иногда имеет тяжёлые побочные эффекты,
поэтому вакцинация против оспы больше не
практикуется. По этой причине большая часть
современного населения Земли практически не
имеет устойчивости к оспе.
Царство Бактерии
Бакте́рии (эубактерии (Eubacteria), др.-греч. βακτήριον —
палочка) — домен (надцарство) прокариотных (безъядерных)
микроорганизмов, чаще всего одноклеточных. К настоящему
времени описано около десяти тысяч видов бактерий и
предполагается, что их существует свыше миллиона.
Химический состав бактериальной клетки
• азот (8— 15% сухого остатка),
• углерод (45—55% сухого остатка),
• кислород (30% сухого остатка),
• водород (6—8% сухого остатка).
• Вода (75—85%)
Вода - структурный элемент цитоплазмы. Свободная вода
является растворителем для кристаллических веществ,
источником водородных ионов и участником химических
реакций.
• Минеральные вещества бактерий
•
Белок. на его долю приходится 50—80% сухого вещества
бактериальной клетки Он распределен в цитоплазме,
нуклеоиде, цитоплазматической мембране и других клеточных
структурах. К белкам принадлежат ферменты, многие токсины.
•
Нуклеопротеиды — соединение белка с нуклеиновыми
кислотами ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты: ДНК определяет
генетические свойства, РНК — биосинтез белка.
•
Углеводы — 12—18% сухого вещества. Это основной источник
энергии и углерода. Многие структурные компоненты клетки
состоят из углеводов (оболочка, капсула, слизистый слой).
•
Липиды — составляют ~ 10% сухого остатка. — это запасные
вещества, повышающие устойчивость бактерий во внешней
среде. Связываясь с белками и углеводами, липиды
составляют сложный комплекс, определяющий токсические
свойства микроорганизмов.
Питание бактерий
По типу питания микроорганизмы делятся на:
автотрофы – синтезируют все углеродсодержащие вещества из СО2;
гетеротрофы – в качестве источника углерода используют
органические вещества;
сапрофиты – питаются органическими веществами отмерших
организмов;
паразиты – живут за счет органических веществ живой клетки
по использованию энергии
Фототрофы - используют для биосинтетических реакций энергию
солнечного света
Хемотрофы - получают энергию за счет окисления органических
соединений
Дыхание бактерий
• Облигатные (строгие) аэробы развиваются при наличии в
атмосфере 20% кислорода
• Облигатные анаэробы — бактерии, для которых наличие
молекулярного кислорода является губительным
• Факультативные анаэробы могут размножаться как в
присутствии, так и в отсутствие кислорода (большинство
патогенных и сапрофитных микробов)
• Микроаэрофилы нуждаются в значительно меньшем
количестве кислорода, его высокая концентрация хотя и не
убивает бактерии, но задерживает их рост), некоторые микробы
нуждаются в повышенном содержании углекислого газа
(капнофилы)
• Аэротолерантные бактерии способны расти в присутствии
кислорода, но не использовать его в качестве источника энергии.
Энергию они получают исключительно с помощью брожения
По форме выделяют следующие
основные группы микроорганизмов.
Шаровидные или кокки.
Палочковидные.
Извитые.
Нитевидные.
Кокковидные бактерии (кокки) по характеру
взаиморасположения после деления
подразделяются на:
1.Микрококки. Клетки расположены в одиночку. Входят в состав
нормальной микрофлоры, находятся во внешней среде.
Заболеваний у людей не вызывают.
2.Диплококки. Деление этих микроорганизмов происходит в
одной плоскости, образуются пары клеток. Среди диплококков
много патогенных микроорганизмов- гонококк, менингококк,
пневмококк.
3.Стрептококки. Деление осуществляется в одной плоскости,
размножающиеся клетки сохраняют связь (не расходятся),
образуя цепочки. Много патогенных микроорганизмоввозбудители ангин, скарлатины, гнойных воспалительных
процессов.
4.Тетракокки. Деление в двух взаимоперпендикулярных
плоскостях с образованием тетрад (т.е. по четыре
клетки).
5.Сарцины. Деление в трех взаимоперпендикулярных
плоскостях, образуя тюки (пакеты) из 8, 16 и большего
количества клеток. Часто обнаруживают в воздухе.
6.Стафилококки (от лат.- гроздь винограда). Делятся
беспорядочно в различных плоскостях, образуя
скопления, напоминающие грозди винограда.
Вызывают многочисленные болезни, прежде всего
гнойно- воспалительные.
Палочковидные формы
микроорганизмов.
1.Бактерии- палочки, не образующие спор.
2.Бациллы- аэробные спорообразующие микробы.
Диаметр споры обычно не превышает размера
(“ширины”) клетки (эндоспоры).
3.Клостридии- анаэробные спорообразующие микробы.
Диаметр споры больше поперечника (диаметра)
вегетативной клетки, в связи с чем клетка напоминает
веретено или теннисную ракетку.
Извитые формы микроорганизмов.
1.
Вибрионы и кампилобактерии- имеют один изгиб,
могут быть в форме запятой, короткого завитка.
2.
Спириллы- имеют 2- 3 завитка.
3.
Спирохеты- имеют различное число завитков,
аксостиль- совокупность фибрилл, специфический
для различных представителей характер движения
и особенности строения (особенно концевых
участков).
Классификация микроорганизмов по Берджи
Строение бактериальной клетки.
Обязательными органоидами являются:
ядерный аппарат, цитоплазма,
цитоплазматическая мембрана.
• 1.В центре бактериальной клетки находится нуклеоидядерное образование, представленное чаще всего одной
хромосомой кольцевидной формы. Состоит из двухцепочечной
нити ДНК. Нуклеоид не отделен от цитоплазмы ядерной
мембраной.
• 2.Цитоплазма- сложная коллоидная система, содержащая
различные включения метаболического происхождения (зерна
волютина, гликогена, гранулезы и др.), рибосомы и другие
элементы белоксинтезирующей системы, плазмиды
(вненуклеоидное ДНК), мезосомы (образуются в результате
инвагинации цитоплазматической мембраны в цитоплазму,
участвуют в энергетическом обмене, спорообразовании,
формировании межклеточной перегородки при делении).
• 3.Цитоплазматическая мембрана ограничивает с
наружной стороны цитоплазму, имеет трехслойное
строение и выполняет ряд важнейших функций- барьерную
(создает и поддерживает осмотическое давление),
энергетическую (содержит многие ферментные системыдыхательные, окислительно- восстановительные,
осуществляет перенос электронов), транспортную (перенос
различных веществ в клетку и из клетки).
• 4.Клеточная стенка- присуща большинству бактерий
(кроме микоплазм, ахолеплазм и некоторых других не
имеющих истинной клеточной стенки микроорганизмов).
Она обладает рядом функций, прежде всего обеспечивает
механическую защиту и постоянную форму клеток, с ее
наличием в значительной степени связаны антигенные
свойства бактерий. В составе – два основных слоя, из
которых наружный- более пластичный, внутреннийригидный.
• К поверхностным структурам бактерий
(необязательным, как и клеточная стенка), относятся
капсула, жгутики, микроворсинки.
• Капсула или слизистый слой окружает оболочку
ряда бактерий. Выделяют микрокапсулу, выявляемую
при электронной микроскопии в виде слоя
микрофибрилл, и макрокапсулу, обнаруживаемую при
световой микроскопии. Капсула является защитной
структурой.
• Жгутики. Подвижные бактерии могут быть
скользящие (передвигаются по твердой поверхности в
результате волнообразных сокращений) или
плавающие, передвигающиеся за счет нитевидных
спирально изогнутых белковых (флагеллиновых по
химическому составу) образований- жгутиков.
По расположению и количеству жгутиков
выделяют ряд форм бактерий.
А.Монотрихи- имеют один полярный жгутик.
В.Лофотрихи- имеют полярно расположенный пучок
жгутиков.
С.Амфитрихи- имеют жгутики по диаметрально
противоположным полюсам.
D.Перитрихи- имеют жгутики по всему периметру
бактериальной клетки.