какое строение имеет бактериальная клетка
Размер и форма
Бактерии, которые относятся к прокариотам, считаются самыми мелкими живыми организмами, известными сегодня науке. Они могут иметь разные формы тела, которые влияют на процессы их жизнедеятельности. Их составляющие делятся на постоянные и непостоянные. Структурные компоненты прокариотов отличаются от растительных и животных клеток. В учебниках биологии часто приводятся таблицы и рисунки с обозначениями структур, по которым можно найти различия между разными организмами.
Размер бактерий варьируется в пределах 0,2−10 мкм. Но есть разновидности, достигающие до 600 мкм в длину и 100 мкм в диаметре, которые можно увидеть невооружённым глазом. Микроорганизмы с размером тела меньше 0,5 мкм называются нанобактериями. Они могут проходить через мембранные фильтры. Многим из них, например, микоплазмам и хламидиям, характерен паразитический образ жизни. А есть такие, что относятся к хищным разновидностям.
Разделяют бактериальные клетки по форме:
Коккобациллы отличаются формой, промежуточной между сферической и палочковидной. Бактерии могут образовывать устойчивые комбинации в виде пары палочек (диплобациллы) или кокков (диплококки), которые можно рассмотреть в микроскоп. Цепочки палочек называются стрептобациллами, а сочетания кокков — стрептококки. Некоторые организмы соединяются в розетки, гроздья или сети. Среди необычных форм встречаются звёздчатые варианты. Существуют прокариоты, которые в течение жизненного цикла меняют морфологию. Некоторые микроорганизмы включают клетки, несущие стебельки и иные придатки.
Клеточная стенка
Микроорганизмы группируют на грамположительные и грамотрицательные, в зависимости от особенностей строения. Бактериальная клетка окружена жёсткой клеточной стенкой, которая состоит из пептидогликана (муреина). Этот полимер представляет собой полисахаридные цепи, соединённые пептидными сшивками.
Клеточная стенка считается жизненно важной частью для бактерий, поскольку любые антибиотики не дают им формироваться. Неправильный рост грамотрицательных видов способствует образованию сферопластов. Эти структурные единицы лишены клеточной стенки или могут быть покрыты дефектным слоем. Однако они могут размножаться, взаимодействовать с бактериофагами, а при благоприятной среде восстанавливаться до нормальной структуры.
Клеточная стенка обеспечивает механическую прочность клетки и противостоит её внутреннему давлению, поддерживает форму бактерии. Через небольшие отверстия муреина могут проходить только молекулы массой до 50 кДа. При необходимости для белков жгутиков, пилей и ДНК отверстия для их прохождения расширяются, благодаря специфическим гидролазам пептидогликана.
Цитоплазматическая мембрана
Следующий обязательный слой бактериальной клетки — мембрана. Её покрывает клеточная стенка, что видно на схеме.
Клеточную мембрану также именуют цитоплазматической. Она представлена липидным бислоем, через который внутрь клетки поступают питательные вещества.
Мембрана поддерживает осморегуляцию прокариота, обеспечивает секрецию белков и участвует в формировании клеточной стенки. Она поддерживает биосинтез внеклеточных полимеров, получает регуляторные сигналы из внешней среды. Цитоплазматическая мембрана участвует в передаче ДНК, синтезе и разделении дочерних хромосом при размножении бактерий.
Липидный бислой включает разные белки. Его химический состав разнообразнее мембран эукариотических составляющих. В бактериях цитоплазматический слой меняет свойства, варьируя жирные кислоты в составе липидов. Мембрана содержит гопаноиды, которые заменяют стероиды. Пентациклические соединения на основе гопана участвуют в нормализации физических свойств липидного бислоя.
Другие внеклеточные структуры
Внешние структуры бактериальной клетки представлены не только клеточной стенкой и мембраной. У многих видов этих микроорганизмов есть капсула из экзополисахаридов. В ней содержатся линейные или разветвлённые полигликаны и полипептиды. Капсула защищает клетки непатогенных бактерий от высыхания. У патогенных видов она увеличивает вирулентность, поэтому иммунной системе сложно их подавить и уничтожить.
Бактериальные клетки могут иметь и другие внеклеточные структуры:
У разных видов бактерий могут быть дополнительные внеклеточные образования. Если слизистая структура покрывает не отдельную бактерию, а скопление структурных единиц, её называют чехлом. Такая оболочка встречается у хламидий и цианобактерий.
Некоторые грамотрицательные бактерии обладают шипами, которые представляют собой полые белковые структуры. Они состоят из спирально уложенных молекул спинина и прикреплены к мембране. Шипы могут быть конической или конусообразно-цилиндрической формы.
Есть виды бактерий, которые характеризуются газовыми вакуолями. Объёмные структуры, наполненные газом, имеют сферическую, игольчатую или цилиндрическую форму. Они прикрепляются к поверхности клетки и содержат запасной кислород, если в окружающей среде его очень мало.
Компоненты цитоплазмы
Внутри цитоплазматической мембраны заключена сложная динамическая система, называемая цитоплазмой. Она представляет собой специфический водный раствор с различными включениями.
Компоненты цитоплазмы:
В центре прокариотов находится нуклеоид, который заменяет ядро. Он хранит основную часть клеточной информации микроорганизма. Нуклеоид представлен кольцом из молекулы ДНК длиной примерно 1 мкм. Он способен сохранить до 1000 признаков. С помощью этой структуры признаки и свойства передаются от бактерии потомству.
Плазмиды напоминают молекулы ДНК, но в них отсутствуют хромосомные факторы наследственности. Основная функция внутриклеточных структур — передача их свойств другим микроорганизмам. Плазмиды способны сохранять генетическую устойчивость к антибиотикам. Также они устойчивы к ультрафиолету и тяжёлым металлам. Обычно обладают кольцевой формой, но не исключена и линейная.
Деление клеток
Размножение одноклеточных микроорганизмов, в том числе и бактерий, происходит путём деления клетки. Сначала она удлиняется, а внутри неё появляется поперечная перегородка. Затем структура разделяется на 2 равные по размеру дочерние клетки, которые потом расходятся.
Главное отличие размножения клетки бактерий в том, что в процессе размножения участвует реплицированная ДНК. При бинарном делении образуется перегородка под названием септа. Она помогает разделить дочерние части, постепенно расслаиваясь в середине материнской клетки.
Также у некоторых микроорганизмов может наблюдаться неравноценное деление. Например, у грамотрицательной бактерии Caulobacter crescentus одна дочерняя структурная единица подвижная и обладает жгутиком для хемотаксиса. А вторая клетка остаётся прикреплённой к субстрату с помощью стебелька. Подвижные микроорганизмы сначала пребывают в свободном плавании, а потом делятся на части. Репликация хромосом и размножение бактерий происходит на стадии прикреплённой клетки.
При благоприятных условиях микроорганизмы быстро растут и размножаются. Популяция некоторых видов бактерий может удваиваться через каждые 10 минут.
Строение бактериальных клеток довольно простое, хотя за много лет существования их структура достаточно усложнилась. Учёные открыли больше 10 тыс. этих видов прокариотов, однако они считают, что на планете есть ещё много нераскрытых микроорганизмов.
Бактерии
Строение бактерий
Спешу сообщить, что на данный момент установлено однозначно: мезосомы это складки цитоплазматический мембраны, образующиеся только лишь при подготовке бактерий к электронной микроскопии (это артефакты, в живой бактерии их нет).
В состоянии споры бактерии очень устойчивы к изменениям температуры, механическим и химическим факторам. При изменении условий среды на благоприятные, бактерии покидают спору и приступают к размножению.
Энергетический обмен бактерий
Бактерии получают энергию за счет окисления веществ. Существуют аэробные бактерии, живущие в воздушной среде, и анаэробные бактерии, которые могут жить только в условиях отсутствия кислорода.
Получают энергию бактерии путем хемо- или фотосинтеза. Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии.
Важно заметить, что клубеньковые бактерии (азотфиксирующие) не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам.
Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями (сине-зеленым водорослям). Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания (поглощение кислорода), которым мы сейчас с вами пользуемся 🙂
Биотехнология
Бактерии используются для получения антибиотиков (тетрациклина, стрептомицина, грамицидина), широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков.
Классификация бактерий по форме
При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий.
Размножение бактерий
В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии.
Бактериальные инфекции
Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека. На настоящий момент при бактериальных инфекциях применяются антибиотики, дающие хороший эффект.
От некоторых болезней: дифтерия, коклюш и т.д. разработаны вакцины, дающие стойкий пожизненный иммунитет. После вакцинации образуются антитела к возбудителю, вследствие чего организм становится защищен от подобных инфекций: при встрече с возбудителем человек не заболевает, или переносит болезнь в легкой форме.
К бактериальным инфекциям относятся: чума, дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, брюшной тиф, сальмонеллез, дизентерия, холера. Ниже вы можете видеть возбудителей данных заболеваний и место их локализации в организме.
При проведении медицинских процедур локального кварцевания (облучения УФ отдельных участков) тела следует надевать защитные очки для избежания ожога сетчатки глаза. При кварцевании помещений следует покинуть их по той же причине.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Строение размножение и жизнедеятельность бактерий
Вопрос 1. Какое строение имеет бактериальная клетка?
Бактерии были описаны в 1676 г. голландским натуралистом Антони ван Левенгуком. Размеры бактериальных клеток колеблются в среднем от 0,1 до 10 мкм. Тело бактерий состоит из одной клетки, однако бактерии могут образовывать колонии в виде шариков, нитей, пленок. Многоклеточные представители встречаются среди цианобактерий (синезеленых водорослей). В клетках бактерий нет оформленного ядра. Генетический аппарат бактерий представлен одной кольцевой молекулой ДНК (бактериальной хромосомой), которая присоединена в определенном месте к клеточной мембране и занимает в цитоплазме пространство, называемое нуклеоидом. У бактерий отсутствуют мембранные органеллы, характерные для клеток эукариот: эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, митохондрии, пластиды и ряд других. В цитоплазме бактериальных клеток имеются рибосомы, на которых происходит синтез белка. Рибосомы бактерий мельче рибосом эукариот. Бактериальная клетка от внешней среды отграничена плазматической мембраной типичного строения. Снаружи от мембраны клетка бактерий покрыта жесткой клеточной стенкой, в состав которой входит полисахарид муреин. Клеточная стенка проницаема для воды, ионов и низкомолекулярных соединений, но непроницаема для крупных полимерных молекул. Поверх клеточной стенки у бактерий может располагаться капсула или слои слизи. Эти образования служат дополнительной защитой для клеток и участвуют в формировании колоний. Плазматическая мембрана образует впячивания внутрь клетки, которые называются мезосомами; на их поверхности локализованы ферменты, принимающие участие в дыхательных процессах. У фотосинтезирующих бактерий во впячиваниях плазматической мембраны встроены фотосинтетические пигменты. Существуют неподвижные и подвижные бактерии. У подвижных бактерий имеется один или несколько жгутиков. Жгутики бактерий устроены иначе, чем у эукариот. Они представляют собой полый цилиндр из особых белков и не покрыты цитоплазматической мембраной (рис. 2).
Рис. 2. Строение бактерий:
1 — жгутики; 2 — фимбрии;
3—капсула; 4—клеточная стенка;
5 — клеточная мембрана;
6 — цитоплазма; 7 —рибосома;
8 —хромосома; 9 — ппазмида;
10 — эндоспора.
По форме клетки бактерий можно разделить на 4 основных типа:
1) бациллы имеют форму палочек. Среди них есть как одиночные (кишечная палочка), так и собранные в цепочки (возбудитель сибирской язвы);
2) кокки имеют форму шариков. Если они располагаются попарно — это диплококки (возбудитель пневмонии), если образуют цепочки клеток — то стрептококки (возбудители ангины, скарлатины), если они сгруппированы в комочки, напоминающие виноградную кисть, — то это стафилококки (вызывают пищевые отравления);
3) вибрионы — это бактерии, имеющие изогнутую форму и напоминающие запятую (возбудитель холеры);
4) спириллы — это нитевидные или закрученные по спирали клетки. На них похожи спирохеты. Спириллы и спирохеты отличаются друг от друга по способу перемещения.
Вопрос 2. Чем отличается бактериальная клетка от растительной?
Бактериальная клетка отличается от растительной по составу и строению клеточной оболочки. В бактериальной клетке нет ядра, отделенного от цитоплазмы оболочкой. В растительной клетке ядро есть. Для растительной клетки характерны пластиды, митохондрии, эндоплазматическая сеть в бактериальной они отсутствуют, хотя некоторые из них имеют пигменты. Снаружи от мембраны клетка бактерий покрыта жесткой клеточной стенкой, в состав которой входит полисахарид муреин, а стенка растительной клетки состоит из целлюлозы.
Вопрос 4. Как бактерии размножаются?
Размножаются бактерии вегетативно, простым делением клетки пополам (бинарное деление). Перед делением клетки у них происходит удвоение молекулы ДНК. У некоторых бактерий деление может происходить каждые 20 минут. Почкование – на материнской клетке образуется небольшой бугорок, содержащий дочернее нуклеоид. Почка растет до материнских размеров и отделяется от нее. Помимо вегетативного размножения у бактерий может происходить обмен генетическим материалом. Этот процесс называется генетической рекомбинацией.
Вопрос 5. Что происходит с бактериями при наступлении неблагоприятных условий?
При наступлении неблагоприятных (при недостатке пищи, влаги, резких изменениях температуры) условий некоторые бактерии образуют толстостенные споры. Споры эндогенного происхождения, то есть формируются внутри клеток, и служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий и распространения. Споры способны выдерживать нагревание, переохлаждение, облучение и могут сохраняться живыми десятки лет.
§ 11. Строение и жизнедеятельность бактерий — Пасечник. 5 класс. Учебник
Вопросы в начале параграфа
1. На какие царства принято разделять живые организмы?
Живые организмы принято разделять на четыре царства:
2. Какое строение имеет растительная клетка?
Растительная клетка состоит из ядра с ядрышком, цитоплазмы пластидами или другими органеллами, одной или нескольких вакуолей с клеточным соком и оболочки с порами. 
Вопросы в конце параграфа
1. Какое строение имеет бактериальная клетка?
Бактериальные клетки состоят из:
По форме бактериальные клетки различаются на:
2. Чем отличается бактериальная клетка от растительной?
Между бактериальной и растительной клеткой имеются существенные отличия:
3. Какие бактерии называют сапрофитами, а какие — паразитами?
Сапрофитами называются бактерии, которые получают органические вещества из отмерших организмов или выделений живых организмов.
Паразитами называются бактерии, питающиеся органическими веществами живых организмов.
4. Как бактерии размножаются?
Бактерии размножаются методом деления одной клетки на две. В благоприятных условиях скорость деления может происходить через 20 — 30 минут. Кроме того некоторые виды бактерий образуют споры, с помощью которых они могут размножаться.
5. Что происходит с бактериями при наступлении неблагоприятных условий?
При наступлении неблагоприятных условий большинство бактерии быстро погибают. К таким неблагоприятным условиям можно отнести солнечный свет, недостаток пищи, нагревание до 65 — 100 ºС, низкое количество влаги, воздействие некоторых химических (дезинфицирующих) веществ и т.д.
Подумайте
Чем можно объяснить широкое распространение бактерий на нашей планете?
Широкое распространение бактерий на нашей планете объясняется тем, что этот вид живых организмов способен невероятно быстро размножаться и приспосабливаться к жизни в самых разных условиях. Бактерии живут:
Задания
1. Вымойте клубень картофеля, не очищая его от кожуры, нарежьте ломтиками. Натрите ломтики мелом и поместите в чашку Петри. Чашку поставьте в тёплое место с температурой 25—30 °С. Через 2—3 суток на поверхности ломтиков образуется плотная морщинистая плёнка. Маленький кусочек плёнки разотрите в капле воды и рассмотрите под микроскопом бактерии картофельной палочки. Они подвижны, обладают жгутиками и могут образовывать споры.
Бактерии картофельной палочки по латински называются «Bacillus mesentericus». Жгутиками они соединяются друг с другом в длинные нити, словно вагоны поезда. При неблагоприятных условиях такие бактерии быстро преобразуются в споры овальной формы и могут сохранять свою жизнеспособность долгое время.
По цвету картофельные бактерии жёлто-бурые. На картофеле они образуют складчатый налёт. Кроме того такие бактерии могут находиться в почве и на различных пищевых продуктах, например, на хлебе или молоке. При попадании в организм человека картофельные бактерии могут вызвать расстройство желудка или отравление.
2. Для получения культуры сенной палочки положите в колбу с водой немного сена, горлышко колбы закройте ватой и кипятите содержимое в течение 15 мин, чтобы уничтожить другие бактерии, которые могут оказаться в колбе. Сенная палочка при кипячении не погибает. Полученный настой сена отфильтруйте и на несколько дней поставьте в помещение с температурой 20—25 °С. Сенная палочка будет размножаться, и вскоре поверхность настоя покроется плёнкой из бактерий.
Стеклянной палочкой перенесите частичку плёнки на предметное стекло, накройте покровным стеклом и рассмотрите под микроскопом. Добавьте под покровное стекло каплю метиленовой синьки или чернил, разбавленных водой. На голубом фоне бактерии видны гораздо лучше. Некоторые из них подвижны, а у неподвижных внутри видны блестящие овальные образования. Это споры.
Нагрейте отфильтрованный настой. Выясните, при какой температуре бактерии сенной палочки погибают.
Бактерии сенной палочки погибают при кипячении, то есть при доведении температуры настоя до 100 °С. При этом споры бактерии сенной палочки выживают и после кипячения раствора.
Словарик
Бактерии — это живые одноклеточные микроорганизмы.
Синезелёные или цианобактерии — это бактерии, способные создавать из неорганических веществ органические. Синезелёные или цианобактерии сыграли большую роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.
Сапротрофы — это бактерии, получающие органические вещества из отмерших организмов или выделений живых организмов.
Паразиты — это бактерии, которые питаются органическими веществами живых организмов.
Бактериальная клетка. Строение и химический состав
» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>
Бактериальная клетка. Строение и химический состав
Бактериальная клетка имеет сложную внутреннюю организацию. Каждая систематическая группа микроорганизмов имеет свои специфические особенности строения.
Бактериальная клетка. Клеточная стенка.
Клетка бактерий одета плотной оболочкой. Этот поверхностный слой, расположенный снаружи от цитоплазматической мембраны, называют клеточной стенкой. Стенка выполняет защитную и опорную функции, а также придает клетке постоянную, характерную для нее форму (например, форму палочки или кокка) и представляет собой наружный скелет клетки.
Эта плотная оболочка роднит бактерии с растительными клетками, что отличает их от животных клеток, имеющих мягкие оболочки. Внутри бактериальной клетки осмотическое давление в несколько раз, а иногда и в десятки раз выше, чем во внешней среде. Поэтому клетка быстро разорвалась бы, если бы она не была защищена такой плотной, жесткой структурой, как клеточная стенка.
Толщина клеточной стенки 0,01—0,04 мкм. Она составляет от 10 до 50% сухой массы бактерий. Количество материала, из которого построена клеточная стенка, изменяется в течение роста бактерий и обычно увеличивается с возрастом.
Основным структурным компонентом стенок, основой их жесткой структуры почти у всех исследованных до настоящего времени бактерий является муреин (гликопептид, мукопептид). Это органическое соединение сложного строения, в состав которого входят сахара, несущие азот, аминосахара и 4—5 аминокислот. Причем аминокислоты клеточных стенок имеют необычную форму (D-стереоизомеры), которая в природе редко встречается.
Составные части клеточной стенки, ее компоненты, образуют сложную прочную структуру.
С помощью способа окраски, впервые предложенного в 1884 г. Кристианом Грамом, бактерии могут быть разделены на две группы: грамположительные и грамотрицательные. Грамположительные организмы способны связывать некоторые анилиновые красители, такие, как кристаллический фиолетовый, и после обработки иодом, а затем спиртом (или ацетоном) сохранять комплекс иод-краситель. Те же бактерии, у которых под влиянием этилового спирта этот комплекс разрушается (клетки обесцвечиваются), относятся к грамотрицательным.
Химический состав клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий различен.
У грамположительных бактерий в состав клеточных стенок входят, кроме мукопептидов, полисахариды (сложные, высокомолекулярные сахара), тейхоевые кислоты (сложные по составу и структуре соединения, состоящие из сахаров, спиртов, аминокислот и фосфорной кислоты). Полисахариды и тейхоевые кислоты связаны с каркасом стенок — муреином. Какую структуру образуют эти составные части клеточной стенки грамположительных бактерий, мы пока еще не знаем. С помощью электронных фотографий тонких срезов (слоистости) в стенках грамположительных бактерий не обнаружено. Вероятно, все эти вещества очень плотно связаны между собой.
Стенки грамотрицательных бактерий более сложные по химическому составу, в них содержится значительное количество липидов (жиров), связанных с белками и сахарами в сложные комплексы — липопротеиды и липополисахариды. Муреина в клеточных стенках грамотрицательных бактерий в целом меньше, чем у грамположительных бактерий. Структура стенки грамотрицательных бактерий также более сложная. С помощью электронного микроскопа было установлено, что стенки этих бактерий многослойные
Внутренний слой состоит из муреина. Над ним находится более широкий слой из неплотно упакованных молекул белка. Этот слой в свою очередь покрыт слоем липополисахарида. Самый верхний слой состоит из липопротеидов.
Клеточная стенка проницаема: через нее питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена выходят в окружающую среду. Крупные молекулы с большим молекулярным весом не проходят через оболочку.
Бактериальная клетка. Капсула.
Клеточная стенка многих бактерий сверху окружена слоем слизистого материала — капсулой. Толщина капсулы может во много раз превосходить диаметр самой клетки, а иногда она настолько тонкая, что ее можно увидеть лишь через электронный микроскоп, — микрокапсула.
Капсула не является обязательной частью клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она служит защитным покровом клетки и участвует в водном обмене, предохраняя клетку от высыхания.
По химическому составу капсулы чаще всего представляют собой полисахариды. Иногда они состоят изгликопротеидов (сложные комплексы сахаров и белков) и полипептидов (род Bacillus), в редких случаях — из клетчатки (род Acetobacter).
Слизистые вещества, выделяемые в субстрат некоторыми бактериями, обусловливают, например, слизисто-тягучую консистенцию испорченного молока и пива.
Бактериальная клетка. Цитоплазма.
Все содержимое клетки, за исключением ядра и клеточной стенки, называется цитоплазмой. В жидкой, бесструктурной фазе цитоплазмы (матриксе) находятся рибосомы, мембранные системы, митохондрии, пластиды и другие структуры, а также запасные питательные вещества. Цитоплазма обладает чрезвычайно сложной, тонкой структурой (слоистая, гранулярная). С помощью электронного микроскопа раскрыты многие интересные детали строения клетки.
Внешний липопротвидный слой протопласта бактерий, обладающий особыми физическими и химическими свойствами, называется цитоплазматической мембраной.
Внутри цитоплазмы находятся все жизненно важные структуры и органеллы.
Функции цитоплазматической мембраны:
Упорядоченное расположение ферментов на мембранах позволяет регулировать их активность и предотвращать разрушение одних ферментов другими. С мембраной связаны рибосомы — структурные частицы, на которых синтезируется белок. Мембрана состоит из липопротеидов. Она достаточно прочна и может обеспечить временное существование клетки без оболочки. Цитоплазматическая мембрана составляет до 20% сухой массы клетки.
На электронных фотографиях тонких срезов бактерий цитоплазматическая мембрана представляется в виде непрерывного тяжа толщиной около 75A, состоящего из светлого слоя (липиды), заключенного между двумя более темными (белки). Каждый слой имеет ширину 20—30А. Такая мембрана называется элементарной.
Между плазматической мембраной и клеточной стенкой имеется связь в виде десмозов — мостиков. Цитоплазматическая мембрана часто дает инвагинации — впячивания внутрь клетки. Эти впячивания образуют в цитоплазме особые мембранные структуры, названные мезосомами. Некоторые виды мезосом представляют собой тельца, отделенные от цитоплазмы собственной мембраной.
Внутри таких мембранных мешочков упакованы многочисленные пузырьки и канальцы. Эти структуры выполняют у бактерий самые различные функции. Одни из этих структур — аналоги митохондрий. Другие выполняют функции зндоплазматической сети или аппарата Гольджи.
Путем инвагинации цитоплазматической мембраны образуется также фотосинтезирующий аппарат бактерий. После впячивания цитоплазмы мембрана продолжает расти и образует стопки, которые по аналогии с гранулами хлоропластов растений называют стопками тилакоидов. В этих мембранах, часто заполняющих собой большую часть цитоплазмы бактериальной клетки, локализуются пигменты (бактериохлорофилл, каротиноиды) и ферменты (цитохромы), осуществляющие процесс фотосинтеза.
В цитоплазме бактерий содержатся рибосомы— белок-синтезирующие частицы диаметром 200А. В клетке их насчитывается больше тысячи. Состоят рибосомы из РНК и белка. У бактерий многие рибосомы расположены в цитоплазме свободно, некоторые из них могут быть связаны с мембранами.
Рибосомы являются центрами синтеза белка в клетке. При этом они часто соединяются между собой, образуя агрегаты, называемые полирибосомами или полисомами.
В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Однако их присутствие нельзя рассматривать как какой-то постоянный признак микроорганизма, обычно оно в значительной степени связано с физическими и химическими условиями среды. Многие цитоплазматические включения состоят из соединений, которые служат источником энергии и углерода. Эти запасные вещества образуются, когда организм снабжается достаточным количеством питательных веществ, и, наоборот, используются, когда организм попадает в условия, менее благоприятные в отношении питания.
У многих бактерий гранулы состоят из крахмала или других полисахаридов — гликогена и гранулезы. У некоторых бактерий при выращивании на богатой сахарами среде внутри клетки встречаются капельки жира. Другим широко распространенным типом гранулярных включений является волютин (метахроматиновые гранулы). Эти гранулы состоят из полиметафосфата (запасное вещество, включающее остатки фосфорной кислоты).
Полиметафосфат служит источником фосфатных групп и энергии для организма. Бактерии чаще накапливают волютин в необычных условиях питания, например на среде, не содержащей серы. В цитоплазме некоторых серных бактерий находятся капельки серы.
Помимо различных структурных компонентов, цитоплазма состоит из жидкой части — растворимой фракции. В ней содержатся белки, различные ферменты, т-РНК, некоторые пигменты и низкомолекулярные соединения — сахара, аминокислоты.
В результате наличия в цитоплазме низкомолекулярных соединений возникает разность в осмотическом давлении клеточного содержимого и наружной среды, причем у разных микроорганизмов это давление может быть различным. Наибольшее осмотическое давление отмечено у грамположительных бактерий — 30 атм, у грамотрицательных бактерий оно гораздо ниже — 4—8 атм.
У бактерий нет такого ядра, как у высших организмов (эукариотов), а есть его аналог — «ядерный эквивалент» — нуклеоид (см. рис. 2, 8), который является эволюционно более примитивной формой организации ядерного вещества. Микроорганизмы, не имеющие настоящего ядра, а обладающие его аналогом, относятся к прокариотам.
Все бактерии — прокариоты. В клетках большинства бактерий основное количество ДНК сконцентрировано в одном или нескольких местах. В клетках эукариотов ДНК находится в определенной структуре — ядре. Ядро окружено оболочкой— мембраной.
У бактерий ДНК упакована менее плотно, в отличие от истинных ядер; нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом. Бактериальная ДНК не связана с основными белками — гистонами — ив нуклеоиде расположена в виде пучка фибрилл.
Бактериальная клетка. Жгутики.
На поверхности некоторых бактерий имеются придаточные структуры; наиболее широко распространенными из них являются жгутики — органы движения бактерий.
Жгутик закрепляется под цитоплазматической мембраной с помощью двух пар дисков. У бактерий может быть один, два или много жгутиков. Расположение их различно: на одном конце клетки, на двух, по всей поверхности и т. д. Жгутики бактерий имеют диаметр 0,01—0,03 мкм, длина их может во много раз превосходить длину клетки. Бактериальные жгутики Состоят из белка — флагеллина — и представляют собой скрученные винтообразные нити.
На поверхности некоторых бактериальных клеток имеются тонкие ворсинки — фимбрии.
Бактериальная клетка. Структура бактериальной клетки
Бактериальная клетка – это целостный организм. Большинство бактерий одноклеточные организмы. Их клетки относят к прокариотическим. Они не имеют оформленного ядра и мембранных органоидов. Большинство бактерий нуждаются в готовых органических веществах.
Бактериальная клетка. Структура.
Структура прокариотической клетки отличается от эукариотической отсутствием оформленного ядра (т.е. ядерной мембраны), отсутствием внутриклеточных мембран, ядрышек, комплекса Гольджи, лизосом, митохондрий. Основная структура бактериальной клетки: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма с включениями и ядро (нуклеоид – наследственный материал, представлен 1 молекулой ДНК, замкнутой в кольцо и суперспирализованной, бактериальный нуклеоид не отделен от цитоплазмы мембраны). Отсутствуют: оформленное ядро, внутриклеточные мембраны, ядрышки, лизосомы, митохондрии, комплекс Гольджи.
Структура бактериальной клетки включает в себя:
Существует два вида мезосом:
Нуклеоид, ЦП и КМ образуют протопласт.
Одним из отличительных свойств бактерий является очень высокое внутриклеточное осмотическое давление (от 5 до 20 атм), что является результатом интенсивного обмена веществ. Поэтому для защиты от осмотического шока бактериальная клетка окружена прочной клеточной стенкой.
Бактериальная клетка. Классификации
По строению клеточной стенки все бактерии делятся на 2 группы:
Названия Грам+ и Грам- имеют свою предисторию. В 1884 датский микробиолог Ганс Христиан Грам разработал оригинальный метод окраски микробов, в результате которого одни бактерии окрашивались в синий цвет (грам+), а другие в красный (грам-). Химическая основа различной окраски бактерий по методу Грама была выяснена сравнительно недавно – около 35 лет назад. Оказалось, что Г- и Г+ бактерии имеют разное строение клеточной стенки.
Структура бактериальной клетки включает клеточную стенку, они отличаются у граммположительных и граммотрицательных клеток.
Клеточная стенка Граммположительных (Г+) бактерий в основном состоит из 2 полимеров – пептидогликана и тейхоевых кислот. Пептидогликан представляет собой линейный полимер, в котором чередуются остатки мурамовой кислоты и ацетилглюкозамина. С мурамовой кислотой ковалентно связан тетрапептид (белок). Нити пептидогликана связаны между собой через пептиды и образуют прочный каркас – основу клеточной стенки. Между нитями пептидогликана находится другой полимер – тейхоевые кислоты (глицерол ТК и рибитол ТК) – полимер полифосфатов. Тейхоевые кислоты выступают на поверхности клеточной стенки и являются главными АГ Г+ бактерий. Кроме этого, в состав клеточной стенки Г+ бактерий входит рибонуклеат Mg.
При определенных условиях культивтрования клетки, лишенные клеточной стенки, сохраняют способность к росту и делению, и такие формы называют L- формами (по названию Института Листера, где было открыто это явление). В некоторых случаях после устранения фактора, тормозящего синтез клеточной стенки L-формы могут превратиться в исходные формы.
Многие бактерии синтезируют слизистое вещество, состоящее из мукополисахаридов, которое откладывается с наружной стороны клеточной стенки, окружая бактериальную клетку слизистым чехлом — это так называемая капсула. Функция капсулы – защита бактерий от фазоцитоза.
Жгутики – орган движения, спиральные нити, состоящие из белка флагеллина, основание связано с клеточной мембраной по средством базального тельца. Они выявляются с помощью электронной микроскопии препаратов, запыленных тяжелыми металлами или в световом после обработки спецметодами (серебрение).
По расположению жгутиков:
– монотрихи,
– лофотрихи,
– амфитрихи,
– перитрихи.
Бактериальная клетка. Поверхностные структуры.
1. Органы прикрепления к субстрату (адгезии) – пили (фимбрии) или реснички. Начинаются от мембраны клетки. Сосотоят из белка пилина. Число пилей может достигать 400 на 1 клетку.
3. Органы движения – жгутики – представляют собой спиральные нити. Их длина может превышать их диаметр в 10 и более раз. Жгутики состоят из белка флагеллина. Основание жгутика связано с клеточной мембраной посредством базального тельца. Базальное тельце состоит из системы колец, которые вращаясь передают вращательное движение жгутику. По расположению жгутиком бактерии делятся на моно-, лофо-, амфи-, перитрихи.
Бактериальная клетка. Спорообразование.
Споры – способ выживания в неблагоприятной ситуации, образуют только анаэробные бактерии, они выдерживают кипячение, холод и т.д. Внутри одной бактерии образуется одна спора, поэтому образование спор способствует сохранению вида и не является способом размножения как у грибов. При неблагоприятных условиях некоторые бактерии способны образовывать эндоспоры – покоящиеся клетки. Споры чрезвычайно устойчивы к высоким температурам, высушиванию, химическим веществам и сохраняют жизнеспособность в течение десятков лет. В отличие от вегетативных форм, в спорах почти полностью подавлен обмен, геном находится в репрессивном состоянии. Споры бактерий имеют многослойную оболочку, богатую кальцием, и очень небольшое количество свободной воды. При попадании в благоприятные условия спора прорастает, и из нее образуется вегетативная клетка.
Бациллы – спорообразующие анаэробные бактерии, у которых размер споры не превышает диаметр клетки. Клостридии – спорообразующие анаэробные бактерии, у которых размер споры превышает диаметр клетки, поэтому они принимают форму веретена. Процесс спорообразования происходит ряд стадий, в течение которых часть цитоплазмы и хромосома отделяются, окружаясь цитоплазматической мембраной, образуется проспора, затем образуется плохо проницаемая оболочка. Этот процесс сопровождается большим потреблением дипиколиновой кислоты и ионов кальция. После формования всех структур спора приобретает термоустойчивость, которую связывают с наличием дипиколината кальция.
Морфологические особенности некоторых групп микроорганизмов.
Cем. Spirichaetaceae и Leptospiraceae
Род Treponema, Leptospira и Borrelia
Описаны в 1868 Обермеййером. Г- тонкие подвижные извитые микроорганизмы.длина от 5 до 250мкм, спор и капсул не образуют. В неблагоприятных условиях некоторые спирохеты (T.pallidum) образуют покоящиеся формы – цисты. Содержат много липидов, поэтому плохо окрашиваются по Граму. Для окраски используется метод Романовского_Гимза. Подвижность обусловоена фибриллярным аппаратом, состоящим из сократительного белка.
Осевые фибриллы закреплены на противоположных концах клетки и обвивают цитоплазму. Количество фибрилл у трепонем 8-14, у боррелий 15-20, у лептоспир 2. Количество завитков: у трепонем 8-14 туго закрученных с одинаковой амплитудой, у боррелий до 20 неравномерных завитков, у лептоспир большое количество мелких витков, причем концы клетки образуют характерные крючки, отчего лептоспира непоминает по форме латинские буквы С или S.
Многие спирахеты не удается культивтровать на питательных средах.
Заболевания, вызываемые спирохетами:
Treponema pallidum – сифилис
Borrelia recurrentis – возвратный тиф
Borrelia burdorferi – болезнь Лайма (неспецифический полиартрит)
Leptospira interrogans – лептоспироз
Бактериальная клетка. Микоплазмы.
Относятся к классу Mollicates.
Виды, патогенные для человека: M.pneumoniae, M.hominis, M.urealyticum.
Широко распространенная в природе группа прокариот, не имеющая клеточной стенки. Не окрашивается по Граму. Клетка имеет неправильную, изменчивую форму и размеры. Могут приобретать шаровидную форму, нитевидную. Размножаются почкованием и фрагментацией. Имеют самый малый геном среди бактерий – кольцевидную молекулу ДНК. В каждой бактериальной клетке может присутствовать от нескольких до несколько десятков геномов. Микоплазмы размножаются почкованием. Почка микоплазмы называется «элементарное тельце», размеры которого сравнимы с размерами крупных вирусов.
Микоплазмы способны расти на плотных питательных средах сложного состава, требуют добавления факторов роста: глюкозы, аргинина, мочевины, холестерола. Образующиеся колонии имеют в центре возвышение (похожи на яичницу-глазунью).
Микоплазмы являются возбудителями артритов, пневмоний, заболеваний урогенитального тракта.
Бактериальная клетка. Рикетсии.
Рикетсии являются облигатными внутриклеточными паразитами. Культивируются на куриных эмбрионах, в культуре тканей. По Граму окрашиваются плохо. Метод окраски – по Романовскому-Гимза. По морфологии различают кокковидные, палочковидные, нитевидные формы. Естественным резервуаром в природе риккетсий являются членистоногие. Заболевания, вызываемые риккетсиями:
R.prowazekii – Сыпной тиф
C.burneti – Лихорадка Ку
Бактериальная клетка. Хламидии.
Описаны в 1907 Хальберштедтером.
Порядок – Chlamydiales
Семейство – Chlamydiaceaea
Род Chlamydia и Сhlamydophila
Мелкие неподвижные Г- бактерии кокковидной формы. Облигатные внутриклеточные паразиты. Спор и капсул не образуют. В цитоплазме зараженных клеток хламидии существуют в виде ретикулярных телец – репродуктивных форм. Оазмеры РТ около 1 мкм. После нескольких циклов деления РТ конденсируются, уплотняясь и уменьшаясь в размерах до 0,3мкм, образуя т.н. элементарные тельца – инфеционная форма хламидии. ЭТ после гибели клетки выходят в окружающую среду и способны заражать новые клетки.
Бактериальная клетка. Патогенные хламидии.
Chlamydia trachomatis – трахома и урогенитальный хламидиоз.
Chlamydophila psittaci – пситтакоз
Chlamydophila pneumoniae – пневмония
Бактериальная клетка. Актиномицеты
Порядок Actinomycetales
Сем. Mycobacteriaceae, Nocardiaceae и Straptomycetaceae
Впервые описаны Харнем (?) в 1877. По внешним признакам сходны с мицелиальными грибами, однако относятся к бактериям, т.к. являются прокариотами. Актиномицеты имеют форму палочек или длинных ветвящихся нитей – гифов. Размножаются фрагментицией, некоторые (нокардии и стрептомицеты) – спорами.
Построению клеточной стенки Г+, капсул не образуют. Большинство актиномицетов обитаетв почве. Многие из них являются продуцентами антибиотиков.
Бактериальная клетка. Патогенные виды.
Actinomyceti israelii – актиномикоз
Nocardia asteroides – нокардиоз