Елементи на бактерии. Структура на бактериалните клетки

Структурните компоненти на бактериалната клетка са разделени на 2 вида:

- основни структури(клетъчна стена, цитоплазмена мембрана с нейните производни, цитоплазма с рибозоми и различни включвания, нуклеоид);

- временни конструкции(капсула, лигавица, камшичета, власинки, ендоспори, образувани само на определени етапи от жизнения цикъл на бактериите).

Основни структури.

Клетъчна стенаразположени от външната страна на цитоплазмената мембрана. Цитоплазмената мембрана не е част от клетъчната стена. Функции на клетъчната стена:

Защита на бактериите от осмотичен шок и други увреждащи фактори;

Определяне на формата на бактериите;

Участие в бактериалния метаболизъм.

Клетъчната стена е проникната от пори, през които се транспортират бактериалните екзотоксини. Дебелината на клетъчната стена е 10–100 nm. Основният компонент на бактериалната клетъчна стена е пептидогликанили муреин,състоящ се от редуващи се остатъци на N-ацетил-N-глюкозамин и N-ацетилмураминова киселина, свързани с гликозидни връзки.

През 1884 г. Х. Грам предлага метод за оцветяване на бактерии с помощта на тинтява виолет, йод, етилов алкохол и фуксин. Всички бактерии, в зависимост от тяхното оцветяване по Грам, се разделят на 2 групи: грам-положителни и грам-отрицателни бактерии. Клетъчна стена на грам-положителни бактерииприляга плътно към цитоплазмената мембрана, дебелината му е 20-100 nm. Съдържа тейхоеви киселини (полимери на глицерол или рибитол), както и малки количества полизахариди, протеини и липиди. Клетъчна стена на грам-отрицателни бактериимногослоен, дебелината му е 14-17 nm. Вътрешният слой (пептидогликан) образува тънка непрекъсната мрежа. Външният слой се състои от фосфолипиди, липопротеини и протеини. Протеините на външната мембрана са здраво свързани с пептидогликановия слой.

При определени условия бактериите губят способността си да синтезират напълно или частично компоненти на клетъчната стена, което води до образуването на протопласти, сферопласти и L-форми на бактерии. Сферопластиса бактерии с частично разрушена клетъчна стена. Те се наблюдават при грам-отрицателни бактерии. Протопласти- това са форми, напълно лишени от клетъчна стена. Образуват се от грам-положителни бактерии. Г-образна формабактериите са мутанти на бактерии, които частично или напълно са загубили способността си да синтезират пептидогликан от клетъчната стена (бактерии с дефектна клетъчна стена). Те са получили името си от името на института Листър в Англия, където са открити през 1935 г.

Цитоплазмена мембрана (CPM) и нейните производни.Цитоплазмената мембрана (плазмолема) е полупропусклива липопротеинова структура на бактериална клетка, която отделя цитоплазмата от клетъчната стена. Съставлява 8-15% от сухата маса на клетката. Разрушаването му води до клетъчна смърт. Електронната микроскопия разкрива трислойната му структура. Цитоплазмената мембрана е комплекс от протеини (50-75%) и липиди (15-20%). По-голямата част от липидите е представена от фосфолипиди. Освен това в мембраната е открито малко количество въглехидрати.

Бактериалният CPM изпълнява следните функции:

Бариерна функция (молекулярно "сито");

Енергия;

Селективен пренос на различни органични и неорганични молекули и йони с помощта на специални носители - транслокази или пермеази;

Репликация и последващо хромозомно делене.

По време на клетъчния растеж цитоплазмената мембрана образува множество инвагинации (инвагинати), т.нар мезозоми.

цитоплазма -Това е съдържанието на бактериалната клетка, ограничено от цитоплазмената мембрана. Състои се от цитозол и структурни елементи.

Цитозол- хомогенна фракция, включваща разтворими РНК компоненти, ензими и метаболитни продукти.

Конструктивни елементи- това са рибозоми, интрацитоплазмени мембрани, включвания и нуклеоиди.

Рибозоми- органели, които извършват биосинтеза на протеини. Те се състоят от протеин и РНК. Представляват гранули с диаметър 15-20 nm. Една бактериална клетка съдържа от 5000 до 50 000 рибозоми. Рибозомите са мястото на протеиновия синтез.

В цитоплазмата на прокариотите се откриват различни включвания, представляващи резервни вещества на клетката. От полизахаридите в клетките се отлагат гликоген, скорбяла и нишестеподобно вещество - гранулоза. Полифосфатите се съдържат в гранули т.нар volutinic, или метахроматичен, зърна.

Нуклеоиде ядрото на прокариотите. Състои се от една двойноверижна ДНК верига, затворена в пръстен, който се счита за бактериална хромозома. Нуклеоидът няма ядрена обвивка.

В допълнение към нуклеоида, екстрахромозомни генетични елементи са открити в бактериалната клетка - плазмиди, които са малки кръгови ДНК молекули, способни на автономна репликация. Ролята на плазмидите е, че те кодират допълнителни характеристики, които дават на клетката предимства при определени условия на живот. Най-често срещаните плазмиди са тези, които определят признаците на антибиотична резистентност на бактериите (R-плазмиди), синтеза на ентеротоксини (Ent-плазмиди) или хемолизини (Hly-плазмиди).

ДА СЕ временни конструкциивключват капсула, флагели, пили, ендоспори на бактерии.

Капсула -Това е слизестият слой над клетъчната стена на бактерията. Веществото на капсулата се състои от полизахаридни нишки. Капсулата се синтезира върху външната повърхност на цитоплазмената мембрана и се освобождава върху повърхността на клетъчната стена в определени области.

Функции на капсулата:

Местоположението на капсулните антигени, които определят вирулентността, антигенната специфичност и имуногенността на бактериите;

Защита на клетките от механични повреди, изсушаване, токсични вещества, инфекция от фаги, действието на защитните фактори на макроорганизма;

Способността на клетките да се прикрепят към субстрат.

Камшичета –Това са органите за движение на бактериите. Камшичетата не са жизненоважни структури, така че те могат или не могат да присъстват в бактериите в зависимост от условията на растеж. Броят на флагелите и тяхното местоположение варира при различните бактерии. В зависимост от това се разграничават следните групи флагелирани бактерии:

- монотрихи– бактерии с един полярно разположен флагел;

- амфитрихи– бактерии с две полярно разположени камшичета или имащи сноп от камшичета в двата края;

- лофотрихи– бактерии, които имат сноп флагели в единия край на клетката;

- перитрихозен- бактерии с много флагели, разположени отстрани на клетката или по цялата й повърхност.

Химическият състав на камшичетата е представен от протеин флагелин.

Повърхностните структури на бактериалната клетка също включват въсиИ пиеше. Тези структури участват в адсорбцията на клетките върху субстрата (вили, общи пили) и в процесите на трансфер на генетичен материал (сексуални пили). Те се образуват от специфичен хидрофобен протеин пилин.

В някои бактерии при определени условия се образуват пасивни форми, които осигуряват оцеляването на клетките за дълго време в неблагоприятни условия - ендоспори. Те са устойчиви на неблагоприятни фактори на околната среда.

Местоположение на спорите в клетката:

Централна (причинител на антракс);

Субтерминален - по-близо до края (причинител на ботулизъм);

Терминал - в края на пръчката (причинител на тетанус).

форма.Различават се няколко основни форми на бактериите - кокоидна, пръчковидна, извита и разклонена (фиг.).

Сферичните (кокови) микроби имат форма на топка, но могат да бъдат овални, плоски, едностранно вдлъбнати или леко удължени. Сферичните форми се образуват в резултат на клетъчно делене в една, две, три взаимно перпендикулярни или различни равнини. Когато клетките се делят в една равнина, клетките могат да бъдат подредени по двойки и следователно такива форми се наричат диплококи.Ако деленето става последователно в една равнина и клетките са свързани във формата на верига, това е стрептококи (2).Разделянето на кока в две взаимно перпендикулярни равнини води до образуването на четири клетки или тетракока.Пакетовидни коки, или сарцинас (3),- резултат от разделяне на коки в три взаимно перпендикулярни равнини.

Пръчковидните или цилиндрични форми обикновено се разделят на бактерии и бацили (Фигура 3). Бактерии - пръчковидна, без образуване на спори(написано Bact., например Bact. aceti). бацили - пръчковидна, образуващи спори(пишат Vas., например Vas. subtilis). Бактериите и бацилите се предлагат в различни форми и размери. Краищата на пръчките често са заоблени, но могат да бъдат отрязани под прав ъгъл (причинителят на антракс), понякога стеснени.

Фигура - Основни форми на бактерии:

1- стафилококи; 2 - стрептококи; 3 - сарцини; 4 - гонококи; 5 - пневмококи; 6 - пневмококова капсула; 7 - Corynebacterium diphtheria; 8 - клостридии; 9 – бацили; 10 - вибриони; 11 - спирила; 12 - трепонема; 13 - борелия; 14 - Leptospira; 15 - актиномицети; 16 - местоположение на камшичетата: А -монотрик; b- лофотрих; V -амфитрих, G - peritrichus

Сред пръчковидни форми, които образуват спори (бацили), има бацили (9 ) И клостридии (8 ). Бацили, с изключение на Вие. антрацис, Подвижен. Бацилите са аероби. При бацилите спорите не надвишават дебелината на вегетативната клетка. Клостридиите са анаероби. Спорите са по-дебели от вегетативната клетка. Такива форми наподобяват вретено, ракета, лимон, палка. Клостридиите участват в много процеси в природата. Те са причинители на анаеробни инфекции. Причинява амонификация на протеинови вещества, урея. Те разграждат органофосфорните съединения. Фиксирайте молекулярен азот и др.

Пръчките, като коките, могат да бъдат подредени по двойки или във верига. Когато бактериите се комбинират по двойки, те се образуват диплобактерии,със същата връзка на бацили - диплобацил.Съответно стрептобактерииИ стрептобацили,ако клетките са подредени във верига. Тетрадите и пакетите не образуват пръчковидни форми, тъй като са разделени в една равнина, перпендикулярна на надлъжната ос.

Заплетените форми на микроби се определят не само от дължината и диаметъра, но и от броя на къдриците. Вибриони (10)приличат на запетая по форма. Спирила (11)- извити форми, образуващи до 5 къдрици. Спирохети- тънки дълги гофрирани форми с много къдрици. Те заемат междинно положение между бактериите и протозоите. Микобактерии- пръчици със странични израстъци (патогени на туберкулоза, паратуберкулоза). Коринебактерииприличат на микобактерии, но се различават от тях по удебеления, образувани в краищата и включвания на зърна в цитоплазмата (дифтериен бацил). нишковидниБактериите са многоклетъчни организми, които имат формата на нишка. Миксобактерии- плъзгащи се микроби, оформени като пръчки или вретено. Протекобактерииможе да има триъгълна или друга форма. Някои от тях имат радиална симетрия. Такива организми са получили името си от наличието на заострени израстъци - простек. Размножават се чрез делене или пъпкуване.

Размери.Размерите на микроорганизмите се определят в микрометри (µm) (10 -6 m според системата SI). Диаметърът на сферичните форми е 0,7-1,2 микрона; пръчковидна дължина 1,6-10 µm, ширина 0,3-1 µm. Вирусите са още по-малки същества. Размерите им се определят в нанометри (1 nm = 10 -9 m). Нишковидните форми на микробите достигат дължина от няколко десетки микрометра. За да си представим размера на тези същества, достатъчно е да кажем, че една капка вода може да съдържа няколко милиона или милиарди микроорганизми.

Структура.Бактериалната клетка се състои от мембрана, чийто външен слой се нарича клетъчна стена, а вътрешният слой е цитоплазмената мембрана, както и цитоплазма с включвания и нуклеоид. Има допълнителни структури: капсула, микрокапсула, слуз, флагели, пили, плазмиди; Някои бактерии са способни да образуват спори при неблагоприятни условия.

Клетъчна стена - здрава, еластична структура, която придава на бактерията определена форма и заедно с подлежащата цитоплазмена мембрана „задържа” високото осмотично налягане в бактериалната клетка. Предпазва клетката от действието на вредните фактори на околната среда, участва в процеса на делене на клетките и транспорта на метаболитите.

Най-дебела е клетъчната стена при грам-положителните бактерии (до 50-60 nm); при грам-отрицателните бактерии е 15-20 nm.

Клетъчната стена на грам-положителните бактерии съдържа малко количество полизахариди, липиди и протеини. Основният компонент на клетъчната стена на грам-положителните бактерии е многослоен пептидогликан(муреин, мукопептид), съставляващи 40-90% от масата му. При грам-отрицателните бактерии количеството пептидогликан в клетъчната стена е 5-20%.

Цитоплазмена мембранаприлепва към вътрешната повърхност на бактериалната клетъчна стена и заобикаля външната част на цитоплазмата. Състои се от двоен слой липиди, както и интегрални протеини, които проникват през него. Цитоплазмената мембрана участва в регулирането на осмотичното налягане, транспорта на веществата и енергийния метаболизъм на клетката.

Цитоплазмабактериалната клетка е полутечна, вискозна, колоидна система . Цитоплазмата заема по-голямата част от бактериалната клетка и се състои от разтворими протеини, рибонуклеинови киселини, включвания и множество малки гранули - рибозоми Цитоплазмата съдържа различни включвания под формата на гликогенови гранули, полизахариди, мастни киселини и полифосфати (волютин).

На някои места цитоплазмата е проникната от мембранни структури - мезозоми , които произлизат от цитоплазмената мембрана и запазват контакт с нея. Мезозомите изпълняват различни функции; те и свързаната с тях цитоплазмена мембрана съдържат ензими, участващи в енергийните процеси - в снабдяването на клетката с енергия.

Рибозомиразпръснати в цитоплазмата под формата на малки гранули с размери 20-30 nm; Рибозомите са съставени от приблизително половината РНК и протеин. Рибозомите са отговорни за синтеза на клетъчни протеини. В една бактериална клетка може да има 5-50 хиляди от тях.

Нуклеоид - еквивалентно на ядрото в бактериите. Намира се в цитоплазмобактериите под формата на двойноверижна ДНК, затворена в пръстен и плътно опакована като намотка. За разлика от ядрото на еукариотите, бактериалният нуклеоид няма ядрена обвивка, ядро ​​или основни протеини (хистони). Обикновено една бактериална клетка съдържа една хромозома, представена от ДНК молекула, затворена в пръстен.

В допълнение към нуклеоида, бактериалната клетка може да съдържа екстрахромозомни фактори на наследствеността - плазмиди , представляващи ковалентно затворени ДНК пръстени и способни на репликация независимо от бактериалната хромозома.

Капсула- мукозна структура, здраво свързана с клетъчната стена на бактериите и имаща ясно определени външни граници. Обикновено капсулата се състои от полизахариди, понякога от полипептиди, например в антраксния бацил. Капсулата предотвратява фагоцитозата на бактериите. Капсулите са присъщи на някои видове бактерии или могат да се образуват, когато микроб навлезе в макроорганизъм.

Камшичетабактериите определят клетъчната подвижност. Камшичетата са тънки нишки, произхождащи от цитоплазмената мембрана; те са прикрепени към цитоплазмената мембрана и клетъчната стена чрез специални дискове и са по-дълги от самата клетка. Те се състоят от протеин - флагелин, усукан под формата на спирала.

Вили,или пия (фимбрии) , - нишковидни образувания, по-тънки и по-къси от флагела. Пилите се простират от клетъчната повърхност и са съставени от протеина пилин. Те са отговорни за прикрепването на бактериите към засегнатата клетка, за храненето и водно-солевия метаболизъм; секс пие (П-пи)характерни за така наречените „мъжки“ донорни клетки.

Спорове - особена форма на почивка грам-положителенбактерии, образувани във външната среда при неблагоприятни условия за съществуване на бактерии (сушене, дефицит на хранителни вещества и др.). Процесът на спорулация преминава през няколко етапа, по време на които част от цитоплазмата и хромозомата се отделят и заобикалят от цитоплазмена мембрана; Образува се проспора, след което се образува многослойна, слабо пропусклива обвивка, която придава на спората устойчивост на температура и други неблагоприятни фактори. В този случай една спора се образува вътре в една бактерия. Спорообразуването допринася за запазването на вида и не е метод за размножаване, както при гъбите. Бактериалните спори могат да се задържат в почвата дълго време (причинителите на антракс и тетанус - десетилетия). При благоприятни условия спорите покълват и от една спора се образува една бактерия.

Мобилност.Сферичните бактерии обикновено са неподвижни. Пръчковидните бактерии са или подвижни, или неподвижни. Извитите и спираловидни бактерии са подвижни. Движението на бактериите се осъществява с помощта на флагели. Flagella може да извършва ротационни движения. Наличието на флагели и тяхното разположение са постоянен признак за вида и имат диагностична стойност. Скоростта на движение е висока: за секунда клетка с флагели може да измине разстояние 20-50 пъти по-голямо от дължината на тялото си.

Камшичетата са разположени на повърхността на бактериалното тяло поотделно - монотрихиално камшичене, куп в единия край на клетката - лофотрихиален, в пакет в двата края на клетката - амфитрихиален; те могат да бъдат разположени по цялата повърхност на клетката - перитрихиално камшичене. При неблагоприятни условия на живот, със стареене на клетките и механичен стрес, подвижността може да бъде загубена.

Свързана информация.

Бактериалната клетка, въпреки привидната си простота на структурата, е много сложен организъм, характеризиращ се с процеси, характерни за всички живи същества. Бактериалната клетка е покрита с плътна мембрана, състояща се от клетъчна стена, цитоплазмена мембрана, а при някои видове и капсула.

Клетъчна стена– един от основните елементи на структурата на бактериалната клетка е повърхностен слой, разположен извън цитоплазмената мембрана. Стената изпълнява защитни и поддържащи функции, а също така придава на клетката постоянна, характерна форма (например формата на пръчка или кок), т.к. има определена твърдост (коравина) и представлява външния скелет на клетката. Вътре в бактериалната клетка осмотичното налягане е няколко пъти, а понякога и десетки пъти, по-високо от това във външната среда. Следователно клетката бързо би се спукала, ако не беше защитена от такава плътна, твърда структура като клетъчната стена. Основният структурен компонент на стените, основата на тяхната твърда структура в почти всички изследвани досега бактерии, е муреинът. Повърхността на клетъчната стена на някои пръчковидни бактерии е покрита с издатини, шипове или неравности. Използвайки метод на оцветяване, предложен за първи път през 1884 г. от Кристиан Грам, бактериите могат да бъдат разделени на две групи: грам-положителни и грам-отрицателни. Клетъчната стена е отговорна за оцветяването по Грам на бактериите. Способността или невъзможността за оцветяване по Грам е свързана с разликите в химичния състав на стените на бактериалните клетки. Клетъчната стена е пропусклива: през нея хранителните вещества свободно преминават в клетката и метаболитните продукти излизат в околната среда. Големите молекули с високо молекулно тегло не преминават през обвивката.

Външният слой на цитоплазмата е в непосредствена близост до клетъчната стена на бактериалната клетка - цитоплазмена мембрана, обикновено състояща се от двуслойни липиди, всяка от повърхностите на които е покрита с мономолекулен слой протеин. Мембраната съставлява около 8-15% от липидите на клетката. Общата дебелина на мембраната е приблизително 9 nm. Цитоплазмената мембрана играе ролята на осмотична бариера, която контролира транспорта на вещества в и извън бактериалната клетка.

Клетъчната стена на много бактерии е заобиколена отгоре със слой лигавичен материал - капсула.Дебелината на капсулата може да бъде многократно по-голяма от диаметъра на самата клетка, а понякога е толкова тънка, че може да се види само през електронен микроскоп - микрокапсула. Капсулата не е съществена част от клетката, тя се образува в зависимост от условията, в които се намират бактериите. Той служи като защитно покритие за клетката и участва във водния метаболизъм, като предпазва клетката от изсушаване.

Под цитоплазмената мембрана при бактериите има a итоплазма,представляваща цялото съдържание на клетката, с изключение на ядрото и клетъчната стена. Цитоплазмата на бактериите е диспергирана смес от колоиди, състояща се от вода, протеини, въглехидрати, липиди, минерални съединения и други вещества. Течната безструктурна фаза на цитоплазмата (матрикс) съдържа рибозоми, мембранни системи, пластиди и други структури, както и резервни хранителни вещества.

Бактериите нямат такова ядро ​​като висшите организми, но имат своя аналог „ядрен еквивалент“ - нуклеоид,което е еволюционно по-примитивна форма на организация на ядрената материя. Нуклеоидът на бактериалната клетка се намира в централната й част.

Почиващата бактериална клетка обикновено съдържа един нуклеоид; клетките във фазата преди делене имат два нуклеоида; във фазата на логаритмичен растеж - размножаване - до четири или повече нуклеоиди. Освен нуклеоида, цитоплазмата на бактериалната клетка може да съдържа стотици пъти по-къси ДНК вериги – така наречените екстрахромозомни фактори на наследствеността, т.нар. плазмид.Както се оказа, плазмидите не присъстват непременно в бактериите, но те придават на тялото допълнителни свойства, които са полезни за него, по-специално тези, свързани с възпроизвеждането, лекарствената резистентност, патогенността и т.н.

Някои бактерии имат придатъчни структури на повърхността; най-разпространените от тях са камшичета –органи за движение на бактерии. Бактериите могат да имат един, два или повече флагела. Разположението им е различно: в единия край на клетката, в двата, по цялата повърхност и т.н.

Бактерия с един флагел се нарича монотрихома; бактерия със сноп флагели в единия край на клетката - лофотрихома;от двата края - амфитрих;се нарича бактерия с флагели, разположени по цялата повърхност на клетката перитрихом.Броят на камшичетата варира при различните видове бактерии и може да достигне до 100. Дебелината на флагелите варира от 10 до 20 nm, дължината - от 3 до 15 µm, като за една и съща бактериална клетка дължината може да варира в зависимост от състояние на културата и фактори на околната среда.

Биолозите от 19-ти и началото на 20-ти век разглеждат бактериите като примитивни организми от гледна точка на клетъчната организация и се считат за крайната граница на живота. Авторитетният немски учен Кон пише, че бактериите са „най-малките“ и „най-простите“ от всички живи форми, образуващи граничната линия на живота; извън тези форми животът не съществува.

С развитието на науката обаче бяха създадени по-модерно микроскопско оборудване и нови методи за изследване. Използването на съвременни методи за изследване на бактериалните клетки - електролитна и фазово-контрастна микроскопия, диференцирано центрофугиране, използване на изотопи - направи възможно идентифицирането на отделни клетъчни структури и изясняване на тяхната биологична роля.

Бактериалната клетка има сложна, строго подредена структура. От анатомична гледна точка бактерията е морфологично обособена. Той прави разлика между основни и временни структури. Основните компоненти на клетката включват клетъчна стена, цитоплазмена мембрана, цитоплазма с рибозоми, различни включвания и нуклеоид. Тези структури се намират само на определени етапи от развитието на бактериите.

Клетъчната стена е здрава, еластична структура, разположена между цитоплазмената мембрана и капсулата, а при некапсулните бактериални видове е външната обвивка на клетката. Клетъчната стена е тънка, безцветна структура, не се вижда в обикновен микроскоп без специална обработка. Клетъчната стена придава на бактериите постоянна форма и представлява скелета на клетката. Може да се наблюдава чрез светлинна микроскопия само при големи форми на бактерии. Например при сярната бактерия Beggiatoa mirabilis стената е ясно видима и има двуверижна структура. Бактериалната клетъчна стена може да се види по време на плазмолиза в затъмнено зрително поле на микроскоп. Микоплазмата и L-формата на бактериите нямат клетъчна стена, за всички останали прокариоти това е задължителна структура. Клетъчната стена съставлява средно 20% от сухото тегло на бактериите; нейната дебелина може да достигне до 50 nm или повече. Клетъчната мембрана изпълнява жизненоважни функции: предпазва бактерията от увреждащи фактори на околната среда, осмотичен шок, участва в метаболизма и в процеса на клетъчно делене, съдържа повърхностни антигени и специфични рецептори за фаги, транспортира метаболити. Бактериалната обвивка е полупропусклива, което осигурява селективно проникване на хранителни вещества в клетката от външната среда. Поддържащият полимер на клетъчната стена се нарича пептидогликан (синоними: мукопептид, муреин - от лат. murus - стена) образува мрежеста структура, ковалентно свързана от тейхоеви киселини (от гръцки teichos - стена). При изследване на ултратънки участъци от клетъчната стена беше установено, че тя е равномерно съседна на подлежащите структури, пронизани с пори, благодарение на които различни вещества влизат в клетката и обратно. Получените фотограми показват, че клетъчната стена не се характеризира с еднаква електронно-оптична плътност, т.е. има наслояване. Стената рамкира бактерията, нейната дебелина и плътност са еднакви по целия периметър на микробната клетка. Клетъчната стена съставлява 5 до 50% от сухото вещество на клетката.

При изучаване на анатомията на микроорганизмите с помощта на светлинен микроскоп възникна необходимостта от оцветяването им. Тази необходимост е осъзната от Х. Грам, който през 1884 г. предлага метод на оцветяване, кръстен на него и широко използван за диференциране на бактерии в наше време. Във връзка с оцветяването по Грам всички микроорганизми се разделят на две групи: грам-положителни (грам-положителни) и грам-отрицателни (грам-отрицателни). Същността на метода е, че грам-положителните бактерии здраво свързват комплекса от тинтява виолет и йод, който не се обезцветява от етанол и не приема допълнителното багрило фуксин, оставайки синьо-виолетов. При грам-отрицателните бактерии споменатият комплекс се измива от бактериалното тяло с етанол и при третиране с магента те стават червени (цвят на фуксина).

Това оцветяване по Грам на прокариотите се обяснява със специфичния химичен състав и структура на тяхната клетъчна стена. Клетъчната стена на грам-положителните бактерии е масивна, дебела (20-100 nm), плътно прилепнала към цитоплазмената мембрана, по-голямата част от нейния химичен състав е представена от пептидогликан (40-90%), който е свързан с тейхоеви киселини. Стената на грам-положителните микроорганизми съдържа малки количества полизахариди, липиди и протеини. Структурните микрофибрили на пептидогликана са омрежени плътно, компактно, порите в него са тесни и поради това виолетовият комплекс не се измива, бактериите са боядисани в синьо-виолетово.

Структурата и съставът на грам-отрицателните микроорганизми се характеризира с някои характеристики. Клетъчната стена на грам-отрицателните бактерии е по-тънка от тази на грам-положителните бактерии и е 14-17 nm. Състои се от два слоя: външен и вътрешен. Вътрешният слой е представен от пептидогликан, който опасва клетката под формата на тънка (2 nm) непрекъсната мрежа. Пептидогликанът в грам-отрицателните бактерии е 1-10%, неговите микрофибрили са омрежени по-слабо от тези на грам-положителните бактерии, порите са по-широки и следователно комплексът от тинтява виолет и йод се измива от стената с етанол, микроорганизмите са боядисани в червено (цветът на допълнително багрило - фуксин). Външният слой съдържа фосфолипиди, монополизахариди, липопротеини и протеини. Липополизахаридът (LPS) от клетъчните стени на грам-отрицателни бактерии, токсичен за животните, се нарича ендотоксин. Тейхоеви киселини не са открити в грам-отрицателни бактерии. Пропастта между клетъчната стена и цитоплазмената мембрана се нарича периплазмено пространство, което съдържа ензими.

Под въздействието на лизозим, пеницилин и други съединения се нарушава синтеза на клетъчната стена и се образуват клетки с променена форма: протопласти - бактерии, напълно лишени от клетъчна стена, и сферопласти - бактерии с частично разрушена клетъчна стена. Протопластите и сферопластите са сферични по форма и 3-10 пъти по-големи от оригиналните клетки. При условия на повишено осмотично налягане те могат да растат и дори да се размножават, но при нормални условия те лизират и умират. Когато инхибиторният фактор бъде премахнат, протопластите и сферопластите могат да се обърнат към първоначалната си форма, понякога се трансформират в L-форми на бактерии. L-формите на бактериите са изолирани през 1935 г. в института Листър. Те се образуват в резултат на действието на различни видове L-трансформиращи агенти (антибиотици, аминокиселини, ултравиолетови лъчи, рентгенови лъчи и др.) върху бактериите. Това са бактерии, които частично или напълно са загубили способността си да синтезират пептидогликан от клетъчната стена. В сравнение с протопластите и сферопластите, те са по-стабилни и имат способността да се възпроизвеждат. Причинителите на много инфекциозни заболявания могат да образуват L-форми.

Цитоплазмената мембрана (плазмолема) е полупропусклива, трислойна мултипротеинова клетъчна структура, която отделя цитоплазмата от клетъчната стена. Това е основен компонент на клетката, съставляващ 8-15% от нейното сухо вещество. Когато цитоплазмената мембрана се разруши, клетката умира. Химически мембраната е протеиново-липиден комплекс, състоящ се от протеини (50-70%) и липиди (15-50%). Цитоплазмената мембрана изпълнява важни функции в живота на клетката. Това е осмотичната бариера на клетката, участва в процесите на метаболизъм, клетъчен растеж, извършва селективен трансфер на молекули на органични и неорганични вещества и др. По време на клетъчния растеж цитоплазмената мембрана образува инвагинати - издатини, които се наричат ​​мезозоми. Мезозомите са добре изразени при грам-положителни бактерии, по-лошо при грам-отрицателни бактерии и много слабо при рикетсии и микоплазми. Мезозомите, свързани с бактериалния нуклеоид, се наричат ​​нуклеозоми. Те участват в кариопинезата и кариокенезата на микробните клетки. Значението на мезозомите не е напълно изяснено. Предполага се, че те участват активно в процеса на бактериално дишане, така че се сравняват по аналогия с митохондриите. Може би мезозомите изпълняват структурна функция и, разделяйки клетката на отделни секции, допринасят за подредеността на метаболитните процеси.

Цитоплазмата на клетката е полутечна маса, която заема основния обем на бактерията, съдържаща до 90% вода. Състои се от хомогенна фракция, наречена цитозол, която включва структурни елементи - рибозоми, интрацитоплазмени мембрани, различни видове образувания, нуклеоид. Освен това цитоплазмата съдържа разтворими компоненти на РНК, субстратни вещества, ензими и метаболитни продукти.

Цитоплазмата образува вътрешната среда на клетката, която обединява всички вътреклетъчни структури и осигурява тяхното взаимодействие помежду си.

Най-важният структурен компонент на проплазмотичната клетка е нуклеоидът, който е аналог на ядрото при еукариотите. Тя е свободно разположена в цитоплазмата, в централната зона на клетката, и представлява двойноверижна ДНК, затворена в пръстен и стегната като топка. Нуклеоидът, за разлика от ясно дефинираното ядро ​​на еукариотите, няма ядрена мембрана, нуклеоли или основни протеини (хистони). Въпреки това се смята, че нуклеоидът е диференцирана структура. В зависимост от функционалното състояние на клетката нуклеоидът може да бъде дискретен и да се състои от отделни фрагменти. Неговата дискретност се обяснява с клетъчното делене и репликацията на ДНК молекулата. Нуклеоидната ДНК е носител на генетичната информация на бактериалната клетка. При светлинна микроскопия нуклеоидът може да бъде открит чрез оцветяване на бактерии с помощта на специални методи (Feulgen, Romanosky-Giemsa). В допълнение към нуклеоида, в клетките на много видове прокариоти са открити екстрахромозомни фактори на наследственост - плазмиди, които са ДНК молекули, способни на автономна репликация.

Клетъчните органели включват рибозоми - сферични рибонуклеинови частици с диаметър 15-20 nm. Една прокариотна клетка може да съдържа от 5 до 20 хиляди рибозоми. Рибозомата се състои от малки и големи субединици, които имат седиментационни константи на Sverberg съответно 30 и 50 S. Една молекула информационна РНК обикновено съчетава няколко рибозоми като мъниста, нанизани на конец. Такива асоциации на рибозоми се наричат ​​полизоми. Рибозомите имат висока синтезираща активност, те синтезират протеини, необходими за живота на микробната клетка.

В цитоплазмата на бактериите са идентифицирани различни видове включвания, които могат да бъдат твърди, течни и газообразни. Те са резервни хранителни вещества (полизахариди, липиди, серни отлагания и др.) и метаболитни продукти.

Капсулата е мукозна структура с дебелина повече от 0,2 микрона, свързана с клетъчната стена и ясно разграничена от околната среда. Открива се чрез светлинна микроскопия в случай на оцветяване на бактерии по специални методи (според Olt, Mikhin, Burri-Gins). Много бактерии образуват микрокапсула - мукозна формация под 0,2 микрона, идентифицирана само чрез електронна микроскопия или чрез химични и имунохимични методи. Капсулата не е основна структура на клетката; нейната загуба не причинява смъртта на бактерията. Необходимо е да се разграничи слузта от капсулата - мукоидни екзополизахариди. Мукозните вещества се отлагат на повърхността на клетката, често надвишават нейния диаметър и нямат ясни граници.

Субстанцията на прокариотните капсули се състои главно от хомо- или хетерополизахариди. Някои бактерии (например Leuconostoc) имат няколко микробни клетки, затворени в капсула. Бактериите, затворени в една капсула, образуват групи, наречени зоогели.

Капсулата изпълнява важни биологични функции. Съдържа капсулни антигени, които определят вирулентността, специфичността и имуногенността на бактериите. Капсулата предпазва микробната клетка от механичен стрес, изсушаване, инфекция от фаги, токсични вещества и фагоцитоза. При някои видове бактерии, включително патогенни, той насърчава прикрепването на клетките към субстрата.

Камшичетата са органелите на бактериалното движение. Те представляват тънки, дълги, нишковидни структури, състоящи се от белтъка флагелин (от лат. flagellum - флагел). Този протеин има антигенна специфичност. Дължината на флагела надвишава дължината на бактериалната клетка няколко пъти и е 3-12 µm, а дебелината е 12-20 nm. Флагелите са прикрепени към цитоплазмената мембрана и клетъчната стена чрез специални дискове. Флагелите се откриват с помощта на електронна микроскопия или в светлинен микроскоп, но след обработка на препаратите със специални методи. Камшичетата не са жизненоважни клетъчни структури. Броят на флагелите варира при различните видове бактерии (от 1 до 50), а местата на тяхното локализиране също са различни, но стабилни за всеки вид. В зависимост от местоположението на камшичетата се разграничават: монотрихозни - бактерии с един полярно разположен флагелум; amphitirichs - бактерии с две полярно подредени камшичета или сноп от флагели на всеки край; lophotrichs - бактерии със сноп флагели в единия край на клетката; peritrichs са бактерии с много флагели, разположени по целия периметър на клетката. Бактериите без флагели се наричат ​​атрихия. Камшичетата са типични за плаващите пръчковидни и извити форми и по изключение се срещат в коките. Монотрихите и лофотрихите се движат със скорост 50 микрона в секунда. Бактериите обикновено се движат произволно. Под въздействието на факторите на околната среда бактериите са способни на насочени форми на движение - такси. Такситата могат да бъдат положителни и отрицателни. Различават се хемотаксис - обуславя се от разликата в концентрацията на химичните вещества в околната среда, аеротаксис - кислород, фототаксис - интензитет на светлината, магнитотаксис - характеризиращ се със способността на микроорганизмите да се ориентират в магнитно поле.

Пили (вили) са нишковидни образувания, по-къси от камшичетата. Дължината им достига от 0,3 до 10 микрона, дебелина 3-10 nm. Пилите произхождат от цитоплазмената мембрана и се намират в подвижни и неподвижни форми на микроорганизми. Те могат да бъдат идентифицирани само с помощта на електронна микроскопия. На повърхността на една бактериална клетка може да има от 1-2 до няколко десетки, стотици и дори хиляди пили. Пилите са съставени от протеина пилин и имат антигенна активност.

Има общи и полови видове пили. Първите са отговорни за адхезията, т.е. прикрепването на бактериите към засегнатата клетка, храненето, водно-солевия метаболизъм, струпването на бактерии в агломерати, вторите са преносът на наследствен материал (ДНК) от донора към реципиента. Същият вид бактерии може да има и двата вида пили.

Спорите (ендоспорите) са специална форма на клетки в покой, характеризиращи се с рязко намаляване на нивото на метаболизъм и висока устойчивост. Спорите се образуват при неблагоприятни условия за съществуване на бактериите. Една спора се образува в една клетка. Спорообразуването се наблюдава при дефицит на хранителни вещества, промени в pH, липса на C, N, P, изсушаване, натрупване на метаболитни продукти в околната среда около клетката и др. Спорите се характеризират с геномна репресия, анаболизъм, ниско съдържание на вода в цитоплазмата, повишена концентрация на калциеви катиони, появата на дипиколинова киселина.

Спорите в зрителното поле на светлинен микроскоп имат вид на овални, силно пречупващи светлината образувания с размер 0,8-1,5 микрона. Бактериите, при които размерът на спората не надвишава диаметъра на клетката, се наричат ​​бацили, а тези, при които надвишава, се наричат ​​клостридии. Спората в клетката може да бъде разположена централно, по-близо до края - субтерминал, в края на бактерията - терминал. Структурата на спората е сложна, но еднаква при различните видове бактерии. Централната част на спората се нарича спороплазма, съдържа нуклеинови киселини, протеини и дипиколинова киселина. Спороплазмата съдържа нуклеоид, рибозоми и неясно дефинирани мембранни структури. Спороплазмата е обрамчена от цитоплазмена мембрана, последвана от елементарен пептидогликанов слой, след това масивен слой кора или по друг начин кора. На повърхността на кората има външна мембрана. Отвън спората е покрита с многослойна обвивка, която заедно със специфичните елементи на спората и калциевия дипиколинат определя нейната стабилност. Основната цел на спорите е да запазят бактериите в неблагоприятни условия на околната среда. Спорите са устойчиви на високи температури и химикали и могат да съществуват дълго време в латентно състояние в продължение на десетки или дори стотици години.

Видео: Клетъчно ядро ​​на лист от стайно растение под микроскоп

Бактериите са микроскопични едноклетъчни организми. Структурата на бактериалната клетка има особености, които са причина за отделянето на бактериите в отделно царство на живия свят.

Клетъчни мембрани

Повечето бактерии имат три черупки:

• клетъчната мембрана;
• клетъчна стена;
• лигавична капсула.

Клетъчната мембрана е в пряк контакт със съдържанието на клетката - цитоплазмата. Той е тънък и мек.

Клетъчната стена е плътна, по-дебела мембрана. Неговата функция е да защитава и поддържа клетката. Клетъчната стена и мембраната имат пори, през които веществата, от които се нуждае, влизат в клетката.

Много бактерии имат лигавична капсула, която изпълнява защитна функция и осигурява адхезия към различни повърхности.

ТОП 4 статиикоито четат заедно с това

Именно благодарение на лигавицата стрептококите (вид бактерии) полепват по зъбите и причиняват кариес.

Цитоплазма

Цитоплазмата е вътрешното съдържание на клетката. 75% се състои от вода. В цитоплазмата има включвания - капки мазнини и гликоген. Те са резервните хранителни вещества на клетката.

Ориз. 1. Схема на структурата на бактериална клетка.

Нуклеоид

Нуклеоид означава „като ядро“. Бактериите нямат истинско или, както се казва, образувано ядро. Това означава, че те нямат ядрена обвивка и ядрено пространство, както клетките на гъбите, растенията и животните. ДНК се намира директно в цитоплазмата.

Функции на ДНК:

• съхранява наследствена информация;
• прилага тази информация чрез контролиране на синтеза на протеинови молекули, характерни за даден вид бактерии.

Липсата на истинско ядро ​​е най-важната характеристика на бактериалната клетка.

Органоиди

За разлика от растителните и животинските клетки, бактериите нямат органели, изградени от мембрани.

Но бактериалната клетъчна мембрана на някои места прониква в цитоплазмата, образувайки гънки, наречени мезозоми. Мезозомата участва в клетъчното възпроизвеждане и обмен на енергия и, така да се каже, замества мембранните органели.

Единствените органели, присъстващи в бактериите, са рибозомите. Това са малки телца, които се намират в цитоплазмата и синтезират протеини.

Много бактерии имат флагел, с който се движат в течна среда.

Форми на бактериални клетки

Формата на бактериалните клетки е различна. Бактериите с форма на топка се наричат ​​коки. Под формата на запетая - вибриони. Пръчковидните бактерии са бацили. Spirilla имат вид на вълнообразна линия.

Ориз. 2. Форми на бактериалните клетки.

Бактериите могат да се видят само под микроскоп. Средният размер на клетката е 1-10 микрона. Срещат се бактерии с дължина до 100 микрона. (1 µm = 0,001 mm).

Спорообразуване

При настъпване на неблагоприятни условия бактериалната клетка преминава в латентно състояние, наречено спора. Причините за спорулация могат да бъдат:

• ниски и високи температури;
• суша;
• липса на хранене;
• животозастрашаващи вещества.

Преходът става бързо, в рамките на 18-20 часа, и клетката може да остане в състояние на спора в продължение на стотици години. При възстановяване на нормалните условия бактерията покълва от спората в рамките на 4-5 часа и се връща към нормалния си начин на живот.

Ориз. 3. Схема на спорообразуване.

Възпроизвеждане

Бактериите се размножават чрез делене. Периодът от раждането на клетката до нейното делене е 20-30 минути. Следователно бактериите са широко разпространени на Земята.

Какво научихме?

Научихме, че в общи линии бактериалните клетки са подобни на растителните и животинските клетки, те имат мембрана, цитоплазма и ДНК. Основната разлика между бактериалните клетки е липсата на образувано ядро. Следователно бактериите се наричат ​​предядрени организми (прокариоти).

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.1. Общо получени оценки: 295.