Elementi bakterija. Struktura bakterijskih ćelija

Strukturne komponente bakterijske ćelije podijeljene su u 2 tipa:

- osnovne strukture(ćelijski zid, citoplazmatska membrana sa svojim derivatima, citoplazma sa ribosomima i raznim inkluzijama, nukleoid);

- privremene strukture(kapsula, sluznica, flagele, resice, endospore, formirane samo u određenim fazama životnog ciklusa bakterije).

Osnovne strukture.

Ćelijski zid nalazi se na vanjskoj strani citoplazmatske membrane. Citoplazmatska membrana nije dio ćelijskog zida. Funkcije ćelijskog zida:

Zaštita bakterija od osmotskog šoka i drugih štetnih faktora;

Određivanje oblika bakterija;

Učešće u metabolizmu bakterija.

Stanični zid je prožet porama kroz koje se prenose bakterijski egzotoksini. Debljina ćelijskog zida je 10-100 nm. Glavna komponenta bakterijskog ćelijskog zida je peptidoglikan ili murein, koji se sastoji od naizmjeničnih ostataka N-acetil-N-glukozamina i N-acetilmuramske kiseline povezanih glikozidnim vezama.

H. Gram je 1884. godine predložio metodu za bojenje bakterija koristeći gentian violet, jod, etil alkohol i fuksin. Sve bakterije, ovisno o njihovoj boji po Gramu, dijele se u 2 grupe: gram-pozitivne i gram-negativne bakterije. Ćelijski zid gram-pozitivnih bakterijačvrsto pristaje na citoplazmatsku membranu, njegova debljina je 20-100 nm. Sadrži teihoične kiseline (polimere glicerola ili ribitola), kao i male količine polisaharida, proteina i lipida. Ćelijski zid gram-negativnih bakterija višeslojna, njegova debljina je 14-17 nm. Unutrašnji sloj (peptidoglikan) formira tanku kontinuiranu mrežu. Vanjski sloj se sastoji od fosfolipida, lipoproteina i proteina. Proteini vanjske membrane su čvrsto vezani za sloj peptidoglikana.

Pod određenim uvjetima, bakterije gube sposobnost da u potpunosti ili djelomično sintetiziraju komponente stanične stijenke, što rezultira stvaranjem protoplasta, sferoplasta i L-oblika bakterija. Sferoplasti su bakterije sa djelimično uništenim ćelijskim zidom. Uočavaju se kod gram-negativnih bakterija. Protoplasti- to su oblici potpuno lišeni ćelijskog zida. Formiraju ih gram-pozitivne bakterije. L-oblik bakterije su mutanti bakterija koje su djelomično ili potpuno izgubile sposobnost sintetiziranja peptidoglikana stanične stijenke (bakterije s defektnim ćelijskim zidom). Ime su dobili po nazivu Instituta Lister u Engleskoj, gdje su otvoreni 1935. godine.

Citoplazmatska membrana (CPM) i njeni derivati. Citoplazmatska membrana (plazmolema) je polupropusna lipoproteinska struktura bakterijske ćelije koja odvaja citoplazmu od ćelijskog zida. Čini 8-15% suve mase ćelije. Njegovo uništavanje dovodi do smrti ćelije. Elektronska mikroskopija otkrila je njegovu troslojnu strukturu. Citoplazmatska membrana je kompleks proteina (50-75%) i lipida (15-20%). Najveći dio lipida predstavljaju fosfolipidi. Osim toga, u membrani je pronađena mala količina ugljikohidrata.

Bakterijski CPM obavlja sljedeće funkcije:

Barijerna funkcija (molekularno „sito“);

energija;

Selektivni prijenos različitih organskih i neorganskih molekula i jona pomoću posebnih nosača - translokaza ili permeaza;

Replikacija i naknadna dioba hromozoma.

Tokom rasta ćelije, citoplazmatska membrana formira brojne invaginacije (invaginacije), tzv. mezozomi.

citoplazma - Ovo je sadržaj bakterijske ćelije, omeđen citoplazmatskom membranom. Sastoji se od citosola i strukturnih elemenata.

Cytosol- homogena frakcija, uključujući rastvorljive komponente RNK, enzime i metaboličke produkte.

Strukturni elementi- to su ribosomi, intracitoplazmatske membrane, inkluzije i nukleoid.

Ribosomi- organele koje provode biosintezu proteina. Sastoje se od proteina i RNK. To su granule prečnika 15-20 nm. Jedna bakterijska ćelija sadrži od 5.000 do 50.000 ribozoma. Ribosomi su mjesto sinteze proteina.

U citoplazmi prokariota nalaze se različite inkluzije koje predstavljaju rezervne supstance ćelije. Od polisaharida u ćelijama se talože glikogen, škrob i tvar nalik skrobu – granuloza. Polifosfati se nalaze u granulama tzv volutinic, ili metahromatski, žitarice.

Nukleoid je jezgro prokariota. Sastoji se od jednog dvolančanog lanca DNK zatvorenog u prsten, koji se smatra bakterijskim hromozomom. Nukleoidu nedostaje nuklearni omotač.

Osim nukleoida, u bakterijskoj stanici pronađeni su i ekstrahromozomski genetski elementi - plazmidi, koji su mali kružni molekuli DNK sposobni za autonomnu replikaciju. Uloga plazmida je da kodiraju dodatne karakteristike koje ćeliji daju prednost u određenim životnim uslovima. Najčešći plazmidi su oni koji određuju znakove rezistencije bakterija na antibiotike (R-plazmidi), sintezu enterotoksina (Ent-plazmidi) ili hemolizina (Hly-plazmidi).

TO privremene strukture uključuju kapsule, flagele, pili, endospore bakterija.

kapsula - Ovo je sluzni sloj preko ćelijskog zida bakterije. Supstanca kapsule sastoji se od polisaharidnih niti. Kapsula se sintetizira na vanjskoj površini citoplazmatske membrane i oslobađa se na površinu ćelijskog zida u određenim područjima.

Funkcije kapsule:

Lokacija kapsularnih antigena koji određuju virulenciju, antigensku specifičnost i imunogenost bakterija;

Zaštita ćelija od mehaničkih oštećenja, isušivanja, toksičnih supstanci, infekcije fagima, delovanja zaštitnih faktora makroorganizma;

Sposobnost ćelija da se vežu za supstrat.

flagella – To su organi kretanja bakterija. Flagele nisu vitalne strukture, tako da mogu ili ne moraju biti prisutne u bakterijama ovisno o uvjetima rasta. Broj flagela i njihova lokacija variraju kod različitih bakterija. Ovisno o tome, razlikuju se sljedeće grupe flageliranih bakterija:

- monotrichs– bakterije sa jednim polarno lociranim flagelom;

- amphirichs– bakterije sa dvije polarno raspoređene zastavice ili imaju snop flagela na oba kraja;

- lophotrichs– bakterije koje imaju snop flagela na jednom kraju ćelije;

- peritrihijski- bakterije s mnogo flagela koje se nalaze na bočnim stranama ćelije ili na cijeloj njenoj površini.

Hemijski sastav flagella predstavljen je proteinima flagellin.

Površinske strukture bakterijske ćelije također uključuju resice I pio. Ove strukture su uključene u adsorpciju ćelija na supstratu (resice, opšti pili) i u procese prenosa genetskog materijala (seksualni pili). Formira ih specifičan hidrofobni protein pilin.

Kod nekih bakterija pod određenim uslovima nastaju uspavane forme, koje osiguravaju opstanak ćelija dugo vremena u nepovoljnim uslovima - endospore. Otporne su na štetne faktore okoline.

Lokacija spora u ćeliji:

Centralni (uzročnik antraksa);

Subterminalni - bliže kraju (uzročnik botulizma);

Terminal - na kraju štapića (uzročnik tetanusa).

Forma. Postoji nekoliko glavnih oblika bakterija - kokoidne, štapićaste, uvijene i granaste (sl.).

Sferni (kokni) mikrobi su u obliku lopte, ali mogu biti ovalni, ravni, jednostrano konkavni ili blago izduženi. Sferni oblici nastaju kao rezultat diobe stanica u jednoj, dvije, tri međusobno okomite ili različite ravni. Kada se ćelije dijele u jednoj ravni, ćelije se mogu rasporediti u parove, pa se takvi oblici nazivaju diplococci. Ako se podjela odvija uzastopno u jednoj ravni i ćelije su povezane u obliku lanca, to je streptokoke (2). Podjela kokusa u dvije međusobno okomite ravni dovodi do stvaranja četiri ćelije, tj. tetracocca. Koke u obliku paketa, ili sarcine (3),- rezultat podjele koka u tri međusobno okomite ravni.

Štapićasti ili cilindrični oblici obično se dijele na bakterije i bacile (slika 3). Bakterije - u obliku štapa, ne formiranje spora(pisano Bact., na primjer Bact. aceti). bacili - u obliku štapa, formiranje spora(pišu Vas., na primjer Vas. subtilis). Bakterije i bacili dolaze u različitim oblicima i veličinama. Krajevi štapića su često zaobljeni, ali se mogu rezati pod pravim uglom (uzročnik antraksa), ponekad suženi.

Slika - Osnovni oblici bakterija:

1- stafilokoki; 2 - streptokoke; 3 - sarcini; 4 - gonokoki; 5 - pneumokoke; 6 - pneumokokne kapsule; 7 - Corynebacterium diphtheria; 8 - klostridija; 9 – bacili; 10 - vibrioni; 11 - spirilla; 12 - Treponema; 13 - borelija; 14 - Leptospira; 15 - aktinomicete; 16 - lokacija flagela: A - monotrich; b- lophotrichus; V - amfitrih, G - peritrichus

Među štapićastim oblicima koji formiraju spore (bacile) postoje bacili (9 ) I klostridija (8 ). Bacili, isključujući Vi. anthracis, mobilni. Bacili su aerobi. Kod bacila spore ne prelaze debljinu vegetativne ćelije. Klostridije su anaerobi. Spore su deblje od vegetativne ćelije. Takvi oblici podsjećaju na vreteno, reket, limun, batak. Klostridije učestvuju u mnogim procesima u prirodi. Uzročnici su anaerobnih infekcija. Izaziva amonizaciju proteinskih supstanci, ureje. Oni razgrađuju organofosforna jedinjenja. Fiksirajte molekularni dušik, itd.

Štapovi, kao i koke, mogu biti raspoređeni u parove ili u lancu. Kada se bakterije spoje u parove, nastaju diplobakterije, sa istom vezom bacila - diplobacillus. shodno tome, streptobacteria I streptobacili, ako su ćelije raspoređene u lanac. Tetrade i paketi ne formiraju štapićaste forme, jer su podijeljeni u jednoj ravni, okomitoj na uzdužnu os.

Uvijeni oblici mikroba određuju se ne samo dužinom i promjerom, već i brojem kovrča. Vibrio (10) oblikom liče na zarez. Spirilla (11)- uvijeni oblici, koji formiraju do 5 kovrča. Spirohete- tanki dugi naborani oblici sa mnogo kovrdža. Zauzimaju srednju poziciju između bakterija i protozoa. Mycobacteria- štapići sa bočnim izraslinama (patogeni tuberkuloze, paratuberkuloze). Corynebacteria nalikuju mikobakterijama, ali se razlikuju od njih po zadebljanjima nastalim na krajevima i inkluzijama zrna u citoplazmi (bacil difterije). filamentous Bakterije su višećelijski organizmi koji imaju oblik niti. Myxobacteria- klizni mikrobi, u obliku štapića ili vretena. Prostecobacteria može biti trouglastog ili drugog oblika. Neki od njih imaju radijalnu simetriju. Takvi organizmi su dobili ime po prisutnosti šiljastih izraslina - prostek. Razmnožavaju se diobom ili pupljenjem.

Dimenzije. Veličine mikroorganizama određuju se u mikrometrima (µm) (10 -6 m prema SI sistemu). Prečnik sfernih oblika je 0,7-1,2 mikrona; dužina u obliku štapa 1,6-10 µm, širina 0,3-1 µm. Virusi su još manja stvorenja. Njihove veličine su određene u nanometrima (1 nm = 10 -9 m). Nitasti oblici mikroba dosežu dužinu od nekoliko desetina mikrometara. Da bi se zamislila veličina ovih stvorenja, dovoljno je reći da jedna kap vode može sadržavati nekoliko miliona ili milijardi mikroorganizama.

Struktura. Bakterijska stanica se sastoji od membrane čiji se vanjski sloj naziva ćelijski zid, a unutrašnji sloj je citoplazmatska membrana, kao i citoplazma s inkluzijama i nukleoidom. Postoje dodatne strukture: kapsula, mikrokapsula, sluz, flagele, pili, plazmidi; Neke bakterije su sposobne da formiraju spore pod nepovoljnim uslovima.

Ćelijski zid - snažna, elastična struktura koja daje bakteriji određeni oblik i, zajedno sa citoplazmatskom membranom ispod, „sputava“ visoki osmotski pritisak u bakterijskoj ćeliji. Štiti ćeliju od djelovanja štetnih faktora okoline, učestvuje u procesu diobe ćelije i transportu metabolita.

Najdeblji ćelijski zid je kod gram-pozitivnih bakterija (do 50-60 nm); kod gram-negativnih bakterija je 15-20 nm.

Stanični zid gram-pozitivnih bakterija sadrži malu količinu polisaharida, lipida i proteina. Glavna komponenta ćelijskog zida gram-pozitivnih bakterija je višeslojna peptidoglikan(murein, mukopeptid), koji čini 40-90% njegove mase. Kod gram-negativnih bakterija količina peptidoglikana u ćelijskom zidu je 5-20%.

Citoplazmatska membrana prianja na unutrašnju površinu bakterijskog ćelijskog zida i okružuje vanjski dio citoplazme. Sastoji se od dvostrukog sloja lipida, kao i integralnih proteina koji kroz njega prodiru. Citoplazmatska membrana je uključena u regulaciju osmotskog pritiska, transport supstanci i energetski metabolizam ćelije.

Citoplazma bakterijska ćelija je polutečan, viskozan, koloidni sistem . Citoplazma zauzima najveći dio bakterijske ćelije i sastoji se od topljivih proteina, ribonukleinskih kiselina, inkluzija i brojnih malih granula - ribozomi Citoplazma sadrži različite inkluzije u obliku granula glikogena, polisaharida, masnih kiselina i polifosfata (volutina).

Na nekim mjestima citoplazma je prožeta membranskim strukturama - mezozomi , koji je nastao iz citoplazmatske membrane i zadržao kontakt sa njom. Mezozomi obavljaju različite funkcije; oni i pripadajuća citoplazmatska membrana sadrže enzime uključene u energetske procese - u opskrbi ćelije energijom.

Ribosomi rasuti u citoplazmi u obliku malih granula veličine 20-30 nm; Ribosomi se sastoje od otprilike polovine RNK i proteina. Ribosomi su odgovorni za sintezu ćelijskih proteina. U bakterijskoj ćeliji ih može biti 5-50 hiljada.

Nukleoid - ekvivalentno jezgru u bakterijama. Nalazi se u citoplazmobakterijama u obliku dvolančane DNK, zatvorene u prsten i čvrsto zbijene poput zavojnice. Za razliku od jezgre eukariota, bakterijski nukleoid nema nuklearni omotač, nukleolus ili osnovne proteine ​​(histone). Tipično, bakterijska ćelija sadrži jedan hromozom, predstavljen molekulom DNK zatvorenom u prsten.

Pored nukleoida, bakterijska ćelija može sadržavati ekstrahromozomske faktore naslijeđa - plazmidi , koji predstavljaju kovalentno zatvorene DNK prstenove i sposobni za replikaciju bez obzira na bakterijski hromozom.

Kapsula- mukozna struktura koja je čvrsto povezana sa ćelijskim zidom bakterija i ima jasno definisane vanjske granice. Obično se kapsula sastoji od polisaharida, ponekad od polipeptida, na primjer, u bacilu antraksa. Kapsula sprječava fagocitozu bakterija. Kapsule su svojstvene nekim vrstama bakterija ili se mogu formirati kada mikrob uđe u makroorganizam.

Flagella bakterije određuju pokretljivost stanica. Flagele su tanki filamenti koji potječu od citoplazmatske membrane, posebnim diskovima su pričvršćeni za citoplazmatsku membranu i ćelijski zid i duži su od same ćelije. Sastoje se od proteina - flagelina, uvijenog u obliku spirale.

vili, ili pio (fimbrije) , - tvorbe u obliku niti, tanje i kraće od flagela. Pili se protežu od površine ćelije i sastoje se od proteina pilina. Oni su odgovorni za pričvršćivanje bakterija na zahvaćenu ćeliju, za ishranu i metabolizam vode i soli; sex pio (F-pio) karakterističan za takozvane “muške” ćelije donora.

Kontroverza - poseban oblik odmora gram-pozitivna bakterije nastale u vanjskoj sredini pod nepovoljnim uvjetima za postojanje bakterija (sušenje, nedostatak nutrijenata i sl.). Proces sporulacije prolazi kroz nekoliko faza, tokom kojih su dio citoplazme i hromozoma odvojeni i okruženi citoplazmatskom membranom; Formira se prospora, zatim se formira višeslojna, slabo propusna ljuska, koja spori daje otpornost na temperaturu i druge nepovoljne faktore. U ovom slučaju, jedna spora se formira unutar jedne bakterije. Sporulacija doprinosi očuvanju vrste i nije način razmnožavanja, kao kod gljiva. Bakterijske spore mogu dugo opstati u tlu (uzročnici antraksa i tetanusa - decenijama). U povoljnim uslovima spore klijaju, a iz jedne spore nastaje jedna bakterija.

Mobilnost. Sferne bakterije su obično nepomične. Bakterije u obliku štapa su ili pokretne ili nepokretne. Zakrivljene i spiralne bakterije su pokretljive. Kretanje bakterija vrši se pomoću flagela. Flagella može izvoditi rotacijske pokrete. Prisutnost flagela i njihova lokacija su stalna karakteristika vrste i imaju dijagnostičku vrijednost. Brzina kretanja je velika: u sekundi ćelija sa flagelama može preći udaljenost 20-50 puta veću od dužine njenog tijela.

Flagele se nalaze na površini bakterijskog tijela pojedinačno - monotrihijalna flagelacija, hrpa na jednom kraju ćelije - lophotrichial, u snopu na oba kraja ćelije - amfitrihijalni; mogu se nalaziti na cijeloj površini ćelije - peritrihijalna flagelacija. U nepovoljnim životnim uslovima, sa starenjem ćelija i mehaničkim stresom, pokretljivost može biti izgubljena.

Povezane informacije.

Bakterijska stanica je, unatoč prividnoj jednostavnosti strukture, vrlo složen organizam, karakteriziran procesima karakterističnim za sva živa bića. Bakterijska stanica je prekrivena gustom membranom koja se sastoji od ćelijskog zida, citoplazmatske membrane, a kod nekih vrsta i kapsule.

Ćelijski zid– jedan od glavnih elemenata strukture bakterijske ćelije je površinski sloj koji se nalazi izvan citoplazmatske membrane. Zid obavlja zaštitne i potporne funkcije, a također daje ćeliji trajni, karakterističan oblik (na primjer, oblik štapa ili kokusa), jer ima određenu krutost (krutost), i predstavlja vanjski skelet ćelije. Unutar bakterijske ćelije osmotski tlak je nekoliko puta, a ponekad i desetine puta veći nego u vanjskom okruženju. Stoga bi ćelija brzo pukla da nije zaštićena tako gustom, krutom strukturom kao što je ćelijski zid. Glavna strukturna komponenta zidova, osnova njihove krute strukture u gotovo svim do sada proučavanim bakterijama, je murein. Površina stanične stijenke nekih bakterija u obliku šipke prekrivena je izbočinama, bodljama ili izbočinama. Koristeći metodu bojenja koju je prvi put predložio Christian Gram 1884. godine, bakterije se mogu podijeliti u dvije grupe: gram-pozitivne i gram-negativne. Ćelijski zid je odgovoran za bojenje bakterija po Gramu. Sposobnost ili nemogućnost bojenja po Gramu povezana je s razlikama u kemijskom sastavu zidova bakterijskih stanica. Ćelijska stijenka je propusna: kroz nju hranjive tvari slobodno prolaze u ćeliju, a produkti metabolizma izlaze u okolinu. Veliki molekuli velike molekularne težine ne prolaze kroz ljusku.

Vanjski sloj citoplazme je usko uz ćelijski zid bakterijske ćelije - citoplazmatska membrana, obično se sastoji od dvosloja lipida, čija je svaka površina prekrivena monomolekularnim slojem proteina. Membrana čini oko 8-15% ćelijskih lipida. Ukupna debljina membrane je približno 9 nm. Citoplazmatska membrana igra ulogu osmotske barijere koja kontrolira transport tvari u i iz bakterijske stanice.

Ćelijski zid mnogih bakterija je na vrhu okružen slojem sluzavog materijala - kapsula. Debljina kapsule može biti višestruko veća od promjera same ćelije, a ponekad je toliko tanka da se može vidjeti samo kroz elektronski mikroskop - mikrokapsulu. Kapsula nije bitan dio ćelije, ona se formira u zavisnosti od uslova u kojima se bakterije nalaze. Služi kao zaštitni omotač ćelije i učestvuje u metabolizmu vode, štiteći ćeliju od isušivanja.

Ispod citoplazmatske membrane kod bakterija se nalazi a itoplazma, predstavlja ceo sadržaj ćelije, sa izuzetkom jezgra i ćelijskog zida. Citoplazma bakterija je dispergirana mješavina koloida koja se sastoji od vode, proteina, ugljikohidrata, lipida, mineralnih spojeva i drugih tvari. Tečna bezstrukturna faza citoplazme (matriksa) sadrži ribozome, membranske sisteme, plastide i druge strukture, kao i rezervne nutrijente.

Bakterije nemaju takvo jezgro kao viši organizmi, ali imaju svoj analogni "nuklearni ekvivalent" - nukleoid,što je evolucijski primitivniji oblik organizacije nuklearne materije. Nukleoid bakterijske ćelije nalazi se u njenom središnjem dijelu.

Bakterijska stanica u mirovanju obično sadrži jedan nukleoid; ćelije u fazi prije diobe imaju dva nukleoida; u fazi logaritamskog rasta - reprodukcije - do četiri ili više nukleoida. Osim nukleoida, citoplazma bakterijske ćelije može sadržavati stotine puta kraće lančiće DNK – tzv. plazmid. Kako se pokazalo, plazmidi nisu nužno prisutni u bakterijama, ali daju tijelu dodatna svojstva koja su mu korisna, posebno ona koja se odnose na reprodukciju, otpornost na lijekove, patogenost itd.

Neke bakterije imaju strukturu dodataka na površini; najrasprostranjeniji od njih su flagele - organi kretanja bakterija. Bakterije mogu imati jednu, dvije ili više flagela. Njihova lokacija je različita: na jednom kraju ćelije, na dva, preko cijele površine itd.

Zove se bakterija sa jednim flagelom monotrichoma; bakterija sa snopom flagela na jednom kraju ćelije - lophotrichoma; na oba kraja - amfitrih; naziva se bakterija sa flagelama koje se nalaze na cijeloj površini ćelije peritrichome. Broj flagela varira kod različitih vrsta bakterija i može doseći i do 100. Debljina flagela se kreće od 10 do 20 nm, dužina - od 3 do 15 µm, a za istu bakterijsku ćeliju dužina može varirati ovisno o stanje kulture i faktori životne sredine.

Biolozi 19. i ranog 20. stoljeća smatrali su bakterije primitivnim organizmima sa stanovišta ćelijske organizacije i smatrani su krajnjom granicom života. Autoritativni njemački naučnik Cohn napisao je da su bakterije “najmanji” i “najjednostavniji” od svih živih oblika, čineći graničnu liniju života; život ne postoji izvan ovih oblika.

Međutim, kako se nauka razvijala, stvorena je naprednija mikroskopska oprema i nove istraživačke metode. Korištenje modernih istraživačkih metoda u proučavanju bakterijskih stanica - elektrolitska i fazno-kontrastna mikroskopija, diferencirano centrifugiranje, upotreba izotopa - omogućila je identifikaciju pojedinačnih staničnih struktura i razjašnjavanje njihove biološke uloge.

Bakterijska ćelija ima složenu, strogo uređenu strukturu. Sa anatomske tačke gledišta, bakterija je morfološki diferencirana. Razlikuje osnovne i privremene strukture. Glavne komponente ćelije uključuju ćelijski zid, citoplazmatsku membranu, citoplazmu sa ribosomima, razne inkluzije i nukleoid. Ove strukture se nalaze samo u određenim fazama razvoja bakterija.

Stanični zid je čvrsta, elastična struktura smještena između citoplazmatske membrane i kapsule, a kod nekapsularnih bakterijskih vrsta je vanjska ovojnica stanice. Ćelijski zid je tanka, bezbojna struktura, nije vidljiva u običnom mikroskopu bez posebnog tretmana. Ćelijski zid daje bakterijama trajni oblik i predstavlja skelet ćelije. Može se uočiti svjetlosnom mikroskopijom samo kod velikih oblika bakterija. Na primjer, kod sumporne bakterije Beggiatoa mirabilis zid je jasno vidljiv i ima strukturu s dva kruga. Zid bakterijske ćelije može se posmatrati tokom plazmolize u zatamnjenom vidnom polju mikroskopa. Mikoplazma i bakterije L-oblika nemaju ćelijski zid; za sve ostale prokariote to je obavezna struktura. Stanični zid čini u prosjeku 20% suhe težine bakterije, njegova debljina može doseći i do 50 nm ili više. Ćelijska membrana obavlja vitalne funkcije: štiti bakteriju od štetnih faktora okoline, osmotskog šoka, učestvuje u metabolizmu i procesu ćelijske diobe, sadrži površinske antigene i specifične receptore za fage, te prenosi metabolite. Bakterijska ljuska je polupropusna, što osigurava selektivno prodiranje hranjivih tvari u ćeliju iz vanjskog okruženja. Noseći polimer ćelijskog zida naziva se peptidoglikan (sinonimi: mukopeptid, murein - od latinskog murus - zid) formira mrežnu strukturu kovalentno vezanu teihoinskim kiselinama (od grčkog teichos - zid). Prilikom proučavanja ultratankih presjeka ćelijskog zida, utvrđeno je da je ravnomjerno uz osnovne strukture, prožet porama, zahvaljujući kojima različite tvari ulaze u ćeliju i obrnuto. Dobijeni fotogrami su pokazali da se ćelijski zid ne odlikuje istom elektronsko-optičkom gustinom, odnosno da ima slojevitost. Zid uokviruje bakteriju; njegova debljina i gustina su iste duž cijelog perimetra mikrobne ćelije. Ćelijski zid čini 5 do 50% ćelijske suhe materije.

Prilikom proučavanja anatomije mikroorganizama pomoću svjetlosnog mikroskopa pojavila se potreba za bojenjem. Ovu potrebu je shvatio H. Gram, koji je 1884. godine predložio metodu bojenja nazvanu po njemu i koja se široko koristila za razlikovanje bakterija u naše vrijeme. U odnosu na bojenje po Gramu, svi mikroorganizmi se dijele u dvije grupe: gram-pozitivne (gram-pozitivne) i gram-negativne (gram-negativne). Suština metode je da gram-pozitivne bakterije čvrsto vezuju kompleks gentian violet-a i joda, koji ne mijenja boju etanolom i ne prihvata dodatnu boju fuksin, ostajući plavo-ljubičastom. Kod gram-negativnih bakterija pomenuti kompleks se ispire iz bakterijskog tijela etanolom i kada se tretira magentom, pocrveni (boja fuksina).

Ovo bojenje prokariota po Gramu objašnjava se specifičnim hemijskim sastavom i strukturom njihovog ćelijskog zida. Ćelijski zid gram-pozitivnih bakterija je masivan, debeo (20-100 nm), usko uz citoplazmatsku membranu, veći dio njegovog kemijskog sastava predstavlja peptidoglikan (40-90%), koji je povezan s teihoičnim kiselinama. Zid gram-pozitivnih mikroorganizama sadrži male količine polisaharida, lipida i proteina. Strukturne mikrofibrile peptidoglikana su umrežene čvrsto, kompaktno, pore u njima su uske i stoga ljubičasti kompleks nije ispran, bakterije su obojene plavo-ljubičastom bojom.

Strukturu i sastav gram-negativnih mikroorganizama karakteriziraju neke karakteristike. Stanični zid gram-negativnih bakterija je tanji od zida gram-pozitivnih bakterija i iznosi 14-17 nm. Sastoji se od dva sloja: spoljašnjeg i unutrašnjeg. Unutrašnji sloj je predstavljen peptidoglikanom, koji okružuje ćeliju u obliku tanke (2 nm) kontinuirane mreže. Peptidoglikana u gram-negativnim bakterijama je 1-10%, mikrofibrili su mu slabije umreženi od onih kod gram-pozitivnih bakterija, pore su šire i samim tim se kompleks gentian violet-a i joda ispire iz stijenke etanolom, mikroorganizmi su obojeni crvenom bojom (boja dodatne boje - fuksina). Spoljni sloj sadrži fosfolipide, monopolisaharide, lipoproteine ​​i proteine. Lipopolisaharid (LPS) iz staničnih zidova gram-negativnih bakterija, otrovan za životinje, naziva se endotoksin. Teihoične kiseline nisu pronađene u gram-negativnim bakterijama. Razmak između ćelijskog zida i citoplazmatske membrane naziva se periplazmatski prostor, koji sadrži enzime.

Pod utjecajem lizozima, penicilina i drugih spojeva dolazi do poremećaja sinteze stanične stijenke i formiranja stanica promijenjenog oblika: protoplasta - bakterija potpuno bez stanične stijenke i sferoplasta - bakterija s djelomično uništenim ćelijskim zidom. Protoplasti i sferoplasti su sfernog oblika i 3-10 puta veći od originalnih ćelija. U uslovima povećanog osmotskog pritiska mogu rasti, pa čak i da se razmnožavaju, ali u normalnim uslovima liziraju i umiru. Kada se inhibitorni faktor ukloni, protoplasti i sferoplasti se mogu vratiti u prvobitni oblik, ponekad se transformirajući u L-oblike bakterija. L-oblici bakterija izolovani su 1935. u Institutu Lister. Nastaju kao rezultat djelovanja različitih vrsta L-transformatora (antibiotika, aminokiselina, ultraljubičastih zraka, rendgenskih zraka, itd.) na bakterije. To su bakterije koje su djelomično ili potpuno izgubile sposobnost sintetiziranja peptidoglikana stanične stijenke. U poređenju sa protoplastima i sferoplastima, oni su stabilniji i imaju sposobnost reprodukcije. Uzročnici mnogih zaraznih bolesti mogu formirati L-oblike.

Citoplazmatska membrana (plazmolema) je polupropusna, troslojna multiproteinska ćelijska struktura koja odvaja citoplazmu od ćelijskog zida. Ovo je bitna komponenta ćelije, koja čini 8-15% njene suhe materije. Kada se citoplazmatska membrana uništi, stanica umire. Hemijski gledano, membrana je proteinsko-lipidni kompleks koji se sastoji od proteina (50-70%) i lipida (15-50%). Citoplazmatska membrana obavlja važne funkcije u životu ćelije. Ona je osmotska barijera ćelije, učestvuje u procesima metabolizma, rasta ćelije, vrši selektivni transfer molekula organskih i neorganskih supstanci, itd. Tokom rasta ćelije citoplazmatska membrana formira invaginate - izbočine, koje se nazivaju mezozomi. Mezozomi su dobro izraženi kod gram-pozitivnih bakterija, lošije kod gram-negativnih bakterija, a vrlo slabo kod rikecija i mikoplazma. Mezozomi povezani s bakterijskim nukleoidom nazivaju se nukleosomi. Učestvuju u kariopinezi i kariokenezi mikrobnih ćelija. Značaj mezozoma nije u potpunosti razjašnjen. Pretpostavlja se da aktivno učestvuju u procesu bakterijskog disanja, pa se po analogiji uspoređuju s mitohondrijima. Možda mezozomi obavljaju strukturnu funkciju i, dijeleći ćeliju u zasebne dijelove, doprinose uređenosti metaboličkih procesa.

Citoplazma ćelije je polutečna masa koja zauzima glavni volumen bakterije i sadrži do 90% vode. Sastoji se od homogene frakcije zvane citosol, koja uključuje strukturne elemente - ribozome, intracitoplazmatske membrane, različite vrste formacija, nukleoid. Osim toga, citoplazma sadrži rastvorljive komponente RNK, supstratne supstance, enzime i metaboličke produkte.

Citoplazma čini unutrašnje okruženje ćelije, koje ujedinjuje sve unutarćelijske strukture i osigurava njihovu međusobnu interakciju.

Najvažnija strukturna komponenta proplazmotske ćelije je nukleoid, koji je analog jezgra kod eukariota. Slobodno se nalazi u citoplazmi, u centralnoj zoni ćelije, i predstavlja dvolančanu DNK zatvorenu u prsten i čvrsto zbijenu poput lopte. Nukleoid, za razliku od jasno definiranog jezgra eukariota, nema nuklearnu membranu, nukleole ili osnovne proteine ​​(histone). Unatoč tome, vjeruje se da je nukleoid diferencirana struktura. U zavisnosti od funkcionalnog stanja ćelije, nukleoid može biti diskretan i sastojati se od pojedinačnih fragmenata. Njegova diskretnost se objašnjava diobom ćelije i replikacijom molekula DNK. Nukleoidna DNK je nosilac genetske informacije bakterijske ćelije. Uz svjetlosnu mikroskopiju, nukleoid se može otkriti bojenjem bakterija posebnim metodama (Feulgen, Romanosky-Giemsa). Pored nukleoida, ekstrahromozomski faktori naslijeđa pronađeni su u stanicama mnogih vrsta prokariota – plazmida, koji su molekuli DNK sposobni za autonomnu replikaciju.

Ćelijske organele uključuju ribozome - sferne ribonukleinske čestice promjera 15-20 nm. Prokariotska ćelija može sadržavati od 5 do 20 hiljada ribozoma. Ribosom se sastoji od malih i velikih podjedinica, koje imaju Sverbergove konstante sedimentacije od 30 i 50 S, respektivno. Jedan molekul glasničke RNK obično kombinuje nekoliko ribozoma poput perli nanizanih na konac. Takve asocijacije ribozoma nazivaju se polisomi. Ribosomi imaju visoku sinteznu aktivnost; sintetiziraju proteine ​​potrebne za život mikrobne stanice.

U citoplazmi bakterija identifikovane su različite vrste inkluzija koje mogu biti čvrste, tečne i gasovite. Oni su rezervni nutrijenti (polisaharidi, lipidi, naslage sumpora, itd.) i produkti metabolizma.

Kapsula je mukozna struktura debljine više od 0,2 mikrona, povezana sa ćelijskim zidom i jasno razgraničena od okoline. Otkriva se svjetlosnom mikroskopijom u slučaju bojenja bakterija posebnim metodama (prema Olt, Mikhin, Burri-Gins). Mnoge bakterije formiraju mikrokapsulu - mukoznu formaciju manju od 0,2 mikrona, identificiranu samo elektronskom mikroskopijom ili kemijskim i imunohemijskim metodama. Kapsula nije bitna struktura ćelije; njen gubitak ne uzrokuje smrt bakterije. Potrebno je razlikovati sluz od kapsule - mukoidnih egzopolisaharida. Sluznice se talože na površini ćelije, često prelaze njen promjer i nemaju jasne granice.

Supstanca prokariotskih kapsula sastoji se uglavnom od homo- ili heteropolisaharida. Neke bakterije (na primjer, Leuconostoc) imaju nekoliko mikrobnih ćelija zatvorenih u kapsuli. Bakterije zatvorene u jednoj kapsuli formiraju klastere zvane zoogeli.

Kapsula obavlja važne biološke funkcije. Sadrži kapsularne antigene koji određuju virulenciju, specifičnost i imunogenost bakterija. Kapsula štiti mikrobnu ćeliju od mehaničkog stresa, isušivanja, infekcije fagima, toksičnim supstancama i fagocitoze. Kod nekih vrsta bakterija, uključujući i one patogene, potiče pričvršćivanje stanica za supstrat.

Flagele su organele kretanja bakterija. To su tanke, dugačke strukture nalik na niti koje se sastoje od proteina flagelina (od latinskog flagellum - flagellum). Ovaj protein ima antigensku specifičnost. Dužina flagele nekoliko puta premašuje dužinu bakterijske ćelije i iznosi 3-12 µm, a debljina je 12-20 nm. Flagele su pričvršćene za citoplazmatsku membranu i ćelijski zid pomoću posebnih diskova. Flagele se otkrivaju elektronskim mikroskopom ili u svjetlosnom mikroskopu, ali nakon obrade preparata posebnim metodama. Flagele nisu vitalne ćelijske strukture. Broj flagela varira među različitim vrstama bakterija (od 1 do 50), a mjesta njihove lokalizacije također su različita, ali stabilna za svaku vrstu. Ovisno o lokaciji flagella, razlikuju se: monotrihne - bakterije s jednim polarno smještenim flagelom; amphitirichs - bakterije sa dvije polarno raspoređene flagele, ili snop flagela na svakom kraju; lophotrichs - bakterije sa snopom flagela na jednom kraju ćelije; peritrihi su bakterije s mnogo flagela koje se nalaze po cijelom perimetru stanice. Bakterije bez flagele nazivaju se atrichia. Flagele su tipične za plutajuće štapićaste i uvijene oblike i, kao izuzetak, nalaze se u kokama. Monotriči i lofotriči se kreću brzinom od 50 mikrona u sekundi. Bakterije se obično kreću nasumično. Pod utjecajem okolišnih faktora, bakterije su sposobne za usmjerene oblike kretanja - taksije. Taksi mogu biti pozitivni i negativni. Postoje hemotaksija - uzrokovana razlikom u koncentraciji hemikalija u okolini, aerotaksija - kiseonik, fototaksija - intenzitet svetlosti, magnetotaksija - koju karakteriše sposobnost mikroorganizama da se kreću u magnetnom polju.

Pili (resice) su nitaste tvorevine kraće od flagela. Njihova dužina doseže od 0,3 do 10 mikrona, debljina 3-10 nm. Pili potiču iz citoplazmatske membrane i nalaze se u pokretnim i nepokretnim oblicima mikroorganizama. Mogu se identificirati samo pomoću elektronske mikroskopije. Na površini bakterijske ćelije može biti od 1-2 do nekoliko desetina, stotina, pa čak i hiljada pila. Pili se sastoje od proteina pilina i imaju antigensku aktivnost.

Postoje opće i seksualne vrste pilija. Prvi su odgovorni za adheziju, odnosno vezivanje bakterija za zahvaćenu ćeliju, ishranu, metabolizam vode i soli, zgrušavanje bakterija u aglomerate, a drugi su prijenos nasljednog materijala (DNK) od donora do primaoca. Ista vrsta bakterija može imati obje vrste pilija.

Spore (endospore) su poseban oblik stanica u mirovanju, koje karakterizira naglo smanjenje razine metabolizma i visoka otpornost. Spore nastaju pod nepovoljnim uslovima za postojanje bakterija. Jedna spora se formira unutar jedne ćelije. Sporulacija se uočava pri nedostatku nutrijenata, promjenama pH, manjku C, N, P, isušivanju, akumulaciji metaboličkih produkata u okolini koja okružuje ćeliju, itd. Spore karakterizira represija genoma, anabolizam, nizak sadržaj vode u citoplazmi, povećan koncentracija kalcijevih kationa, pojava dipikolinske kiseline.

Spore u vidnom polju svjetlosnog mikroskopa imaju izgled ovalnih, jako prelamajućih svjetlosnih formacija veličine 0,8-1,5 mikrona. Bakterije kod kojih veličina spora ne prelazi prečnik ćelije nazivaju se bacili, a one kod kojih je veća nazivaju se klostridije. Spora u ćeliji može biti smještena centralno, bliže kraju - subterminal, na kraju bakterije - terminal. Struktura spora je složena, ali iste vrste kod različitih vrsta bakterija. Središnji dio spore naziva se sporoplazma, sadrži nukleinske kiseline, proteine ​​i dipikolinsku kiselinu. Sporoplazma sadrži nukleoid, ribozome i nejasno definirane membranske strukture. Sporoplazma je uokvirena citoplazmatskom membranom, praćenom rudimentarnim peptidoglikanskim slojem, zatim masivnim slojem korteksa, ili inače, korteksom. Na površini korteksa nalazi se vanjska membrana. Spolja je prekrivena višeslojnom ljuskom, koja zajedno sa specifičnim elementima spore i kalcijum dipikolinatom određuje njenu stabilnost. Glavna svrha spora je očuvanje bakterija u nepovoljnim uvjetima okoline. Spore su otporne na visoke temperature i hemikalije i mogu postojati dugo vremena u stanju mirovanja desetinama ili čak stotinama godina.

Video: Ćelijsko jezgro podmikroskopa lišća sobne biljke

Bakterije su mikroskopski jednoćelijski organizmi. Struktura bakterijske ćelije ima osobine koje su razlog odvajanja bakterija u posebno carstvo živog sveta.

Ćelijske membrane

Većina bakterija ima tri ljuske:

• stanične membrane;
• ćelijski zid;
• mukozne kapsule.

Stanična membrana je u direktnom kontaktu sa sadržajem ćelije – citoplazmom. Tanak je i mekan.

Ćelijski zid je gusta, deblja membrana. Njegova funkcija je da štiti i podržava ćeliju. Ćelijski zid i membrana imaju pore kroz koje u ćeliju ulaze potrebne tvari.

Mnoge bakterije imaju mukoznu kapsulu koja obavlja zaštitnu funkciju i osigurava prianjanje na različite površine.

TOP 4 člankakoji čitaju uz ovo

Upravo zahvaljujući sluzokoži streptokoki (vrsta bakterije) se lijepe za zube i uzrokuju karijes.

Citoplazma

Citoplazma je unutrašnji sadržaj ćelije. 75% se sastoji od vode. U citoplazmi postoje inkluzije - kapi masti i glikogena. Oni su rezervni nutrijenti ćelije.

Rice. 1. Dijagram strukture bakterijske ćelije.

Nukleoid

Nukleoid znači „kao jezgro“. Bakterije nemaju pravo, ili, kako još kažu, formirano jezgro. To znači da nemaju nuklearni omotač i nuklearni prostor, kao ćelije gljiva, biljaka i životinja. DNK se nalazi direktno u citoplazmi.

Funkcije DNK:

• pohranjuje nasljedne podatke;
• implementira ove informacije kontrolirajući sintezu proteinskih molekula karakterističnih za datu vrstu bakterija.

Odsustvo pravog jezgra je najvažnija karakteristika bakterijske ćelije.

Organoidi

Za razliku od biljnih i životinjskih ćelija, bakterije nemaju organele izgrađene od membrana.

Ali ćelijska membrana bakterije na nekim mjestima prodire u citoplazmu, formirajući nabore zvane mezozomi. Mezozom je uključen u ćelijsku reprodukciju i razmjenu energije i, takoreći, zamjenjuje membranske organele.

Jedine organele prisutne u bakterijama su ribosomi. To su mala tijela koja se nalaze u citoplazmi i sintetiziraju proteine.

Mnoge bakterije imaju flagelum s kojim se kreću u tečnom okruženju.

Oblici bakterijskih ćelija

Oblik bakterijskih stanica je različit. Bakterije u obliku lopte nazivaju se koki. U obliku zareza - vibrio. Bakterije u obliku štapa su bacili. Spirille imaju izgled valovite linije.

Rice. 2. Oblici bakterijskih ćelija.

Bakterije se mogu vidjeti samo pod mikroskopom. Prosječna veličina ćelije je 1-10 mikrona. Pronađene su bakterije dužine do 100 mikrona. (1 µm = 0,001 mm).

Sporulacija

Kada se pojave nepovoljni uslovi, bakterijska ćelija ulazi u stanje mirovanja koje se naziva spora. Uzroci sporulacije mogu biti:

• niske i visoke temperature;
• suša;
• nedostatak ishrane;
• po život opasne supstance.

Prijelaz se događa brzo, u roku od 18-20 sati, a stanica može ostati u stanju spora stotinama godina. Kada se normalni uslovi vrate, bakterija klija iz spore u roku od 4-5 sati i vraća se svom normalnom načinu života.

Rice. 3. Šema formiranja spora.

Reprodukcija

Bakterije se razmnožavaju diobom. Period od rođenja ćelije do njene deobe je 20-30 minuta. Stoga su bakterije široko rasprostranjene na Zemlji.

Šta smo naučili?

Saznali smo da su, generalno, bakterijske ćelije slične biljnim i životinjskim ćelijama, imaju membranu, citoplazmu i DNK. Glavna razlika između bakterijskih stanica je odsustvo formiranog jezgra. Stoga se bakterije nazivaju prenuklearni organizmi (prokarioti).

Testirajte na temu

Evaluacija izvještaja

Prosječna ocjena: 4.1. Ukupno primljenih ocjena: 295.