Elemen bakteri. Struktur sel bakteri

Komponen struktural sel bakteri dibagi menjadi 2 jenis:

- struktur dasar(dinding sel, membran sitoplasma dengan turunannya, sitoplasma dengan ribosom dan berbagai inklusi, nukleoid);

- struktur sementara(kapsul, selaput lendir, flagela, vili, endospora, terbentuk hanya pada tahap tertentu dari siklus hidup bakteri).

Struktur dasar.

Dinding sel terletak di bagian luar membran sitoplasma. Membran sitoplasma bukan bagian dari dinding sel. Fungsi dinding sel:

Perlindungan bakteri dari guncangan osmotik dan faktor perusak lainnya;

Penentuan bentuk bakteri;

Partisipasi dalam metabolisme bakteri.

Dinding sel dipenuhi dengan pori-pori tempat eksotoksin bakteri diangkut. Ketebalan dinding sel adalah 10–100 nm. Komponen utama dinding sel bakteri adalah peptidoglikan atau murin, terdiri dari residu asam N-asetil-N-glukosamin dan N-asetilmuramat bergantian yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik.

Pada tahun 1884, H. Gram mengusulkan metode pewarnaan bakteri menggunakan gentian violet, yodium, etil alkohol dan fuchsin. Semua bakteri, tergantung pada pewarnaan Gramnya, dibagi menjadi 2 kelompok: bakteri gram positif dan gram negatif. Dinding sel bakteri gram positif melekat erat pada membran sitoplasma, ketebalannya 20-100 nm. Ini mengandung asam teichoic (polimer gliserol atau ribitol), serta sejumlah kecil polisakarida, protein dan lipid. Dinding sel bakteri gram negatif multilayer, ketebalannya 14-17 nm. Lapisan dalam (peptidoglikan) membentuk jaringan tipis yang berkesinambungan. Lapisan luar terdiri dari fosfolipid, lipoprotein dan protein. Protein membran luar terikat erat pada lapisan peptidoglikan.

Dalam kondisi tertentu, bakteri kehilangan kemampuan untuk mensintesis seluruh atau sebagian komponen dinding sel, sehingga terbentuklah protoplas, sferoplas, dan bakteri berbentuk L. Sferoplas adalah bakteri yang dinding selnya hancur sebagian. Mereka diamati pada bakteri gram negatif. Protoplas- ini adalah bentuk yang sama sekali tidak memiliki dinding sel. Mereka dibentuk oleh bakteri gram positif. Bentuk L bakteri adalah bakteri mutan yang telah kehilangan sebagian atau seluruh kemampuan untuk mensintesis peptidoglikan dinding sel (bakteri dengan dinding sel yang rusak). Namanya mereka dapatkan dari nama Lister Institute di Inggris, tempat mereka dibuka pada tahun 1935.

Membran sitoplasma (CPM) dan turunannya. Membran sitoplasma (plasmolemma) adalah struktur lipoprotein semi permeabel sel bakteri yang memisahkan sitoplasma dari dinding sel. Itu membuat 8-15% dari massa kering sel. Penghancurannya menyebabkan kematian sel. Mikroskop elektron mengungkapkan struktur tiga lapisnya. Membran sitoplasma merupakan kompleks protein (50-75%) dan lipid (15-20%). Sebagian besar lipid diwakili oleh fosfolipid. Selain itu, sejumlah kecil karbohidrat ditemukan di dalam membran.

CPM bakteri melakukan fungsi berikut:

Fungsi penghalang (“saringan” molekuler);

Energi;

Transfer selektif berbagai molekul dan ion organik dan anorganik menggunakan pembawa khusus - translokase atau permease;

Replikasi dan pembelahan kromosom selanjutnya.

Selama pertumbuhan sel, membran sitoplasma membentuk banyak invaginasi (invaginasi), yang disebut mesosom.

Sitoplasma - Ini adalah isi sel bakteri, dibatasi oleh membran sitoplasma. Ini terdiri dari sitosol dan elemen struktural.

Sitosol- fraksi homogen, termasuk komponen RNA terlarut, enzim, dan produk metabolisme.

Elemen struktural- ini adalah ribosom, membran intrasitoplasma, inklusi dan nukleoid.

Ribosom- organel yang melakukan biosintesis protein. Mereka terdiri dari protein dan RNA. Mereka adalah butiran dengan diameter 15-20 nm. Satu sel bakteri mengandung 5.000 hingga 50.000 ribosom. Ribosom adalah tempat sintesis protein.

Dalam sitoplasma prokariota, ditemukan berbagai inklusi yang mewakili zat cadangan sel. Dari polisakarida, glikogen, pati dan zat mirip pati - granulosa - disimpan di dalam sel. Polifosfat terkandung dalam butiran yang disebut volutinik, atau metakromatik, biji-bijian.

Nukleoid adalah inti dari prokariota. Ini terdiri dari satu untai DNA beruntai ganda yang ditutup dalam sebuah cincin, yang dianggap sebagai kromosom bakteri. Nukleoid tidak memiliki selubung inti.

Selain nukleoid, elemen genetik ekstrakromosom ditemukan dalam sel bakteri - plasmid, yang merupakan molekul DNA melingkar kecil yang mampu bereplikasi secara otonom. Peran plasmid adalah mengkodekan karakteristik tambahan yang memberikan keunggulan sel dalam kondisi kehidupan tertentu. Plasmid yang paling umum adalah yang menentukan tanda-tanda resistensi bakteri terhadap antibiotik (R-plasmid), sintesis enterotoksin (Ent-plasmid) atau hemolisin (Hly-plasmid).

KE struktur sementara termasuk kapsul, flagela, pili, endospora bakteri.

Kapsul - Ini adalah lapisan lendir di atas dinding sel bakteri. Zat kapsul terdiri dari benang polisakarida. Kapsul disintesis pada permukaan luar membran sitoplasma dan dilepaskan ke permukaan dinding sel di area tertentu.

Fungsi kapsul:

Lokasi antigen kapsul yang menentukan virulensi, spesifisitas antigenik dan imunogenisitas bakteri;

Perlindungan sel dari kerusakan mekanis, kekeringan, zat beracun, infeksi fag, aksi faktor pelindung makroorganisme;

Kemampuan sel untuk menempel pada substrat.

Flagela – Ini adalah organ pergerakan bakteri. Flagela bukanlah struktur vital, sehingga mungkin ada atau tidak ada pada bakteri, tergantung pada kondisi pertumbuhannya. Jumlah flagela dan lokasinya bervariasi pada bakteri yang berbeda. Tergantung pada ini, kelompok bakteri berflagel berikut ini dibedakan:

- monotrich– bakteri dengan satu flagel yang terletak di kutub;

- amfitrich– bakteri dengan dua flagela yang tersusun secara polar atau memiliki seikat flagela di kedua ujungnya;

- lofotrik– bakteri yang memiliki seikat flagela di salah satu ujung sel;

- peritrik- bakteri dengan banyak flagela yang terletak di sisi sel atau di seluruh permukaannya.

Komposisi kimia flagela diwakili oleh protein flagelin.

Struktur permukaan sel bakteri juga termasuk vili Dan minum. Struktur ini terlibat dalam adsorpsi sel pada substrat (vili, pili umum) dan dalam proses transfer materi genetik (pili seksual). Mereka dibentuk oleh protein hidrofobik tertentu pilin.

Pada beberapa bakteri, dalam kondisi tertentu, bentuk dorman terbentuk, yang menjamin kelangsungan hidup sel untuk waktu yang lama dalam kondisi buruk - endospora. Mereka tahan terhadap faktor lingkungan yang merugikan.

Letak spora di dalam sel:

Sentral (agen penyebab antraks);

Subterminal - mendekati akhir (agen penyebab botulisme);

Terminal - di ujung tongkat (agen penyebab tetanus).

Membentuk. Ada beberapa bentuk utama bakteri - coccoid, berbentuk batang, berbelit-belit dan bercabang (Gbr.).

Mikroba berbentuk bola (coccal) berbentuk seperti bola, namun dapat berbentuk lonjong, pipih, cekung satu sisi, atau agak memanjang. Bentuk bola terbentuk akibat pembelahan sel pada satu, dua, tiga bidang yang saling tegak lurus atau berbeda. Ketika sel-sel membelah dalam satu bidang, sel-sel dapat disusun berpasangan, dan oleh karena itu bentuk-bentuk seperti itu disebut diplokokus. Jika pembelahan terjadi secara berurutan dalam satu bidang dan sel-sel dihubungkan dalam bentuk rantai, maka inilah yang terjadi streptokokus (2). Pembelahan kokus dalam dua bidang yang saling tegak lurus mengarah pada pembentukan empat sel, atau tetrakokus. Kokus berbentuk paket, atau sarcina (3),- hasil pembelahan kokus pada tiga bidang yang saling tegak lurus.

Bentuk berbentuk batang, atau silinder, biasanya dibagi menjadi bakteri dan basil (Gambar 3). Bakteri - berbentuk batang, tidak membentuk spora(tertulis Bact., misalnya Bact. aceti). basil - berbentuk batang, membentuk spora(mereka menulis Vas., misalnya Vas. subtilis). Bakteri dan basil hadir dalam berbagai bentuk dan ukuran. Ujung batang seringkali membulat, tetapi dapat dipotong tegak lurus (penyebab penyakit antraks), kadang menyempit.

Gambar - Bentuk dasar bakteri:

1- stafilokokus; 2 - streptokokus; 3 - sarcin; 4 - gonokokus; 5 - pneumokokus; 6 - kapsul pneumokokus; 7 - Corynebacterium difteri; 8 - klostridia; 9 – basil; 10 - vibrio; 11 - spirila; 12 - Treponema; 13 - borelia; 14 - Leptospira; 15 - aktinomisetes; 16 - lokasi flagela: A - monotrik; B- lofotrikus; V - amfitrichus, G - peritrikus

Di antara bentuk batang yang membentuk spora (basil) ada basil (9 ) Dan clostridia (8 ). Basil, tidak termasuk Anda. antraks, seluler. Basil bersifat aerob. Pada basil, spora tidak melebihi ketebalan sel vegetatif. Clostridia adalah anaerob. Spora lebih tebal dari sel vegetatif. Bentuknya menyerupai gelendong, raket, lemon, stik drum. Clostridia mengambil bagian dalam banyak proses di alam. Mereka adalah agen penyebab infeksi anaerobik. Menyebabkan amonifikasi zat protein, urea. Mereka menguraikan senyawa organofosfat. Perbaiki nitrogen molekuler, dll.

Batang, seperti halnya kokus, dapat tersusun berpasangan atau berantai. Ketika bakteri bergabung berpasangan, mereka terbentuk diplobakteri, dengan hubungan basil yang sama - diplobasilus. Demikian, streptobakteri Dan streptobacilli, jika sel-selnya tersusun dalam suatu rantai. Tetrad dan paket tidak berbentuk batang, karena terbagi dalam satu bidang, tegak lurus terhadap sumbu memanjang.

Bentuk mikroba yang berbelit-belit tidak hanya ditentukan oleh panjang dan diameternya, tetapi juga oleh jumlah ikalnya. Vibrio(10) bentuknya menyerupai koma. Spirila (11)- Bentuk berbelit-belit, membentuk hingga 5 ikal. Spirocheta- bentuk berkerut panjang tipis dengan banyak ikal. Mereka menempati posisi perantara antara bakteri dan protozoa. mikobakteri- batang dengan pertumbuhan lateral (agen penyebab tuberkulosis, paratuberkulosis). Corynebacteria menyerupai mikobakteri, tetapi berbeda dengan penebalan yang terbentuk di ujungnya dan masuknya butiran ke dalam sitoplasma (basil difteri). berserabut Bakteri merupakan organisme multiseluler yang berbentuk benang. Myxobacteria- mikroba geser, bentuknya seperti tongkat atau gelendong. Prostekobakteri mungkin berbentuk segitiga atau bentuk lainnya. Beberapa di antaranya memiliki simetri radial. Organisme semacam itu mendapatkan namanya karena adanya pertumbuhan yang tajam - prostek. Mereka berkembang biak dengan pembagian atau tunas.

Ukuran. Ukuran mikroorganisme ditentukan dalam mikrometer (µm) (10 -6 m menurut sistem SI). Diameter bentuk bola adalah 0,7-1,2 mikron; berbentuk batang panjang 1,6-10 µm, lebar 0,3-1 µm. Virus adalah makhluk yang lebih kecil lagi. Ukurannya ditentukan dalam nanometer (1 nm = 10 -9 m). Bentuk mikroba berserabut mencapai panjang beberapa puluh mikrometer. Untuk membayangkan ukuran makhluk-makhluk ini, cukup dikatakan bahwa satu tetes air dapat mengandung beberapa juta atau milyaran mikroorganisme.

Struktur. Sel bakteri terdiri dari membran, lapisan luarnya disebut dinding sel, dan lapisan dalam adalah membran sitoplasma, serta sitoplasma dengan inklusi dan nukleoid. Ada struktur tambahan: kapsul, mikrokapsul, lendir, flagela, pili, plasmid; Beberapa bakteri mampu membentuk spora dalam kondisi buruk.

Dinding sel - struktur yang kuat dan elastis yang memberikan bentuk tertentu pada bakteri dan, bersama dengan membran sitoplasma di bawahnya, “menahan” tekanan osmotik tinggi dalam sel bakteri. Ini melindungi sel dari faktor lingkungan yang berbahaya, berpartisipasi dalam proses pembelahan sel dan pengangkutan metabolit.

Dinding sel paling tebal terdapat pada bakteri gram positif (hingga 50-60 nm); pada bakteri gram negatif ukurannya 15-20 nm.

Dinding sel bakteri gram positif mengandung sejumlah kecil polisakarida, lipid, dan protein. Komponen utama dinding sel bakteri gram positif berlapis-lapis peptidoglikan(murein, mukopeptida), yang merupakan 40-90% massanya. Pada bakteri gram negatif, jumlah peptidoglikan pada dinding sel adalah 5-20%.

Membran sitoplasma menempel pada permukaan bagian dalam dinding sel bakteri dan mengelilingi bagian luar sitoplasma. Ini terdiri dari lapisan ganda lipid, serta protein integral yang menembusnya. Membran sitoplasma terlibat dalam pengaturan tekanan osmotik, pengangkutan zat dan metabolisme energi sel.

Sitoplasma sel bakteri adalah sistem koloid semi-cair, kental . Sitoplasma menempati sebagian besar sel bakteri dan terdiri dari protein larut, asam ribonukleat, inklusi dan banyak butiran kecil. - ribosom Sitoplasma mengandung berbagai inklusi berupa butiran glikogen, polisakarida, asam lemak dan polifosfat (volutin).

Di beberapa tempat, sitoplasma ditembus oleh struktur membran - mesosom , yang berasal dari membran sitoplasma dan mempertahankan kontak dengannya. Mesosom melakukan berbagai fungsi, mereka dan membran sitoplasma terkait mengandung enzim yang terlibat dalam proses energi - dalam memasok energi ke sel.

Ribosom tersebar di sitoplasma berupa butiran kecil berukuran 20-30 nm; Ribosom terdiri dari sekitar setengah RNA dan protein. Ribosom bertanggung jawab untuk sintesis protein sel. Mungkin ada 5-50 ribu di antaranya dalam sel bakteri.

Nukleoid - setara dengan inti pada bakteri. Letaknya di sitoplasmobakteri berupa DNA beruntai ganda, tertutup cincin dan tersusun rapat seperti kumparan. Berbeda dengan inti eukariota, nukleoid bakteri tidak memiliki selubung inti, nukleolus, atau protein dasar (histone). Biasanya, sel bakteri mengandung satu kromosom, diwakili oleh molekul DNA yang tertutup cincin.

Selain nukleoid, sel bakteri mungkin mengandung faktor keturunan ekstrachromosomal - plasmid , mewakili cincin DNA yang tertutup secara kovalen dan mampu bereplikasi terlepas dari kromosom bakteri.

Kapsul- struktur lendir yang terikat erat dengan dinding sel bakteri dan memiliki batas luar yang jelas. Biasanya kapsul terdiri dari polisakarida, kadang polipeptida, misalnya pada basil antraks. Kapsul mencegah fagositosis bakteri. Kapsul melekat pada beberapa jenis bakteri atau dapat terbentuk ketika suatu mikroba memasuki suatu makroorganisme.

Flagela bakteri menentukan motilitas sel. Flagela adalah filamen tipis yang berasal dari membran sitoplasma; melekat pada membran sitoplasma dan dinding sel melalui cakram khusus dan lebih panjang dari sel itu sendiri. Mereka terdiri dari protein - flagellin, dipelintir dalam bentuk spiral.

vili, atau minum (fimbriae) , - formasi seperti benang, lebih tipis dan lebih pendek dari flagela. Pili memanjang dari permukaan sel dan tersusun dari protein pilin. Mereka bertanggung jawab untuk menempelkan bakteri ke sel yang terkena, untuk nutrisi, dan metabolisme air-garam; minuman seks (F-minum) karakteristik dari apa yang disebut sel donor “jantan”.

Kontroversi - bentuk istirahat yang khas gram positif bakteri terbentuk di lingkungan luar dalam kondisi yang tidak menguntungkan bagi keberadaan bakteri (pengeringan, kekurangan nutrisi, dll). Proses sporulasi melewati beberapa tahap, dimana sebagian sitoplasma dan kromosom dipisahkan dan dikelilingi oleh membran sitoplasma; Prospora terbentuk, kemudian cangkang berlapis-lapis dan permeabel buruk terbentuk, yang memberikan ketahanan spora terhadap suhu dan faktor-faktor buruk lainnya. Dalam hal ini, satu spora terbentuk di dalam satu bakteri. Sporulasi berkontribusi pada pelestarian spesies dan bukan merupakan metode reproduksi, seperti pada jamur. Spora bakteri dapat bertahan lama di dalam tanah (agen penyebab antraks dan tetanus - selama beberapa dekade). Dalam kondisi yang menguntungkan, spora berkecambah, dan satu bakteri terbentuk dari satu spora.

Mobilitas. Bakteri berbentuk bola biasanya tidak bergerak. Bakteri berbentuk batang bersifat motil atau tidak bergerak. Bakteri yang berbentuk melengkung dan spiral bersifat motil. Pergerakan bakteri dilakukan dengan menggunakan flagela. Flagela dapat melakukan gerakan rotasi. Kehadiran flagela dan lokasinya merupakan ciri konstan suatu spesies dan memiliki nilai diagnostik. Kecepatan pergerakannya tinggi: dalam satu detik, sel dengan flagela dapat menempuh jarak 20-50 kali panjang tubuhnya.

Flagela terletak di permukaan tubuh bakteri secara tunggal - flagelasi monotrikial, sekelompok di salah satu ujung sel - lofotrikial, dalam satu bundel di kedua ujung sel - amfitrichial; mereka dapat ditemukan di seluruh permukaan sel - flagelasi peritrikial. Dalam kondisi kehidupan yang tidak menguntungkan, penuaan sel, dan tekanan mekanis, mobilitas dapat hilang.

Informasi terkait.

Sel bakteri, meskipun strukturnya tampak sederhana, adalah organisme yang sangat kompleks, yang dicirikan oleh proses yang menjadi ciri semua makhluk hidup. Sel bakteri ditutupi dengan membran padat, terdiri dari dinding sel, membran sitoplasma, dan pada beberapa spesies, kapsul.

Dinding sel– salah satu elemen utama struktur sel bakteri adalah lapisan permukaan yang terletak di luar membran sitoplasma. Dinding melakukan fungsi pelindung dan pendukung, dan juga memberi sel bentuk permanen dan khas (misalnya, bentuk batang atau kokus), karena memiliki kekakuan (kekakuan) tertentu, dan mewakili kerangka luar sel. Di dalam sel bakteri, tekanan osmotik beberapa kali lipat, dan terkadang puluhan kali lipat, lebih tinggi daripada di lingkungan luar. Oleh karena itu, sel akan cepat pecah jika tidak dilindungi oleh struktur yang padat dan kaku seperti dinding sel. Komponen struktural utama dinding, dasar dari struktur kakunya di hampir semua bakteri yang diteliti hingga saat ini, adalah murein. Permukaan dinding sel beberapa bakteri berbentuk batang ditutupi dengan tonjolan, duri, atau benjolan. Dengan menggunakan metode pewarnaan yang pertama kali diusulkan pada tahun 1884 oleh Christian Gram, bakteri dapat dibagi menjadi dua kelompok: gram positif dan gram negatif. Dinding sel bertanggung jawab atas pewarnaan Gram bakteri. Kemampuan atau ketidakmampuan pewarnaan Gram dikaitkan dengan perbedaan komposisi kimia dinding sel bakteri. Dinding sel bersifat permeabel: melaluinya, nutrisi bebas masuk ke dalam sel, dan produk metabolisme keluar ke lingkungan. Molekul besar dengan berat molekul tinggi tidak dapat melewati cangkang.

Lapisan luar sitoplasma berbatasan erat dengan dinding sel sel bakteri - membran sitoplasma, biasanya terdiri dari lapisan ganda lipid, yang masing-masing permukaannya ditutupi lapisan protein monomolekul. Membran membentuk sekitar 8-15% lipid sel. Ketebalan total membran kira-kira 9 nm. Membran sitoplasma berperan sebagai penghalang osmotik yang mengontrol pengangkutan zat masuk dan keluar sel bakteri.

Dinding sel banyak bakteri dikelilingi di atasnya oleh lapisan bahan lendir - kapsul. Ketebalan kapsul bisa berkali-kali lipat lebih besar dari diameter sel itu sendiri, dan terkadang sangat tipis sehingga hanya dapat dilihat melalui mikroskop elektron - mikrokapsul. Kapsul bukanlah bagian penting dari sel, melainkan terbentuk tergantung pada kondisi di mana bakteri berada. Ini berfungsi sebagai penutup pelindung sel dan berpartisipasi dalam metabolisme air, melindungi sel dari kekeringan.

Di bawah membran sitoplasma pada bakteri terdapat a itoplasma, mewakili seluruh isi sel, kecuali inti dan dinding sel. Sitoplasma bakteri merupakan campuran koloid terdispersi yang terdiri dari air, protein, karbohidrat, lipid, senyawa mineral dan zat lainnya. Fase sitoplasma (matriks) cair tanpa struktur mengandung ribosom, sistem membran, plastida dan struktur lainnya, serta nutrisi cadangan.

Bakteri tidak memiliki inti seperti organisme tingkat tinggi, tetapi memiliki analog “setara nuklir” - nukleoid, yang merupakan bentuk organisasi materi nuklir yang secara evolusioner lebih primitif. Nukleoid sel bakteri terletak di bagian tengahnya.

Sel bakteri yang beristirahat biasanya mengandung satu nukleoid; sel dalam fase pra-pembelahan memiliki dua nukleoid; dalam fase pertumbuhan logaritmik - reproduksi - hingga empat atau lebih nukleoid. Selain nukleoid, sitoplasma sel bakteri dapat mengandung untaian DNA yang ratusan kali lebih pendek - yang disebut faktor keturunan ekstrachromosomal, yang disebut plasmid. Ternyata, plasmid belum tentu ada pada bakteri, tetapi memberikan sifat tambahan yang bermanfaat bagi tubuh, khususnya yang berkaitan dengan reproduksi, resistensi obat, patogenisitas, dll.

Beberapa bakteri memiliki struktur pelengkap di permukaan; yang paling luas adalah flagela – organ pergerakan bakteri. Bakteri mungkin memiliki satu, dua atau lebih flagela. Lokasinya berbeda: di satu ujung sel, di dua ujung, di seluruh permukaan, dll.

Bakteri yang mempunyai satu flagel disebut monotrikoma; bakteri dengan seikat flagela di salah satu ujung sel - lofotrikoma; di kedua ujungnya - amfitrik; bakteri yang mempunyai flagela yang tersebar di seluruh permukaan selnya disebut peritrikoma. Jumlah flagela bervariasi pada berbagai jenis bakteri dan dapat mencapai hingga 100. Ketebalan flagela berkisar antara 10 hingga 20 nm, panjangnya - dari 3 hingga 15 mikron, dan untuk sel bakteri yang sama panjangnya dapat bervariasi tergantung pada keadaan budaya dan faktor lingkungan.

Ahli biologi abad ke-19 dan awal abad ke-20 menganggap bakteri sebagai organisme primitif dari sudut pandang organisasi seluler dan dianggap sebagai batas ekstrim kehidupan. Ilmuwan terkemuka Jerman, Cohn, menulis bahwa bakteri adalah yang “terkecil” dan “paling sederhana” dari semua bentuk kehidupan, yang membentuk garis batas kehidupan; tidak ada kehidupan di luar bentuk-bentuk ini.

Namun, seiring berkembangnya ilmu pengetahuan, peralatan mikroskopis yang lebih canggih dan metode penelitian baru diciptakan. Penggunaan metode penelitian modern dalam studi sel bakteri - mikroskop elektrolit dan kontras fase, sentrifugasi terdiferensiasi, penggunaan isotop - memungkinkan untuk mengidentifikasi struktur seluler individu dan memperjelas peran biologisnya.

Sel bakteri memiliki struktur yang kompleks dan teratur. Dari segi anatomi, bakteri dibedakan secara morfologi. Ini membedakan antara struktur dasar dan sementara. Komponen utama sel meliputi dinding sel, membran sitoplasma, sitoplasma dengan ribosom, berbagai inklusi, dan nukleoid. Struktur ini hanya ditemukan pada tahap perkembangan bakteri tertentu.

Dinding sel adalah struktur elastis yang kuat yang terletak di antara membran sitoplasma dan kapsul, dan pada spesies bakteri non-kapsul, dinding ini merupakan kulit terluar sel. Dinding sel adalah struktur tipis dan tidak berwarna; tidak terlihat di mikroskop biasa tanpa perlakuan khusus. Dinding sel memberi bakteri bentuk permanen dan mewakili kerangka sel. Hal ini dapat diamati dengan mikroskop cahaya hanya pada bakteri dalam bentuk besar. Misalnya pada bakteri belerang Beggiatoa mirabilis dindingnya terlihat jelas dan memiliki struktur sirkuit ganda. Dinding sel bakteri dapat dilihat selama plasmolisis dalam bidang pandang mikroskop yang gelap. Bakteri mikoplasma dan bentuk L tidak memiliki dinding sel, untuk semua prokariota lainnya, ini adalah struktur wajib. Dinding sel membentuk rata-rata 20% dari berat kering bakteri; ketebalannya bisa mencapai 50 nm atau lebih. Membran sel melakukan fungsi vital: melindungi bakteri dari faktor lingkungan yang merusak, guncangan osmotik, berpartisipasi dalam metabolisme dan pembelahan sel, mengandung antigen permukaan dan reseptor spesifik untuk fag, dan mengangkut metabolit. Cangkang bakteri bersifat semi-permeabel, yang memastikan penetrasi nutrisi secara selektif ke dalam sel dari lingkungan luar. Polimer pendukung dinding sel disebut peptidoglikan (sinonim: mukopeptida, murein - dari bahasa Latin murus - dinding) membentuk struktur jaringan yang terikat secara kovalen oleh asam teichoic (dari bahasa Yunani teichos - dinding). Ketika mempelajari bagian ultra-tipis dari dinding sel, ditemukan bahwa ia berdekatan dengan struktur di bawahnya, ditembus oleh pori-pori, berkat berbagai zat yang masuk ke dalam sel dan sebaliknya. Fotogram yang diperoleh menunjukkan bahwa dinding sel tidak dicirikan oleh kerapatan elektron-optik yang sama, yaitu memiliki lapisan. Dinding tersebut membingkai bakteri; ketebalan dan kepadatannya sama di seluruh perimeter sel mikroba. Dinding sel menyumbang 5 hingga 50% bahan kering sel.

Saat mempelajari anatomi mikroorganisme menggunakan mikroskop cahaya, muncul kebutuhan untuk menodainya. Kebutuhan ini disadari oleh H. Gram, yang pada tahun 1884 mengusulkan metode pewarnaan yang dinamai menurut namanya dan banyak digunakan untuk membedakan bakteri di zaman kita. Sehubungan dengan pewarnaan Gram, semua mikroorganisme dibagi menjadi dua kelompok: gram positif (gram positif) dan gram negatif (gram negatif). Inti dari metode ini adalah bakteri gram positif mengikat kuat kompleks gentian violet dan yodium, yang tidak berubah warna oleh etanol dan tidak menerima pewarna tambahan fuchsin, yang tersisa berwarna biru-ungu. Pada bakteri gram negatif, kompleks tersebut dikeluarkan dari tubuh bakteri dengan etanol dan bila diolah dengan magenta, warnanya menjadi merah (warna fuchsin).

Pewarnaan Gram pada prokariota dijelaskan oleh komposisi kimia spesifik dan struktur dinding selnya. Dinding sel bakteri gram positif sangat besar, tebal (20-100 nm), berdekatan dengan membran sitoplasma, sebagian besar komposisi kimianya diwakili oleh peptidoglikan (40-90%), yang berasosiasi dengan asam teikoat. Dinding mikroorganisme gram positif mengandung sejumlah kecil polisakarida, lipid, dan protein. Mikrofibril struktural peptidoglikan berikatan silang erat, kompak, pori-pori di dalamnya sempit sehingga kompleks ungu tidak hilang, bakteri dicat biru-ungu.

Struktur dan komposisi mikroorganisme gram negatif dicirikan oleh beberapa ciri. Dinding sel bakteri gram negatif lebih tipis dibandingkan bakteri gram positif dan berukuran 14-17 nm. Terdiri dari dua lapisan: eksternal dan internal. Lapisan dalam diwakili oleh peptidoglikan, yang mengelilingi sel dalam bentuk jaringan kontinu tipis (2 nm). Peptidoglikan pada bakteri gram negatif adalah 1-10%, mikrofibrilnya memiliki ikatan silang yang kurang erat dibandingkan pada bakteri gram positif, pori-porinya lebih lebar dan oleh karena itu kompleks gentian violet dan yodium tersapu dari dinding dengan etanol, mikroorganisme dicat merah (warna pewarna tambahan - fuchsin). Lapisan luar mengandung fosfolipid, monopolisakarida, lipoprotein dan protein. Lipopolisakarida (LPS) dari dinding sel bakteri gram negatif, beracun bagi hewan, disebut endotoksin. Asam teikoat belum ditemukan pada bakteri gram negatif. Kesenjangan antara dinding sel dan membran sitoplasma disebut ruang periplasma yang berisi enzim.

Di bawah pengaruh lisozim, penisilin, dan senyawa lain, sintesis dinding sel terganggu dan sel-sel dengan bentuk yang berubah terbentuk: protoplas - bakteri yang sama sekali tidak memiliki dinding sel dan sferoplas - bakteri dengan dinding sel yang hancur sebagian. Protoplas dan sferoplas berbentuk bulat dan 3-10 kali lebih besar dari sel aslinya. Dalam kondisi tekanan osmotik meningkat, mereka dapat tumbuh dan bahkan berkembang biak, tetapi dalam kondisi normal mereka mengalami lisis dan mati. Ketika faktor penghambat dihilangkan, protoplas dan sferoplas dapat kembali ke bentuk aslinya, terkadang berubah menjadi bakteri berbentuk L. Bakteri bentuk L diisolasi pada tahun 1935 di Lister Institute. Mereka terbentuk sebagai hasil aksi berbagai jenis zat pengubah L (antibiotik, asam amino, sinar ultraviolet, sinar-X, dll.) pada bakteri. Ini adalah bakteri yang sebagian atau seluruhnya kehilangan kemampuan untuk mensintesis peptidoglikan dinding sel. Dibandingkan dengan protoplas dan sferoplas, mereka lebih stabil dan memiliki kemampuan untuk bereproduksi. Agen penyebab banyak penyakit menular dapat membentuk bentuk-L.

Membran sitoplasma (plasmolemma) adalah struktur sel multiprotein tiga lapis semi-permeabel yang memisahkan sitoplasma dari dinding sel. Ini adalah komponen penting sel, yang merupakan 8-15% bahan keringnya. Ketika membran sitoplasma hancur, sel mati. Secara kimiawi, membran merupakan kompleks protein-lipid yang terdiri dari protein (50-70%) dan lipid (15-50%). Membran sitoplasma melakukan fungsi penting dalam kehidupan sel. Ini adalah penghalang osmotik sel, berpartisipasi dalam proses metabolisme, pertumbuhan sel, melakukan transfer selektif molekul zat organik dan anorganik, dll. Selama pertumbuhan sel, membran sitoplasma membentuk invaginasi - tonjolan, yang disebut mesosom. Mesosom diekspresikan dengan baik pada bakteri gram positif, lebih buruk pada bakteri gram negatif, dan sangat buruk pada rickettsia dan mikoplasma. Mesosom yang terkait dengan nukleoid bakteri disebut nukleosom. Mereka mengambil bagian dalam karyopinesis dan karyokenesis sel mikroba. Pentingnya mesosom belum sepenuhnya dijelaskan. Diasumsikan bahwa mereka berperan aktif dalam proses respirasi bakteri, sehingga dibandingkan dengan analogi dengan mitokondria. Mungkin mesosom melakukan fungsi struktural dan, membagi sel menjadi beberapa bagian terpisah, berkontribusi pada keteraturan proses metabolisme.

Sitoplasma sel adalah massa semi-cair yang menempati sebagian besar volume bakteri, mengandung hingga 90% air. Ini terdiri dari fraksi homogen yang disebut sitosol, yang mencakup elemen struktural - ribosom, membran intrasitoplasma, berbagai jenis formasi, nukleoid. Selain itu, sitoplasma mengandung komponen RNA terlarut, zat substrat, enzim, dan produk metabolisme.

Sitoplasma membentuk lingkungan internal sel, yang menyatukan semua struktur intraseluler dan memastikan interaksinya satu sama lain.

Komponen struktural terpenting dari sel proplasmotik adalah nukleoid, yang merupakan analog dari nukleus pada eukariota. Ia terletak bebas di sitoplasma, di zona tengah sel, dan merupakan DNA beruntai ganda yang ditutup dalam sebuah cincin dan dikemas rapat seperti bola. Nukleoid, tidak seperti inti eukariota yang berbatas jelas, tidak memiliki membran inti, nukleolus, atau protein dasar (histon). Meskipun demikian, diyakini bahwa nukleoid adalah struktur yang terdiferensiasi. Tergantung pada keadaan fungsional sel, nukleoid dapat bersifat diskrit dan terdiri dari fragmen-fragmen individual. Kebijaksanaannya dijelaskan oleh pembelahan sel dan replikasi molekul DNA. DNA nukleoid adalah pembawa informasi genetik sel bakteri. Dengan mikroskop cahaya, nukleoid dapat dideteksi dengan pewarnaan bakteri menggunakan metode khusus (Feulgen, Romanosky-Giemsa). Selain nukleoid, faktor keturunan ekstrakromosomal telah ditemukan dalam sel berbagai jenis prokariota - plasmid, yang merupakan molekul DNA yang mampu bereplikasi secara otonom.

Organel sel termasuk ribosom - partikel ribonukleat berbentuk bola dengan diameter 15-20 nm. Sebuah sel prokariotik dapat berisi 5 hingga 20 ribu ribosom. Ribosom terdiri dari subunit kecil dan besar, yang memiliki konstanta sedimentasi Sverberg masing-masing sebesar 30 dan 50 S. Satu molekul RNA pembawa pesan biasanya menggabungkan beberapa ribosom seperti manik-manik yang dirangkai pada seutas benang. Asosiasi ribosom seperti itu disebut polisom. Ribosom memiliki aktivitas sintesis yang tinggi, mereka mensintesis protein yang diperlukan untuk kehidupan sel mikroba.

Berbagai jenis inklusi telah diidentifikasi dalam sitoplasma bakteri, yang dapat berbentuk padat, cair, dan gas. Mereka adalah nutrisi cadangan (polisakarida, lipid, endapan belerang, dll.) dan produk metabolisme.

Kapsul adalah struktur lendir, tebalnya lebih dari 0,2 mikron, berhubungan dengan dinding sel dan dibatasi dengan jelas dari lingkungan. Ini dideteksi dengan mikroskop cahaya dalam kasus pewarnaan bakteri menggunakan metode khusus (menurut Olt, Mikhin, Burri-Gins). Banyak bakteri membentuk mikrokapsul - pembentukan lendir berukuran kurang dari 0,2 mikron, hanya dapat diidentifikasi dengan mikroskop elektron atau dengan metode kimia dan imunokimia. Kapsul bukanlah struktur sel yang penting, kehilangannya tidak menyebabkan kematian bakteri. Penting untuk membedakan lendir dari kapsul - eksopolisakarida mukoid. Zat lendir mengendap di permukaan sel, seringkali melebihi diameternya dan tidak memiliki batas yang jelas.

Substansi kapsul prokariotik sebagian besar terdiri dari homo atau heteropolisakarida. Beberapa bakteri (misalnya Leuconostoc) memiliki beberapa sel mikroba yang terbungkus dalam kapsul. Bakteri yang terbungkus dalam satu kapsul membentuk kelompok yang disebut zoogel.

Kapsul melakukan fungsi biologis yang penting. Ini mengandung antigen kapsul yang menentukan virulensi, spesifisitas dan imunogenisitas bakteri. Kapsul melindungi sel mikroba dari tekanan mekanis, kekeringan, infeksi fag, zat beracun, dan fagositosis. Pada beberapa jenis bakteri, termasuk bakteri patogen, hal ini mendorong perlekatan sel ke substrat.

Flagela adalah organel pergerakan bakteri. Mereka adalah struktur tipis, panjang, seperti benang yang terdiri dari protein flagellin (dari bahasa Latin flagellum - flagellum). Protein ini memiliki spesifisitas antigen. Panjang flagela beberapa kali melebihi panjang sel bakteri yaitu 3-12 mikron, dan ketebalan 12-20 nm. Flagela melekat pada membran sitoplasma dan dinding sel dengan cakram khusus. Flagela dideteksi menggunakan mikroskop elektron atau mikroskop cahaya, tetapi setelah sediaan diolah dengan metode khusus. Flagela bukanlah struktur sel yang vital. Jumlah flagela bervariasi pada berbagai jenis bakteri (dari 1 hingga 50) dan tempat lokalisasinya juga berbeda, tetapi stabil untuk setiap spesies. Tergantung pada lokasi flagela, mereka dibedakan: monotrik - bakteri dengan satu flagel yang terletak di kutub; amphitirichs - bakteri dengan dua flagela yang tersusun secara polar, atau seikat flagela di setiap ujungnya; lohotrichs - bakteri dengan seikat flagela di salah satu ujung sel; peritrich adalah bakteri dengan banyak flagela yang terletak di sekeliling seluruh sel. Bakteri yang tidak memiliki flagela disebut atrichia. Flagela adalah ciri khas berbentuk batang mengambang dan berbelit-belit dan, sebagai pengecualian, ditemukan pada kokus. Monotrich dan lofotrik bergerak dengan kecepatan 50 mikron per detik. Bakteri biasanya bergerak secara acak. Di bawah pengaruh faktor lingkungan, bakteri mampu melakukan gerakan terarah - taksi. Taksi bisa menjadi positif dan negatif. Bedakan antara kemotaksis - yang disebabkan oleh perbedaan konsentrasi bahan kimia di lingkungan, aerotaksis - oksigen, fototaksis - intensitas cahaya, magnetotaksis - ditandai dengan kemampuan mikroorganisme untuk bernavigasi dalam medan magnet.

Pili (vili) adalah formasi seperti benang yang lebih pendek dari flagela. Panjangnya mencapai 0,3 hingga 10 mikron, ketebalan 3-10 nm. Pili berasal dari membran sitoplasma dan ditemukan pada mikroorganisme yang bersifat motil dan non-motil. Mereka hanya dapat diidentifikasi menggunakan mikroskop elektron. Pada permukaan sel bakteri bisa terdapat 1-2 hingga beberapa puluh, ratusan bahkan ribuan pili. Pili tersusun dari protein pilin dan memiliki aktivitas antigenik.

Ada jenis pili yang umum dan seksual. Yang pertama bertanggung jawab untuk adhesi, yaitu perlekatan bakteri ke sel yang terkena, nutrisi, metabolisme air-garam, penggumpalan bakteri menjadi aglomerat, yang terakhir adalah transfer bahan keturunan (DNA) dari donor ke penerima. Spesies bakteri yang sama dapat memiliki kedua jenis pili.

Spora (endospora) merupakan bentuk khusus sel istirahat, ditandai dengan penurunan tajam tingkat metabolisme dan daya tahan yang tinggi. Spora terbentuk dalam kondisi yang tidak menguntungkan bagi keberadaan bakteri. Satu spora terbentuk di dalam satu sel. Sporulasi diamati ketika terjadi kekurangan nutrisi, perubahan pH, kekurangan C, N, P, pengeringan, akumulasi produk metabolisme di lingkungan sekitar sel, dll. Spora dicirikan oleh represi genom, anabolisme, kadar air rendah dalam sitoplasma, peningkatan konsentrasi kation kalsium, munculnya asam dipikolinat.

Spora dalam bidang pandang mikroskop cahaya tampak seperti formasi cahaya lonjong dengan pembiasan tinggi berukuran 0,8-1,5 mikron. Bakteri yang ukuran sporanya tidak melebihi diameter selnya disebut basil, dan bakteri yang ukuran sporanya melebihi diameter selnya disebut klostridia. Spora dalam sel dapat terletak di tengah, lebih dekat ke ujung - subterminal, di ujung bakteri - terminal. Struktur spora itu kompleks, tetapi jenisnya sama pada jenis bakteri yang berbeda. Bagian tengah spora disebut sporoplasma, mengandung asam nukleat, protein dan asam dipikolinat. Sporoplasma mengandung nukleoid, ribosom, dan struktur membran yang tidak jelas. Sporoplasma dibingkai oleh membran sitoplasma, diikuti oleh lapisan peptidoglikan yang belum sempurna, kemudian lapisan korteks yang masif, atau sebaliknya, korteks. Pada permukaan korteks terdapat membran luar. Bagian luar spora ditutupi dengan cangkang berlapis-lapis, yang bersama dengan unsur spesifik spora dan kalsium dipikolinat, menentukan stabilitasnya. Tujuan utama spora adalah untuk mengawetkan bakteri dalam kondisi lingkungan yang tidak mendukung. Spora tahan terhadap suhu tinggi dan bahan kimia, serta dapat bertahan lama dalam keadaan tidak aktif selama puluhan bahkan ratusan tahun.

Video: Inti sel daun tanaman hias di bawah mikroskop

Bakteri adalah organisme bersel tunggal mikroskopis. Struktur sel bakteri memiliki ciri-ciri yang menjadi alasan pemisahan bakteri menjadi kingdom tersendiri di dunia kehidupan.

Membran sel

Kebanyakan bakteri memiliki tiga cangkang:

• membran sel;
• dinding sel;
• kapsul lendir.

Membran sel bersentuhan langsung dengan isi sel – sitoplasma. Ini tipis dan lembut.

Dinding sel adalah membran yang padat dan tebal. Fungsinya untuk melindungi dan mendukung sel. Dinding sel dan membran memiliki pori-pori tempat zat-zat yang dibutuhkannya masuk ke dalam sel.

Banyak bakteri memiliki kapsul lendir yang berfungsi sebagai pelindung dan memastikan adhesi pada berbagai permukaan.

4 artikel TERATASyang membaca bersama ini

Berkat selaput lendir inilah streptokokus (sejenis bakteri) menempel pada gigi dan menyebabkan karies.

Sitoplasma

Sitoplasma adalah isi internal sel. 75% terdiri dari air. Di sitoplasma ada inklusi - tetesan lemak dan glikogen. Mereka adalah nutrisi cadangan sel.

Beras. 1. Diagram struktur sel bakteri.

Nukleoid

Nukleoid artinya “seperti inti”. Bakteri tidak memiliki inti yang nyata, atau disebut juga inti yang terbentuk. Artinya mereka tidak memiliki selubung inti dan ruang inti, seperti sel jamur, tumbuhan, dan hewan. DNA ditemukan langsung di sitoplasma.

Fungsi DNA:

• menyimpan informasi turun-temurun;
• mengimplementasikan informasi ini dengan mengendalikan sintesis molekul protein yang merupakan karakteristik dari jenis bakteri tertentu.

Tidak adanya inti sejati adalah ciri terpenting sel bakteri.

Organoid

Berbeda dengan sel tumbuhan dan hewan, bakteri tidak memiliki organel yang terbuat dari membran.

Namun membran sel bakteri di beberapa tempat menembus sitoplasma, membentuk lipatan yang disebut mesosom. Mesosom terlibat dalam reproduksi sel dan pertukaran energi dan seolah-olah menggantikan organel membran.

Satu-satunya organel yang ada pada bakteri adalah ribosom. Ini adalah benda kecil yang terletak di sitoplasma dan mensintesis protein.

Banyak bakteri memiliki flagel, yang dengannya mereka bergerak dalam lingkungan cair.

Bentuk sel bakteri

Bentuk sel bakteri berbeda-beda. Bakteri berbentuk bola disebut kokus. Dalam bentuk koma - vibrio. Bakteri berbentuk batang adalah basil. Spirilla memiliki tampilan garis bergelombang.

Beras. 2. Bentuk sel bakteri.

Bakteri hanya dapat dilihat di bawah mikroskop. Ukuran sel rata-rata adalah 1-10 mikron. Ditemukan bakteri dengan panjang hingga 100 mikron. (1 mikron = 0,001 mm).

Sporulasi

Ketika terjadi kondisi yang tidak menguntungkan, sel bakteri memasuki keadaan tidak aktif yang disebut spora. Penyebab sporulasi mungkin:

• suhu rendah dan tinggi;
• kekeringan;
• kekurangan nutrisi;
• zat yang mengancam jiwa.

Transisi terjadi dengan cepat, dalam waktu 18-20 jam, dan sel dapat tetap dalam keadaan spora selama ratusan tahun. Ketika kondisi normal pulih, bakteri akan berkecambah dari spora dalam waktu 4-5 jam dan kembali ke cara hidup normalnya.

Beras. 3. Skema pembentukan spora.

Reproduksi

Bakteri berkembang biak dengan pembelahan. Jangka waktu dari lahirnya sel hingga pembelahannya adalah 20-30 menit. Oleh karena itu, bakteri tersebar luas di Bumi.

Apa yang telah kita pelajari?

Kita telah mengetahui bahwa secara umum sel bakteri mirip dengan sel tumbuhan dan hewan, mereka memiliki membran, sitoplasma, dan DNA. Perbedaan utama antara sel bakteri adalah tidak adanya inti yang terbentuk. Oleh karena itu, bakteri disebut organisme pranuklear (prokariota).

Uji topiknya

Evaluasi laporan

Penilaian rata-rata: 4.1. Total peringkat yang diterima: 295.