Elementy bakterii. Struktura komórek bakteryjnych

Elementy strukturalne komórki bakteryjnej dzielą się na 2 typy:

- podstawowe struktury(ściana komórkowa, błona cytoplazmatyczna i jej pochodne, cytoplazma z rybosomami i różnymi wtrąceniami, nukleoid);

- konstrukcje tymczasowe(torebka, błona śluzowa, wici, kosmki, endospory, powstają tylko na niektórych etapach cyklu życiowego bakterii).

Podstawowe struktury.

Ściana komórkowa zlokalizowane na zewnątrz błony cytoplazmatycznej. Błona cytoplazmatyczna nie jest częścią ściany komórkowej. Funkcje ściany komórkowej:

Ochrona bakterii przed szokiem osmotycznym i innymi szkodliwymi czynnikami;

Określanie kształtu bakterii;

Udział w metabolizmie bakterii.

Ściana komórkowa jest wypełniona porami, przez które transportowane są egzotoksyny bakteryjne. Grubość ściany komórkowej wynosi 10–100 nm. Głównym składnikiem ściany komórkowej bakterii jest peptydoglikan Lub murein, składający się z naprzemiennych reszt kwasu N-acetylo-N-glukozaminy i kwasu N-acetylomuraminowego połączonych wiązaniami glikozydowymi.

W 1884 r. H. Gram zaproponował metodę barwienia bakterii za pomocą fioletu goryczki, jodu, alkoholu etylowego i fuksyny. Wszystkie bakterie, w zależności od barwienia metodą Grama, dzielą się na 2 grupy: bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnichściśle przylega do błony cytoplazmatycznej, jej grubość wynosi 20-100 nm. Zawiera kwasy tejchojowe (polimery glicerolu lub rybitolu), a także niewielkie ilości polisacharydów, białek i lipidów. Ściana komórkowa bakterii Gram-ujemnych wielowarstwowy, jego grubość wynosi 14-17 nm. Warstwa wewnętrzna (peptydoglikan) tworzy cienką ciągłą sieć. Warstwa zewnętrzna składa się z fosfolipidów, lipoprotein i białek. Białka błony zewnętrznej są ściśle związane z warstwą peptydoglikanu.

W pewnych warunkach bakterie tracą zdolność do pełnej lub częściowej syntezy składników ściany komórkowej, co powoduje powstawanie protoplastów, sferoplastów i form L bakterii. Sferoplasty to bakterie z częściowo zniszczoną ścianą komórkową. Obserwuje się je u bakterii Gram-ujemnych. Protoplasty- są to formy całkowicie pozbawione ściany komórkowej. Tworzą je bakterie Gram-dodatnie. Kształt L bakterie to mutanty bakterii, które częściowo lub całkowicie utraciły zdolność do syntezy peptydoglikanu ściany komórkowej (bakterie z wadliwą ścianą komórkową). Swoją nazwę wzięli od nazwy Instytutu Listera w Anglii, gdzie otwarto je w 1935 roku.

Błona cytoplazmatyczna (CPM) i jej pochodne. Błona cytoplazmatyczna (plazmolemma) jest półprzepuszczalną strukturą lipoproteinową komórki bakteryjnej, która oddziela cytoplazmę od ściany komórkowej. Stanowi 8-15% suchej masy komórki. Jego zniszczenie prowadzi do śmierci komórki. Mikroskopia elektronowa ujawniła jego trójwarstwową strukturę. Błona cytoplazmatyczna jest kompleksem białek (50-75%) i lipidów (15-20%). Większość lipidów jest reprezentowana przez fosfolipidy. Dodatkowo w błonie stwierdzono niewielką ilość węglowodanów.

Bakteryjny CPM spełnia następujące funkcje:

Funkcja bariery („sito” molekularne);

Energia;

Selektywny transfer różnych cząsteczek i jonów organicznych i nieorganicznych za pomocą specjalnych nośników - translokaz lub permeaz;

Replikacja i późniejszy podział chromosomów.

Podczas wzrostu komórek błona cytoplazmatyczna tworzy liczne wgłobienia (inwaginacje), tzw mezosomy.

Cytoplazma - Jest to zawartość komórki bakteryjnej, ograniczona błoną cytoplazmatyczną. Składa się z cytozolu i elementów strukturalnych.

Cytozol- frakcja jednorodna, zawierająca rozpuszczalne składniki RNA, enzymy i produkty przemiany materii.

Elementy konstrukcyjne- są to rybosomy, błony wewnątrzcytoplazmatyczne, inkluzje i nukleoidy.

Rybosomy- organelle przeprowadzające biosyntezę białek. Składają się z białka i RNA. Są to granulki o średnicy 15-20 nm. Jedna komórka bakteryjna zawiera od 5 000 do 50 000 rybosomów. Rybosomy są miejscem syntezy białek.

W cytoplazmie prokariotów znajdują się różne wtrącenia, reprezentujące substancje rezerwowe komórki. Z polisacharydów w komórkach odkładają się glikogen, skrobia i substancja skrobiopodobna – ziarnista. Polifosforany zawarte są w granulkach tzw wolutyniczny, Lub metachromatyczny, ziarna.

Nukleoid jest jądrem prokariotów. Składa się z jednej dwuniciowej nici DNA zamkniętej w pierścieniu, która jest uważana za chromosom bakteryjny. Nukleoid nie ma otoczki jądrowej.

Oprócz nukleoidu w komórce bakteryjnej znaleziono pozachromosomalne elementy genetyczne - plazmidy, które są małymi okrągłymi cząsteczkami DNA zdolnymi do autonomicznej replikacji. Rola plazmidów polega na tym, że kodują dodatkowe cechy, które dają komórce przewagę w określonych warunkach życia. Najpopularniejsze plazmidy to te, które określają oznaki antybiotykooporności bakterii (plazmidy R), syntezę enterotoksyn (plazmidy Ent) lub hemolizyn (plazmidy Hly).

DO konstrukcje tymczasowe obejmują kapsułkę, wici, pilusy, endospory bakterii.

Kapsuła - Jest to warstwa śluzu pokrywająca ścianę komórkową bakterii. Substancja kapsułek składa się z nici polisacharydowych. Kapsułka jest syntetyzowana na zewnętrznej powierzchni błony cytoplazmatycznej i uwalniana na powierzchni ściany komórkowej w określonych obszarach.

Funkcje kapsułki:

Lokalizacja antygenów otoczkowych decydujących o zjadliwości, specyficzności antygenowej i immunogenności bakterii;

Ochrona komórek przed uszkodzeniami mechanicznymi, wysychaniem, substancjami toksycznymi, infekcją fagami, działaniem czynników ochronnych makroorganizmu;

Zdolność komórek do przyczepiania się do podłoża.

Wici – Są to narządy ruchu bakterii. Wici nie są istotnymi strukturami, więc mogą być obecne w bakteriach lub nie, w zależności od warunków wzrostu. Liczba wici i ich lokalizacja są różne u różnych bakterii. W zależności od tego wyróżnia się następujące grupy bakterii wiciowych:

- monotrycze– bakterie z jedną polarnie położoną wicią;

- amfitrychy– bakterie posiadające dwie polarnie ułożone wici lub posiadające wiązkę wici na obu końcach;

- lofotrich– bakterie posiadające wiązkę wici na jednym końcu komórki;

- peritrichous- bakterie posiadające wiele wici umiejscowionych po bokach komórki lub na całej jej powierzchni.

Skład chemiczny wici jest reprezentowany przez białko flagelina.

Struktury powierzchniowe komórki bakteryjnej obejmują również kosmki I pił. Struktury te biorą udział w adsorpcji komórek na podłożu (kosmki, pilusy ogólne) oraz w procesach przenoszenia materiału genetycznego (pili płciowe). Tworzą je specyficzne białka hydrofobowe pilin.

U niektórych bakterii w określonych warunkach tworzą się formy uśpione, które zapewniają przeżycie komórek przez długi czas w niesprzyjających warunkach - endospory. Są odporne na niekorzystne czynniki środowiskowe.

Lokalizacja zarodników w komórce:

Centralny (czynnik wywołujący wąglika);

Subterminal - bliżej końca (czynnik wywołujący zatrucie jadem kiełbasianym);

Terminal - na końcu patyka (czynnik wywołujący tężec).

Formularz. Istnieje kilka głównych form bakterii - kokosowate, w kształcie pręcika, skręcone i rozgałęzione (ryc.).

Drobnoustroje kuliste (kokosowe) mają kształt kuli, ale mogą być owalne, płaskie, jednostronnie wklęsłe lub lekko wydłużone. Formy kuliste powstają w wyniku podziału komórek w jednej, dwóch, trzech wzajemnie prostopadłych lub różnych płaszczyznach. Kiedy komórki dzielą się w jednej płaszczyźnie, komórki można ułożyć w pary i dlatego takie formy nazywane są diplokoki. Jeśli podział następuje sekwencyjnie w jednej płaszczyźnie, a komórki są połączone w formie łańcucha, tak jest paciorkowce (2). Podział ziarniaka na dwie wzajemnie prostopadłe płaszczyzny prowadzi do powstania czterech komórek lub tetrakoka. Cocci w kształcie paczki lub sarcyny (3),- wynik podziału ziarniaków w trzech wzajemnie prostopadłych płaszczyznach.

Formy w kształcie pręta lub cylindryczne dzieli się zwykle na bakterie i pałeczki (ryc. 3). Bakteria - w kształcie pręta, nie tworzący zarodników(napisane Bact., na przykład Bact. aceti). pałeczki - w kształcie pręta, tworząc zarodniki(piszą Vas., np. Vas. subtilis). Bakterie i pałeczki mają różne kształty i rozmiary. Końce pałeczek są często zaokrąglone, ale można je przyciąć pod kątem prostym (czynnik wywołujący wąglika), czasem zwężone.

Rysunek - Podstawowe formy bakterii:

1- gronkowce; 2 - paciorkowce; 3 - sarcyny; 4 - gonokoki; 5 - pneumokoki; 6 - kapsułka pneumokokowa; 7 - błonica Corynebacterium; 8 - Clostridia; 9 – prątki; 10 - wibratory; 11 - spirilla; 12 - Treponema; 13 - borelia; 14 - Leptospira; 15 - promieniowce; 16 - lokalizacja wici: A - monotrich; B- lofotrich; V - amfitrych, G - perytrych

Wśród form w kształcie pręta, które tworzą zarodniki (pałeczki), są pałeczki (9 ) I Clostridia (8 ). Pałeczki, z wyłączeniem Ty. antracis, mobilny. Pałeczki to aeroby. U pałeczek zarodniki nie przekraczają grubości komórki wegetatywnej. Clostridia to beztlenowce. Zarodniki są grubsze niż komórka wegetatywna. Takie kształty przypominają wrzeciono, rakietę, cytrynę, podudzie. Clostridia biorą udział w wielu procesach w przyrodzie. Są przyczyną infekcji beztlenowych. Powodują amonifikację substancji białkowych, mocznik. Rozkładają związki fosforoorganiczne. Napraw azot cząsteczkowy itp.

Pręciki, podobnie jak ziarniaki, można łączyć w pary lub w łańcuszek. Kiedy bakterie łączą się w pary, tworzą się diplobakterie, z tym samym połączeniem pałeczek - diplobacillus. Odpowiednio, paciorkowce I paciorkowce, jeśli komórki są ułożone w łańcuch. Tetrady i pakiety nie tworzą form w kształcie pręta, ponieważ są podzielone w jednej płaszczyźnie, prostopadłej do osi podłużnej.

O zawiłych formach drobnoustrojów decyduje nie tylko długość i średnica, ale także liczba loków. Wibratory(10) przypominają kształtem przecinek. Spirilla (11)- zawiłe kształty tworzące do 5 loków. Krętki- cienkie, długie karbowane formy z wieloma lokami. Zajmują pozycję pośrednią między bakteriami a pierwotniakami. Mykobakterie- pręciki z bocznymi naroślami (patogeny gruźlicy, paratuberkulozy). Corynebakterie przypominają prątki, ale różnią się od nich zgrubieniami utworzonymi na końcach i wtrąceniami ziaren w cytoplazmie (bacillus błonicy). nitkowaty Bakterie to organizmy wielokomórkowe, które mają kształt nici. Myksobakterie- drobnoustroje ślizgające się w kształcie patyków lub wrzecion. Prostekobakterie może mieć trójkątny lub inny kształt. Niektóre z nich mają symetrię promieniową. Takie organizmy wzięły swoją nazwę od obecności spiczastych odrostów - prostek. Rozmnażają się przez podział lub pączkowanie.

Wymiary. Wielkość mikroorganizmów określa się w mikrometrach (µm) (10 -6 m według układu SI). Średnica sferycznych kształtów wynosi 0,7-1,2 mikrona; długość pręta 1,6-10 µm, szerokość 0,3-1 µm. Wirusy to jeszcze mniejsze stworzenia. Ich rozmiary określa się w nanometrach (1 nm = 10 -9 m). Nitkowate formy drobnoustrojów osiągają długość kilkudziesięciu mikrometrów. Aby wyobrazić sobie wielkość tych stworzeń, wystarczy powiedzieć, że w jednej kropli wody może znajdować się kilka milionów, a nawet miliardów mikroorganizmów.

Struktura. Komórka bakteryjna składa się z błony, której zewnętrzna warstwa nazywana jest ścianą komórkową, a warstwa wewnętrzna to błona cytoplazmatyczna, a także cytoplazma z wtrąceniami i nukleoidem. Istnieją dodatkowe struktury: kapsułka, mikrokapsułka, śluz, wici, pilusy, plazmidy; Niektóre bakterie są zdolne do tworzenia zarodników w niesprzyjających warunkach.

Ściana komórkowa - mocna, elastyczna struktura, która nadaje bakterii określony kształt i wraz z leżącą pod nią błoną cytoplazmatyczną „hamuje” wysokie ciśnienie osmotyczne w komórce bakteryjnej. Chroni komórkę przed działaniem szkodliwych czynników środowiskowych, uczestniczy w procesie podziału komórki i transporcie metabolitów.

Najgrubsza ściana komórkowa występuje u bakterii Gram-dodatnich (do 50-60 nm); u bakterii Gram-ujemnych wynosi 15-20 nm.

Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich zawiera niewielką ilość polisacharydów, lipidów i białek. Główny składnik ściany komórkowej bakterii Gram-dodatnich jest wielowarstwowy peptydoglikan(mureina, mukopeptyd), stanowiący 40-90% jego masy. U bakterii Gram-ujemnych ilość peptydoglikanu w ścianie komórkowej wynosi 5-20%.

Błona cytoplazmatyczna przylega do wewnętrznej powierzchni ściany komórkowej bakterii i otacza zewnętrzną część cytoplazmy. Składa się z podwójnej warstwy lipidów, a także integralnych białek, które przez nią przenikają. Błona cytoplazmatyczna bierze udział w regulacji ciśnienia osmotycznego, transporcie substancji i metabolizmie energetycznym komórki.

Cytoplazma komórka bakteryjna jest półpłynnym, lepkim układem koloidalnym . Cytoplazma zajmuje większość komórki bakteryjnej i składa się z rozpuszczalnych białek, kwasów rybonukleinowych, inkluzji i licznych małych granulek - rybosomy Cytoplazma zawiera różne wtrącenia w postaci granulek glikogenu, polisacharydów, kwasów tłuszczowych i polifosforanów (wolutyny).

W niektórych miejscach cytoplazma jest przesiąknięta strukturami błonowymi - mezosomy , który pochodzi z błony cytoplazmatycznej i utrzymuje z nią kontakt. Mezosomy pełnią różne funkcje; one i związana z nimi błona cytoplazmatyczna zawierają enzymy biorące udział w procesach energetycznych - w dostarczaniu komórce energii.

Rybosomy rozproszone w cytoplazmie w postaci małych granulek o wielkości 20-30 nm; Rybosomy składają się w przybliżeniu z połowy RNA i białka. Rybosomy odpowiadają za syntezę białek komórkowych. W komórce bakteryjnej może ich być od 5 do 50 tysięcy.

Nukleoid - odpowiednik jądra u bakterii. Znajduje się w cytoplazmobakteriach w postaci dwuniciowego DNA, zamkniętego w pierścieniu i ciasno upakowanego jak cewka. W przeciwieństwie do jądra eukariontów, nukleoid bakteryjny nie ma otoczki jądrowej, jąderka ani podstawowych białek (histonów). Zazwyczaj komórka bakteryjna zawiera jeden chromosom, reprezentowany przez cząsteczkę DNA zamkniętą w pierścieniu.

Oprócz nukleoidu komórka bakteryjna może zawierać pozachromosomalne czynniki dziedziczności - plazmidy , reprezentujące kowalencyjnie zamknięte pierścienie DNA i zdolne do replikacji niezależnie od chromosomu bakteryjnego.

Kapsuła- struktura śluzowa mocno związana ze ścianą komórkową bakterii i posiadająca wyraźnie określone granice zewnętrzne. Zwykle kapsułka składa się z polisacharydów, czasem z polipeptydów, na przykład z prątka wąglika. Kapsułka zapobiega fagocytozie bakterii. Kapsułki są nieodłącznym elementem niektórych rodzajów bakterii lub mogą powstać, gdy drobnoustrój dostanie się do makroorganizmu.

Wici bakterie determinują ruchliwość komórek. Wici to cienkie włókna pochodzące z błony cytoplazmatycznej; są przymocowane do błony cytoplazmatycznej i ściany komórkowej za pomocą specjalnych krążków i są dłuższe niż sama komórka. Składają się z białka - flageliny, skręconej w formie spirali.

Villi, Lub pił (fimbrie) , - formacje nitkowate, cieńsze i krótsze niż wici. Pili wystają z powierzchni komórki i składają się z pilinu białkowego. Są odpowiedzialne za przyłączanie bakterii do dotkniętej komórki, za odżywianie i metabolizm wody i soli; seks pił (P-pił) charakterystyczne dla tak zwanych „męskich” komórek dawcy.

Spór - osobliwa forma odpoczynku Gram-dodatnie bakterie powstające w środowisku zewnętrznym w warunkach niesprzyjających bytowaniu bakterii (przesuszenie, niedobór składników pokarmowych itp.). Proces sporulacji przebiega przez kilka etapów, podczas których część cytoplazmy i chromosomu zostają oddzielone i otoczone błoną cytoplazmatyczną; Tworzy się prospora, następnie tworzy się wielowarstwowa, słabo przepuszczalna otoczka, która nadaje zarodnikowi odporność na temperaturę i inne niekorzystne czynniki. W tym przypadku w jednej bakterii powstaje jeden zarodnik. Sporulacja przyczynia się do zachowania gatunku i nie jest metodą rozmnażania, jak w przypadku grzybów. Zarodniki bakterii mogą utrzymywać się w glebie przez długi czas (czynniki wąglika i tężca - przez dziesięciolecia). W sprzyjających warunkach zarodniki kiełkują, a z jednego zarodnika powstaje jedna bakteria.

Mobilność. Bakterie kuliste są zwykle nieruchome. Bakterie w kształcie pałeczek są ruchliwe lub nieruchome. Bakterie zakrzywione i spiralne są ruchliwe. Ruch bakterii odbywa się za pomocą wici. Wici mogą wykonywać ruchy obrotowe. Obecność wici i ich lokalizacja są stałą cechą gatunku i mają wartość diagnostyczną. Szybkość ruchu jest duża: w ciągu sekundy komórka z wici może pokonać odległość 20-50 razy większą niż długość jej ciała.

Wici znajdują się na powierzchni ciała bakterii pojedynczo - biczowanie monotrychalne, pęczek na jednym końcu komórki - lofotrichial, w wiązce na obu końcach komórki - amfitrychalny; mogą być zlokalizowane na całej powierzchni komórki - biczowanie okołowierzchołkowe. W niesprzyjających warunkach życia, starzeniu się komórek i obciążeniach mechanicznych może dojść do utraty mobilności.

Powiązana informacja.

Komórka bakteryjna, pomimo pozornej prostoty budowy, jest organizmem bardzo złożonym, charakteryzującym się procesami charakterystycznymi dla wszystkich istot żywych. Komórka bakteryjna jest pokryta gęstą błoną składającą się ze ściany komórkowej, błony cytoplazmatycznej, a u niektórych gatunków kapsułki.

Ściana komórkowa– jednym z głównych elementów budowy komórki bakteryjnej jest warstwa powierzchniowa zlokalizowana na zewnątrz błony cytoplazmatycznej. Ściana pełni funkcje ochronne i podtrzymujące, a także nadaje komórce trwały, charakterystyczny kształt (na przykład kształt pręta lub ziarniaka), ponieważ ma pewną sztywność (sztywność) i reprezentuje zewnętrzny szkielet komórki. Wewnątrz komórki bakteryjnej ciśnienie osmotyczne jest kilkakrotnie, a czasem nawet kilkadziesiąt razy wyższe niż w środowisku zewnętrznym. Dlatego komórka szybko pękłaby, gdyby nie była chroniona przez tak gęstą, sztywną strukturę, jak ściana komórkowa. Głównym składnikiem strukturalnym ścian, podstawą ich sztywnej struktury u prawie wszystkich dotychczas badanych bakterii, jest mureina. Powierzchnia ściany komórkowej niektórych bakterii w kształcie pręcików pokryta jest wypustkami, kolcami lub guzkami. Stosując metodę barwienia zaproponowaną po raz pierwszy w 1884 roku przez Christiana Grama, bakterie można podzielić na dwie grupy: Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Ściana komórkowa jest odpowiedzialna za barwienie bakterii metodą Grama. Zdolność lub niezdolność do barwienia metodą Grama jest związana z różnicami w składzie chemicznym ścian komórkowych bakterii. Ściana komórkowa jest przepuszczalna: przez nią składniki odżywcze swobodnie przedostają się do komórki, a produkty przemiany materii wychodzą do środowiska. Duże cząsteczki o dużej masie cząsteczkowej nie przechodzą przez otoczkę.

Zewnętrzna warstwa cytoplazmy ściśle przylega do ściany komórkowej komórki bakteryjnej - błona cytoplazmatyczna, zwykle składający się z dwuwarstwy lipidów, których każda powierzchnia pokryta jest jednocząsteczkową warstwą białka. Błona stanowi około 8-15% lipidów komórkowych. Całkowita grubość membrany wynosi około 9 nm. Błona cytoplazmatyczna pełni rolę bariery osmotycznej kontrolującej transport substancji do i z komórki bakteryjnej.

Ściana komórkowa wielu bakterii jest otoczona z góry warstwą śluzu - kapsuła. Grubość kapsułki może być wielokrotnie większa niż średnica samej komórki, a czasami jest tak cienka, że ​​można ją zobaczyć jedynie pod mikroskopem elektronowym – mikrokapsułką. Kapsuła nie jest istotną częścią komórki; powstaje w zależności od warunków, w jakich znajdują się bakterie. Służy jako osłona ochronna komórki i bierze udział w metabolizmie wody, chroniąc komórkę przed wysychaniem.

Pod błoną cytoplazmatyczną bakterii znajduje się: itoplazma, reprezentujący całą zawartość komórki, z wyjątkiem jądra i ściany komórkowej. Cytoplazma bakterii jest rozproszoną mieszaniną koloidów składającą się z wody, białek, węglowodanów, lipidów, związków mineralnych i innych substancji. Płynna, pozbawiona struktury faza cytoplazmy (macierzy) zawiera rybosomy, układy błonowe, plastydy i inne struktury, a także rezerwowe składniki odżywcze.

Bakterie nie mają takiego jądra jak organizmy wyższe, ale mają swój analogowy „równoważnik jądrowy” - nukleoid, która jest ewolucyjnie bardziej prymitywną formą organizacji materii jądrowej. Nukleoid komórki bakteryjnej znajduje się w jej centralnej części.

Spoczynkowa komórka bakteryjna zawiera zwykle jeden nukleoid; komórki w fazie przed podziałem mają dwa nukleoidy; w fazie wzrostu logarytmicznego - reprodukcji - do czterech lub więcej nukleoidów. Oprócz nukleoidu cytoplazma komórki bakteryjnej może zawierać setki razy krótsze nici DNA – tzw. pozachromosomalne czynniki dziedziczności, tzw. plazmid. Jak się okazało, plazmidy niekoniecznie występują w bakteriach, ale nadają organizmowi dodatkowe, korzystne dla niego właściwości, w szczególności związane z rozmnażaniem, lekoopornością, patogenicznością itp.

Niektóre bakterie mają na powierzchni struktury przydatków; najbardziej rozpowszechnione z nich wici – narządy ruchu bakterii. Bakterie mogą mieć jedną, dwie lub więcej wici. Ich lokalizacja jest inna: na jednym końcu komórki, na dwóch, na całej powierzchni itp.

Nazywa się bakterią z jedną wicią monotrichoma; bakteria z wiązką wici na jednym końcu komórki - lofotrichoma; na obu końcach - amfitrychiczny; nazywa się bakterią posiadającą wici rozmieszczone na całej powierzchni komórki perytrychom. Liczba wici jest różna u różnych typów bakterii i może sięgać nawet 100. Grubość wici waha się od 10 do 20 nm, długość - od 3 do 15 µm, a dla tej samej komórki bakteryjnej długość może się różnić w zależności od stan kultury i czynniki środowiskowe.

Biolodzy XIX i początku XX wieku uważali bakterie za organizmy prymitywne z punktu widzenia organizacji komórkowej i uważano je za skrajną granicę życia. Autorytatywny niemiecki naukowiec Cohn napisał, że bakterie są „najmniejszą” i „najprostszą” ze wszystkich żywych form, tworzącą granicę życia, która nie istnieje poza tymi formami.

Jednak wraz z rozwojem nauki stworzono bardziej zaawansowany sprzęt mikroskopowy i nowe metody badawcze. Zastosowanie nowoczesnych metod badawczych w badaniu komórek bakteryjnych – mikroskopii elektrolitowej i z kontrastem fazowym, wirowania zróżnicowanego, zastosowania izotopów – pozwoliło zidentyfikować poszczególne struktury komórkowe i wyjaśnić ich rolę biologiczną.

Komórka bakteryjna ma złożoną, ściśle uporządkowaną strukturę. Z anatomicznego punktu widzenia bakteria jest zróżnicowana morfologicznie. Rozróżnia konstrukcje podstawowe i tymczasowe. Głównymi składnikami komórki są ściana komórkowa, błona cytoplazmatyczna, cytoplazma z rybosomami, różne wtręty i nukleoid. Struktury te występują tylko na określonych etapach rozwoju bakterii.

Ściana komórkowa jest mocną, elastyczną strukturą zlokalizowaną pomiędzy błoną cytoplazmatyczną a otoczką, a u bakterii nietorebkowych stanowi zewnętrzną powłokę komórki. Ściana komórkowa jest cienką, bezbarwną strukturą; bez specjalnego leczenia nie jest widoczna pod zwykłym mikroskopem. Ściana komórkowa nadaje bakteriom trwały kształt i stanowi szkielet komórki. Można to zaobserwować pod mikroskopem świetlnym tylko w dużych formach bakterii. Na przykład w bakterii siarkowej Beggiatoa mirabilis ściana jest wyraźnie widoczna i ma strukturę dwuobwodową. Ścianę komórkową bakterii można oglądać podczas plazmolizy w przyciemnionym polu widzenia mikroskopu. Mykoplazma i bakterie typu L nie mają ściany komórkowej; dla wszystkich innych prokariotów jest to struktura obowiązkowa. Ściana komórkowa stanowi średnio 20% suchej masy bakterii; jej grubość może dochodzić do 50 nm lub więcej. Błona komórkowa spełnia istotne funkcje: chroni bakterię przed szkodliwymi czynnikami środowiskowymi, szokiem osmotycznym, uczestniczy w metabolizmie i procesie podziału komórek, zawiera antygeny powierzchniowe i specyficzne receptory dla fagów, transportuje metabolity. Otoczka bakteryjna jest półprzepuszczalna, co zapewnia selektywne przenikanie składników odżywczych do wnętrza komórki ze środowiska zewnętrznego. Polimer nośny ściany komórkowej nazywany jest peptydoglikanem (synonimy: mukopeptyd, mureina – od łacińskiego murus – ściana) tworzy strukturę sieciową związaną kowalencyjnie kwasami teichojowymi (od greckiego teichos – ściana). Badając ultracienkie odcinki ściany komórkowej, stwierdzono, że równomiernie przylega ona do leżących pod nią struktur, przesiąkniętych porami, dzięki czemu różne substancje dostają się do komórki i odwrotnie. Uzyskane fotogramy wykazały, że ściana komórkowa nie charakteryzuje się tą samą gęstością elektronowo-optyczną, czyli ma uwarstwienie. Ściana otacza bakterię; jej grubość i gęstość są takie same na całym obwodzie komórki drobnoustroju. Ściana komórkowa stanowi od 5 do 50% suchej masy komórkowej.

Badając anatomię mikroorganizmów za pomocą mikroskopu świetlnego, pojawiła się potrzeba ich barwienia. Potrzebę tę zrealizował H. Gram, który w 1884 roku zaproponował metodę barwienia nazwaną jego imieniem i powszechnie stosowaną w naszych czasach do różnicowania bakterii. W odniesieniu do barwienia metodą Grama wszystkie mikroorganizmy dzielą się na dwie grupy: gram-dodatnie (gram-dodatnie) i gram-ujemne (gram-ujemne). Istota metody polega na tym, że bakterie Gram-dodatnie silnie wiążą kompleks fioletu goryczki i jodu, który nie ulega odbarwieniu pod wpływem etanolu i nie przyjmuje dodatkowego barwnika fuksyny, pozostając niebiesko-fioletowym. U bakterii Gram-ujemnych wspomniany kompleks jest wypłukiwany z organizmu bakteryjnego etanolem i po potraktowaniu magentą zabarwia się na czerwono (kolor fuksyny).

To barwienie metodą Grama u prokariotów można wytłumaczyć specyficznym składem chemicznym i strukturą ich ściany komórkowej. Ściana komórkowa bakterii Gram-dodatnich jest masywna, gruba (20-100 nm), ściśle przylegająca do błony cytoplazmatycznej, większość jej składu chemicznego reprezentuje peptydoglikan (40-90%), który jest związany z kwasami tejchojowymi. Ściana mikroorganizmów Gram-dodatnich zawiera niewielkie ilości polisacharydów, lipidów i białek. Strukturalne mikrofibryle peptydoglikanu są usieciowane ściśle, zwarto, pory w nich są wąskie, dzięki czemu kompleks fioletowy nie jest wymywany, bakterie są pomalowane na niebiesko-fioletowy kolor.

Struktura i skład mikroorganizmów Gram-ujemnych charakteryzuje się pewnymi cechami. Ściana komórkowa bakterii Gram-ujemnych jest cieńsza niż bakterii Gram-dodatnich i ma 14-17 nm. Składa się z dwóch warstw: zewnętrznej i wewnętrznej. Warstwa wewnętrzna jest reprezentowana przez peptydoglikan, który otacza komórkę w postaci cienkiej (2 nm) ciągłej sieci. Peptydoglikan u bakterii Gram-ujemnych wynosi 1-10%, jego mikrofibryle są usieciowane słabiej niż u bakterii Gram-dodatnich, pory są szersze i dlatego kompleks fioletu goryczki i jodu jest wymywany ze ściany etanolem, mikroorganizmy są pomalowane na czerwono (kolor dodatkowego barwnika - fuksyny). Warstwa zewnętrzna zawiera fosfolipidy, monopolisacharydy, lipoproteiny i białka. Lipopolisacharyd (LPS) znajdujący się w ścianach komórkowych bakterii Gram-ujemnych, toksyczny dla zwierząt, nazywany jest endotoksyną. Kwasów tejchojowych nie stwierdzono u bakterii Gram-ujemnych. Szczelina między ścianą komórkową a błoną cytoplazmatyczną nazywa się przestrzenią peryplazmatyczną, która zawiera enzymy.

Pod wpływem lizozymu, penicyliny i innych związków synteza ściany komórkowej zostaje zakłócona i powstają komórki o zmienionym kształcie: protoplasty – bakterie całkowicie pozbawione ściany komórkowej oraz sferoplasty – bakterie z częściowo zniszczoną ścianą komórkową. Protoplasty i sferoplasty mają kształt kulisty i są 3-10 razy większe od pierwotnych komórek. W warunkach zwiększonego ciśnienia osmotycznego mogą rosnąć, a nawet rozmnażać się, ale w normalnych warunkach ulegają lizie i obumieraniu. Po usunięciu czynnika hamującego protoplasty i sferoplasty mogą powrócić do swojej pierwotnej formy, czasami przekształcając się w formy L bakterii. Formy L bakterii wyizolowano w 1935 roku w Instytucie Listera. Powstają w wyniku działania różnego rodzaju czynników L-transformujących (antybiotyki, aminokwasy, promienie ultrafioletowe, rentgenowskie itp.) na bakterie. Są to bakterie, które częściowo lub całkowicie utraciły zdolność syntezy peptydoglikanu ściany komórkowej. W porównaniu do protoplastów i sferoplastów są bardziej stabilne i mają zdolność do reprodukcji. Czynniki wywołujące wiele chorób zakaźnych mogą tworzyć formy L.

Błona cytoplazmatyczna (plazmolemma) jest półprzepuszczalną, trójwarstwową wielobiałkową strukturą komórkową, która oddziela cytoplazmę od ściany komórkowej. Jest to niezbędny składnik komórki, stanowiący 8-15% jej suchej masy. Kiedy błona cytoplazmatyczna zostaje zniszczona, komórka umiera. Pod względem chemicznym błona jest kompleksem białkowo-lipidowym składającym się z białek (50-70%) i lipidów (15-50%). Błona cytoplazmatyczna pełni ważne funkcje w życiu komórki. Jest barierą osmotyczną komórki, bierze udział w procesach metabolizmu, wzroście komórek, przeprowadza selektywne przenoszenie cząsteczek substancji organicznych i nieorganicznych itp. Podczas wzrostu komórek błona cytoplazmatyczna tworzy wgłobienia - występy, które nazywane są mezosomami. Mezosomy ulegają dobrej ekspresji u bakterii Gram-dodatnich, gorzej u bakterii Gram-ujemnych i bardzo słabo u bakterii riketsje i mykoplazmy. Mezosomy związane z nukleoidem bakteryjnym nazywane są nukleosomami. Biorą udział w kariopinezie i kariokenezie komórek drobnoustrojów. Znaczenie mezosomów nie zostało w pełni wyjaśnione. Zakłada się, że biorą one czynny udział w procesie oddychania bakterii, dlatego porównuje się je przez analogię z mitochondriami. Być może mezosomy pełnią funkcję strukturalną i dzieląc komórkę na osobne sekcje, przyczyniają się do uporządkowania procesów metabolicznych.

Cytoplazma komórki jest półpłynną masą zajmującą główną objętość bakterii i zawiera do 90% wody. Składa się z jednorodnej frakcji zwanej cytozolem, która obejmuje elementy strukturalne - rybosomy, błony wewnątrzcytoplazmatyczne, różne rodzaje formacji, nukleoid. Ponadto cytoplazma zawiera rozpuszczalne składniki RNA, substancje substratowe, enzymy i produkty metaboliczne.

Cytoplazma tworzy wewnętrzne środowisko komórki, które jednoczy wszystkie struktury wewnątrzkomórkowe i zapewnia ich wzajemne oddziaływanie.

Najważniejszym składnikiem strukturalnym komórki proplazmatycznej jest nukleoid, który jest analogiem jądra u eukariontów. Znajduje się swobodnie w cytoplazmie, w centralnej strefie komórki i jest dwuniciowym DNA zamkniętym w pierścieniu i ciasno upakowanym niczym cewka. Nukleoid w przeciwieństwie do wyraźnie określonego jądra eukariontów nie posiada błony jądrowej, jąderek ani podstawowych białek (histonów). Mimo to uważa się, że nukleoid jest strukturą zróżnicowaną. W zależności od stanu funkcjonalnego komórki nukleoid może być dyskretny i składać się z pojedynczych fragmentów. Jego dyskrecję tłumaczy się podziałem komórkowym i replikacją cząsteczki DNA. Nukleoidalny DNA jest nośnikiem informacji genetycznej komórki bakteryjnej. Za pomocą mikroskopii świetlnej nukleoid można wykryć poprzez barwienie bakterii specjalnymi metodami (Feulgen, Romanosky-Giemsa). Oprócz nukleoidu w komórkach wielu typów prokariotów - plazmidów, które są cząsteczkami DNA zdolnymi do autonomicznej replikacji, znaleziono pozachromosomalne czynniki dziedziczności.

Organelle komórkowe obejmują rybosomy - kuliste cząstki rybonukleinowe o średnicy 15-20 nm. Komórka prokariotyczna może zawierać od 5 do 20 tysięcy rybosomów. Rybosom składa się z małych i dużych podjednostek, których stałe sedymentacji Sverberga wynoszą odpowiednio 30 i 50 S. Jedna cząsteczka informacyjnego RNA zwykle łączy kilka rybosomów niczym koraliki nawleczone na nitkę. Takie połączenia rybosomów nazywane są polisomami. Rybosomy mają wysoką aktywność syntetyzującą; syntetyzują białka niezbędne do życia komórki drobnoustroju.

W cytoplazmie bakterii zidentyfikowano różne rodzaje wtrętów, które mogą być stałe, płynne i gazowe. Są to rezerwowe składniki odżywcze (polisacharydy, lipidy, złogi siarki itp.) i produkty przemiany materii.

Kapsułka jest strukturą śluzową o grubości ponad 0,2 mikrona, związaną ze ścianą komórkową i wyraźnie odgraniczoną od otoczenia. Wykrywa się go za pomocą mikroskopii świetlnej w przypadku barwienia bakterii specjalnymi metodami (wg Olta, Mikhina, Burri-Ginsa). Wiele bakterii tworzy mikrokapsułkę – śluz o wielkości mniejszej niż 0,2 mikrona, identyfikowany jedynie za pomocą mikroskopii elektronowej lub metod chemicznych i immunochemicznych. Kapsuła nie jest istotną strukturą komórki; jej utrata nie powoduje śmierci bakterii. Konieczne jest odróżnienie śluzu od kapsułki - śluzowych egzopolisacharydów. Substancje śluzowe odkładają się na powierzchni komórki, często przekraczając jej średnicę i nie mając wyraźnych granic.

Substancja otoczki prokariotów składa się głównie z homo- lub heteropolisacharydów. Niektóre bakterie (na przykład Leuconostoc) mają kilka komórek drobnoustrojów zamkniętych w kapsułce. Bakterie zamknięte w jednej kapsułce tworzą skupiska zwane zoożelami.

Kapsułka spełnia ważne funkcje biologiczne. Zawiera antygeny otoczkowe, które określają zjadliwość, specyficzność i immunogenność bakterii. Kapsułka chroni komórkę drobnoustroju przed naprężeniami mechanicznymi, wysychaniem, infekcją fagami, substancjami toksycznymi i fagocytozą. U niektórych typów bakterii, w tym chorobotwórczych, sprzyja przyczepianiu się komórek do podłoża.

Wici są organellami ruchu bakterii. Są to cienkie, długie, nitkowate struktury składające się z białka flageliny (od łacińskiego wici – wici). Białko to ma specyficzność antygenową. Długość wici kilkakrotnie przekracza długość komórki bakteryjnej i wynosi 3-12 µm, a grubość 12-20 nm. Wici są przymocowane do błony cytoplazmatycznej i ściany komórkowej za pomocą specjalnych krążków. Wici wykrywa się za pomocą mikroskopu elektronowego lub mikroskopu świetlnego, ale po obróbce preparatów specjalnymi metodami. Wici nie są istotnymi strukturami komórkowymi. Liczba wici jest różna u różnych typów bakterii (od 1 do 50), a miejsca ich lokalizacji również są różne, ale stabilne dla każdego gatunku. W zależności od umiejscowienia wici wyróżnia się: monotrychiczne - bakterie z jedną polarnie umieszczoną wicią; amphitirichs – bakterie z dwiema polarnie ułożonymi wiciami lub wiązkami wici na każdym końcu; lofotrichs - bakterie z wiązką wici na jednym końcu komórki; peritrichs to bakterie posiadające wiele wici rozmieszczonych na całym obwodzie komórki. Bakterie bez wici nazywane są atrichią. Wici są typowe dla pływających form w kształcie pręta i zawiłych i, jako wyjątek, występują u ziarniaków. Monotrichy i lofotrichy poruszają się z prędkością 50 mikronów na sekundę. Bakterie zwykle poruszają się losowo. Pod wpływem czynników środowiskowych bakterie są zdolne do ukierunkowanych form ruchu - taksówek. Taksówki mogą być pozytywne i negatywne. Wyróżnia się chemotaksję – wywołaną różnicą stężenia substancji chemicznych w środowisku, aerotaksję – tlen, fototaksję – natężenie światła, magnetotaksję – charakteryzującą się zdolnością mikroorganizmów do poruszania się w polu magnetycznym.

Pili (kosmki) to nitkowate formacje krótsze niż wici. Ich długość sięga od 0,3 do 10 mikronów, grubość 3-10 nm. Pili pochodzą z błony cytoplazmatycznej i występują w ruchliwych i nieruchliwych formach mikroorganizmów. Można je zidentyfikować jedynie za pomocą mikroskopii elektronowej. Na powierzchni komórki bakteryjnej może znajdować się od 1-2 do kilkudziesięciu, setek, a nawet tysięcy pilusów. Pili składają się z białka pilin i mają działanie antygenowe.

Istnieją ogólne i seksualne typy pilusów. Te pierwsze odpowiadają za adhezję, czyli przyleganie bakterii do chorej komórki, odżywienie, metabolizm wodno-solny, zlepianie się bakterii w aglomeraty, drugie zaś za przenoszenie materiału dziedzicznego (DNA) od dawcy do biorcy. Ten sam gatunek bakterii może mieć oba rodzaje pilusów.

Zarodniki (endospory) są specjalną formą komórek spoczynkowych, charakteryzującą się gwałtownym spadkiem poziomu metabolizmu i wysoką odpornością. Zarodniki powstają w niesprzyjających warunkach dla istnienia bakterii. Wewnątrz jednej komórki powstaje jeden zarodnik. Sporulację obserwuje się podczas niedoborów składników odżywczych, zmian pH, braku C, N, P, wysuszenia, gromadzenia się produktów przemiany materii w środowisku otaczającym komórkę itp. Zarodniki charakteryzują się represją genomu, anabolizmem, niską zawartością wody w cytoplazmie, zwiększoną stężenie kationów wapnia, wygląd kwasu dipikolinowego.

Zarodniki w polu widzenia mikroskopu świetlnego mają wygląd owalnych, silnie załamujących formacji świetlnych o wielkości 0,8-1,5 mikrona. Bakterie, których wielkość zarodników nie przekracza średnicy komórki, nazywane są pałeczkami, a te, których wielkość zarodników przekracza średnicę komórki, nazywane są Clostridia. Zarodnik w komórce może być umiejscowiony centralnie, bliżej końca – subterminal, na końcu bakterii – terminal. Struktura zarodników jest złożona, ale tego samego typu u różnych typów bakterii. Centralna część zarodnika nazywa się sporoplazmą i zawiera kwasy nukleinowe, białka i kwas dipikolinowy. Sporoplazma zawiera nukleoid, rybosomy i niejasno określone struktury błonowe. Sporoplazma jest otoczona błoną cytoplazmatyczną, po której następuje podstawowa warstwa peptydoglikanu, a następnie masywna warstwa kory lub inaczej kory. Na powierzchni kory znajduje się zewnętrzna błona. Zewnętrzna strona zarodnika pokryta jest wielowarstwową otoczką, która wraz ze specyficznymi elementami zarodnika i dipikolinianem wapnia decyduje o jego stabilności. Głównym celem zarodników jest zachowanie bakterii w niesprzyjających warunkach środowiskowych. Zarodniki są odporne na wysokie temperatury i środki chemiczne i mogą istnieć przez długi czas w stanie uśpienia przez dziesiątki, a nawet setki lat.

Wideo: Jądro komórkowe liścia rośliny doniczkowej pod mikroskopem

Bakterie to mikroskopijne organizmy jednokomórkowe. Budowa komórki bakteryjnej ma cechy, które są przyczyną wyodrębnienia bakterii do odrębnego królestwa świata żywego.

Błony komórkowe

Większość bakterii ma trzy otoczki:

• Błona komórkowa;
• Ściana komórkowa;
• kapsułka śluzowa.

Błona komórkowa ma bezpośredni kontakt z zawartością komórki – cytoplazmą. Jest cienki i miękki.

Ściana komórkowa jest gęstą, grubszą błoną. Jego funkcją jest ochrona i wspieranie komórki. Ściana komórkowa i błona posiadają pory, przez które potrzebne im substancje dostają się do komórki.

Wiele bakterii posiada otoczkę śluzową, która pełni funkcję ochronną i zapewnia przyczepność do różnych powierzchni.

TOP 4 artykułyktórzy czytają razem z tym

To właśnie dzięki błonie śluzowej paciorkowce (rodzaj bakterii) przyklejają się do zębów i powodują próchnicę.

Cytoplazma

Cytoplazma to wewnętrzna zawartość komórki. 75% składa się z wody. W cytoplazmie znajdują się wtręty - krople tłuszczu i glikogenu. Są rezerwowymi składnikami odżywczymi komórki.

Ryż. 1. Schemat budowy komórki bakteryjnej.

Nukleoid

Nukleoid oznacza „jak jądro”. Bakterie nie mają prawdziwego lub, jak mówią, uformowanego jądra. Oznacza to, że nie mają błony jądrowej i przestrzeni jądrowej, jak komórki grzybów, roślin i zwierząt. DNA znajduje się bezpośrednio w cytoplazmie.

Funkcje DNA:

• przechowuje informacje dziedziczne;
• realizuje tę informację poprzez kontrolowanie syntezy cząsteczek białek charakterystycznych dla danego typu bakterii.

Brak prawdziwego jądra jest najważniejszą cechą komórki bakteryjnej.

Organoidy

W przeciwieństwie do komórek roślinnych i zwierzęcych bakterie nie mają organelli zbudowanych z błon.

Ale błona komórkowa bakterii w niektórych miejscach przenika do cytoplazmy, tworząc fałdy zwane mezosomami. Mezosom bierze udział w rozmnażaniu komórek i wymianie energii i niejako zastępuje organelle błonowe.

Jedynymi organellami obecnymi w bakteriach są rybosomy. Są to małe ciała, które znajdują się w cytoplazmie i syntetyzują białka.

Wiele bakterii ma wić, za pomocą której poruszają się w płynnym środowisku.

Kształty komórek bakteryjnych

Kształt komórek bakteryjnych jest inny. Bakterie w kształcie kuli nazywane są ziarniakami. W formie przecinka - vibrios. Bakterie w kształcie pałeczek to pałeczki. Spirilla ma wygląd falistej linii.

Ryż. 2. Kształty komórek bakteryjnych.

Bakterie można zobaczyć tylko pod mikroskopem. Średni rozmiar komórki wynosi 1-10 mikronów. Występują bakterie o długości do 100 mikronów. (1 µm = 0,001 mm).

Sporulacja

Kiedy zachodzą niesprzyjające warunki, komórka bakteryjna wchodzi w stan uśpienia zwany zarodnikiem. Przyczynami sporulacji mogą być:

• niskie i wysokie temperatury;
• susza;
• brak odżywiania;
• substancje zagrażające życiu.

Przejście następuje szybko, w ciągu 18-20 godzin, a komórka może pozostawać w stanie zarodników przez setki lat. Po przywróceniu normalnych warunków bakteria kiełkuje z zarodników w ciągu 4-5 godzin i powraca do normalnego trybu życia.

Ryż. 3. Schemat tworzenia zarodników.

Reprodukcja

Bakterie rozmnażają się przez podział. Okres od narodzin komórki do jej podziału wynosi 20-30 minut. Dlatego bakterie są szeroko rozpowszechnione na Ziemi.

Czego się nauczyliśmy?

Dowiedzieliśmy się, że ogólnie rzecz biorąc, komórki bakteryjne są podobne do komórek roślinnych i zwierzęcych, mają błonę, cytoplazmę i DNA. Główną różnicą między komórkami bakteryjnymi jest brak utworzonego jądra. Dlatego bakterie nazywane są organizmami przedjądrowymi (prokariotami).

Testuj w temacie

Ocena raportu

Średnia ocena: 4.1. Łączna liczba otrzymanych ocen: 295.