Elementos de bactérias. Estrutura das células bacterianas

Os componentes estruturais de uma célula bacteriana são divididos em 2 tipos:

- estruturas básicas(parede celular, membrana citoplasmática com seus derivados, citoplasma com ribossomos e inclusões diversas, nucleóide);

- estruturas temporárias(cápsula, membrana mucosa, flagelos, vilosidades, endosporos, formados apenas em determinadas fases do ciclo de vida bacteriano).

Estruturas básicas.

Parede celular localizado na parte externa da membrana citoplasmática. A membrana citoplasmática não faz parte da parede celular. Funções da parede celular:

Proteção de bactérias contra choque osmótico e outros fatores prejudiciais;

Determinação da forma das bactérias;

Participação no metabolismo bacteriano.

A parede celular é permeada por poros através dos quais as exotoxinas bacterianas são transportadas. A espessura da parede celular é de 10–100 nm. O principal componente da parede celular bacteriana é peptidoglicano ou mureína, consistindo em resíduos alternados de N-acetil-N-glucosamina e ácido N-acetilmurâmico conectados por ligações glicosídicas.

Em 1884, H. Gram propôs um método para colorir bactérias usando violeta de genciana, iodo, álcool etílico e fucsina. Todas as bactérias, dependendo da coloração de Gram, são divididas em 2 grupos: bactérias gram-positivas e gram-negativas. Parede celular de bactérias gram-positivas se ajusta perfeitamente à membrana citoplasmática, sua espessura é de 20 a 100 nm. Contém ácidos teicóicos (polímeros de glicerol ou ribitol), além de pequenas quantidades de polissacarídeos, proteínas e lipídios. Parede celular de bactérias gram-negativas multicamadas, sua espessura é de 14 a 17 nm. A camada interna (peptidoglicano) forma uma rede fina e contínua. A camada externa consiste em fosfolipídios, lipoproteínas e proteínas. As proteínas da membrana externa estão fortemente ligadas à camada de peptidoglicano.

Sob certas condições, as bactérias perdem a capacidade de sintetizar total ou parcialmente os componentes da parede celular, resultando na formação de protoplastos, esferoplastos e formas L de bactérias. Esferoplastos são bactérias com uma parede celular parcialmente destruída. Eles são observados em bactérias gram-negativas. Protoplastos- são formas completamente desprovidas de parede celular. Eles são formados por bactérias gram-positivas. Formato L bactérias são mutantes de bactérias que perderam parcial ou completamente a capacidade de sintetizar peptidoglicano da parede celular (bactérias com parede celular defeituosa). Seu nome vem do nome do Lister Institute na Inglaterra, onde foi inaugurado em 1935.

Membrana citoplasmática (CPM) e seus derivados. A membrana citoplasmática (plasmolema) é uma estrutura lipoproteica semipermeável de uma célula bacteriana que separa o citoplasma da parede celular. Representa 8-15% da massa seca da célula. Sua destruição leva à morte celular. A microscopia eletrônica revelou sua estrutura de três camadas. A membrana citoplasmática é um complexo de proteínas (50-75%) e lipídios (15-20%). A maior parte dos lipídios é representada pelos fosfolipídios. Além disso, foi encontrada uma pequena quantidade de carboidratos na membrana.

O CPM bacteriano desempenha as seguintes funções:

Função barreira (“peneira” molecular);

Energia;

Transferência seletiva de várias moléculas e íons orgânicos e inorgânicos usando transportadores especiais - translocases ou permeases;

Replicação e subsequente divisão cromossômica.

Durante o crescimento celular, a membrana citoplasmática forma numerosas invaginações (invaginações), chamadas mesossomos.

Citoplasma - Este é o conteúdo da célula bacteriana, delimitado pela membrana citoplasmática. Consiste em citosol e elementos estruturais.

Citosol- fração homogênea, incluindo componentes solúveis de RNA, enzimas e produtos metabólicos.

Elementos estruturais- são ribossomos, membranas intracitoplasmáticas, inclusões e nucleóides.

Ribossomos- organelas que realizam a biossíntese de proteínas. Eles consistem em proteínas e RNA. São grânulos com diâmetro de 15-20 nm. Uma célula bacteriana contém de 5.000 a 50.000 ribossomos. Os ribossomos são o local da síntese de proteínas.

No citoplasma dos procariontes são encontradas várias inclusões, representando as substâncias de reserva da célula. Dos polissacarídeos, o glicogênio, o amido e uma substância semelhante ao amido - a granulosa - são depositados nas células. Os polifosfatos estão contidos em grânulos chamados volutínico, ou metacromático, grãos.

Nucleóideé o núcleo dos procariontes. Consiste em uma fita dupla de DNA fechada em um anel, que é considerado um cromossomo bacteriano. Um nucleóide não possui um envelope nuclear.

Além do nucleóide, foram encontrados elementos genéticos extracromossômicos na célula bacteriana - plasmídeos, que são pequenas moléculas circulares de DNA capazes de replicação autônoma. O papel dos plasmídeos é codificar características adicionais que conferem vantagens às células em certas condições de vida. Os plasmídeos mais comuns são aqueles que determinam os sinais de resistência das bactérias aos antibióticos (plasmídeos R), a síntese de enterotoxinas (plasmídeos Ent) ou hemolisinas (plasmídeos Hly).

PARA estruturas temporárias incluem cápsula, flagelos, pili, endosporos de bactérias.

Cápsula - Esta é a camada mucosa que cobre a parede celular da bactéria. A substância da cápsula consiste em fios de polissacarídeos. A cápsula é sintetizada na superfície externa da membrana citoplasmática e liberada na superfície da parede celular em áreas específicas.

Funções da cápsula:

A localização dos antígenos capsulares que determinam a virulência, especificidade antigênica e imunogenicidade das bactérias;

Proteção das células contra danos mecânicos, ressecamento, substâncias tóxicas, infecção por fagos, ação de fatores protetores do macroorganismo;

A capacidade das células de se fixarem a um substrato.

Flagelos – Estes são os órgãos do movimento bacteriano. Os flagelos não são estruturas vitais, portanto podem ou não estar presentes nas bactérias dependendo das condições de cultivo. O número de flagelos e suas localizações variam em diferentes bactérias. Dependendo disso, distinguem-se os seguintes grupos de bactérias flageladas:

- monotricos– bactérias com um flagelo localizado polarmente;

- Anfitrícios– bactérias com dois flagelos dispostos polarmente ou com um feixe de flagelos em ambas as extremidades;

- lophotrichs– bactérias que possuem um feixe de flagelos em uma extremidade da célula;

- peritríquio- bactérias com muitos flagelos localizados nas laterais da célula ou em toda a sua superfície.

A composição química dos flagelos é representada por proteínas flagelina.

As estruturas superficiais de uma célula bacteriana também incluem vilosidades E bebido. Essas estruturas estão envolvidas na adsorção de células no substrato (vilosidades, pili geral) e nos processos de transferência de material genético (pili sexual). Eles são formados por uma proteína hidrofóbica específica pilin.

Em algumas bactérias, sob certas condições, formam-se formas dormentes, que garantem a sobrevivência das células por muito tempo em condições desfavoráveis ​​- endósporos. Eles são resistentes a fatores ambientais adversos.

Localização dos esporos na célula:

Central (agente causador do antraz);

Subterminal - mais próximo do final (agente causador do botulismo);

Terminal - na ponta da vara (agente causador do tétano).

Forma. Existem várias formas principais de bactérias - cocóides, em forma de bastonete, enroladas e ramificadas (Fig.).

Os micróbios esféricos (cocos) têm o formato de uma bola, mas podem ser ovais, planos, côncavos unilaterais ou ligeiramente alongados. As formas esféricas são formadas como resultado da divisão celular em um, dois, três planos mutuamente perpendiculares ou diferentes. Quando as células se dividem em um plano, as células podem ser organizadas em pares e, portanto, tais formas são chamadas diplococos. Se a divisão ocorrer sequencialmente em um plano e as células estiverem conectadas na forma de uma cadeia, isso é estreptococos (2). A divisão do coco em dois planos perpendiculares entre si leva à formação de quatro células, ou tetracoca. Cocos em forma de pacote, ou sarcinas (3),- o resultado da divisão dos cocos em três planos perpendiculares entre si.

As formas em forma de bastonete ou cilíndricas são geralmente divididas em bactérias e bacilos (Figura 3). Bactérias - em forma de haste, não formador de esporos(escrito Bact., por exemplo Bact. aceti). bacilos - em forma de haste, formando esporos(eles escrevem Vas., por exemplo Vas. subtilis). Bactérias e bacilos vêm em diferentes formas e tamanhos. As pontas dos palitos costumam ser arredondadas, mas podem ser cortadas em ângulo reto (o agente causador do antraz), às vezes estreitadas.

Figura - Formas básicas de bactérias:

1- estafilococos; 2 - estreptococos; 3 - sarcinas; 4 - gonococos; 5 - pneumococos; 6 - cápsula pneumocócica; 7 - Corynebacterium difteria; 8 - clostrídios; 9 – bacilos; 10 - vibrios; 11 - espirila; 12 - Treponema; 13 - borélia; 14 - Leptospira; 15 - actinomicetos; 16 - localização dos flagelos: A - monotrich; b- lophotrichus; V - anfitrichus, G - peritrichus

Entre as formas em forma de bastonete que formam esporos (bacilos), existem bacilos (9 ) E clostrídios (8 ). Bacilos, excluindo Você. antracis, móvel. Os bacilos são aeróbios. Nos bacilos, os esporos não excedem a espessura de uma célula vegetativa. Clostrídios são anaeróbios. Os esporos são mais espessos que uma célula vegetativa. Essas formas lembram um fuso, uma raquete, um limão, uma coxinha. Os clostrídios participam de muitos processos na natureza. Eles são agentes causadores de infecções anaeróbicas. Causa amonificação de substâncias proteicas, uréia. Eles decompõem compostos organofosforados. Corrigir nitrogênio molecular, etc.

Os bastonetes, como os cocos, podem ser dispostos em pares ou em cadeia. Quando as bactérias se combinam em pares, elas formam diplobactérias, com a mesma conexão de bacilos - diplobacilo. De acordo, estreptobactérias E estreptobacilos, se as células estiverem organizadas em uma cadeia. Tétrades e pacotes não têm forma de bastonete, pois são divididos em um plano, perpendicular ao eixo longitudinal.

As formas complicadas dos micróbios são determinadas não apenas pelo comprimento e diâmetro, mas também pelo número de cachos. Vibrios(10) assemelham-se ao formato de uma vírgula. Espirila (11)- formas enroladas, formando até 5 cachos. Espiroquetas- formas finas, longas e onduladas, com muitos cachos. Eles ocupam uma posição intermediária entre bactérias e protozoários. Micobactérias- bastonetes com protuberâncias laterais (patógenos da tuberculose, paratuberculose). Corinebactérias assemelham-se a micobactérias, mas diferem delas pelos espessamentos formados nas extremidades e inclusões de grãos no citoplasma (bacilo da difteria). filamentoso As bactérias são organismos multicelulares que têm a forma de um fio. Mixobactérias- micróbios deslizantes, em forma de palito ou fuso. Prostecobactérias pode ser triangular ou de outra forma. Alguns deles têm simetria radial. Esses organismos receberam esse nome devido à presença de protuberâncias pontiagudas - prostek. Eles se reproduzem por divisão ou brotamento.

Dimensões. Os tamanhos dos microrganismos são determinados em micrômetros (µm) (10 -6 m de acordo com o sistema SI). O diâmetro das formas esféricas é de 0,7-1,2 mícrons; comprimento em forma de bastão 1,6-10 µm, largura 0,3-1 µm. Os vírus são criaturas ainda menores. Seus tamanhos são determinados em nanômetros (1 nm = 10 -9 m). As formas filamentosas de micróbios atingem um comprimento de várias dezenas de micrômetros. Para imaginar o tamanho dessas criaturas, basta dizer que uma gota d'água pode conter vários milhões ou bilhões de microrganismos.

Estrutura. Uma célula bacteriana consiste em uma membrana, cuja camada externa é chamada de parede celular, e a camada interna é a membrana citoplasmática, bem como um citoplasma com inclusões e um nucleóide. Existem estruturas adicionais: cápsula, microcápsula, muco, flagelos, pili, plasmídeos; Algumas bactérias são capazes de formar esporos em condições desfavoráveis.

Parede celular - uma estrutura forte e elástica que dá à bactéria uma certa forma e, juntamente com a membrana citoplasmática subjacente, “restringe” a alta pressão osmótica na célula bacteriana. Protege a célula da ação de fatores ambientais nocivos, participa do processo de divisão celular e transporte de metabólitos.

A parede celular mais espessa está nas bactérias gram-positivas (até 50-60 nm); nas bactérias gram-negativas é 15-20 nm.

A parede celular das bactérias gram-positivas contém uma pequena quantidade de polissacarídeos, lipídios e proteínas. O principal componente da parede celular das bactérias gram-positivas é multicamadas peptidoglicano(mureína, mucopeptídeo), constituindo 40-90% de sua massa. Nas bactérias gram-negativas, a quantidade de peptidoglicano na parede celular é de 5 a 20%.

Membrana citoplasmática adere à superfície interna da parede celular bacteriana e envolve a parte externa do citoplasma. Consiste em uma dupla camada de lipídios, bem como proteínas integrais que penetram nele. A membrana citoplasmática está envolvida na regulação da pressão osmótica, no transporte de substâncias e no metabolismo energético da célula.

Citoplasma A célula bacteriana é um sistema coloidal semilíquido, viscoso . O citoplasma ocupa a maior parte da célula bacteriana e consiste em proteínas solúveis, ácidos ribonucleicos, inclusões e numerosos pequenos grânulos. - ribossomos O citoplasma contém várias inclusões na forma de grânulos de glicogênio, polissacarídeos, ácidos graxos e polifosfatos (volutina).

Em alguns lugares, o citoplasma é permeado por estruturas de membrana - mesossomos , que se originou da membrana citoplasmática e manteve contato com ela. Os mesossomos desempenham várias funções; eles e a membrana citoplasmática associada contêm enzimas envolvidas em processos energéticos - no fornecimento de energia à célula.

Ribossomos espalhados no citoplasma na forma de pequenos grânulos medindo 20-30 nm; Os ribossomos são compostos de aproximadamente metade de RNA e proteína. Os ribossomos são responsáveis ​​pela síntese de proteínas celulares. Pode haver de 5 a 50 mil deles em uma célula bacteriana.

Nucleóide - equivalente ao núcleo das bactérias. Ele está localizado nas citoplasmobactérias na forma de DNA de fita dupla, fechado em um anel e compactado como uma bobina. Ao contrário do núcleo dos eucariotos, o nucleóide bacteriano não possui envelope nuclear, nucléolo ou proteínas básicas (histonas). Normalmente, uma célula bacteriana contém um cromossomo, representado por uma molécula de DNA fechada em um anel.

Além do nucleóide, a célula bacteriana pode conter fatores extracromossômicos de hereditariedade - plasmídeos , representando anéis de DNA covalentemente fechados e capazes de replicação independentemente do cromossomo bacteriano.

Cápsula- uma estrutura mucosa firmemente associada à parede celular das bactérias e com limites externos claramente definidos. Normalmente a cápsula consiste em polissacarídeos, às vezes em polipeptídeos, por exemplo, no bacilo do antraz. A cápsula evita a fagocitose de bactérias. As cápsulas são inerentes a alguns tipos de bactérias ou podem ser formadas quando um micróbio entra em um macroorganismo.

Flagelos as bactérias determinam a motilidade celular. Os flagelos são filamentos finos originados da membrana citoplasmática; estão ligados à membrana citoplasmática e à parede celular por discos especiais e são mais longos que a própria célula. Eles consistem em uma proteína - flagelina, torcida em forma de espiral.

vilos, ou bebeu (fímbrias) , - formações filiformes, mais finas e mais curtas que os flagelos. Os pili se estendem da superfície celular e são compostos pela proteína pilina. Eles são responsáveis ​​​​pela fixação de bactérias à célula afetada, pela nutrição e pelo metabolismo do sal de água; sexo bebeu (F-bebeu) característica das chamadas células doadoras “masculinas”.

Controvérsia - forma peculiar de descanso gram-positivo bactérias formadas no ambiente externo em condições desfavoráveis ​​​​à existência de bactérias (ressecamento, deficiência de nutrientes, etc.). O processo de esporulação passa por várias etapas, durante as quais parte do citoplasma e do cromossomo são separados e circundados por uma membrana citoplasmática; Um prósporo é formado e, em seguida, uma casca multicamadas e pouco permeável é formada, o que confere ao esporo resistência à temperatura e outros fatores desfavoráveis. Neste caso, um esporo é formado dentro de uma bactéria. A esporulação contribui para a preservação da espécie e não é um método de reprodução, como nos cogumelos. Os esporos bacterianos podem persistir no solo por muito tempo (os agentes causadores do antraz e do tétano - por décadas). Sob condições favoráveis, os esporos germinam e uma bactéria é formada a partir de um esporo.

Mobilidade. As bactérias esféricas geralmente não são móveis. As bactérias em forma de bastonete são móveis ou imóveis. Bactérias curvas e em forma de espiral são móveis. A movimentação das bactérias é realizada por meio de flagelos. Os flagelos podem realizar movimentos rotacionais. A presença de flagelos e sua localização são uma característica constante da espécie e possuem valor diagnóstico. A velocidade do movimento é alta: em um segundo, uma célula com flagelos pode percorrer uma distância 20-50 vezes maior que o comprimento de seu corpo.

Os flagelos estão localizados isoladamente na superfície do corpo bacteriano - flagelação monotriquial, um monte em uma extremidade da célula - lofotriquial, em um pacote em ambas as extremidades da célula - anfitriquial; eles podem estar localizados em toda a superfície da célula - flagelação peritriquial. Sob condições de vida desfavoráveis, com envelhecimento celular e estresse mecânico, a mobilidade pode ser perdida.

Informação relacionada.

Uma célula bacteriana, apesar de sua aparente simplicidade de estrutura, é um organismo muito complexo, caracterizado por processos característicos de todos os seres vivos. A célula bacteriana é coberta por uma membrana densa, composta por uma parede celular, uma membrana citoplasmática e, em algumas espécies, uma cápsula.

Parede celular– um dos principais elementos da estrutura de uma célula bacteriana é uma camada superficial localizada fora da membrana citoplasmática. A parede desempenha funções de proteção e suporte, e também confere à célula um formato característico e permanente (por exemplo, o formato de um bastonete ou coco), pois tem uma certa rigidez (rigidez) e representa o esqueleto externo da célula. Dentro da célula bacteriana, a pressão osmótica é várias vezes, e às vezes dezenas de vezes, maior do que no ambiente externo. Portanto, a célula se romperia rapidamente se não fosse protegida por uma estrutura tão densa e rígida como a parede celular. O principal componente estrutural das paredes, base de sua estrutura rígida em quase todas as bactérias estudadas até o momento, é a mureína. A superfície da parede celular de algumas bactérias em forma de bastonete é coberta por projeções, espinhos ou saliências. Usando um método de coloração proposto pela primeira vez em 1884 por Christian Gram, as bactérias podem ser divididas em dois grupos: gram-positivas e gram-negativas. A parede celular é responsável pela coloração de Gram das bactérias. A capacidade ou incapacidade de coloração por Gram está associada a diferenças na composição química das paredes celulares bacterianas. A parede celular é permeável: através dela, os nutrientes passam livremente para a célula e os produtos metabólicos saem para o meio ambiente. Moléculas grandes com alto peso molecular não passam pela casca.

A camada externa do citoplasma está intimamente adjacente à parede celular da célula bacteriana - Membrana citoplasmática, geralmente consistindo de uma bicamada de lipídios, cada uma das superfícies coberta por uma camada monomolecular de proteína. A membrana representa cerca de 8-15% dos lipídios da célula. A espessura total da membrana é de aproximadamente 9 nm. A membrana citoplasmática desempenha o papel de barreira osmótica que controla o transporte de substâncias para dentro e para fora da célula bacteriana.

A parede celular de muitas bactérias é cercada na parte superior por uma camada de material mucoso - cápsula. A espessura da cápsula pode ser muitas vezes maior que o diâmetro da própria célula e, às vezes, é tão fina que só pode ser vista através de um microscópio eletrônico - uma microcápsula. A cápsula não é uma parte essencial da célula, ela se forma dependendo das condições em que a bactéria se encontra. Serve como capa protetora para a célula e participa do metabolismo da água, protegendo a célula do ressecamento.

Sob a membrana citoplasmática das bactérias existe um itoplasma, representando todo o conteúdo da célula, com exceção do núcleo e da parede celular. O citoplasma das bactérias é uma mistura dispersa de colóides composta por água, proteínas, carboidratos, lipídios, compostos minerais e outras substâncias. A fase líquida sem estrutura do citoplasma (matriz) contém ribossomos, sistemas de membrana, plastídios e outras estruturas, bem como nutrientes de reserva.

As bactérias não possuem o mesmo núcleo dos organismos superiores, mas possuem seu análogo “equivalente nuclear” - nucleóide, que é uma forma evolutivamente mais primitiva de organização da matéria nuclear. O nucleóide de uma célula bacteriana está localizado em sua parte central.

Uma célula bacteriana em repouso geralmente contém um nucleóide; as células na fase de pré-divisão possuem dois nucleóides; na fase de crescimento logarítmico - reprodução - até quatro ou mais nucleóides. Além do nucleóide, o citoplasma de uma célula bacteriana pode conter fitas de DNA centenas de vezes mais curtas - os chamados fatores extracromossômicos de hereditariedade, chamados plasmídeo. Acontece que os plasmídeos não estão necessariamente presentes nas bactérias, mas conferem ao corpo propriedades adicionais que lhe são benéficas, em particular aquelas relacionadas com a reprodução, resistência aos medicamentos, patogenicidade, etc.

Algumas bactérias possuem estruturas anexas na superfície; os mais difundidos deles são flagelos –órgãos de movimento de bactérias. As bactérias podem ter um, dois ou mais flagelos. Sua localização é diferente: em uma extremidade da célula, em duas, em toda a superfície, etc.

Uma bactéria com um flagelo é chamada monotricoma; uma bactéria com um feixe de flagelos em uma extremidade da célula - lofotricoma; em ambas as extremidades - anfitríquio; uma bactéria com flagelos localizados em toda a superfície da célula é chamada peritricoma. O número de flagelos varia em diferentes tipos de bactérias e pode chegar a 100. A espessura dos flagelos varia de 10 a 20 nm, comprimento - de 3 a 15 µm, e para a mesma célula bacteriana o comprimento pode variar dependendo do estado da cultura e fatores ambientais.

Os biólogos do século XIX e início do século XX consideravam as bactérias organismos primitivos do ponto de vista da organização celular e eram consideradas o limite extremo da vida. O renomado cientista alemão Cohn escreveu que as bactérias são as “menores” e “mais simples” de todas as formas vivas, formando a linha divisória da vida; a vida não existe além dessas formas.

No entanto, à medida que a ciência se desenvolveu, foram criados equipamentos microscópicos mais avançados e novos métodos de investigação. A utilização de métodos modernos de pesquisa no estudo das células bacterianas - microscopia eletrolítica e de contraste de fase, centrifugação diferenciada, uso de isótopos - permitiu identificar estruturas celulares individuais e esclarecer seu papel biológico.

Uma célula bacteriana possui uma estrutura complexa e estritamente ordenada. Do ponto de vista anatômico, a bactéria é morfologicamente diferenciada. Distingue entre estruturas básicas e temporárias. Os principais componentes de uma célula incluem a parede celular, a membrana citoplasmática, o citoplasma com ribossomos, várias inclusões e o nucleóide. Essas estruturas são encontradas apenas em determinados estágios do desenvolvimento bacteriano.

A parede celular é uma estrutura forte e elástica localizada entre a membrana citoplasmática e a cápsula, e nas espécies bacterianas não capsulares é a camada externa da célula. A parede celular é uma estrutura fina e incolor; não é visível em um microscópio comum sem tratamento especial. A parede celular dá às bactérias uma forma permanente e representa o esqueleto da célula. Pode ser observado por microscopia óptica apenas em grandes formas de bactérias. Por exemplo, na bactéria sulfurosa Beggiatoa mirabilis a parede é claramente visível e possui uma estrutura de circuito duplo. A parede celular bacteriana pode ser visualizada durante a plasmólise em um campo de visão escuro de um microscópio. As bactérias micoplasmas e da forma L não possuem parede celular; para todos os outros procariontes é uma estrutura obrigatória. A parede celular representa em média 20% do peso seco das bactérias; sua espessura pode atingir até 50 nm ou mais. A membrana celular desempenha funções vitais: protege a bactéria de fatores ambientais prejudiciais, choque osmótico, participa do metabolismo e do processo de divisão celular, contém antígenos de superfície e receptores específicos para fagos e transporta metabólitos. A casca bacteriana é semipermeável, o que garante a penetração seletiva de nutrientes do ambiente externo na célula. O polímero de suporte da parede celular é denominado peptidoglicano (sinônimos: mucopeptídeo, mureína - do latim murus - parede) forma uma estrutura em rede ligada covalentemente por ácidos teicóicos (do grego teichos - parede). Ao estudar seções ultrafinas da parede celular, descobriu-se que ela se adere uniformemente às estruturas subjacentes, permeadas por poros, graças aos quais várias substâncias entram na célula e vice-versa. Os fotogramas obtidos mostraram que a parede celular não é caracterizada pela mesma densidade eletro-óptica, ou seja, possui estratificação. A parede enquadra a bactéria; sua espessura e densidade são as mesmas ao longo de todo o perímetro da célula microbiana. A parede celular é responsável por 5 a 50% da matéria seca celular.

Ao estudar a anatomia dos microrganismos por meio de um microscópio óptico, surgiu a necessidade de corá-los. Essa necessidade foi atendida por H. Gram, que em 1884 propôs um método de coloração com seu nome e amplamente utilizado para diferenciar bactérias em nossa época. Em relação à coloração de Gram, todos os microrganismos são divididos em dois grupos: gram-positivos (gram-positivos) e gram-negativos (gram-negativos). A essência do método é que as bactérias gram-positivas se ligam firmemente ao complexo de violeta genciana e iodo, que não é descolorido pelo etanol e não aceita o corante adicional fucsina, permanecendo azul-violeta. Nas bactérias gram-negativas, o referido complexo é eliminado do corpo bacteriano com etanol e quando tratado com magenta tornam-se vermelhos (cor fucsina).

Esta coloração de Gram dos procariontes é explicada pela composição química específica e estrutura da sua parede celular. A parede celular das bactérias gram-positivas é maciça, espessa (20-100 nm), firmemente adjacente à membrana citoplasmática, a maior parte de sua composição química é representada por peptidoglicano (40-90%), que está associado aos ácidos teicóicos. A parede dos microrganismos gram-positivos contém pequenas quantidades de polissacarídeos, lipídios e proteínas. As microfibrilas estruturais do peptidoglicano são fortemente reticuladas, compactas, os poros são estreitos e, portanto, o complexo violeta não é lavado, as bactérias são pintadas de azul-violeta.

A estrutura e composição dos microrganismos gram-negativos são caracterizadas por algumas características. A parede celular das bactérias gram-negativas é mais fina que a das bactérias gram-positivas e tem 14-17 nm. Consiste em duas camadas: externa e interna. A camada interna é representada pelo peptidoglicano, que envolve a célula na forma de uma rede fina e contínua (2 nm). O peptidoglicano em bactérias gram-negativas é de 1 a 10%, suas microfibrilas são reticuladas com menos força do que as de bactérias gram-positivas, os poros são mais largos e, portanto, o complexo de violeta genciana e iodo é removido da parede com etanol, os microrganismos são pintados de vermelho (a cor de um corante adicional - fucsina). A camada externa contém fosfolipídios, monopolissacarídeos, lipoproteínas e proteínas. O lipopolissacarídeo (LPS) das paredes celulares de bactérias gram-negativas, tóxico para os animais, é chamado de endotoxina. Os ácidos teicóicos não foram encontrados em bactérias gram-negativas. A lacuna entre a parede celular e a membrana citoplasmática é chamada de espaço periplasmático, que contém enzimas.

Sob a influência da lisozima, penicilina e outros compostos, a síntese da parede celular é interrompida e formam-se células com formato alterado: protoplastos - bactérias completamente desprovidas de parede celular e esferoplastos - bactérias com parede celular parcialmente destruída. Os protoplastos e esferoplastos têm formato esférico e são 3 a 10 vezes maiores que as células originais. Sob condições de aumento da pressão osmótica, eles podem crescer e até se multiplicar, mas em condições normais eles lisam e morrem. Quando o fator inibitório é removido, os protoplastos e esferoplastos podem reverter à sua forma original, às vezes transformando-se em formas L de bactérias. As formas L da bactéria foram isoladas em 1935 no Lister Institute. Eles são formados como resultado da ação de vários tipos de agentes transformadores de L (antibióticos, aminoácidos, raios ultravioleta, raios X, etc.) sobre as bactérias. Estas são bactérias que perderam parcial ou completamente a capacidade de sintetizar o peptidoglicano da parede celular. Comparados aos protoplastos e esferoplastos, eles são mais estáveis ​​e têm capacidade de reprodução. Os agentes causadores de muitas doenças infecciosas podem formar formas L.

A membrana citoplasmática (plasmolema) é uma estrutura celular multiproteica semipermeável de três camadas que separa o citoplasma da parede celular. Este é um componente essencial da célula, constituindo 8-15% da sua matéria seca. Quando a membrana citoplasmática é destruída, a célula morre. Quimicamente, a membrana é um complexo proteína-lipídio composto por proteínas (50-70%) e lipídios (15-50%). A membrana citoplasmática desempenha funções importantes na vida da célula. É a barreira osmótica da célula, participa dos processos de metabolismo, crescimento celular, realiza a transferência seletiva de moléculas de substâncias orgânicas e inorgânicas, etc. Durante o crescimento celular, a membrana citoplasmática forma invaginações - saliências, chamadas mesossomos. Os mesossomos são bem expressos em bactérias gram-positivas, piores em bactérias gram-negativas e muito mal em riquétsias e micoplasmas. Os mesossomos associados ao nucleóide bacteriano são chamados de nucleossomos. Eles participam da cariopinese e da cariocinese das células microbianas. O significado dos mesossomos não foi totalmente elucidado. Supõe-se que eles participem ativamente do processo de respiração bacteriana, por isso são comparados por analogia com as mitocôndrias. Talvez os mesossomos desempenhem uma função estrutural e, dividindo a célula em seções separadas, contribuam para a ordem dos processos metabólicos.

O citoplasma da célula é uma massa semilíquida que ocupa o volume principal da bactéria, contendo até 90% de água. Consiste em uma fração homogênea chamada citosol, que inclui elementos estruturais - ribossomos, membranas intracitoplasmáticas, vários tipos de formação, nucleóide. Além disso, o citoplasma contém componentes solúveis de RNA, substâncias substrato, enzimas e produtos metabólicos.

O citoplasma forma o ambiente interno da célula, que une todas as estruturas intracelulares e garante sua interação entre si.

O componente estrutural mais importante de uma célula proplasmótica é o nucleóide, que é um análogo do núcleo dos eucariotos. Ele está localizado livremente no citoplasma, na zona central da célula, e é um DNA de fita dupla fechado em um anel e compactado como uma bola. O nucleóide, ao contrário do núcleo claramente definido dos eucariotos, não possui membrana nuclear, nucléolos ou proteínas básicas (histonas). Apesar disso, acredita-se que o nucleóide seja uma estrutura diferenciada. Dependendo do estado funcional da célula, o nucleóide pode ser discreto e consistir em fragmentos individuais. Sua discrição é explicada pela divisão celular e replicação da molécula de DNA. O DNA nucleóide é o portador da informação genética da célula bacteriana. Com a microscopia óptica, o nucleóide pode ser detectado pela coloração de bactérias usando métodos especiais (Feulgen, Romanosky-Giemsa). Além do nucleóide, foram encontrados fatores de hereditariedade extracromossômica nas células de muitos tipos de procariontes - plasmídeos, que são moléculas de DNA capazes de replicação autônoma.

As organelas celulares incluem ribossomos - partículas ribonucléicas esféricas com um diâmetro de 15 a 20 nm. Uma célula procariótica pode conter de 5 a 20 mil ribossomos. O ribossomo consiste em subunidades pequenas e grandes, que possuem constantes de sedimentação de Sverberg de 30 e 50 S, respectivamente. Uma molécula de RNA mensageiro geralmente combina vários ribossomos como contas amarradas em um fio. Essas associações de ribossomos são chamadas de polissomos. Os ribossomos têm alta atividade de síntese; eles sintetizam proteínas necessárias para a vida de uma célula microbiana.

No citoplasma das bactérias foram identificados vários tipos de inclusões, que podem ser sólidas, líquidas e gasosas. São nutrientes de reserva (polissacarídeos, lipídios, depósitos de enxofre, etc.) e produtos metabólicos.

Cápsula é uma estrutura mucosa, com mais de 0,2 mícron de espessura, associada à parede celular e claramente demarcada do meio ambiente. É detectado por microscopia óptica no caso de coloração de bactérias por métodos especiais (de acordo com Olt, Mikhin, Burri-Gins). Muitas bactérias formam uma microcápsula - uma formação mucosa com tamanho inferior a 0,2 mícron, identificada apenas por microscopia eletrônica ou por métodos químicos e imunoquímicos. A cápsula não é uma estrutura essencial da célula; sua perda não causa a morte da bactéria. É necessário distinguir o muco da cápsula - exopolissacarídeos mucóides. Substâncias mucosas são depositadas na superfície da célula, muitas vezes excedendo seu diâmetro e não possuem limites claros.

A substância das cápsulas procarióticas consiste principalmente em homo ou heteropolissacarídeos. Algumas bactérias (por exemplo, Leuconostoc) possuem várias células microbianas encerradas em uma cápsula. As bactérias encerradas em uma cápsula formam aglomerados chamados zoogéis.

A cápsula desempenha importantes funções biológicas. Contém antígenos capsulares que determinam a virulência, especificidade e imunogenicidade das bactérias. A cápsula protege a célula microbiana contra estresse mecânico, ressecamento, infecção por fagos, substâncias tóxicas e fagocitose. Em alguns tipos de bactérias, inclusive as patogênicas, promove a fixação das células ao substrato.

Flagelos são as organelas do movimento bacteriano. São estruturas finas, longas e semelhantes a fios, constituídas pela proteína flagelina (do latim flagellum - flagelo). Esta proteína tem especificidade antigênica. O comprimento dos flagelos excede várias vezes o comprimento da célula bacteriana e é de 3 a 12 µm, e a espessura é de 12 a 20 nm. Os flagelos estão ligados à membrana citoplasmática e à parede celular por meio de discos especiais. Os flagelos são detectados por microscopia eletrônica ou microscópio óptico, mas após processamento das preparações com métodos especiais. Os flagelos não são estruturas celulares vitais. O número de flagelos varia entre os diferentes tipos de bactérias (de 1 a 50) e os locais de sua localização também são diferentes, mas estáveis ​​para cada espécie. Dependendo da localização dos flagelos, distinguem-se: monótricos - bactérias com um flagelo localizado polarmente; amphitirichs - bactérias com dois flagelos dispostos polarmente ou um feixe de flagelos em cada extremidade; lophotrichs - bactérias com um feixe de flagelos em uma extremidade da célula; peritrichs são bactérias com muitos flagelos localizados em todo o perímetro da célula. Bactérias sem flagelos são chamadas de atrichia. Os flagelos são típicos de formas flutuantes em forma de bastonete e enroladas e, excepcionalmente, são encontrados em cocos. Monotrichs e lophotrichs se movem a uma velocidade de 50 mícrons por segundo. As bactérias geralmente se movem aleatoriamente. Sob a influência de fatores ambientais, as bactérias são capazes de formas direcionadas de movimento - táxis. Os táxis podem ser positivos e negativos. Existem quimiotaxia - causada pela diferença na concentração de produtos químicos no ambiente, aerotaxia - oxigênio, fototaxia - intensidade luminosa, magnetotaxia - caracterizada pela capacidade dos microrganismos de navegar em um campo magnético.

Pili (vilosidades) são formações semelhantes a fios mais curtas que os flagelos. Seu comprimento atinge de 0,3 a 10 mícrons, espessura de 3 a 10 nm. Pili originam-se da membrana citoplasmática e são encontrados em formas móveis e imóveis de microrganismos. Eles só podem ser identificados por microscopia eletrônica. Na superfície de uma célula bacteriana pode haver de 1-2 a várias dezenas, centenas e até milhares de pili. Pili são compostos pela proteína pilina e possuem atividade antigênica.

Existem tipos gerais e sexuais de pili. Os primeiros são responsáveis ​​pela adesão, ou seja, fixação de bactérias à célula afetada, nutrição, metabolismo água-sal, aglomeração de bactérias em aglomerados, os últimos são a transferência de material hereditário (DNA) do doador para o receptor. A mesma espécie de bactéria pode ter os dois tipos de pili.

Os esporos (endósporos) são uma forma especial de células em repouso, caracterizadas por uma diminuição acentuada no nível de metabolismo e alta resistência. Os esporos são formados em condições desfavoráveis ​​à existência de bactérias. Um esporo é formado dentro de uma célula. A esporulação é observada durante deficiência de nutrientes, alterações de pH, falta de C, N, P, dessecação, acúmulo de produtos metabólicos no ambiente ao redor da célula, etc. Os esporos são caracterizados por repressão do genoma, anabolismo, baixo teor de água no citoplasma, aumento concentração de cátions de cálcio, aparecimento de ácido dipicolínico.

Os esporos no campo de visão de um microscópio óptico têm a aparência de formações de luz ovais e de alta refração, com tamanho de 0,8-1,5 mícrons. As bactérias nas quais o tamanho do esporo não excede o diâmetro da célula são chamadas de bacilos, e aquelas nas quais ele excede são chamadas de clostrídios. O esporo na célula pode estar localizado centralmente, mais próximo da extremidade - subterminal, na extremidade da bactéria - terminal. A estrutura do esporo é complexa, mas do mesmo tipo em diferentes tipos de bactérias. A parte central do esporo é chamada de esporoplasma e contém ácidos nucléicos, proteínas e ácido dipicolínico. O esporoplasma contém um nucleóide, ribossomos e estruturas de membrana vagamente definidas. O esporoplasma é emoldurado por uma membrana citoplasmática, seguida por uma camada rudimentar de peptidoglicano e, em seguida, por uma enorme camada de córtex, ou então, um córtex. Na superfície do córtex existe uma membrana externa. A parte externa do esporo é coberta por uma casca multicamadas que, juntamente com os elementos específicos do esporo e o dipicolinato de cálcio, determina sua estabilidade. O principal objetivo dos esporos é preservar as bactérias em condições ambientais desfavoráveis. Os esporos são resistentes a altas temperaturas e produtos químicos e podem existir por muito tempo em estado dormente por dezenas ou mesmo centenas de anos.

Vídeo: Núcleo celular de uma folha de planta de casa sob microscópio

As bactérias são organismos microscópicos unicelulares. A estrutura da célula bacteriana possui características que são a razão da separação das bactérias em um reino separado do mundo vivo.

Membranas celulares

A maioria das bactérias tem três conchas:

• membrana celular;
• parede celular;
• cápsula mucosa.

A membrana celular está em contato direto com o conteúdo da célula - o citoplasma. É fino e macio.

A parede celular é uma membrana densa e mais espessa. Sua função é proteger e sustentar a célula. A parede celular e a membrana possuem poros através dos quais as substâncias necessárias entram na célula.

Muitas bactérias possuem uma cápsula mucosa que desempenha função protetora e garante adesão a diferentes superfícies.

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É graças à membrana mucosa que os estreptococos (um tipo de bactéria) aderem aos dentes e causam cáries.

Citoplasma

Citoplasma é o conteúdo interno de uma célula. 75% consiste em água. No citoplasma existem inclusões - gotas de gordura e glicogênio. Eles são os nutrientes de reserva da célula.

Arroz. 1. Diagrama da estrutura de uma célula bacteriana.

Nucleóide

Nucleóide significa “como um núcleo”. As bactérias não possuem núcleo real ou, como também dizem, formado. Isso significa que eles não possuem envelope nuclear e espaço nuclear, como as células de fungos, plantas e animais. O DNA é encontrado diretamente no citoplasma.

Funções do DNA:

• armazena informações hereditárias;
• implementa essas informações controlando a síntese de moléculas de proteínas características de um determinado tipo de bactéria.

A ausência de um núcleo verdadeiro é a característica mais importante de uma célula bacteriana.

Organoides

Ao contrário das células vegetais e animais, as bactérias não possuem organelas construídas a partir de membranas.

Mas a membrana celular bacteriana em alguns lugares penetra no citoplasma, formando dobras chamadas mesossomos. O mesossomo está envolvido na reprodução celular e na troca de energia e, por assim dizer, substitui as organelas da membrana.

As únicas organelas presentes nas bactérias são os ribossomos. São pequenos corpos localizados no citoplasma e que sintetizam proteínas.

Muitas bactérias possuem um flagelo, com o qual se movem em um ambiente líquido.

Formas de células bacterianas

A forma das células bacterianas é diferente. As bactérias em forma de bola são chamadas de cocos. Na forma de vírgula - vibrios. Bactérias em forma de bastonete são bacilos. Spirilla tem a aparência de uma linha ondulada.

Arroz. 2. Formas de células bacterianas.

As bactérias só podem ser vistas ao microscópio. O tamanho médio da célula é de 1 a 10 mícrons. São encontradas bactérias de até 100 mícrons de comprimento. (1 µm = 0,001 mm).

Esporulação

Quando ocorrem condições desfavoráveis, a célula bacteriana entra em um estado dormente denominado esporo. As causas da esporulação podem ser:

• temperaturas baixas e altas;
• seca;
• falta de nutrição;
• substâncias potencialmente fatais.

A transição ocorre rapidamente, dentro de 18 a 20 horas, e a célula pode permanecer em estado de esporos por centenas de anos. Quando as condições normais são restauradas, a bactéria germina a partir do esporo dentro de 4-5 horas e retorna ao seu modo de vida normal.

Arroz. 3. Esquema de formação de esporos.

Reprodução

As bactérias se reproduzem por divisão. O período desde o nascimento de uma célula até sua divisão é de 20 a 30 minutos. Portanto, as bactérias estão espalhadas pela Terra.

O que aprendemos?

Aprendemos que, em termos gerais, as células bacterianas são semelhantes às células vegetais e animais, possuem membrana, citoplasma e DNA. A principal diferença entre as células bacterianas é a ausência de um núcleo formado. Portanto, as bactérias são chamadas de organismos pré-nucleares (procariontes).

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