Elementi bakterij. Zgradba bakterijskih celic

Strukturne komponente bakterijske celice so razdeljene na 2 vrsti:

- osnovne strukture(celična stena, citoplazemska membrana s svojimi derivati, citoplazma z ribosomi in raznimi vključki, nukleoid);

- začasne strukture(kapsula, sluznica, bički, resice, endospore, nastanejo le v določenih fazah bakterijskega življenjskega cikla).

Osnovne strukture.

Celične stene ki se nahaja na zunanji strani citoplazemske membrane. Citoplazemska membrana ni del celične stene. Funkcije celične stene:

Zaščita bakterij pred osmotskim šokom in drugimi škodljivimi dejavniki;

Določitev oblike bakterij;

Sodelovanje pri metabolizmu bakterij.

Celična stena je prežeta s porami, skozi katere se prenašajo bakterijski eksotoksini. Debelina celične stene je 10–100 nm. Glavna sestavina bakterijske celične stene je peptidoglikan oz murein, ki sestoji iz izmenjujočih se ostankov N-acetil-N-glukozamina in N-acetilmuramske kisline, povezanih z glikozidnimi vezmi.

Leta 1884 je H. Gram predlagal metodo za barvanje bakterij z uporabo encijan vijolice, joda, etilnega alkohola in fuksina. Vse bakterije, glede na barvo po Gramu, delimo v 2 skupini: gram-pozitivne in gram-negativne bakterije. Celična stena gram-pozitivnih bakterij se tesno prilega citoplazemski membrani, njegova debelina je 20-100 nm. Vsebuje teihojske kisline (polimeri glicerola ali ribitola), pa tudi majhne količine polisaharidov, beljakovin in lipidov. Celična stena gram-negativnih bakterij večplasten, njegova debelina je 14-17 nm. Notranja plast (peptidoglikan) tvori tanko neprekinjeno mrežo. Zunanjo plast sestavljajo fosfolipidi, lipoproteini in beljakovine. Beljakovine zunanje membrane so tesno vezane na plast peptidoglikana.

Pod določenimi pogoji bakterije izgubijo sposobnost popolne ali delne sinteze komponent celične stene, kar povzroči nastanek protoplastov, sferoplastov in L-oblik bakterij. Sferoplasti so bakterije z delno uničeno celično steno. Opazimo jih pri gramnegativnih bakterijah. Protoplasti- to so oblike popolnoma brez celične stene. Tvorijo jih gram-pozitivne bakterije. L-oblika bakterije so mutanti bakterij, ki so delno ali popolnoma izgubile sposobnost sinteze peptidoglikana celične stene (bakterije z okvarjeno celično steno). Ime so dobili po imenu Lister Institute v Angliji, kjer so jih odprli leta 1935.

Citoplazemska membrana (CPM) in njeni derivati. Citoplazemska membrana (plazmolema) je polprepustna lipoproteinska struktura bakterijske celice, ki ločuje citoplazmo od celične stene. Predstavlja 8-15% suhe mase celice. Njegovo uničenje vodi v celično smrt. Elektronska mikroskopija je razkrila njegovo troslojno strukturo. Citoplazemska membrana je kompleks beljakovin (50-75%) in lipidov (15-20%). Glavnino lipidov predstavljajo fosfolipidi. Poleg tega so v membrani našli majhno količino ogljikovih hidratov.

Bakterijski CPM opravlja naslednje funkcije:

Pregradna funkcija (molekularno "sito");

Energija;

Selektivni prenos različnih organskih in anorganskih molekul in ionov s posebnimi nosilci – translokazami ali permeazami;

Replikacija in kasnejša delitev kromosomov.

Med celično rastjo tvori citoplazmatska membrana številne invaginacije (invaginate), t.i mezosomi.

citoplazma - To je vsebina bakterijske celice, omejena s citoplazmatsko membrano. Sestavljen je iz citosola in strukturnih elementov.

Cytosol- homogena frakcija, vključno s topnimi komponentami RNA, encimi in presnovnimi produkti.

Strukturni elementi- to so ribosomi, intracitoplazmatske membrane, vključki in nukleoidi.

Ribosomi- organele, ki izvajajo biosintezo beljakovin. Sestavljeni so iz beljakovin in RNA. So granule s premerom 15-20 nm. Ena bakterijska celica vsebuje od 5.000 do 50.000 ribosomov. Ribosomi so mesto sinteze beljakovin.

V citoplazmi prokariontov najdemo različne vključke, ki predstavljajo rezervne snovi celice. Od polisaharidov se v celicah odlagajo glikogen, škrob in škrobu podobna snov – granuloza. Polifosfati so vsebovani v granulah, imenovanih volutinski, oz metakromatski, zrna.

Nukleoid je jedro prokariotov. Sestavljen je iz ene dvoverižne verige DNA, sklenjene v obroč, ki se obravnava kot bakterijski kromosom. Nukleoid nima jedrske ovojnice.

V bakterijski celici so poleg nukleoida našli ekstrakromosomske genetske elemente - plazmidi, ki so majhne krožne molekule DNA, sposobne avtonomnega podvajanja. Vloga plazmidov je, da kodirajo dodatne lastnosti, ki dajejo celici prednosti v določenih življenjskih razmerah. Najpogostejši plazmidi so tisti, ki določajo znake odpornosti bakterij na antibiotike (R-plazmidi), sintezo enterotoksinov (Ent-plazmidi) ali hemolizinov (Hly-plazmidi).

TO začasne strukture vključujejo kapsulo, flagele, pili, endospore bakterij.

kapsula - To je sluznica nad celično steno bakterije. Snov kapsule je sestavljena iz polisaharidnih niti. Kapsula se sintetizira na zunanji površini citoplazemske membrane in se na določenih območjih sprosti na površino celične stene.

Funkcije kapsule:

Lokacija kapsularnih antigenov, ki določajo virulentnost, antigensko specifičnost in imunogenost bakterij;

Zaščita celic pred mehanskimi poškodbami, izsušitvijo, strupenimi snovmi, okužbo s fagi, delovanjem zaščitnih faktorjev makroorganizma;

Sposobnost celic, da se pritrdijo na substrat.

Flagella – To so organi bakterijskega gibanja. Flagele niso vitalne strukture, zato so lahko prisotne v bakterijah ali pa tudi ne, odvisno od pogojev rasti. Število flagel in njihova lokacija se pri različnih bakterijah razlikujeta. Glede na to ločimo naslednje skupine flageliranih bakterij:

- monotrihi– bakterije z enim polarno nameščenim bičkom;

- amfitrihi– bakterije z dvema polarno razporejenima bičkoma ali s snopom bičkov na obeh koncih;

- lophotrichs– bakterije, ki imajo na enem koncu celice snop bičkov;

- peritrihous- bakterije s številnimi flagelami, ki se nahajajo na straneh celice ali na njeni celotni površini.

Kemično sestavo bičkov predstavljajo beljakovine flagelin.

Površinske strukture bakterijske celice vključujejo tudi resice in pil. Te strukture sodelujejo pri adsorpciji celic na podlago (resice, splošni pili) in v procesih prenosa genetskega materiala (spolni pili). Tvori jih specifična hidrofobna beljakovina pilin.

V nekaterih bakterijah se pod določenimi pogoji tvorijo speče oblike, ki celicam zagotavljajo dolgotrajno preživetje v neugodnih razmerah – endospore. So odporni na neugodne okoljske dejavnike.

Lokacija spor v celici:

Centralni (povzročitelj antraksa);

Subterminal - bližje koncu (povzročitelj botulizma);

Terminal - na koncu palice (povzročitelj tetanusa).

Oblika. Obstaja več glavnih oblik bakterij - kokoidna, paličasta, zvita in razvejana (slika).

Kroglasti (kokalni) mikrobi imajo obliko krogle, lahko pa so ovalni, ploščati, enostransko konkavni ali rahlo podolgovati. Sferične oblike nastanejo kot posledica delitve celic v eni, dveh, treh medsebojno pravokotnih ali različnih ravninah. Ko se celice delijo v eni ravnini, so celice lahko razporejene v parih, zato se takšne oblike imenujejo diplokoki.Če pride do delitve zaporedno v eni ravnini in so celice povezane v obliki verige, je to streptokoki (2). Delitev koke v dve medsebojno pravokotni ravnini povzroči nastanek štirih celic oz tetracocca. Paketasti koki, oz sarcinas (3),- rezultat delitve kokov v treh medsebojno pravokotnih ravninah.

Paličaste ali valjaste oblike običajno delimo na bakterije in bacile (slika 3). Bakterije - v obliki palice, brez tvorbe spor(napisano Bact., na primer Bact. aceti). bacili - v obliki palice, tvorjenje spor(pišejo Vas., npr. Vas. subtilis). Bakterije in bacili so različnih oblik in velikosti. Konci palic so pogosto zaobljeni, vendar jih je mogoče rezati pravokotno (povzročitelj antraksa), včasih zoženi.

Slika - Osnovne oblike bakterij:

1- stafilokoki; 2 - streptokoki; 3 - sarcini; 4 - gonokoki; 5 - pnevmokoki; 6 - pnevmokokna kapsula; 7 - Corynebacterium diphtheria; 8 - klostridija; 9 – bacili; 10 - vibrioti; 11 - spirila; 12 - treponema; 13 - borelije; 14 - Leptospira; 15 - aktinomicete; 16 - lokacija bičkov: A - monotrik; b- lophotrichus; V - amfitrik, G - peritrichus

Med paličastimi oblikami, ki tvorijo spore (bacile), so bacili (9 ) In klostridije (8 ). Bacili, razen Ti. anthracis, mobilni. Bacili so aerobi. Pri bacilih spore ne presegajo debeline vegetativne celice. Klostridije so anaerobi. Spore so debelejše od vegetativne celice. Takšne oblike spominjajo na vreteno, lopar, limono, palčko. Klostridije sodelujejo pri mnogih procesih v naravi. So povzročitelji anaerobnih okužb. Povzroča amonifikacijo beljakovinskih snovi, sečnine. Razgrajujejo organofosforne spojine. Fiksirajte molekularni dušik itd.

Palice, tako kot koki, so lahko razporejene v parih ali v verigi. Ko se bakterije združijo v pare, nastanejo diplobakterije, z isto povezavo bacilov - diplobacillus. V skladu s tem streptobakterije in streptobacili,če so celice razvrščene v verigo. Tetrade in paketi ne tvorijo paličastih oblik, saj so razdeljeni v eni ravnini, pravokotni na vzdolžno os.

Zvite oblike mikrobov ne določajo le dolžina in premer, temveč tudi število kodrov. vibrioti (10) po obliki spominja na vejico. Spirilla (11)- zavite oblike, ki tvorijo do 5 kodrov. Spirohete- tanke dolge nagubane oblike s številnimi kodri. Zasedajo vmesni položaj med bakterijami in protozoji. Mikobakterije- palice s stranskimi izrastki (patogeni tuberkuloze, paratuberkuloze). Corynebacteria spominjajo na mikobakterije, vendar se od njih razlikujejo po zgostitvah, ki nastanejo na koncih, in vključkih zrn v citoplazmi (bacil difterije). nitasto Bakterije so večcelični organizmi, ki imajo obliko niti. Miksobakterije- drseči mikrobi v obliki palic ali vretena. Prostecobacteria lahko trikotne ali druge oblike. Nekateri od njih imajo radialno simetrijo. Takšni organizmi so dobili ime po prisotnosti koničastih izrastkov - prosteka. Razmnožujejo se z delitvijo ali brstenjem.

Dimenzije. Velikosti mikroorganizmov so določene v mikrometrih (µm) (10 -6 m po sistemu SI). Premer sferičnih oblik je 0,7-1,2 mikronov; paličasta dolžina 1,6-10 µm, širina 0,3-1 µm. Virusi so še manjša bitja. Njihove velikosti so določene v nanometrih (1 nm = 10 -9 m). Nitaste oblike mikrobov dosežejo dolžino več deset mikrometrov. Da bi si lahko predstavljali velikost teh bitij, je dovolj, če rečemo, da lahko ena kapljica vode vsebuje več milijonov ali milijard mikroorganizmov.

Struktura. Bakterijska celica je sestavljena iz membrane, katere zunanja plast se imenuje celična stena, notranja plast pa je citoplazemska membrana, pa tudi citoplazma z vključki in nukleoidom. Obstajajo dodatne strukture: kapsula, mikrokapsula, sluz, bički, pili, plazmidi; Nekatere bakterije lahko v neugodnih razmerah tvorijo spore.

Celične stene - močna, elastična struktura, ki daje bakteriji določeno obliko in skupaj s spodaj ležečo citoplazmatsko membrano »zadržuje« visok osmotski tlak v bakterijski celici. Celico ščiti pred škodljivimi okoljskimi dejavniki, sodeluje pri delitvi celic in transportu metabolitov.

Najdebelejšo celično steno imajo grampozitivne bakterije (do 50-60 nm); pri gramnegativnih bakterijah je 15-20 nm.

Celična stena gram-pozitivnih bakterij vsebuje majhno količino polisaharidov, lipidov in beljakovin. Glavna sestavina celične stene gram-pozitivnih bakterij je večplastna peptidoglikan(murein, mukopeptid), ki predstavlja 40-90% njegove mase. Pri gramnegativnih bakterijah je količina peptidoglikana v celični steni 5-20 %.

Citoplazemska membrana prilepi na notranjo površino bakterijske celične stene in obdaja zunanji del citoplazme. Sestavljen je iz dvojne plasti lipidov in integralnih beljakovin, ki prodirajo skozenj. Citoplazemska membrana sodeluje pri uravnavanju osmotskega tlaka, transportu snovi in ​​energijskem metabolizmu celice.

citoplazma Bakterijska celica je poltekoči, viskozni, koloidni sistem . Citoplazma zavzema večji del bakterijske celice in je sestavljena iz topnih beljakovin, ribonukleinskih kislin, vključkov in številnih majhnih zrnc. - ribosomi Citoplazma vsebuje različne vključke v obliki glikogenskih granul, polisaharidov, maščobnih kislin in polifosfatov (volutin).

Ponekod je citoplazma prežeta z membranskimi strukturami - mezosomi , ki izvira iz citoplazemske membrane in je ohranila stik z njo. Mezosomi opravljajo različne funkcije, pripadajoča citoplazemska membrana pa vsebuje encime, ki sodelujejo pri energetskih procesih – pri oskrbi celice z energijo.

Ribosomi razpršen v citoplazmi v obliki majhnih zrnc velikosti 20-30 nm; Ribosomi so sestavljeni iz približno polovice RNK in beljakovin. Ribosomi so odgovorni za sintezo celičnih beljakovin. V bakterijski celici jih je lahko 5-50 tisoč.

Nukleoid - enakovredna jedru v bakterijah. V citoplazmobakterijah se nahaja v obliki dvoverižne DNA, sklenjene v obroč in tesno zapakirane kot tuljava. Za razliko od jedra evkariontov bakterijski nukleoid nima jedrne ovojnice, nukleola ali bazičnih proteinov (histonov). Značilno je, da bakterijska celica vsebuje en kromosom, ki ga predstavlja molekula DNA, zaprta v obroč.

Poleg nukleoida lahko bakterijska celica vsebuje ekstrakromosomske dejavnike dednosti - plazmidi , ki predstavljajo kovalentno zaprte obroče DNA in so sposobni replikacije ne glede na bakterijski kromosom.

Kapsula- sluzna struktura, ki je trdno povezana s celično steno bakterij in ima jasno določene zunanje meje. Običajno je kapsula sestavljena iz polisaharidov, včasih iz polipeptidov, na primer v bacilu antraksa. Kapsula preprečuje fagocitozo bakterij. Kapsule so lastne nekaterim vrstam bakterij ali pa se lahko tvorijo, ko mikrob vstopi v makroorganizem.

Flagella bakterije določajo celično gibljivost. Flagele so tanke nitke, ki izvirajo iz citoplazemske membrane, pritrjene so na citoplazmatsko membrano in celično steno s posebnimi diski in so daljše od same celice. Sestavljeni so iz proteina - flagelina, zvitega v obliki spirale.

Villi, oz pili (fimbrije) , - nitaste tvorbe, tanjše in krajše od bičkov. Pili segajo od celične površine in so sestavljeni iz beljakovine pilin. Odgovorni so za pritrditev bakterij na prizadeto celico, za prehrano in presnovo vode in soli; seks pil (F-pil) značilnost tako imenovanih "moških" donorskih celic.

Polemika - posebna oblika počitka gram-pozitiven bakterije, nastale v zunanjem okolju v neugodnih pogojih za obstoj bakterij (sušenje, pomanjkanje hranil itd.). Proces sporulacije poteka skozi več faz, med katerimi sta del citoplazme in kromosoma ločena in obdana s citoplazmatsko membrano; Nastane prospora, nato se oblikuje večplastna, slabo prepustna lupina, ki daje spori odpornost na temperaturo in druge neugodne dejavnike. V tem primeru znotraj ene bakterije nastane ena spora. Sporulacija prispeva k ohranjanju vrste in ni način razmnoževanja, kot pri gobah. Bakterijske spore lahko v zemlji ostanejo dolgo (povzročitelji antraksa in tetanusa - desetletja). V ugodnih razmerah spore vzklijejo in iz ene trose nastane ena bakterija.

Mobilnost. Sferične bakterije so običajno negibljive. Paličaste bakterije so gibljive ali nepremične. Ukrivljene in spiralno oblikovane bakterije so gibljive. Premikanje bakterij se izvaja s pomočjo bičkov. Flagella lahko izvaja rotacijske gibe. Prisotnost bičkov in njihova lokacija sta stalna značilnost vrste in imata diagnostično vrednost. Hitrost gibanja je visoka: v sekundi lahko celica z bički premaga razdaljo, ki je 20-50-krat večja od dolžine njenega telesa.

Flagele se nahajajo na površini bakterijskega telesa posamično - monotrihialno bičevanje, kup na enem koncu celice - lofotrihialno, v snopu na obeh koncih celice - amfitrihialno; lahko se nahajajo na celotni površini celice - peritrihialno bičevanje. V neugodnih življenjskih razmerah, s staranjem celic in mehanskimi obremenitvami se lahko izgubi mobilnost.

Povezane informacije.

Bakterijska celica je kljub navidezni preprostosti zgradbe zelo kompleksen organizem, za katerega so značilni procesi, značilni za vsa živa bitja. Bakterijska celica je prekrita z gosto membrano, ki jo sestavljajo celična stena, citoplazemska membrana in pri nekaterih vrstah kapsula.

Celične stene– eden glavnih elementov strukture bakterijske celice je površinska plast, ki se nahaja zunaj citoplazemske membrane. Stena opravlja zaščitne in podporne funkcije ter daje celici trajno, značilno obliko (na primer obliko palice ali koka), ker ima določeno togost (togost) in predstavlja zunanji skelet celice. Znotraj bakterijske celice je osmotski tlak večkrat, včasih pa tudi desetkrat višji kot v zunanjem okolju. Zato bi celica hitro počila, če ne bi bila zaščitena s tako gosto, togo strukturo, kot je celična stena. Glavna strukturna komponenta sten, osnova njihove toge strukture pri skoraj vseh doslej raziskanih bakterijah, je murein. Površina celične stene nekaterih paličastih bakterij je prekrita z izboklinami, bodicami ali izboklinami. Z uporabo metode obarvanja, ki jo je leta 1884 prvič predlagal Christian Gram, lahko bakterije razdelimo v dve skupini: gram-pozitivne in gram-negativne. Celična stena je odgovorna za obarvanje bakterij po Gramu. Sposobnost ali nezmožnost barvanja po Gramu je povezana z razlikami v kemični sestavi bakterijskih celičnih sten. Celična stena je prepustna: skozi njo hranila prosto prehajajo v celico, presnovni produkti pa izstopajo v okolje. Velike molekule z visoko molekulsko maso ne prehajajo skozi lupino.

Zunanja plast citoplazme je tesno ob celični steni bakterijske celice - citoplazmatsko membrano, običajno sestavljen iz dvosloja lipidov, od katerih je vsaka površina prekrita z monomolekularno plastjo beljakovin. Membrana sestavlja približno 8-15 % lipidov celice. Celotna debelina membrane je približno 9 nm. Citoplazemska membrana ima vlogo osmotske pregrade, ki nadzoruje transport snovi v bakterijsko celico in iz nje.

Celična stena mnogih bakterij je na vrhu obdana s plastjo sluzi - kapsula. Debelina kapsule je lahko večkrat večja od premera same celice, včasih pa je tako tanka, da jo lahko vidimo le skozi elektronski mikroskop – mikrokapsulo. Kapsula ni bistveni del celice, temveč nastane glede na pogoje, v katerih se nahajajo bakterije. Služi kot zaščitni ovoj za celico in sodeluje pri presnovi vode ter ščiti celico pred izsušitvijo.

Pod citoplazmatsko membrano pri bakterijah je a itoplazma, ki predstavlja celotno vsebino celice, z izjemo jedra in celične stene. Citoplazma bakterij je razpršena mešanica koloidov, ki jo sestavljajo voda, beljakovine, ogljikovi hidrati, lipidi, mineralne spojine in druge snovi. Tekoča brezstrukturna faza citoplazme (matriks) vsebuje ribosome, membranske sisteme, plastide in druge strukture ter rezervna hranila.

Bakterije nimajo takšnega jedra kot višji organizmi, vendar imajo svoj analogni "jedrski ekvivalent" - nukleoid, ki je evolucijsko bolj primitivna oblika organizacije jedrske snovi. Nukleoid bakterijske celice se nahaja v njenem osrednjem delu.

Mirujoča bakterijska celica običajno vsebuje en nukleoid; celice v fazi pred delitvijo imajo dva nukleoida; v fazi logaritemske rasti – razmnoževanja – do štiri ali več nukleoidov. Citoplazma bakterijske celice lahko poleg nukleoida vsebuje tudi več stokrat krajše verige DNA – tako imenovane zunajkromosomske dejavnike dednosti, t.i. plazmid. Kot se je izkazalo, plazmidi niso nujno prisotni v bakterijah, vendar dajejo telesu dodatne lastnosti, ki so zanj koristne, zlasti tiste, povezane z razmnoževanjem, odpornostjo na zdravila, patogenostjo itd.

Nekatere bakterije imajo na površini prirastne strukture; najbolj razširjeni med njimi so flagella – organi gibanja bakterij. Bakterije imajo lahko enega, dva ali več flagel. Njihova lokacija je različna: na enem koncu celice, na dveh, po celotni površini itd.

Bakterija z enim bičkom se imenuje monotrihom; bakterija s snopom flagel na enem koncu celice - lofotrihom; na obeh koncih - amfitrijski; imenujemo bakterija z bički, ki se nahajajo po celotni površini celice peritrihom.Število bičkov se razlikuje pri različnih vrstah bakterij in lahko doseže do 100. Debelina bičkov je od 10 do 20 nm, dolžina - od 3 do 15 µm, za isto bakterijsko celico pa se dolžina lahko razlikuje glede na stanje kulture in okoljski dejavniki .

Biologi 19. in zgodnjega 20. stoletja so bakterije z vidika celične organizacije obravnavali kot primitivne organizme in so veljale za skrajno mejo življenja. Ugledni nemški znanstvenik Cohn je zapisal, da so bakterije "najmanjše" in "najenostavnejše" od vseh živih oblik, ki tvorijo mejo življenja; onkraj teh oblik življenje ne obstaja.

Vendar pa je z razvojem znanosti nastala naprednejša mikroskopska oprema in nove raziskovalne metode. Uporaba sodobnih raziskovalnih metod pri preučevanju bakterijskih celic - elektrolitska in faznokontrastna mikroskopija, diferencirano centrifugiranje, uporaba izotopov - je omogočila identifikacijo posameznih celičnih struktur in razjasnitev njihove biološke vloge.

Bakterijska celica ima kompleksno, strogo urejeno strukturo. Z anatomskega vidika je bakterija morfološko diferencirana. Ločuje osnovne in začasne objekte. Glavne sestavine celice vključujejo celično steno, citoplazmatsko membrano, citoplazmo z ribosomi, različne vključke in nukleoid. Te strukture najdemo le na določenih stopnjah razvoja bakterij.

Celična stena je močna, elastična struktura, ki se nahaja med citoplazemsko membrano in kapsulo, pri nekapsularnih vrstah bakterij pa je zunanja ovojnica celice. Celična stena je tanka, brezbarvna struktura, brez posebne obdelave ni vidna v navadnem mikroskopu. Celična stena daje bakterijam trajno obliko in predstavlja ogrodje celice. S svetlobnim mikroskopom ga lahko opazimo le pri velikih oblikah bakterij. Na primer, pri žveplovi bakteriji Beggiatoa mirabilis je stena jasno vidna in ima dvokrožno strukturo. Celično steno bakterij si lahko med plazmolizo ogledate v zatemnjenem vidnem polju mikroskopa. Mikoplazma in L-forma bakterije nimata celične stene, za vse druge prokarionte je to obvezna struktura. Celična stena predstavlja v povprečju 20 % suhe teže bakterij, njena debelina lahko doseže do 50 nm ali več. Celična membrana opravlja vitalne funkcije: ščiti bakterijo pred škodljivimi okoljskimi dejavniki, osmotskim šokom, sodeluje pri metabolizmu in v procesu celične delitve, vsebuje površinske antigene in specifične receptorje za fage ter prenaša presnovke. Bakterijski ovoj je polprepusten, kar zagotavlja selektivno prodiranje hranilnih snovi v celico iz zunanjega okolja. Nosilni polimer celične stene, imenovan peptidoglikan (sinonimi: mukopeptid, murein - iz latinskega murus - stena) tvori mrežno strukturo, ki jo kovalentno vežejo teihojske kisline (iz grškega teichos - stena). Pri preučevanju ultratankih odsekov celične stene je bilo ugotovljeno, da je enakomerno meji na spodnje strukture, prežete s porami, zaradi katerih različne snovi vstopajo v celico in obratno. Dobljeni fotogrami so pokazali, da celična stena nima enake elektronsko-optične gostote, tj. da ima plast. Stena uokvirja bakterijo, njena debelina in gostota sta enaki po celotnem obodu mikrobne celice. Celična stena predstavlja od 5 do 50 % celične suhe snovi.

Pri preučevanju anatomije mikroorganizmov s svetlobnim mikroskopom se je pojavila potreba po njihovem barvanju. To potrebo je spoznal H. Gram, ki je leta 1884 predlagal metodo obarvanja, poimenovano po njem in široko uporabljeno za razlikovanje bakterij v našem času. V zvezi z obarvanjem po Gramu so vsi mikroorganizmi razdeljeni v dve skupini: gram-pozitivne (gram-pozitivne) in gram-negativne (gram-negativne). Bistvo metode je v tem, da gram-pozitivne bakterije trdno vežejo kompleks encijan vijolice in joda, ki se z etanolom ne obarva in ne sprejme dodatnega barvila fuksina, ostane modro-vijolen. Pri gramnegativnih bakterijah se omenjeni kompleks izpere iz bakterijskega telesa z etanolom in ob obdelavi z magento postanejo rdeče (fuksinska barva).

To obarvanje prokariontov po Gramu je razloženo s specifično kemično sestavo in strukturo njihove celične stene. Celična stena gram-pozitivnih bakterij je masivna, debela (20-100 nm), tesno ob citoplazemski membrani, večino njene kemične sestave predstavlja peptidoglikan (40-90%), ki je povezan s teihojskimi kislinami. Stena gram-pozitivnih mikroorganizmov vsebuje majhne količine polisaharidov, lipidov in beljakovin. Strukturni mikrofibrili peptidoglikana so zamreženi tesno, kompaktno, pore v njem so ozke in zato vijolični kompleks ni izpran, bakterije so pobarvane modro-vijolično.

Za strukturo in sestavo gramnegativnih mikroorganizmov so značilne nekatere značilnosti. Celična stena gram-negativnih bakterij je tanjša od celične stene gram-pozitivnih bakterij in meri 14-17 nm. Sestavljen je iz dveh plasti: zunanje in notranje. Notranji sloj predstavlja peptidoglikan, ki obdaja celico v obliki tanke (2 nm) neprekinjene mreže. Peptidoglikan v gram-negativnih bakterijah je 1-10 %, njegove mikrofibrile so manj zamrežene kot pri gram-pozitivnih bakterijah, pore so širše, zato se kompleks encijan vijolice in joda z etanolom izpere iz stene, mikroorganizmi so pobarvani rdeče (barva dodatnega barvila - fuksina). Zunanja plast vsebuje fosfolipide, monopolisaharide, lipoproteine ​​in beljakovine. Lipopolisaharid (LPS) iz celičnih sten gramnegativnih bakterij, strupen za živali, se imenuje endotoksin. Teihojske kisline niso našli v gramnegativnih bakterijah. Vrzel med celično steno in citoplazmatsko membrano imenujemo periplazemski prostor, ki vsebuje encime.

Pod vplivom lizocima, penicilina in drugih spojin se poruši sinteza celične stene in nastanejo celice spremenjene oblike: protoplasti - bakterije popolnoma brez celične stene in sferoplasti - bakterije z delno porušeno celično steno. Protoplasti in sferoplasti so sferične oblike in 3-10-krat večji od prvotnih celic. V pogojih povečanega osmotskega tlaka lahko rastejo in se celo razmnožujejo, v normalnih razmerah pa lizirajo in odmrejo. Ko je inhibitorni faktor odstranjen, se lahko protoplasti in sferoplasti obrnejo v prvotno obliko, včasih pa se spremenijo v L-oblike bakterij. L-oblike bakterij so izolirali leta 1935 na Inštitutu Lister. Nastanejo kot posledica delovanja različnih vrst L-pretvornikov (antibiotikov, aminokislin, ultravijoličnih žarkov, rentgenskih žarkov itd.) Na bakterije. To so bakterije, ki so delno ali popolnoma izgubile sposobnost sintetiziranja peptidoglikana celične stene. V primerjavi s protoplasti in sferoplasti so bolj stabilni in imajo sposobnost razmnoževanja. Povzročitelji številnih nalezljivih bolezni lahko tvorijo L-oblike.

Citoplazemska membrana (plazmolema) je polprepustna, troslojna večproteinska celična struktura, ki ločuje citoplazmo od celične stene. To je bistvena sestavina celice, ki predstavlja 8-15% njene suhe snovi. Ko je citoplazemska membrana uničena, celica odmre. Kemično je membrana beljakovinsko-lipidni kompleks, sestavljen iz beljakovin (50-70%) in lipidov (15-50%). Citoplazemska membrana opravlja pomembne funkcije v življenju celice. Je osmotska pregrada celice, sodeluje pri presnovnih procesih, rasti celic, izvaja selektivni prenos molekul organskih in anorganskih snovi itd. Med celično rastjo citoplazemska membrana tvori invaginate - izbokline, ki se imenujejo mezosomi. Mezosomi so dobro izraženi pri gram-pozitivnih bakterijah, slabše pri gram-negativnih bakterijah in zelo slabo pri rikecijah in mikoplazmah. Mezosomi, povezani z bakterijskim nukleoidom, se imenujejo nukleosomi. Sodelujejo pri kariopinezi in kariokenezi mikrobnih celic. Pomen mezosomov ni povsem pojasnjen. Predpostavlja se, da aktivno sodelujejo v procesu bakterijskega dihanja, zato jih primerjamo po analogiji z mitohondriji. Morda mezosomi opravljajo strukturno funkcijo in z delitvijo celice na ločene dele prispevajo k urejenosti presnovnih procesov.

Citoplazma celice je poltekoča masa, ki zavzema glavni volumen bakterije in vsebuje do 90% vode. Sestavljen je iz homogene frakcije, imenovane citosol, ki vključuje strukturne elemente - ribosome, intracitoplazmatske membrane, različne vrste tvorb, nukleoid. Poleg tega citoplazma vsebuje topne komponente RNA, substratne snovi, encime in presnovne produkte.

Citoplazma tvori notranje okolje celice, ki združuje vse znotrajcelične strukture in zagotavlja njihovo interakcijo med seboj.

Najpomembnejša strukturna komponenta proplazmotske celice je nukleoid, ki je analog jedra pri evkariontih. Nahaja se prosto v citoplazmi, v osrednjem delu celice, in je dvoverižna DNA, zaprta v obroč in tesno zapakirana kot žoga. Nukleoid, za razliko od jasno definiranega jedra evkariontov, nima jedrske membrane, nukleolov ali bazičnih proteinov (histonov). Kljub temu se domneva, da je nukleoid diferencirana struktura. Odvisno od funkcionalnega stanja celice je lahko nukleoid diskreten in sestavljen iz posameznih fragmentov. Njegovo diskretnost pojasnjujejo delitev celice in replikacija molekule DNA. Nukleoidna DNK je nosilec genetske informacije bakterijske celice. S svetlobno mikroskopijo lahko nukleoid odkrijemo z barvanjem bakterij s posebnimi metodami (Feulgen, Romanosky-Giemsa). Poleg nukleoida so v celicah mnogih vrst prokariontov našli ekstrakromosomske dejavnike dednosti – plazmide, ki so molekule DNK, sposobne avtonomnega podvajanja.

Celični organeli vključujejo ribosome - sferične ribonukleinske delce s premerom 15-20 nm. Prokariontska celica lahko vsebuje od 5 do 20 tisoč ribosomov. Ribosom je sestavljen iz majhne in velike podenote, ki imata Sverbergovo sedimentacijsko konstanto 30 oziroma 50 S. Ena molekula messenger RNA običajno združuje več ribosomov kot kroglice, nanizane na nit. Takšna združenja ribosomov imenujemo polisomi. Ribosomi imajo visoko sintetsko aktivnost, sintetizirajo beljakovine, potrebne za življenje mikrobne celice.

V citoplazmi bakterij so identificirali različne vrste vključkov, ki so lahko trdni, tekoči in plinasti. So rezervna hranila (polisaharidi, lipidi, žveplove usedline itd.) in produkti presnove.

Kapsula je sluzasta struktura, debela več kot 0,2 mikrona, povezana s celično steno in jasno omejena od okolja. Odkrivamo ga s svetlobno mikroskopijo v primeru barvanja bakterij s posebnimi metodami (po Oltu, Mikhinu, Burri-Ginsu). Številne bakterije tvorijo mikrokapsulo – sluzasto tvorbo, manjšo od 0,2 mikrona, ki jo identificiramo le z elektronsko mikroskopijo ali s kemičnimi in imunokemičnimi metodami. Kapsula ni bistvena struktura celice; njena izguba ne povzroči smrti bakterije. Treba je razlikovati sluz od kapsule - mukoidnih eksopolisaharidov. Sluzne snovi se odlagajo na površini celice, pogosto presegajo njen premer in nimajo jasnih meja.

Snov prokariontskih kapsul je sestavljena predvsem iz homo- ali heteropolisaharidov. Nekatere bakterije (na primer Leuconostoc) imajo več mikrobnih celic, zaprtih v kapsuli. Bakterije, zaprte v eno kapsulo, tvorijo skupke, imenovane zoogeli.

Kapsula opravlja pomembne biološke funkcije. Vsebuje kapsularne antigene, ki določajo virulentnost, specifičnost in imunogenost bakterij. Kapsula ščiti mikrobno celico pred mehanskimi obremenitvami, izsušitvijo, okužbo s fagi, strupenimi snovmi in fagocitozo. Pri nekaterih vrstah bakterij, vključno s patogenimi, spodbuja pritrditev celic na substrat.

Flagele so organeli bakterijskega gibanja. So tanke, dolge, nitaste strukture, sestavljene iz beljakovine flagellin (iz latinskega flagellum - flagellum). Ta protein ima antigensko specifičnost. Dolžina flagele večkrat presega dolžino bakterijske celice in je 3-12 µm, debelina pa 12-20 nm. Flagele so pritrjene na citoplazmatsko membrano in celično steno s posebnimi diski. Flagele odkrivamo z elektronsko mikroskopijo ali v svetlobnem mikroskopu, vendar po obdelavi preparatov s posebnimi metodami. Flagele niso vitalne celične strukture. Število flagel se razlikuje med različnimi vrstami bakterij (od 1 do 50), kraji njihove lokalizacije pa so različni, vendar stabilni za vsako vrsto. Glede na lokacijo bičkov jih ločimo: monotrične - bakterije z enim polarno nameščenim bičkom; amphitirichs - bakterije z dvema polarno razporejenima flagelama ali snopom bičkov na vsakem koncu; lophotrichs - bakterije s snopom bičkov na enem koncu celice; peritrihi so bakterije s številnimi bički, ki se nahajajo po celotnem obodu celice. Bakterije brez flagel se imenujejo atrichia. Flagele so značilne za lebdeče paličaste in zavite oblike in jih izjemoma najdemo pri kokih. Monotrichs in lophotrichs se premikajo s hitrostjo 50 mikronov na sekundo. Bakterije se običajno premikajo naključno. Pod vplivom okoljskih dejavnikov so bakterije sposobne usmerjenih oblik gibanja - taksijev. Taksiji so lahko pozitivni in negativni. Obstajajo kemotaksija - ki jo povzroča razlika v koncentraciji kemikalij v okolju, aerotaksija - kisik, fototaksija - jakost svetlobe, magnetotaksija - za katero je značilna sposobnost mikroorganizmov za navigacijo v magnetnem polju.

Pili (resice) so nitaste tvorbe, krajše od bičkov. Njihova dolžina doseže od 0,3 do 10 mikronov, debelina 3-10 nm. Pili izvirajo iz citoplazemske membrane in jih najdemo v gibljivih in negibljivih oblikah mikroorganizmov. Prepoznati jih je mogoče le z elektronsko mikroskopijo. Na površini bakterijske celice je lahko od 1-2 do več deset, sto in celo tisoč pilijev. Pili so sestavljeni iz beljakovine pilin in imajo antigensko delovanje.

Obstajajo splošne in spolne vrste pilijev. Prve so odgovorne za adhezijo, to je pritrditev bakterij na prizadeto celico, prehrano, vodno-solno presnovo, združevanje bakterij v aglomerate, druge pa za prenos dednega materiala (DNK) od darovalca do prejemnika. Ista vrsta bakterij ima lahko obe vrsti pilijev.

Spore (endospore) so posebna oblika mirujočih celic, za katero je značilno močno zmanjšanje stopnje metabolizma in visoka odpornost. Spore nastanejo v neugodnih pogojih za obstoj bakterij. V eni celici nastane ena trosa. Sporulacijo opazimo med pomanjkanjem hranil, spremembami pH, pomanjkanjem C, N, P, izsušitvijo, kopičenjem presnovnih produktov v okolju, ki obkroža celico itd. Za spore je značilna represija genoma, anabolizem, nizka vsebnost vode v citoplazmi, povečana koncentracija kalcijevih kationov, videz dipikolinske kisline.

Spore v vidnem polju svetlobnega mikroskopa imajo videz ovalnih, močno lomljenih svetlobnih tvorb velikosti 0,8-1,5 mikronov. Bakterije, pri katerih velikost tros ne presega premera celice, imenujemo bacili, tiste, pri katerih presega, pa klostridije. Spora v celici se lahko nahaja centralno, bližje koncu - subterminal, na koncu bakterije - terminal. Struktura spore je zapletena, vendar enaka pri različnih vrstah bakterij. Osrednji del spore se imenuje sporoplazma, vsebuje nukleinske kisline, beljakovine in dipikolinsko kislino. Sporoplazma vsebuje nukleoid, ribosome in nejasno definirane membranske strukture. Sporoplazmo uokvirja citoplazemska membrana, ki ji sledi rudimentarna plast peptidoglikana, nato masivna plast skorje ali drugače skorja. Na površini skorje je zunanja membrana. Zunanjost spore je prekrita z večplastno lupino, ki skupaj s specifičnimi elementi trosov in kalcijevim dipikolinatom določa njeno stabilnost. Glavni namen spor je ohranjanje bakterij v neugodnih okoljskih razmerah. Spore so odporne na visoke temperature in kemikalije ter lahko dolgo časa obstajajo v stanju mirovanja več deset ali celo sto let.

Video: Celično jedro listov sobne rastline pod mikroskopom

Bakterije so mikroskopski enocelični organizmi. Struktura bakterijske celice ima značilnosti, ki so razlog za ločitev bakterij v ločeno kraljestvo živega sveta.

Celične membrane

Večina bakterij ima tri lupine:

• celična membrana;
• celične stene;
• sluzna kapsula.

Celična membrana je v neposrednem stiku z vsebino celice – citoplazmo. Je tanek in mehak.

Celična stena je gosta, debelejša membrana. Njegova funkcija je zaščita in podpora celici. Celična stena in membrana imata pore, skozi katere vstopajo snovi, ki jih potrebuje.

Mnoge bakterije imajo sluznico, ki opravlja zaščitno funkcijo in zagotavlja oprijem na različne površine.

TOP 4 člankiki berejo skupaj s tem

Prav zaradi sluznice se streptokoki (vrsta bakterij) prilepijo na zobe in povzročijo karies.

citoplazma

Citoplazma je notranja vsebina celice. 75% sestoji iz vode. V citoplazmi so vključki - kapljice maščobe in glikogena. So rezervna hranila celice.

riž. 1. Diagram zgradbe bakterijske celice.

Nukleoid

Nukleoid pomeni "kot jedro". Bakterije nimajo pravega, ali kot pravijo tudi oblikovanega jedra. To pomeni, da nimajo jedrne ovojnice in jedrnega prostora, kot celice gliv, rastlin in živali. DNK se nahaja neposredno v citoplazmi.

Funkcije DNK:

• hrani dedne informacije;
• izvaja te informacije tako, da nadzoruje sintezo proteinskih molekul, značilnih za dano vrsto bakterij.

Odsotnost pravega jedra je najpomembnejša lastnost bakterijske celice.

Organoidi

Za razliko od rastlinskih in živalskih celic bakterije nimajo organelov, zgrajenih iz membran.

Toda bakterijska celična membrana na nekaterih mestih prodre v citoplazmo in tvori gube, imenovane mezosomi. Mezosom sodeluje pri celični reprodukciji in izmenjavi energije ter tako rekoč nadomešča membranske organele.

Edini organeli, ki so prisotni v bakterijah, so ribosomi. To so majhna telesca, ki se nahajajo v citoplazmi in sintetizirajo beljakovine.

Mnoge bakterije imajo biček, s katerim se premikajo v tekočem okolju.

Oblike bakterijskih celic

Oblika bakterijskih celic je različna. Kroglaste bakterije imenujemo koki. V obliki vejice - vibrioni. Paličaste bakterije so bacili. Spirilla ima videz valovite črte.

riž. 2. Oblike bakterijskih celic.

Bakterije lahko vidimo le pod mikroskopom. Povprečna velikost celice je 1-10 mikronov. Najdemo bakterije dolžine do 100 mikronov. (1 µm = 0,001 mm).

Sporulacija

Ko nastopijo neugodne razmere, bakterijska celica preide v stanje mirovanja, imenovano spora. Vzroki sporulacije so lahko:

• nizke in visoke temperature;
• suša;
• pomanjkanje prehrane;
• življenjsko nevarne snovi.

Prehod se zgodi hitro, v 18-20 urah, celica pa lahko ostane v stanju spore več sto let. Ko se normalne razmere vzpostavijo, bakterija v 4-5 urah vzklije iz spore in se vrne v normalen način življenja.

riž. 3. Shema nastajanja spor.

Razmnoževanje

Bakterije se razmnožujejo z delitvijo. Čas od rojstva celice do njene delitve je 20-30 minut. Zato so bakterije na Zemlji zelo razširjene.

Kaj smo se naučili?

Izvedeli smo, da so bakterijske celice v splošnem podobne rastlinskim in živalskim celicam, imajo membrano, citoplazmo in DNK. Glavna razlika med bakterijskimi celicami je odsotnost oblikovanega jedra. Zato bakterije imenujemo predjedrni organizmi (prokarionti).

Test na temo

Ocena poročila

Povprečna ocena: 4.1. Skupaj prejetih ocen: 295.