Бактеріальна клітина малювання з підписами. Бактерії
Бактерії (дроб'янки)
Форма та будова бактеріальних клітин
Бактерії – це найдавніша група живих організмів, що мають розміри, які найчастіше не перевищують 0,5 мкм. Їхню будову можна розглянути лише під електронним мікроскопом (рис. 2.1). Бактерії не мають мітохондрій, лізосом, комплексу Гольджі, ендоплазматичної мережі. У них відсутні пластиди, немає оформленого ядра, а ядерна речовина (ДНК) представлена однією кільцеподібною хромосомою (нуклеоїдом), розташованою прямо в цитоплазмі, але в одній точці прикріпленої до цитоплазматичної мембрани. У цитоплазмі є багато рибосом, у яких інтенсивно протікає синтез білків. Більшість бактерій безбарвні, проте деякі мають зелений чи пурпуровий колір. Бактерії - найпоширеніші організми у природі, їх відносять до прокаріотів, тобто. доядерним організмам.
Рис. 2.1. Бактерія
Форма бактерій різноманітна. Одні з них схожі на одиночні кульки - коки, які можуть з'єднуватися в пари - диплококи, по чотири - тетракоки, утворювати ланцюжки - стрептококи. Скупчення коків мають вигляд пакетів - сарцини або виноградного грона - стафілококи. Деякі бактерії витягнуті як паличок – бацили, інші вигнуті як коми – вібріони чи кілька разів у всій довжині – спірили (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Форми клітин бактерій:
1 – коки; 2, 3 – диплококи; 4 – стрептококи; 5 – тетракоки; 6 – стафілококи; 7 – сарцини; 8, 9 – бацили; 10 - ланцюжки бацил; 11 - вібріони; 12 – спірили; 13 - джгутикові, 14 - війчасті
Багато бактерій мають органоїди руху- Один або кілька джгутиків. Бактерії, що не мають джгутиків, але покриті зовні слизом, теж здатні до ковзного руху. Деякі водні та ґрунтові бактерії, зокрема ціанобактерії, можуть підніматися та опускатися, регулюючи кількість газу в газових вакуолях, наявних у цитоплазмі.
Бактеріальна клітина покрита оболонкою, що складається з цитоплазматичної мембраниі клітинної стінки(Рис. 2.3). Мембрана складається з білків та ліпідів. Вона напівпроникна і забезпечує вибіркове надходження речовин у клітину та виділення продуктів розпаду у навколишнє середовище. На поверхні вп'ячування цитоплазматичної мембрани всередину бактерії, званих мезосомами, знаходяться окислювальні ферменти, що беруть участь у процесі дихання. Такі вп'ячування мембрани відіграють роль мітохондрій та деяких інших органоїдів, які відсутні у бактеріальній клітині. У бактерій, здатних до фотосинтезу (ціанобактерії, зелені бактерії та ін.), на мезосомах локалізовані фотосинтезуючі пігменти.
Рис. 2.3. Схема будови бактеріальної клітини:
1 – рибосоми; 2 – клітинна мембрана; 3 – слизова капсула; 4 – нуклеоїд; 5 – клітинна стінка; 6 – джгутик; 7 – мезосома
Клітинна стінка також проникна для поживних речовин та продуктів розпаду. Вона має міцну решітку з муреїнів (пептидогліканів), надає бактерії певної форми і захищає її від впливів зовнішнього середовища. У деяких бактерій цитоплазматична мембрана та клітинна стінка беруть участь в утворенні ще одного зовнішнього шару оболонки – капсули. Капсула - це напіврідка слизова оболонка маса, що покриває зовні клітинну стінку. Вона виконує захисну функцію.
Будова та хімічний склад бактеріальної
клітини
Загальна схема будови бактеріальної клітини показано малюнку 2. Внутрішня організація бактеріальної клітини складна. Кожна систематична група мікроорганізмів має специфічні особливості будови.
Клітинна стінка.Клітина бактерій одягнена щільною оболонкою. Цей поверхневий шар, що знаходиться зовні від цитоплазматичної мембрани, називають клітинною стінкою (рис. 2, 14). Стінка виконує захисну та опорну функції, а також надає клітині постійну, характерну для неї форму (наприклад, форму палички або кока) і є зовнішнім кістяком клітини. Ця щільна оболонка ріднить бактерії з рослинними клітинами, що відрізняє їхню відмінність від тварин клітин, мають м'які оболонки.
Усередині бактеріальної клітини осмотичний тиск у кілька разів, а іноді й у десятки разів вищий, ніж у зовнішньому середовищі. Тому клітина швидко розірвалася б, якби вона не була захищена такою щільною, жорсткою структурою, як клітинна стінка.
Товщина стінки клітинної 0,01-0,04 мкм. Вона становить від 10 до 50 % сухої маси бактерій. Кількість матеріалу, з якого побудована клітинна стінка, змінюється протягом зростання бактерій і збільшується з віком.
Основним структурним компонентом стінок, основою їхньої жорсткої структури майже у всіх досліджених до цього часу бактерій є муреїн (глікопептид,
мукопептід). Це органічне з'єднання складної будови, До складу якого входять цукру, що несуть азот, - аміносахара і 4-5 амінокислот. Причому амінокислоти клітинних стінок мають незвичайну форму (D-стереоізомери), яка рідко зустрічається в природі.
Складові частини клітинної стінки, її компоненти утворюють складну міцну структуру (рис. 3, 4 і 5).
За допомогою способу фарбування, вперше запропонованого в 1884 р. Крістіаном Грамом, бактерії можуть бути поділені на дві групи: грампозитивніі
грамнегативні. Грампозитивні організми здатні пов'язувати деякі анілінові барвники, такі як кристалічний фіолетовий, і після обробки йодом, а потім спиртом (або ацетоном) зберігати комплекс йод-барвник. Ті ж бактерії, які мають під впливом етилового спиртуцей комплекс руйнується (клітини знебарвлюються), відносяться до грамнегативних.
Хімічний складклітинних стінок грампозитивних та грамнегативних бактерій різний.
У грампозитивних бактерій до складу клітинних стінок входять, крім мукопептидів, полісахариди (складні, високомолекулярні цукри), тейхоєві кислоти
(складні за складом і структурою сполуки, що складаються з цукрів, спиртів, амінокислот і фосфорної кислоти). Полісахариди та тейхоєві кислоти пов'язані з каркасом стінок – муреїном. Яку структуру утворюють ці складові клітинної стінки грампозитивних бактерій, ми поки що не знаємо. За допомогою електронних фотографій тонких зрізів (шаруватості) у стінках грампозитивних бактерій не виявлено.
Ймовірно, всі ці речовини дуже щільно пов'язані між собою.
Стінки грамнегативних бактерій складніші за хімічним складом, у них міститься значна кількість ліпідів (жирів), пов'язаних з білками та цукрами у складні комплекси – ліпопротеїди та ліпополісахариди. Муреїна в клітинних стінках грамнегативних бактерій загалом менше, ніж у грампозитивних бактерій.
Структура стінки грамнегативних бактерій також складніша. За допомогою електронного мікроскопа встановлено, що стінки цих бактерій багатошарові (рис.
6).
Внутрішній шар складається із муреїну. Над ним знаходиться ширший шар із нещільно упакованих молекул білка. Цей шар у свою чергу покритий шаром ліпополісахариду. Найвищий шар складається з ліпопротеїдів.
Клітинна стінка проникна: через неї поживні речовини вільно проходять у клітину, а продукти обміну виходять у довкілля. Великі молекули з великою молекулярною вагою не проходять через оболонку.
Капсула.Клітинна стінка багатьох бактерій зверху оточена шаром слизового матеріалу – капсулою (рис. 7). Товщина капсули може у багато разів перевершувати діаметр самої клітини, а іноді вона настільки тонка, що її можна побачити лише через електронний мікроскоп - мікрокапсула.
Капсула не є обов'язковою частиною клітини, вона утворюється в залежності від умов, у які потрапляють бактерії. Вона служить захисним покривом клітини та бере участь у водному обміні, оберігаючи клітину від висихання.
За хімічним складом капсули найчастіше є полісахариди.
Іноді вони складаються з глікопротеїдів (складні комплекси цукрів та білків) та поліпептидів (рід Bacillus), у поодиноких випадках – з клітковини (рід Acetobacter).
Слизові речовини, що виділяються в субстрат деякими бактеріями, зумовлюють, наприклад, слизово-тягучу консистенцію зіпсованого молока та пива.
цитоплазма.Весь вміст клітини, крім ядра і клітинної стінки, називається цитоплазмою. У рідкій, безструктурній фазі цитоплазми (матрикс) знаходяться рибосоми, мембранні системи, мітохондрії, пластиди та інші структури, а також запасні поживні речовини. Цитоплазма має надзвичайно складну, тонку структуру (шарувату, гранулярну). За допомогою електронного мікроскопа розкрито багато цікавих деталей будови клітини.
Зовнішній ліпопротвідний шар протопласту бактерій, що має особливі фізичні та хімічними властивостяминазивається цитоплазматичної мембраною (рис.
2, 15).
Усередині цитоплазми знаходяться всі життєво важливі структури та органели.
Цитоплазматична мембрана виконує дуже важливу роль - регулює надходження речовин у клітину та виділення назовні продуктів обміну.
Через мембрану поживні речовини можуть надходити в клітину внаслідок активного біохімічного процесу за участю ферментів. Крім того, у мембрані відбувається синтез деяких складових частинклітини, в основному компонентів клітинної стінки та капсули.
Зрештою, у цитоплазматичній мембрані знаходяться найважливіші ферменти (біологічні каталізатори). Упорядковане розташування ферментів на мембранах дозволяє регулювати їхню активність і запобігати руйнуванню одних ферментів іншими. З мембраною пов'язані рибосоми – структурні частинки, на яких синтезується білок.
Мембрана складається з ліпопротеїдів. Вона досить міцна і може забезпечити тимчасове існування клітин без оболонки. Цитоплазматична мембрана становить до 20 % сухої маси клітини.
На електронних фотографіях тонких зрізів бактерій цитоплазматична мембрана представляється у вигляді безперервного тяжу завтовшки близько 75A, що складається зі світлого шару
(ліпіди), укладеного між двома темнішими (білки). Кожен шар має ширину
20-30А. Така мембрана називається елементарною (табл. 30, рис. 8).
Між плазматичною мембраною та клітинною стінкою є зв'язок у вигляді десмозів
- Містків. Цитоплазматична мембрана часто дає інвагінації – вп'ячування всередину клітини. Ці вп'ячування утворюють у цитоплазмі особливі мембранні структури, названі
мезосоми.Деякі види мезосом є тільця, відокремлені від цитоплазми власною мембраною. Усередині таких мембранних мішечків упаковані численні бульбашки та канальці (рис. 2). Ці структури виконують у бактерій різні функції. Одні з цих структур – аналоги мітохондрій. Інші виконують функції зндоплазматичної мережі чи апарату Гольджі. Шляхом інвагінації цитоплазматичної мембрани утворюється фотосинтезуючий апарат бактерій.
Після вп'ячування цитоплазми мембрана продовжує рости і утворює стоси (табл. 30), які за аналогією з гранулами хлоропластів рослин називають стоками тилакоїдів. У цих мембранах, що часто заповнюють собою велику частинуцитоплазми бактеріальної клітини, локалізуються пігменти (бактеріохлорофіл, каротиноїди) та ферменти
(цитохроми), які здійснюють процес фотосинтезу.
,
У цитоплазмі бактерій містяться рибосоми-білок-синтезуючі частинки діаметром 200А. У клітці їх налічується понад тисячу. Складаються рибосоми з РНК та білка. У бактерій багато рибосом розташовані в цитоплазмі вільно, деякі з них можуть бути пов'язані з мембранами.
Рибосомиє центрами синтезу білка у клітині. При цьому вони часто з'єднуються між собою, утворюючи агрегати, які називаються полірибосомами або полісомами.
У цитоплазмі клітин бактерій часто містяться гранули різної форми та розмірів.
Однак їхню присутність не можна розглядати як якусь постійна ознакамікроорганізму, зазвичай воно в значною міроюпов'язане з фізичними та хімічними умовами середовища. Багато цитоплазматичних включень складаються з сполук, які є джерелом енергії і вуглецю. Ці запасні речовини утворюються, коли організм забезпечується достатньою кількістю поживних речовин, і, навпаки, використовуються, коли організм потрапляє до умов, менш сприятливих щодо харчування.
У багатьох бактерій гранули складаються з крохмалю або інших полісахаридів – глікогену та гранульозу. У деяких бактерій при вирощуванні на багатому на цукрів середовищі всередині клітини зустрічаються крапельки жиру. Іншим поширеним типом гранулярних включень є волютин (метахроматиновые гранули). Ці гранули складаються з поліметафосфату (запасна речовина, що включає залишки фосфорної кислоти).
Поліметафосфат служить джерелом фосфатних груп та енергії для організму. Бактерії частіше накопичують волютин у незвичайних умовах харчування, наприклад на середовищі, що не містить сірки. У цитоплазмі деяких сірчаних бактерій знаходяться крапельки сірки.
Крім різних структурних компонентів, цитоплазма складається з рідкої частини – розчинної фракції. У ній містяться білки, різні ферменти, т-РНК, деякі пігменти та низькомолекулярні сполуки – цукру, амінокислоти.
В результаті наявності в цитоплазмі низькомолекулярних сполук виникає різниця в осмотичному тиску клітинного вмісту та зовнішнього середовища, причому у різних мікроорганізмів цей тиск може бути різним. Найбільший осмотичний тиск відмічено у грампозитивних бактерій – 30 атм, у грамнегативних бактерій він набагато нижчий – 4-8 атм.
Ядерний апарат.У центральній частині клітини локалізована ядерна речовина - дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК).
,
У бактерій немає такого ядра, як у вищих організмів (еукаріотів), а є його аналог -
«ядерний еквівалент» - нуклеоїд(див. рис. 2, 8), який є еволюційно більш примітивною формою організації ядерної речовини. Мікроорганізми, що не мають справжнього ядра, а мають його аналог, відносяться до прокаріотів. Усі бактерії – прокаріоти. У клітинах більшості бактерій основна кількість ДНК сконцентрована в одному або кількох місцях. У клітинах еукаріотів ДНК знаходиться у певній структурі – ядрі. Ядро оточене оболонкою- мембраною.
У бактерій ДНК упакована менш щільно, на відміну справжніх ядер; нуклеоїд не має мембрани, ядерця і набору хромосом. Бактеріальна ДНК не пов'язана з основними білками - гістонами - і в нуклеоїді розташована у вигляді пучка фібрил.
Джгутики.На поверхні деяких бактерій є придаткові структури; Найбільш поширеними є джгутики - органи руху бактерій.
Джгутик закріплюється під цитоплазматичною мембраною за допомогою двох пар дисків.
У бактерій може бути один, два або багато джгутиків. Розташування їх по-різному: на одному кінці клітини, на двох, по всій поверхні тощо (рис. 9). Джгутики бактерій мають діаметр
0,01-0,03 мкм, довжина їх може у багато разів перевищувати довжину клітини. Бактеріальні джгутики Складаються з білка - флагеліну - і є скручені гвинтоподібні нитки.
На поверхні деяких бактеріальних клітин є тонкі ворсинки.
фімбрії.
Життя рослин: у 6-ти томах. - М: Просвітництво. За редакцією А. Л. Тахтаджяна, головний
редактор чл.-кор. АН СРСР, проф. А.А. Федоров. 1974
- Будова та хімічний склад бактеріальної клітини
Каталог: documents
documents -> Фонограми як докази у цивільних справах
documents -> Зразкова програмапрофесійного модуля
documents -> Помірні когнітивні порушення у хворих із судинним ураженням головного мозку 14. 01. 11 нервові хвороби
documents -> Навчальний посібник для самостійної підготовки студентів спеціальної медичної групиз освоєння теоретичного розділу дисципліни «Фізична культура»
documents -> Програма «Щасливе материнство з бажаною дитиною»
documents -> Нова інформація з розділу безпеки використання лікарського засобу
documents -> Федеральні клінічні рекомендації з діагностики та лікування синдрому залежності
ЦИТОПЛАЗМА (ЦП)
Беруть участь у спороутворенні.
МЕЗОСОМИ
При надмірному зростанні, порівняно зі зростанням КС, ЦПМ утворює інвагінати (вп'ячування) - мезосоми.Мезосоми – центр енергетичного метаболізму прокаріотичної клітини. Мезосоми є аналогами мітохондрій еукаріотів, але влаштовані простіше.
Добре розвинені та складно організовані мезосоми характерні для грам+бактерій.
Клітинна стінка бактерій
У грам-бактерій мезосоми зустрічаються рідше і просто організовані (у формі петлі). Поліморфізм мезосом відзначається навіть в одного й того ж виду бактерій. У рикетсій мезосоми відсутні.
Мезосоми розрізняються за розміром, формою та локалізації в клітині.
За формою розрізняють мезосоми:
- - Ламелярні (пластинчасті),
- - везикулярні (мають форму бульбашок),
- Тубулярні (трубчасті),
- Змішані.
За розташуванням у клітині розрізняють мезосоми:
– утворюються в зоні клітинного поділу та формування поперечної перегородки,
- До яких прикріплений нуклеоїд;
- Сформовані в результаті інвагінації периферичних ділянок ЦПМ.
Функції мезосом:
1. Підсилюють енергетичний метаболізм клітин,оскільки збільшують загальну «робочу» поверхню мембран.
2. Беруть участь у секреторних процесах(У деяких грам + бактерій).
3. Беруть участь у клітинному розподілі.При розмноженні нуклеоїд рухається до мезосом, отримує енергію, подвоюється і ділиться амітозом.
Виявлення мезосом:
1. Електронна мікроскопія.
Будова.Цитоплазма (протоплазма) - вміст клітини, оточений ЦПМ і займає основний обсяг бактеріальної клітини. ЦП є внутрішнім середовищемклітини і є складною колоїдною системою, що складається з води (близько 75%) і різних органічних сполук(білків, РНК та ДНК, ліпідів, вуглеводів, мінеральних речовин).
Розташований під ЦПМ шар протоплазми щільніший, ніж решта маси в центрі клітини. Фракція цитоплазми, що має гомогенну консистенцію та містить набір розчинних РНК, ферментних білків, продуктів та субстратів метаболічних реакцій, отримала назву цитозолю. Інша частина цитоплазми представлена різноманітними структурними елементами: нуклеоїдом, плазмідами, рибосомами та включеннями.
Функції цитоплазми:
1. Містить клітинні органели.
Виявлення цитоплазми:
1. Електронна мікроскопія.
Будова. Нуклеоїд - еквівалент ядра еукаріотів, хоча відрізняється від нього за своєю структурою та хімічним складом. Нуклеоїд не відокремлений від ЦП ядерною мембраною, не має ядерців та гістонів, містить одну хромосому, має гаплоїдний (одиноковий) набір генів, не здатний до мітотичного поділу.
Нуклеоїд розташований у центрі бактеріальної клітини, містить двониткову молекулу ДНК, невелику кількість РНК та білків. У більшості бактерій двониткова молекула ДНК діаметром близько 2 нм, довжиною близько 1 м з молекулярною масою 1-3х109 Так замкнута в кільце і щільно укладена на кшталт клубка. Мікоплазми мають молекулярну масу ДНК найменшу для клітинних організмів (0,4–0,8×109 Так).
ДНК прокаріотів побудована так само, як і у еукаріотів (рис. 25).
Рис. 25.Будова ДНК прокаріотів:
А- фрагмент нитки ДНК, утвореної залишками дезоксирибози і фосфорної кислоти, що чергуються. До першого вуглецевого атома дезоксирибози приєднано азотисту основу: 1 - цитозин; 2 - Гуанін.
Б- подвійна спіраль ДНК: Д- дезоксирибозу; Ф – фосфат; А – аденін; Т – тімін; Г – гуанін; Ц – цитозин
Молекула ДНК несе безліч негативних зарядів, оскільки кожен фосфатний залишок містить іонізовану гідроксильну групу. У еукаріотів негативні заряди нейтралізуються утворенням комплексу ДНК з основними білками - гістонами. У клітинах прокаріотів гістонів немає, тому нейтралізація зарядів здійснюється взаємодією ДНК з поліамінами та іонами Mg2+.
За аналогією з хромосомами еукаріотів бактеріальна ДНК часто позначається як хромосома. Вона представлена в клітці в однині, оскільки бактерії є гаплоїдними. Однак перед поділом клітини число нуклеоїдів подвоюється, а під час поділу збільшується до 4 і більше. Тому терміни «нуклеоїд» та «хромосома» не завжди збігаються. При дії на клітини певних факторів (температури, pH середовища, іонізуючого випромінювання, солей важких металів, деяких антибіотиків та ін) відбувається утворення безлічі копій хромосоми. При усуненні впливу цих факторів, а також після переходу в стаціонарну фазу у клітинах виявляється по одній копії хромосоми.
Тривалий час вважали, що у розподілі ниток ДНК бактеріальної хромосоми не простежується жодної закономірності. Спеціальні дослідження показали, що хромосоми прокаріотів - високоупорядкована структура. Частина ДНК у цій структурі представлена системою з 20–100 незалежно суперспіралізованих петель. Суперспіралізовані петлі відповідають неактивним на даний час ділянкам ДНК і знаходяться в центрі нуклеоїду. По периферії нуклеоїду розташовуються деспіралізовані ділянки, у яких відбувається синтез інформаційної РНК (іРНК). Оскільки у бактерій процеси транскрипції та трансляції йдуть одночасно, одна й та сама молекула іРНК може бути одночасно пов'язана з ДНК та рибосомами.
Крім нуклеоїду в цитоплазмі бактеріальні клітини можуть перебувати плазміди - фактори позахромосомної спадковості у вигляді додаткових автономних кільцевих молекул двониткової ДНК з меншою молекулярною масою. У плазмідах також закодована спадкова інформаціяпроте вона не є життєво необхідною для бактеріальної клітини.
Функції нуклеїоду:
1. Зберігання та передача спадкової інформації, у тому числі про синтез факторів патогенності.
Виявлення нуклеоїду:
1. Електронна мікроскопія: на електронограмах ультратонких зрізів нуклеоїд має вигляд світлих зон меншої оптичної щільності з фібрилярними, ниткоподібними структурами ДНК (рис. 26). Незважаючи на відсутність ядерної мембрани, нуклеоїд досить чітко відмежований від цитоплазми.
2. Фазово-контрастна мікроскопія нативних препаратів.
3. Світлова мікроскопія після забарвлення специфічними для ДНК методами Фельгену, Пашкову або по Романівському-Гімза:
– препарат фіксують метиловим спиртом;
- на фіксований препарат наливають барвник Романовського-Гімза (суміш рівних частин трьох фарб - азура, еозину та метиленового синього, розчинених у метанолі) на 24 години;
- фарбу зливають, промивають препарат дистильованою водою, висушують і мікроскопують: нуклеоїд забарвлюється в Фіолетовий колірі розташовується дифузно у цитоплазмі, забарвленій у блідо-рожевий колір.
Читайте також:
Особливості хімічного складу клітин бактерій
Структура бактеріальної клітки. Основні відмінності прокаріотів та еукаріотів. Функції окремих структурних елементів бактеріальної клітки. Особливості хімічного складу клітинних стінок грампозитивних та грамнегативних бактерій.
Бактеріальна клітина складається з клітинної стінки, цитоплазматичної мембрани, цитоплазми з включеннями та ядра, званого нуклеоїдом. Є додаткові структури: капсула, мікрокапсула, слиз, джгутики, пилки. Деякі бактерії у несприятливих умовах здатні утворювати суперечки.
Відмінності щодо будови клітини
1) У прокаріотів немає ядра, а у еукаріотів є.
2) У прокаріотів з органоїдів є тільки рибосоми (дрібні, 70S), а у еукаріотів, крім рибосом (великих, 80S), є безліч інших органоїдів: мітохондрії, ЕПС, клітинний центр, і т.д.
3) Клітина прокаріотів набагато менша за клітину еукаріотів: по діаметру в 10 разів, за обсягом – у 1000 разів.
1) У прокаріотів ДНК кільцева, а у еукаріотів лінійна
2) У прокаріотів ДНК гола, майже не з'єднана з білками, а у еукаріотів ДНК з'єднана з білками у співвідношенні 50/50, утворюється хромосома
3) У прокаріотів ДНК лежить у спеціальній ділянці цитоплазми, яка називається нуклеоїд, а у еукаріотів ДНК лежить в ядрі.
Постійні компоненти бактеріальної клітини.
Нуклеоїд – еквівалент ядра прокаріотів
Клітинна стінка – відрізняється у Гр+ та Гр – бактерій. Визначає та зберігає постійну форму, забезпечує зв'язок із зовнішнім середовищем, визначає антигенну специфічність бактерій, має важливі імуноспецифічні властивості; Порушення синтезу клітинної стінки веде до утворення L-форм бактерій.
Гр+: таке забарвлення пов'язане із вмістом у КС тейховими та дипотейхоєвими кислотами, які пронизують його наскрізь та закріплюють у цитоплазмі. Пептидоглікан товстий, складається з плазматичної мембрани, пов'язаної бета-глікозидними зв'язками.
Гр - тонкий шар пептидогліканів, нарудна мембрана представлена ліпополісахаридними глікокопротеїнами, гліколіпідами.
ЦПМ – складається з ліпопротеїнів. Сприймає всю хімічну інформацію, що надходить у клітину. Є головним бар'єром. Бере участь у процесі реплікації нуклеоїду та плазмід; містить велику кількість ферментів; Бере участь у синтезі компонентів клітинної стінки.
Мезосоми – аналоги мітохондрій у бактеріальній клітині
Рибосоми 70S - численні дрібні гранули, що знаходяться в цитоплазмі.
НЕПОСТОЯННІ:
Джгутики: складаються з білка флагеліну, беруть початок від ЦПМ, основна функція – рухова.
Пили: за рахунок них йде прикріплення до клітини-господаря
Плазміди. Капсула, Спори, Увімкнення.
Основна стаття: Надмембранний комплекс
Надмембранний апаратбактерій представлені клітинною стінкою, специфіка організації якої служить основою для підрозділу їх на дві нетаксономічні групи (грампозитивні та грамнегативні форми) і корелює з дуже великою кількістю морфофункціональних, метаболічних і генетичних ознак. Клітинна стінка прокаріотів є по суті поліфункціональним органоїдом, виведеним за межі протопласту і несе значну частку метаболічного навантаження клітини.
Клітинна стінка грампозитивних бактерій
Будова клітинної стінки
У грампозитивних бактерій (рис. 12, А) клітинна стінка влаштована загалом простіше. Зовнішні шари клітинної стінки утворені білком у комплексі з ліпідами. У деяких видів бактерій порівняно недавно виявлено шар поверхневих білкових глобул, форма, розмір і характер розташування яких є специфічними для виду. Усередині клітинної стінки, а також безпосередньо на її поверхні поміщаються ферменти, що розщеплюють субстрати до низькомолекулярних компонентів, які надалі транспортуються через цитоплазматичну мембрану всередину клітини. Тут же знаходяться ферменти, що синтезують позаклітинні полімери, наприклад, капсульні полісахариди.
Полісахаридна капсула
Полисахаридная капсула, зовні обволікає клітинну стінку ряду бактерій, має в основному приватнопристосувальне значення, і її присутність не обов'язково для збереження життєдіяльності клітини. Так, вона забезпечує прикріплення клітин до поверхні щільних субстратів, акумулює деякі мінеральні речовини і у патогенних форм перешкоджає їх фагоцитування.
Муреїн
Безпосередньо до цитоплазматичної мембрани прилягає жорсткий муреїновий шар.
Муреїн, або пептидоглікан, є сополімером ацетилглюкозаміну та ацетилмурамової кислоти з поперечними олігопептидними зшивками. Не виключено, що муреїновий шар являє собою одну гігантську молекулу-мішок, що забезпечує ригідність клітинної стінки та її індивідуальну форму.
Тейхоєві кислоти
У тісному контакті з муреїновим шаром знаходиться другий полімер стінки грампозитивних бактерій - тейхоєві кислоти. Їм приписується роль акумулятора катіонів та регулятора іонного обміну між клітиною та навколишнім середовищем.
Клітинна стінка грамнегативних бактерій
Будова клітинної стінки
Порівняно з грампозитивними формами, клітинна стінка грамнегативних бактерій складніше влаштована та її фізіологічне значення незрівнянно ширше. Крім муреїнового шару ближче до поверхні розташовується друга білко-во-ліпідна мембрана (рис. 12, Б, В), до складу якої входять ліпополісахариди. Вона ковалентно пов'язана з муреїном зшивками з молекул ліпопротеїду. Основна функція цієї мембрани - роль молекулярного сита, крім того, на її зовнішній і внутрішній поверхнях знаходяться ферменти.
3. Будова бактеріальної клітини.
Простір, обмежений зовнішньої і цитоплазматичної мембранами, носить назву периплазматичного і є унікальною приналежністю грамнегативних бактерій. У його обсязі локалізується цілий набір ферментів - фосфатаз, гідролаз, нуклеаз і т. д. Вони розщеплюють порівняно високомолекулярні поживні субстрати, а також руйнують власний клітинний матеріал, що виділяється в навколишнє середовище з цитоплазми. До певної міри периплазматичний простір можна уподібнити лізосомі еукаріот. У зоні периплазми виявляється можливим як максимально ефективне перебіг ензиматичних реакцій, а й ізоляція від цитоплазми сполук, які становлять загрозу її нормального функціонування. Матеріал із сайту http://wiki-med.com
Функції клітинної стінки бактерій
Як у грампозитивних, так і у грамнегативних форм клітинна стінка відіграє роль молекулярного сита, збирально здійснюючи пасивний транспорт іонів, субстратів і метаболітів. У бактерій, що мають здатність до активного руху за рахунок джгутиків, клітинна стінка є компонентом локомоторного механізму. Нарешті, окремі ділянки клітинної стінки тісно асоційовані з цитоплазматичної мембраною в зоні прикріплення нуклеоїду і відіграють важливу роль у його реплікації та сегрегації.
В одного з видів бактерій процес руйнування старої клітинної оболонки, що відбувається при розподілі клітин, забезпечується роботою принаймні чотирьох систем гідролітичних ферментів, присутніх у клітинній стінці в латентному стані. При розподілі клітин здійснюється закономірна та суворо послідовна за часом активація цих систем, що призводить до поступового руйнування та злущування старої («материнської») оболонки бактеріальної клітини.
Матеріал із сайту http://Wiki-Med.com
На цій сторінці матеріал за темами:
.основним компонентом клітинної стінки грампозитивних бактерій є
клітинних стінок бактерій функції
особливості структури клітинної стінки бактерій
клітинна стінка будова
характеристика клітинної стінки бактерій
У клітинній стінці грампозитивних бактерій міститься невелика кількість полісахаридів, ліпідів, білків. Основним компонентом клітинної стінки цих бактерій є багатошаровий пептидоглікан (муреїн, мукопептид), що становить 40-90% маси клітинної стінки. З пептидогліканом клітинної стінки грампозитивних бактерій ковалентно пов'язані тейхоєві кислоти (від грец. teichos - стінка).
До складу клітинної стінки грамнегативних бактерій входить зовнішня мембрана, пов'язана за допомогою ліпопротеїну з шаром пептидоглікану, що підлягає. На ультратонких зрізах бактерій зовнішня мембрана має вигляд хвилеподібної тришарової структури, подібної до внутрішньої мембрани, яку називають цитоплазматичною. Основним компонентом цих мембран є бімолекулярний (подвійний) шар ліпідів. Внутрішній шар зовнішньої мембрани представлений фосфоліпідами, а у зовнішньому шарі розташований ліпополісахарид (ЛПС). Ліпополісахарид зовнішньої мембрани складається з трьох фрагментів: ліпіду А - консервативної структури, практично однакової у грамнегативних бактерій; ядра, або стрижневої, корової частини (лат. core - ядро), щодо консервативної олігосахаридної структури (найпостійнішою частиною ядра ЛПС є кетодезоксиоктонова кислота); високоваріабельного О-специфічного ланцюга полісахариду, утвореного повторюваними ідентичними олігосахаридними послідовностями (О-антиген). Білки матриксу зовнішньої мембрани пронизують її в такий спосіб, що молекули білка, звані поринами, облямовують гідрофільні пори, якими проходять вода і дрібні гідрофільні молекули.
При порушенні синтезу клітинної стінки бактерій під впливом лізоциму,
пеніциліну, захисних факторів організму утворюються клітини із зміненою (часто кулястою) формою: протопласти – бактерії, повністю позбавлені клітинної стінки; сферопласти - бактерії з частково збереженою клітинною стінкою. Бактерії сферо- або протопласного типу, що втратили здатність до синтезу пептидоглікану під впливом антибіотиків або інших факторів і здатні розмножуватися, називаються L-формами.
Вони являють собою осмотично чутливі, кулясті, колбоподібні клітини різної величини, у тому числі й через бактеріальні фільтри. Деякі L-форми (нестабільні) при видаленні фактора, що призвів до змін бактерій, можуть реверсувати, повертаючись у вихідну бактеріальну клітину.
Між зовнішньою та цитоплазматичною мембранами знаходиться периплазматичний простір, або периплазма, що містить ферменти (протеази, ліпази, фосфатази, нуклеази, бета-лактомази) та компоненти транспортних систем.
Цитоплазматична мембрана при електронній мікроскопії ультратонких зрізів є тришаровою мембраною (2 темні шари товщиною по 2,5 нм розділені світлим — проміжним). За структурою вона схожа на плазмалемму клітин тварин і складається з подвійного шару фосфоліпідів з впровадженими поверхневими, а також інтегральними білками, які пронизують наскрізь структуру мембрани. При надмірному зростанні (порівняно зі зростанням клітинної стінки) цитоплазматична мембрана утворює інвагінати - вп'ячування у вигляді складно закручених мембранних структур, які називаються мезосомами. Менш складно закручені структури називаються внутрішньоцитоплазматичними мембранами.
Цитоплазма
Цитоплазма складається з розчинних білків, рибонуклеїнових кислот, включень та численних дрібних гранул – рибосом, відповідальних за синтез (трансляцію) білків. Рибосоми бактерій мають розмір близько 20 нм та коефіцієнт седиментації 70S, на відміну від 80S-рибосом, характерних для еукаріотичних клітин. Рибосомні РНК (рРНК) - консервативні елементи бактерій («молекулярний годинник» еволюції). 16S рРНК входить до складу малої субодиниці рибосом, а 23S рРНК - до складу великої субодиниці рибосом. Вивчення 16S рРНК є основою геносистематики, що дозволяє оцінити ступінь спорідненості організмів.
У цитоплазмі є різні включення у вигляді гранул глікогену, полісахаридів, бета-оксимасляної кислоти та поліфосфатів (волютин).
Клітинна стінка
Вони є запасними речовинами для харчування та енергетичних потреб бактерій. Волютін має спорідненість до основних барвників і легко виявляється за допомогою спеціальних методів забарвлення (наприклад, Нейссером) у вигляді метахроматичних гранул. Характерне розташування гранул волютину виявляється у дифтерійної палички у вигляді полюсів клітини, що інтенсивно профарбовуються.
Нуклеоїд
Нуклеоїд – еквівалент ядра у бактерій. Він розташований у центральній зоні бактерій у вигляді двониткової ДНК, замкнутої в кільце і щільно укладеної на кшталт клубка. Ядро бактерій, на відміну від еукаріотів, не має ядерної оболонки, ядерця та основних білків (гістонів). Зазвичай у бактеріальній клітині міститься одна хромосома, представлена замкненою в кільце молекулою ДНК.
Крім нуклеоїда, представленого однією хромосомою, в бактеріальній клітині є позахромосомні фактори спадковості - плазміди, що є ковалентно замкненими кільцями ДНК.
Капсула, мікрокапсула, слиз
Капсула - слизова структура товщиною понад 0,2 мкм, міцно пов'язана з клітинною стінкою бактерій і має чітко окреслені зовнішні межі. Капсула помітна в мазках-відбитках із патологічного матеріалу. У чистих культурах бактерій капсула утворюється рідше. Вона виявляється при спеціальних методахзабарвлення мазка (наприклад, за Буррі-Гінсом), що створюють негативне контрастування речовин капсули: туш створює темне тло навколо капсули. Капсула складається з полісахаридів (екзополісахаридів), іноді з поліпептидів, наприклад, у сибірковій бацили вона складається з полімерів D-глутамінової кислоти. Капсула гідрофільна, що перешкоджає фагоцитозу бактерій. Антигенна капсула: антитіла проти капсули викликають її збільшення (реакція набухання капсули).
Багато бактерій утворюють мікрокапсулу - слизове утворення товщиною менше 0,2 мкм, що виявляється лише при електронній мікроскопії. Від капсули слід відрізняти сліє - мукоїдні екзополісахариди, які не мають чітких меж. Слиз розчинний у воді.
Бактеріальні екзополісахариди беруть участь в адгезії (прилипання до субстратів), їх ще називають глікоколіксом. Крім синтезу
екзополісахаридів бактеріями, існує й інший механізм їх утворення: шляхом дії позаклітинних ферментів бактерій на дисахариди. В результаті цього утворюються декстрани та левани.
Джгутики
Джгутики бактерій визначають рухливість бактеріальної клітини. Джгутики є тонкими нитками, що беруть початок від цитоплазматичної мембрани, мають більшу довжину, ніж сама клітина. Товщина джгутиків 12-20 нм, довжина 3-15 мкм. Вони складаються з 3 частин: спіралеподібної нитки, гака та базального тільця, що містить стрижень зі спеціальними дисками (1 пара дисків – у грампозитивних та 2 пари дисків – у грамнегативних бактерій). Дисками джгутики прикріплені до цитоплазматичної мембрани та клітинної стінки. При цьому створюється ефект електромотора зі стрижнем-мотором, що обертає джгутик. Джгутики складаються з білка - флагеліну (від flagellum - джгутик); є Н-антигеном. Субодиниці флагеліну закручені у вигляді спіралі.
Число джгутиків у бактерій різних видівваріює від одного (монотрих) у холерного вібріона до десятка і сотень джгутиків, що відходять по периметру бактерії (перитрих) у кишкової палички, протея та ін. Лофотріхи мають пучок джгутиків на одному з кінців клітини. Амфітріхи мають по одному джгутику або пучку джгутиків на протилежних кінцях клітини.
Пили
Пили (фімбрії, ворсинки) - ниткоподібні утворення, більш тонкі та короткі (3-10нм х 0, 3-10мкм), ніж джгутики. Пили відходять від поверхні клітини і складаються з білка піліну, що має антигенну активність. Розрізняють пили, відповідальні за адгезію, тобто за прикріплення бактерій до клітини, що вражається, а також пили, відповідальні за харчування, водносольовий обмін і статеві (F-пили), або кон'югаційні пили. Пили численні – кілька сотень на клітку. Однак, статевих пилок зазвичай буває 1-3 на клітину: вони утворюються так званими "чоловічими" клітинами-донорами, що містять трансмісивні плазміди (F-, R-, Col-плазміди). Відмінною особливістюстатевих пилок є взаємодія з особливими "чоловічими" сферичними бактеріофагами, які інтенсивно адсорбуються на статевих пилках.
Спори
Суперечки — своєрідна форма фірмикутних бактерій, що покояться, тобто. бактерій
з грампозитивним типом будови клітинної стінки. Спори утворюються при несприятливих умовах існування бактерій (висушування, дефіцит поживних речовин та ін. Усередині бактеріальної клітини утворюється одна суперечка (ендоспора). Утворення суперечки сприяє збереженню виду і не є способом розмноження, як у грибів. Спороутворюючі бактерії роду Bacillus мають суперечки, Бактерії, у яких розмір суперечки перевищує діаметр клітини, називаються клостридіями, наприклад, бактерії роду Clostridium (лат. Clostridium — веретено). у синій колір.
Форма спор може бути овальною, кулястою; розташування у клітині -термінальне, тобто. на кінці палички (у збудника правця), субтермінальне - ближче до кінця палички (у збудників ботулієму, газової гангрени) і центральне (у сибірки). Суперечка довго зберігається через наявність багатошарової оболонки, дипіколінату кальцію, низького вмісту води та млявих процесів метаболізмів. За сприятливих умов суперечки проростають, проходячи три послідовні стадії: активація, ініціація, проростання.
Бактерії: місце проживання, будова, процеси життєдіяльності, значення
2. б) Будова бактеріальної клітини
Клітинна стінка бактерій визначає їх форму та забезпечує збереження внутрішнього вмісту клітини. За особливостями хімічного складу та структури клітинної стінки бактерії диференціюють за допомогою фарбування за грамами.
Біополімери бактеріальної клітинної стінки
Будова бактеріальної клітини
Структуру бактерій вивчають за допомогою електронної мікроскопії цілих клітин та їх ультрафіолетових зрізів. Основними структурами бактеріальної клітини є: клітинна стінка, цитоплазматична мембрана, цитоплазма з включеннями та ядро.
Гуморальне регулювання організму
3. Особливості будови, властивості та функції клітинних мембран
Різноманітність живих клітин
1.1 Загальний план будови еукаріотичних клітин, що також характеризує будову тваринної клітини
Клітина – структурно-функціональна одиниця живого. Для всіх еукаріотів характерна наявність наступних структур: 1) Клітинна мембрана - це органоїд, що обмежує вміст клітини від навколишнього середовища.
Різноманітність живих клітин
1.2 Особливості будови рослинної клітини
У рослинних клітинах зустрічаються органоїди, які характерні і для тварин, наприклад ядро, ендоплазматична мережа, рибосоми, мітохондрії, апарат Гольджі (див. рис 2). У них відсутній клітинний центр, а функцію лізосом виконують вакуолі.
Різноманітність живих клітин
1.3 Особливості будови грибної клітини
У більшості грибів клітина за своєю будовою та виконуваними нею функціями в цілому аналогічна клітині рослин. Вона складається з твердої оболонки і внутрішнього вмісту, що є цитоплазматичною системою.
Різноманітність живих клітин
1.4 Загальний план будови прокаріотичних клітин, що також характеризує будову бактеріальної клітини
Прокаріотична клітина влаштована в такий спосіб. Головна особливість цих клітин — відсутність морфологічно вираженого ядра, але є зона, у якій розташована ДНК (нуклеоїд).
Структура бактеріальної клітини
У цитоплазмі розташовані рибосоми.
Основи мікробіології
1. Охарактеризуйте будову бактеріальної клітини. Замалюйте органели клітини
До бактерій належать мікроскопічні рослинні організми. Більшість їх - одноклітинні організми, що не містять хлорофілу та розмножуються розподілом. За формою бактерії бувають кулястими, паличкоподібними та звивистими.
Особливості зорової та слухової сенсорних систем
13. Прості, складні та надскладні клітини та їх функції
"Прості" та "складні" клітини. Нейрони, що відповідають на прості лінійні стимули (щілини, краї або темні смуги), отримали назву "простих", а ті, які відповідають на стимули складної конфігурації і на стимули, що рухаються, були названі "складними".
Особливості будови клітини
1. Клітина як елементарна структурна одиниця організму. Основні компоненти клітини
Клітина - основна структурна та функціональна одиниця життя, обмежена напівпроникною мембраною та здатна до самовідтворення. У рослинній клітині, перш за все, потрібно розрізняти клітинну оболонку та вміст.
Поширення та динаміка чисельності популяції кабана у Брянській області
1.1 Особливості будови
Кабан (Sus scrofa L.) - масивна тварина на невисоких, відносно тонких ногах. Тулуб порівняно короткий, передня частина дуже масивна, задня область лопаток сильно піднята, шия товста, коротка, майже нерухома.
Будова, властивості та функції білків
2. Функції органоїдів клітини
Органоїди клітини та їх функції: 1. Клітинна оболонка - складається з 3 шарів: 1. жорстка клітинна стінка; 2. тонкий шар пектинових речовин; 3. тонка цитоплазматична нитка. Клітинна оболонка забезпечує механічну опору та захист.
4.1 Особливості будови
Таллом є плазмодій, здатний до амебоподібних рухів по поверхні або всередині субстрату. При статевому розмноженні плазмодії перетворюються на плодові тіла, які називаються спорокарпами.
Таксономічна група слизовиків
5.1 Особливості будови
Вегетативне тіло у вигляді багатоядерного протопласту, не здатного до самостійного руху і рослинигосподаря, що знаходиться всередині клітини. Спеціальні спороношення не утворюються. Зимуюча стадія представлена суперечками.
Енергетична система клітки. Класифікація м'язової тканини. Будова сперматозоїда
Енергетична система клітки. Загальний план будови мітохондрій та пластид, їх функції. Гіпотеза про симбіотичне походження мітохондрій та хлоропластів
В еукаріотичних клітинах є унікальна органела, мітохондрія, в якій у процесі окисного фосфорилювання утворюються молекули АТФ. Часто кажуть, що мітохондрії є енергетичними станціями клітини (рисунок 1).
Головними відмінностями прокаріотичної (бактеріальної) клітини від еукаріотичної є відсутність оформленого ядра (тобто ядерної мембрани), відсутність внутрішньоклітинних мембран, ядерців, комплексу Гольджі, лізосом, мітохондрій.
Основними структурами бактеріальної клітини є:
Нуклеоїд – спадковий (генетичний) матеріал бактеріальної клітини, представлений 1 молекулою ДНК, замкненою в кільце і суперспіралізованою (скручена в пухкий клубок). Довжина ДНК близько 1мм. Обсяг інформації близько 1000 генів (ознаки). Нуклеоїд не відокремлений від цитоплазми мембраною.
Цитоплазма – колоїд, тобто. водяний розчин білків, вуглеводів. Ліпідів, мінеральних речовин, в яких знаходяться рибосоми, включення, плазміди.
На рибосомах відбувається біосинтез білка. Рибосоми прокаріотів відрізняються від еукаріотичних дрібнішими розмірами (70 S).
Включення - запасні поживні речовини бактеріальної клітини, а також скупчення пігментів. До запасних поживних речовин належать: гранули волютину (неорганічного поліфосфату), глікоген, гранульозу, крохмаль, краплі жиру, скупчення пігменту, сірки, кальцію. Включення, як правило, утворюється при вирощуванні бактерій на багатих поживних середовищахі зникає при голодуванні.
Клітинна мембрана – обмежує цитоплазму. Сосотоіт з подвійного шару фосфоліпідів та вбудованих мембранних білків. КМ крім бар'єрної та транспортної функцій виконують роль центру метаболічної активності (на відміну від еукаріотичної клітини). Білки мембрани, відповідальні за перенесення необхідних речовин у клітину, називають пермеазами. На внутрішній поверхні КМ знаходяться ферментні ансамблі, тобто упорядковані скупчення молекул ферментів, відповідальних за синтез енергоносіїв – молекул АТФ. КМ може утворювати вп'ячування в цитоплазму, які називають мезосомами. Існує два види мезосом:
Септальні – утворюють поперечні перегородки у процесі поділу клітини.
Латеральні – служать збільшення поверхні КМ і підвищення швидкості обмінних процесів.
Нуклеоїд, ЦП та КМ утворюють протопласт.
Однією з відмінних властивостей бактерій є дуже високий внутрішньоклітинний осмотичний тиск (від 5 до 20 атм), що є результатом інтенсивного обміну речовин. Тому для захисту від осмотичного шоку бактеріальна клітина оточена міцною клітинною стінкою.
За будовою клітинної стінки всі бактерії поділяються на дві групи: Мають одношарову клітинну стінку - Грам-позитивні. Ті, що мають двошарову клітинну стінку - Грам-негативні. Назви Грам+ і Грам мають свою передісторію. У 1884 році датський мікробіолог Ганс Христиан Грам розробив оригінальний метод забарвлення мікробів, в результаті якого одні бактерії забарвлювалися в синій колір (грам+), а інші в червоний (грам-). Хімічна основа різного забарвлення бактерій методом Грама було з'ясовано порівняно недавно – близько 35 років тому вони. Виявилося, що Г- та Г+ бактерії мають різну будову клітинної стінки. Будова клітинної стінки Г+ бактерій. Основу клітинної стінки Г+ бактерій складають 2 полімери: пептидоглікан та тейхоєві кислоти. Пептидоглікан являє собою лінійний полімер, в якому чергуються залишки мурамової кислоти та ацетилглюкозаміну. З мурамовою кислотою ковалентно пов'язаний тетрапептид (білок). Нитки пептидоглікану пов'язані між собою через пептиди і утворюють міцний каркас - основу клітинної стінки. Між нитками пептидоглікану знаходиться інший полімер - тейхоєві кислоти (гліцерол ТК і рибітол ТК) - полімер поліфосфатів. Тейхоєві кислоти виступають на поверхні клітинної стінки та є головними АГ Г+ бактерій. Крім цього, до складу клітинної стінки Г+ бактерій входить рибонуклеат Mg. Стінка Г-бактерій складається з 2-х шарів: внутрішній шар представлений моно-або бислоем пептидоглікану (тонкий шар). Зовнішній шар складається з ліпополісахаридів, ліпопротеїну, білків, фосфоліпідів. ЛПС всіх Г-бактерій мають токсичні та порогові властивості і називаються ендотоксинами.
При дії деяких речовин, наприклад пеніциліну, порушується синтез пептидогліканового шару. При цьому з Г+ бактерій утворюється протопласт, а з Г-сферопласт (оскільки зберігається зовнішній шар клітинної стінки).
За певних умов культивтрування клітини, позбавлені клітинної стінки, зберігають здатність до зростання та поділу, і такі форми називають L-формами (за назвою. Інституту Лістера, де було відкрито це явище). У деяких випадках після усунення фактора, що гальмує синтез клітинної стінки L-форми, можуть перетворитися на вихідні форми.
Багато бактерій синтезують слизову речовину, що складається з мукополісахаридів, яка відкладається із зовнішнього боку клітинної стінки, оточуючи бактеріальну клітину слизовим чохлом. Це капсула. Функція капсули – захист бактерій від фазоцитозу.
Поверхневі структури бактеріальної клітини.
Органи прикріплення до субстрату (адгезії) – пили (фімбрії) чи вії. Починаються від мембрани клітини. Складаються з білка піліну. Число пилок може досягати 400 на 1 клітину.
Органи передачі спадкової інформації – F-пили чи sex-пили. F-пили утворюються тільки в тому випадку, якщо клітина не плазміду, т.к. білки F-пили кодує ДНК плазміди. Вони є тонкою довгою трубочкою, яка прикріплюється до іншої бактеріальної клітини. Через канал, що утворився, плазміда переходить у сусідню бактеріальну клітину.
Органи руху – джгутики – являють собою спіральні нитки. Їхня довжина може перевищувати їх діаметр у 10 і більше разів. Джгутики складаються з білка флагеліну. Основа джгутика пов'язана з клітинною мембраною у вигляді базального тільця. Базальне тільце складається із системи кілець, які обертаючись передають обертальний рух джгутику. За розташуванням джгутиком бактерії діляться на моно-, лофо-, амфі-, перитрихи.
Час на читання: 6 хвСучасна наука досягла фантастичного прогресу останні століття. Проте, деякі загадки досі хвилюють уми видатних учених.
У наші дні так і не знайдено відповіді на актуальне питання – скільки різновидів бактерій існує на нашій величезній планеті?
Бактерія– організм із унікальною внутрішньою організацією, якому властиві всі процеси, характерні для живих організмів. Бактеріальна клітина має безліч дивовижних особливостей, одна з яких – різноманітність форм.
Клітина бактерії може мати сферичну, паличкоподібну, кубічну або зірчасту форму. Крім того, бактерії бувають трохи зігнутими або формують різноманітні завитки.
Форма клітини відіграє важливу роль для правильного функціонування мікроорганізму, тому що вона може впливати на можливість бактерії прикріплюватися до інших поверхонь, одержувати необхідні речовини та пересуватися.
Мінімальний розмір клітини зазвичай становить 0,5 мкм, проте у виняткових випадках величина бактерії може досягати 5,0 мкм.
Будова клітини будь-якої бактерії суворо впорядкована. Її структура значно відрізняється від структури інших клітин, наприклад рослин та тварин. Клітини всіх видів бактерій не мають таких елементів, як: диференційоване ядро, внутрішньоклітинні мембрани, мітохондрії, лізосоми.
У бактерій є специфічні структурні компоненти- Постійні та непостійні.
До постійних компонентів належать: цитоплазматична мембрана (плазмолема), клітинна стінка, нуклеоїд, цитоплазма. Непостійними структурами є: капсула, джгутики, плазміди, пилки, ворсинки, фімбрії, суперечки.
Цитоплазматична мембрана
Будь-яку бактерію обволікає цитоплазматична мембрана (плазмолема), яка включає 3 шари. Мембрана містить глобуліни, що відповідають за вибіркове транспортування різноманітних субстанцій у клітину.
Плазмолема виконує також такі важливі функції:
- механічна– забезпечує автономне функціонування бактерії та всіх структурних елементів;
- рецепторна- білки, що знаходяться в плазмолемі, виступають як рецептори, тобто допомагають клітині сприймати різні сигнали;
- енергетична- Деякі білки відповідають за функцію перенесення енергії.
Порушення функціонування плазмолеми веде до того, що бактерія руйнується і гине.
Клітинна стінка
Структурний компонент, властивий лише бактеріальним клітинам – клітинна стінка. Це жорстка проникна оболонка, яка виступає в ролі найважливішої складової структурного скелета клітини. Розташовується вона із зовнішнього боку від цитоплазматичної мембрани.
Клітинна стінка реалізує функцію захисту, а також надає клітині постійну форму. Її поверхню покривають численні суперечки, які пропускають усередину необхідні речовини та виводять із мікроорганізму продукти розпаду.
Захист внутрішніх складових від осмотичного та механічного впливу – ще одна функція стінки. Вона відіграє незамінну роль у контролі поділу клітини та розподіл у ній спадкових ознак. У її складі міститься пептидоглікан, саме він наділяє клітину цінними імунобіологічними характеристиками.
Товщина стінки клітини коливається від 0,01 до 0,04 мкм. З віком відбувається зростання бактерії та кількість матеріалу, з якого вона побудована, відповідно, збільшується.
Нуклеоїд
Нуклеоїд– це прокаріот, у якому зберігається вся спадкова інформація бактеріальної клітини. Нуклеоїд розташовується у центральній частині бактерії. За своїми властивостями він еквівалентний ядру.
Нуклеоїд – це одна, замкнута у кільце, молекула ДНК. Довжина молекули становить 1 мм, а обсяг інформації близько 1000 ознак.
Нуклеоїд є головним носієм матеріалу про властивості бактерії та основним фактором передачі цих властивостей потомству. Нуклеоїд у клітинах бактерій не має ядерця, мембрани та основних білків.
Цитоплазма
Цитоплазма– водний розчин, що включає такі компоненти: мінеральні сполуки, поживні речовини, білки, вуглеводи та ліпіди. Співвідношення даних речовин залежить від віку та типу бактерій.
До цитоплазми входять різні структурні компоненти: рибосоми, гранули та мезосоми.
- Рибосоми відповідають за синтез білка. Їх хімічний склад включає молекули РНК та білок.
- Мезосоми беруть участь в утворенні спор та розмноженні клітин. Можуть мати форму бульбашки, петлі, трубочки.
- Гранули є додатковим ресурсом енергії для бактеріальних клітин. Ці елементи бувають різноманітних форм. У їхньому складі представлені полісахариди, крохмаль, крапельки жиру.
Капсула
Капсула- Це слизова структура, міцно пов'язана з клітинною стінкою. Досліджуючи її під світловим мікроскопом, можна помітити, що капсула обволікає клітину та її зовнішні межі мають чітко окреслений контур. У бактеріальній клітині капсула є захисним бар'єром від фагів (вірусів).
Бактерії формують капсулу, коли умови довкілля стають агресивними. Капсула включає в свій склад переважно полісахариди, а також у певних випадках в ній може міститися клітковина, глікопротеїни, поліпептиди.
Основні функції капсули:
- адгезія із клітинами в організмі людини. Наприклад, стрептококи злипаються з емаллю зубів і в союзі з іншими мікробами провокують появу карієсу;
- захист від негативних умов довкілля: токсичних речовин, механічних ушкоджень, підвищеного рівня кисню;
- участь у водному обміні (захист клітин від висихання);
- створення додаткової осмотичної перепони.
Капсула формує 2 шари:
- внутрішній – частина шару цитоплазми;
- зовнішній – результат видільної функції бактерії.
В основу класифікації лягли особливості будови капсул. Вони бувають:
- нормальні;
- складні капсули;
- з поперечно-смугастими фібрилами;
- уривчасті капсули.
Деякі бактерії утворюють також мікрокапсулу, яка є слизовим утворенням. Виявити мікрокапсулу можна лише під електронним мікроскопом, оскільки товщина цього елемента лише 0,2 мкм або навіть менше.
Джгутики
Більшість бактерій мають поверхневі структури клітини, які забезпечують її рухливість та пересування – джгутики. Це довгі відростки у формі лівозакрученої спіралі, побудовані з флагеліну (скоротливий білок).
Основна функція джгутиків полягає в тому, що вони дозволяють бактерії пересуватися в рідкому середовищі в пошуках більш сприятливих умов. Кількість джгутиків в одній клітині може змінюватись: від одного до декількох джгутиків, джгутиків на всій поверхні клітини або тільки на одному з її полюсів.
Існує кілька різновидів бактерій залежно від кількості в них джгутиків:
- Монотрихи- У них є тільки один джгутик.
- Лофотріхи- мають певну кількість джгутиків на одному кінці бактерії.
- Амфітріхи– характеризуються наявністю джгутиків на полярно протилежних полюсах.
- Перитрихи- джгутики розташовуються по всій поверхні бактерії, їм характерно повільно і плавний рух.
- Атрихи– джгутики відсутні.
Джгутики здійснюють рухову активність, здійснюючи обертальні рухи. Якщо у бактерій немає джгутиків – вона все одно може переміщатися, а точніше ковзати за допомогою слизу на поверхні клітини.
Плазміди
Плазміди є невеликими мобільними молекулами ДНК, окремими від хромосомних факторів спадковості. Ці компоненти зазвичай містять генетичний матеріал, що підвищує несприйнятливість бактерії до антибіотиків.
Можуть передавати свої властивості одного мікроорганізму до іншим. Незважаючи на всі свої особливості, плазміди не виступають як важливі елементи для життєдіяльності бактеріальної клітини.
Пили, ворсинки, фімбрії
Ці структури локалізуються поверхнях бактерій. Нараховують від двох одиниць до кількох тисяч одну клітинку. Ці структурні елементимає як бактеріальна рухлива клітина, так і нерухома, оскільки вони не впливають на здатність пересуватися.
У кількісному відношенні, Пили досягають кілька сотень на одну бактерію. Існують пили, які відповідають за харчування, водно-сольовий обмін, а також кон'югаційні (статеві) пили.
Ворсинкам характерна порожниста циліндрична форма. Саме через ці структури у бактерію проникають віруси.
Ворсинки не вважаються обов'язковими компонентами бактерії, тому що і без них може успішно відбуватися процес розподілу та зростання.
Фімбрії розташовуються, зазвичай, одному кінці клітини. Ці структури дозволяють мікроорганізму фіксуватися у тканинах організму. Деякі фімбрії мають особливі білки, що контактують з рецепторними закінченнями клітин.
Фімбрії відрізняються від джгутиків тим, що вони товщі та коротші, а також не реалізують функцію руху.
Спори
Суперечки утворюються у разі негативних фізичних чи хімічних маніпуляцій над бактерією (внаслідок висушування чи нестачі поживних речовин). Вони різноманітні за розміром суперечка, тому що у різних клітин вони можуть бути зовсім різними. Розрізняється також і форма суперечка - вони бувають овальними або кулястими.
За місцем розташування в клітці суперечки поділяються на:
- центральні - їх становище в самому центрі, як наприклад, у сибірки;
- субтермінальні - розташовуються на кінці палички, надаючи форму булави (у збудника газової гангрени).
У сприятливому середовищі життєвий цикл суперечка включає такі етапи:
- підготовчий етап;
- етап активації;
- етап ініціації;
- етап проростання.
Суперечки відрізняються особливою живучістю, яка досягається завдяки своїй оболонці. Вона багатошарова і складається з білка. Підвищена несприйнятливість суперечка до негативних умов та зовнішніх впливів забезпечується саме завдяки білкам.
Структурними компонентами клітини є оболонка бактерій, що складається з клітинної стінки, цитоплазматичної мембрани та іноді капсули; цитоплазма; рибосоми; різні цитоплазматичні включення; нуклеоїд (ядро). Деякі види бактерій мають, крім того, суперечки, джгутики, вії (пили, фімбрії) (рис. 2).
Клітинна стінкаобов'язкове утворення бактерій більшості видів. Її будова залежить від виду та приналежності
бактерій до груп, що диференціюються під час забарвлення за методом Грама. Маса клітинної стінки становить близько 20% сухої маси усієї клітини, товщина – від 15 до 80 нм.
Рис. 3. Схема будови бактеріальної клітини
1 – капсула; 2 – клітинна стінка; 3 – цитоплазматична мембрана; 4 – цитоплазма; 5 – мезосоми; 6 – рибосоми; 7 – нуклеоїд; 8 – внутрішньоцитоплазматичні мембранні утворення; 9 – жирові краплі; 10 - полісахаридні гранули; 11 - гранули поліфосфату; 12 - включення сірки; 13 - джгутики; 14 - базальне тільце
Клітинна стінка має пори діаметром до 1 нм, тому вона напівпроникна мембрана, через яку проникають поживні речовини і виділяються продукти обміну.
Ці речовини можуть проникати внутрішньо мікробної клітини лише після попереднього гідролітичного розщеплення специфічними ферментами, що виділяються бактеріями у зовнішнє середовище.
Хімічний склад клітинної стінки неоднорідний, але є постійним для певного виду бактерій, що використовується при ідентифікації. У складі клітинної стінки виявлені азотисті сполуки, ліпіди, целюлоза, полісахариди, пектинові речовини.
Найбільш важливим хімічним компонентом клітинної стінки є складний полісахаридпептид. Його ще називають пептидоглікан, глікопептид, муреїн (від лат. murus - Стінка).
Муреїн являє собою структурний полімер, що складається з молекул глікану, утворених ацетилглюкозамін і ацетилмурамової кислотою. Синтез його в цитоплазмі лише на рівні цитоплазматичної мембрани.
Пептидоглікан клітинної стінки різних видів має специфічний амінокислотний склад і, залежно від цього, певний хемотип, що враховують при ідентифікації молочнокислих та інших бактерій.
У клітинній стінці грамнегативних бактерій пептидоглікан представлений одним шаром, тоді як у стінці грампозитивних бактерій він формує кілька шарів.
У 1884 р. Gram запропонував метод фарбування тканини, який використовували для фарбування клітин прокаріотів. Якщо при фарбуванні за Грамом фіксовані клітини обробити спиртовим розчином фарби кристалічного фіолетового, а потім розчином йоду, то ці речовини утворюють з муреїном стійкий пофарбований комплекс.
У гоампозитивних мікроорганізмів забарвлений фіолетовий комплекс під впливом етанолу не розчиняється і відповідно не знебарвлюється, при дофарбуванні фуксином (фарба червоного кольору) клітини залишаються забарвленими у темно-фіолетовий колір.
У грамнегативних видів мікроорганізмів генціанвіолет розчиняється етанолом і вимивається водою, а при дофарбуванні фуксином клітина забарвлюється у червоний колір.
Здатність мікроорганізмів фарбуватись аналіновими барвниками і за методом Грама називають тинкторіальними властивостями . Їх необхідно вивчати в молодих (18-24 годинних) культурах, тому що деякі грампозитивні бактерії у старих культурах втрачають здатність позитивно забарвлюватися методом Грама.
Значення пептидогликана у тому, що завдяки йому клітинна стінка має ригідністю, тобто. пружністю і є захисним каркасом бактеріальної клітини.
При руйнуванні пептидоглікану, наприклад, під дією лізоциму клітинна стінка втрачає ригідність і руйнується. Вміст клітини (цитоплазма) разом із цитоплазматичною мембраною набуває сферичної форми, тобто стає протопластом (сферопластом).
З клітинною стінкою пов'язані багато як синтезуючі, і руйнівні ферменти. Компоненти клітинної стінки синтезуються у цитоплазматичній мембрані, а потім транспортуються у клітинну стінку.
Цитоплазматична мембранарозташовується під клітинною стінкою та щільно прилягає до її внутрішньої поверхні. Вона є напівпроникною оболонкою, що оточує цитоплазму і внутрішній вміст клітини -протопласт. Цитоплазматична мембрана – це зовнішній ущільнений шар цитоплазми.
Цитоплазматична мембрана є головним бар'єром між цитоплазмою та довкіллямпорушення її цілісності призводить до загибелі клітини. До її складу входять білки (50-75%), ліпіди (15-45%), у багатьох видів – вуглеводи (1-19%).
Головним ліпідним компонентом мембрани є фосфо-і гліколіпіди.
Цитоплазматична мембрана з допомогою локалізованих у ній ферментів здійснює різноманітні функції: синтезує мембранні ліпіди – компоненти клітинної стінки; мембранні ферменти – вибірково переносять через мембрану різні органічні та неорганічні молекули та іони, мембрана бере участь у перетвореннях клітинної енергії, а також у реплікації хромосом, у перенесенні електрохімічної енергії та електронів.
Таким чином, цитоплазматична мембрана забезпечує вибіркове надходження у клітину та видалення з неї різноманітних речовин та іонів.
Похідними цитоплазматичної мембрани є мезосоми . Це сферичні структури, що утворюються при закручуванні мембрани у завиток. Вони розташовуються з двох сторін – у місці утворення клітинної перегородки або поряд із зоною локалізації ядерної ДНК.
Мезосоми функціонально еквівалентні мітохондріям клітин вищих організмів. Вони беруть участь в окислювально-відновних реакціях бактерій, відіграють важливу роль у синтезі органічних речовин, у формуванні клітинної стінки.
Капсулає похідним зовнішнього шару клітинної згонки і є слизову оболонку, що оточує одну або кілька мікробних клітин. Товщина її може досягати 10 мкм, що багато разів перевищує товщину самої бактерії.
Капсула виконує захисну функцію. Хімічний склад капсули бактерій різний. У більшості випадків вона складається зі складних полісахаридів, мукополісахаридів, іноді поліпептидів.
Капсулоутворення, як правило, є видовою ознакою. Однак поява мікрокапсул часто залежить від умов культивування бактерій.
Цитоплазма- Складна колоїдна система з вмістом великої кількості води (80-85%), в якій дисперговані білки, вуглеводи, ліпіди, а також мінеральні сполуки та інші речовини.
Цитоплазма являє собою вміст клітини, оточений цитоплазматичною мембраною. Її поділяють на дві функціональні частини.
Одна частина цитоплазми знаходиться в стані золю (розчину), має гомогенну структуру та містить набір розчинних рибонуклеїнових кислот, білків-ферментів та продуктів метаболізму.
Інша частина представлена рибосомами, включеннями різної хімічної природи, генетичним апаратом, іншими внутрішньоцитоплазматичними структурами.
Рибосоми– це субмікроскопічні гранули, що є нуклеопротеїновими частинками сферичної форми діаметром від 10 до 20 нм, молекулярною масою близько 2-4 млн.
Рибосоми прокаріотів складаються з 60 % РНК (рибонуклеїнової кислоти), що знаходиться в центрі, і 40 % білка, що покриває нуклеїнову кислотузовні.
Включення цитоплазмиє продуктами обміну, а також резервними продуктами, за рахунок яких клітина живе в умовах нестачі поживних речовин.
Генетичний матеріал прокаріотів складається з подвійної нитки дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) компактної структури, розташованої в центральній частині цитоплазми і не відокремленої від неї мембраною. ДНК бактерій за будовою не відрізняється від ДНК еукаріотів, але так як вона не відокремлена від цитоплазми мембраною, генетичний матеріал називають нуклеоїдомабо генофором. Ядерні структури мають сферичну чи подковообразную форму.
Спорибактерій є формою, що покоїться, не розмножується. Вони формуються всередині клітини, є утворенням круглої або овальної форми. Спори утворюють переважно грампозитивні бактерії, паличкоподібної форми з аеробним та анаеробним типом дихання у старих культурах, а також у несприятливих умовах зовнішнього середовища (недолік поживних речовин та вологи, накопичення продуктів обміну в середовищі, зміна рН та температури культивування, наявність або відсутність ін) можуть переключатися на альтернативну програму розвитку, у результаті утворюються суперечки. При цьому у клітині утворюється одна суперечка. Це свідчить про те, що спороутворення у бактерій є пристосуванням для збереження виду (індивідуума) і не є способом їхнього розмноження. Процес спороутворення відбувається, як правило, у зовнішньому середовищі протягом 18-24 год.
Зріла суперечка становить приблизно 0,1 об'єму материнської клітини. Суперечки у різних бактерій розрізняються за формою, розміром, розташуванням у клітині.
Мікроорганізми, у яких діаметр суперечки не перевищує ширини вегетативної клітини, називають бацилами, бактерії, що мають суперечки, діаметр яких більший за поперечник клітини в 1,5-2 рази, називають клостридіями.
Усередині мікробної клітини спору може розташовуватися в середині центральне положення, на кінці термінальне і між центром і кінцем клітини субтермінальне розташування.
Джгутикибактерій є локомоторними органами (органами руху), з яких бактерії можуть пересуватися зі швидкістю до 50-60 мкм/с. При цьому за одну з бактерій перекривають довжину свого тіла в 50-100 разів. Довжина джгутиків перевищує довжину бактерій у 5-6 разів. Товщина джгутиків становить у середньому 12-30 нм.
Число джгутиків, їх розміри та розташування постійні для певних видів прокаріотів і тому враховуються при їх ідентифікації.
Залежно від кількості та місцезнаходження джгутиків бактерії поділяють на монотрихи (монополярні монотрихи) – клітини з одним джгутиком на одному з кінців, лофотрихи (монополярні політрихи) – пучок джгутиків розташовується на одному з кінців, амфітрихи (біполярні політрихи) – джгутики розташовуються на кожному з полюсів, перитрихи – джгутики розташовані по всій поверхні клітини (рис. 4) та атрихи – бактерії, позбавлені джгутиків.
Характер руху бактерій залежить від кількості джгутиків, віку, особливостей культури, температури, наявності різних хімічних речовинта інших факторів. Найбільшу рухливість мають монотрихи.
Джгутики частіше є у паличкоподібних бактерій, вони не є життєво необхідними структурами клітини, тому що існують безжгутикові варіанти рухливих видів бактерій.