Внутрішньоклітинні структури

Рибосоми. Рибосоми є місцем синтезу білка. На електрон­них мікрофотографіях вони мають вигляд частинок, що лежать у цитоплазмі. Рибосоми бактерій мають розміри 16 х 18 нм. Приблизно 80-85 % всієї бактеріальної РНК міститься в рибо­сомах. Складаються з білка (35-40 %) та РНК (60-65 %). Оскіль­ки інтактні (цілі, незруйновані) рибосоми бактерій при ультра­центрифугуванні осідають із швидкістю близько 70 одиниць Сведберга (S), їх називають 70 S -рибосомами. Цитоплазматичні рибосоми еукаріот більші — 80S. З мітохондрій еукаріот (наприк­лад, з мітохондрій дріжджів) можна також виділити рибосоми, які за розмірами схожі на бактеріальні.

Бактеріальна 70 S -рибосома складається з двох субодиниць — 30S- та 50 S -субодиниці (рис. 2.8). Бактеріальна клітина містить від 5 000 до 50 000 рибосом. їх кількість тим більша, чим швид­ше росте клітина. Під час активного синтезу білка на електрон­них мікрофотографіях можна бачити правильні ланцюжки рибо­сом. Це рибосоми, нанизані, як намисто, на ланцюги матричної РНК; їх називають полірибосомами або полісомами.

Різниця між рибосомами бактерій (70S) та еукаріот (80S) має вирішальне значення для боротьби з інфекційними хворо­бами. Деякі антибіотики частково чи повністю пригнічують син­тез білка, який відбувається на 708-рибосомах, і не порушують функцій 80S-рібосом.

Вакуолі. Газові вакуолі (аеросоми) характерні для водних бактерій, особливо пурпурових і зелених сіркобактерій, мешкан­ців мулів, окремих ґрунтових бактерій. Газові вакуолі склада­ються з газових бульбашок, розміщених паралельними рядами, утворюючи стільникоподібну структуру. Газові бульбашки — це порожнисті циліндри, оточені одношаровою білковою мемб­раною. У цій білковій мембрані гідрофобні амінокислоти повер­нуті всередину циліндра, а гідрофільні — назовні. Таке розмі­щення амінокислот перешкоджає проникненню води в бульбаш­ку. Циліндри заповнені газом, склад якого є аналогічним скла­ду газу навколишнього середовища. Аеросоми є регуляторами плавучості бактерій. Вони дають можливість бактеріям, які не мають джгутиків, здійснювати вертикальний рух у водоймах і капілярах ґрунту і таким чином займати найвигідніше поло­ження відносно джерела світла, концентрації розчиненого кис­ню і поживних речовин, тобто газові вакуолі у бактерій мають пристосувальне значення.

Щодо еукаріотних клітин, то вони містять велику ваку­оль, оточену одношаровою мембраною. її функції точно не вста­новлені. Показано, що в ній містяться гідролітичні ферменти, поліфосфати, ліпіди, низькомолекулярні клітинні інтермедіати та іони металів. Ймовірно, що вакуоль є резервуаром для збе­рігання поживних речовин і гідролітичних ферментів.

Карбоксисоми. Ці структури виявлені в клітинах ціанобак­терій, деяких пурпурових бактерій, нітрифікуючих бактерій. Вони являють собою чотири- чи шестигранні включення діамет­ром до 500 нм, оточені одношаровою білковою мембраною, міс­тять ферменти фіксації вуглекислого газу в циклі Кальвіна.

Магнітосоми. Виявлені в клітинах бактерій, яким прита­манний магнітотаксис. Це частинки Fe₃O₄, оточені мембраною, різні за формою, кількістю і характером розміщення в клітині.

Рис.2.8. Схема будови бактеріальної рибосоми

Запасні речовини. У багатьох мікроорганізмів у певних умовах середовища відкладаються речовини, які можна розгля­дати як запасні — полісахариди, жири, лоліфосфати та сірка. Ці речовини накопичуються, якщо в поживному середовищі міс­тяться певні вихідні сполуки, але разом з тим ріст мікроорганізмів обмежений чи взагалі неможливий із-за браку окремих компонен­тів живлення чи присутності інгібіторів. Запасні речовини міс­тяться в клітині в осмотично інертній формі — вони нерозчинні у воді. В умовах, сприятливих для росту, коли в цих запасних речо­винах виникає потреба, вони знову залучаються до метаболізму. Запасні полісахариди, нейтральні жири, полі-в-гідроксимасля-на кислота можуть бути джерелами вуглецю і енергії, тому за від­сутності зовнішніх джерел енергії вони можуть продовжити тер­мін існування клітини, а у спороутворювальних видів створити умови для утворення спор навіть за відсутності екзогенних суб­стратів. Поліфосфати можуть бути резервним джерелом фосфо­ру, а сірка — потенційним донором електронів.

У деяких мікроорганізмів за допомогою кольорової реакції з розчином Люголю вдається ідентифікувати крохмаль (синє забарвлення) або глікоген (коричневе забарвлення). Запасні полі­сахариди, на відміну від полісахаридів клітинної стінки, утво­рюються з а-глюкози, молекули глюкози з єднані 1,4-а-зв'яз-ками. Завдяки а-зв'язкам поліглюкозні ланцюги не витягнуті в довжину, а закручені гвинтоподібно. Крохмалеподібна сполу­ка гранульоза є специфічною запасною речовиною у бактерій роду Clostridium. Глікоген (тваринний крохмаль) схожий на аміло­пектин, але його ланцюги ще більш розгалужені (за рахунок утворення 1,6-зв'язків). У бактерій глікоген зустрічається час­тіше, ніж крохмаль. Він також виявлений у дріжджів і грибів.

У клітинах мікроорганізмів часто зустрічаються гранули та краплини жиру. їх можна фарбувати ліпофільними барвниками — Суданом III та Суданом чорним, при цьому вони стають видимими через мікроскоп. Без забарвлення їх можна побачити через мікро­скоп завдяки тому, що вони сильно заломлюють світло.

Гранули багатьох бактерій складаються з полі-в-гідроксимасляної кислоти. Це поліефір, що містить близько 60 залиш­ків в-гідроксибутирату. Частка цієї речовини в сухій біомасі може досягати 80 %. Полі-в-гідроксимасляну кислоту утворю­ють аеробні бактерії, а також ціанобактерії та анаеробні фототрофні бактерії. Утворення полі-в-гідроксимасляної кислоти спостерігається у аеробів в умовах браку кисню.

Нейтральні жири (тригліцериди) в особливо великих кіль­костях відкладаються у вакуолях дріжджів і грибів. Воски (складні ефіри жирних кислот і спиртів з довгим ланцюгом) вияв­лені у мікобактерій (можуть містити до 40 % восків), нокардій та актиноміцетів. Вміст запасних жирів визначається складом поживного середовища (високим співвідношенням C/N), і ці жири можуть бути виділені безпосередньо з клітин.

Гриби, дріжджі, багато бактерій і зелені водорості здатні накопичувати фосфорну кислоту у вигляді гранул поліфосфату. Такі гранули вперше були описані у бактерій Spirillum volutans. тому їх часто називають волютиновими гранулами (волютином).

У багатьох бактерій, які окиснюють сульфід до сульфату, сірка тимчасово зберігається у вигляді кульок, що сильно заломлюють світло. Кількість сірки, яка може накопичитись, зале­жить від вмісту сірководню в навколишньому середовищі: за від­сутності сірководню сірка окиснюється до сульфату. Для аероб­них сіркових бактерій сірка є джерелом енергії, а для анаероб­них фототрофних пурпурових бактерій — донором електронів. Нуклеоїд. Питання про наявність ядра у бактерій було дис­кусійним упродовж багатьох десятиліть. Малі розміри клітин, недосконалість методів дослідження утруднювало виявлення ядерних структур у бактерій, хоча не було сумнівів щодо наяв­ності у них спадкового апарата, оскільки при розмноженні клі­тини одного виду бактерій давали нащадків того самого виду. Сучасні електронно-мікроскопічні та генетичні дослідження дали змогу встановити, що бактерії мають структури, анало­гічні ядрам клітин еукаріот, але відрізняються від них рядом особливостей:

1) ядра бактерій не мають ядерної оболонки (мембрани), і ДНК перебуває в безпосередньому контакті з цитоплазмою;

2) відсутній поділ на хромосоми, і нитка ДНК являє собою аналог хромосоми еукаріот і називається бактеріальною хромосомою(в клітині може бути кілька її копій);

3) відсутній мейоз і мітоз.

У зв'язку з цим ядерний апарат бактерій називають бак­теріальним ядром, або нуклеоїдом. Встановлено, що бактеріальна хромосома має форму замкнутого кільця. Це гігант­ська молекула ДНК з молекулярною масою 10⁹ дальтон. Вона має різну довжину у різних бактерій: у мікоплазм — 0,25, у ціано­бактерій — до 3 мм. У клітинах прокаріот може бути кілька нуклеоїдів і кілька копій хромосоми (у Bacillus subtllis — від 2 до 9 хромосом у кількох нуклеоїдах, yAzotobacter vinelandii — близь­ко 40 хромосом в одному нуклеоїді).Хромосоми бактерій — це високоупорядковані структури двох типів: зв'язані з елементами оболонки та вільні з коефіцієн­тами седиментації відповідно 3200-7000S та 1600-2000S. ДНК у цих структурах перебуває в суперспіралізованому стані і утво­рює 20-140 петель, з'єднаних з щільною центральною ділян­кою, яка складається з РНК і є відповідальною за підтримання компактної форми (рис. 2.9.).

Рис. 2.9. Модель організації нуклеоїду (а) та будова компакт­ної хромосоми Escherichia coli (б):

1 — петля хромосоми; 2 — РНК, що з'єднує петлі; орі — точка origin на хромосомі бактерії; р — рибосоми; зм — зовнішня мемб­рана; м — муреїн; цм — цитоплазматична мембрана

Хромосома бактерій завжди зв'яза­на з мембраною (кількість місць зв'язку може досягати 20 і біль­ше) безпосередньо із специфічними мембранними білками або через рибосоми, зв'язані з мембраною.

На відміну від еукаріот, у прокаріот не спостерігається сут­тєвих змін у стані нуклеоїду в процесі клітинного циклу, за винят­ком його ущільнення перед спороутворенням. У бактеріальній клітині синтез ДНК відбувається безперервно і приблизно 1-3 % сухої маси клітини припадає на ДНК.

Дата добавления: 2014-01-06