Строение микробной клетки

1. Микробная клетка окру­жена оболочкой. В ней различают: капсулу, клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану. Роль оболочки огромна: она придает клетке определенную форму, защи­щает ее от неблагоприятных воздействий, через нее осу­ществляется обмен веществ между клеткой и окружаю­щей средой.

Капсула. У некоторых микроорганизмов вокруг кле­точной стенки образуется слизистый слой, который на­зывается капсулой. У большинства микробов капсула состоит из полисахаридов, у отдельных (сибиреязвенная бацилла) содержит полипептиды и до 98% воды. Капсу­ла предохраняет клетку от высыхания, защищает ее от неблагоприятных воздействий макроорганизма — фаго­цитов, антител, обусловливает вирулентность. У возбу­дителя сибирской язвы капсула образуется в организме хозяина. Капсула является временным компонентом стенки и может образовываться не у всех видов бактерий. Потеря ее не приводит к гибели бактерии.

Клеточная стенка — основная структурная единица оболочки микробной клетки. Основным компонентом клеточной стенки бактерий является пептидогликан, или муреин (лат. murus — стенка), — опорный полимер, имеющий сетчатую структуру и образующий жесткий наружный каркас бактериальной клетки. Есть два типа строения клеточной стенки.

1 тип. Клеточная стенка грамположительных бактерий массивна плотно прилегает к цитоплазматической мембране, ее толщина находится в пределах 50—100 нм. Для нее характерно наличие тейхоевых кислот, магниевой соли РНК. Содержание пептидогликана составляет 50 – 90 %.

2 тип. Клеточная стенка грамотрицательных бактерий тоньше, толщина ее 14—20 нм. тейхоевые кислоты, магниевая соль РНК не обнаружены. Пептидокликана до 10 %. Между клеточной стенкой и цитоплазматический мембраной имеется небольшой промежуток, называемым периплазмой или периплазмати-ческим пространством.

Разный химический состав и строение стенок клеток лежит в основе деления микробов на грамположительные и грамотрицательные организмы. При окрашивании по Граму основные красители (генциановый фиолетовый, кристаллический фиолетовый) в присутствии йода (рас­твор Люголя) с компонентами клетки образуют комп­лекс, который при действии на него этиловым спиртом удерживает краситель у грамположительных и обесцве­чивает у грамотрицательных микробов. В результате грамположительные микробы окрашиваются в цвет ос­новных красителей (фиолетовый, синий), а грамотрица­тельные — в красный (цвет дополнительного красите­ля — фуксина).

Цитоплазматическая мембрана располагается между клеточной стенкой и цитоплазмой, представляет относи­тельно плотное образование, и его можно обнаружить при помощи электронного микроскопа. Мембрана состо­ит из трех слоев: фосфолипидного и двух белковых. Фосфолипидный слой образует структурную ос­нову мембраны, его толщина равна 4,5 нм. По обе стороны бинарного фосфолипидного слоя расположены белковые слои, они представлены глобулами (шариками) диаметром около 6 нм. Белки могут на­ходиться на поверхности или погружены в слой фосфо-липида. Одни из них пронизывают его насквозь, другие — на '/з своей величины (рис. 3, Л). Белковые глобулы формируют каналы, которые выполняют функцию насо­сов — осуществляют движение веществ и ионов (натрия, калия, кальция и др.). Каналы могут быть постоянно открытые (невозбудимые) и открывающиеся только в от­вет на раздражения (химические, механические, электро­магнитные). Мембрана обеспечивает постоянство внутри­клеточного осмотического давления, избирательную про­ницаемость разных веществ; в ней находятся ферменты, регулирующие процессы метаболизма клетки с окружаю­щей средой. Масса мембраны достигает 10% сухого ве­щества клетки. У некоторых микроорганизмов цитоплаз­матическая мембрана выполняет роль наружной оболоч­ки (микоплазмы).

2. Цитоплазма — содержимое клетки за исключением ядрного содержимого. Представляет коллоидную систему неодинаковой консистенции: чем ближе к поверхности, тем она плот­нее. В цитоплазме содержатся: рибосомы, мезосомы, включения (липиды, углеводы, волютин, сера, железо и другие соединения).

Рибосомы — рибонуклеопротеидные частицы цито­плазмы, количество которых в одной клетке достигает нескольких тысяч. Форма округлая или овальная, раз­мер 20—25 нм. Располагаются одиночно или группами по 10—20 рибосом (полирибосома). Представлены дву­мя субъединицами: большой и малой. Имеют разный со­став у прокариот и эвкариот. У прокариот состоят (по массе) на ²/₃ из РНК и на Уз из белков. У эвкариот — со­держат примерно одинаковое количество РНК и белков. Коэффициент седиментации (осаждение) рибосом у про­кариот 70S, у эвкариот — 80S. Рибосомы — место биосин­теза белка.

Мезосомы, или митохондрии, образуются в ре­зультате инвагинации и последующего ущемления цито-илазматической мембраны. Являются энергетическими центрами клетки. С помощью ферментов в них происхо­дит окисление жирных кислот, окислительное фосфорили-рование, то есть то, что называют процессами дыхания. Гранулеза и гликоген —полисахариды, резервные веще­ства микробной клетки. Много гранулезы содержат маслянокислые бациллы. При действии на них раствором Люголя, в котором содержится йод, окрашиваются в синий цвет. Сера содержится в виде капель в клетках серобактерий. В такой же форме в клетках железобакте­рий находится железо.

3. Нуклеоид — ядерное вещество прокариотической клетки, в отличие от ядер эвкариотов не имеет ядерной мембраны. Состоит из нуклеопротеидов, главным образом ДНК. Это бактериальная хромосома. Принимает участие в передаче наследст­венных признаков и жизни клетки. Закреплена на цитоплазматической мембране, у грамположительных бактерий на мезосоме.Без нуклеоида клетка нежизнеспособна.

Споры. эндоспоры образуются, когда истощается питательная среда и накапливаются продукты жизнедеятельности. В это время внутри большинства вегетативных клеток появля­ются округлые образования, сильно преломляющие свет, которые отличаются от материнской клетки по структу­ре, химическому составу и физиологическим свойствам. Эндоспоры образуют грамположительные аэробные ба­циллы, грамположительные облигатно анаэробные кло-стридии и грамположительные кокки рода Sporosarcina. Споры выполняют защитную функцию. Фор­ма спор округлая и овальная. Округлые споры чаще рас­полагаются терминально (на конце клетки), такие формы напоминают барабанные палочки (возбудитель столбня­ка). Овальные обычно располагаются в центре или ближе к одному из концов клетки и придают ей форму верете­на— это клостридии (возбудитель эмфизематозного кар­бункула). Эндоспора — уплотненная часть цитоплазмы, которая вместе с нуклеоидом располагается обычно на одном из концов клетки, в так называемой спорогенной.зоне. Вначале образуется проспора, она окружена соб­ственной мембраной материнской клетки. Пространство между внутренней (споровой) и наружной (материнской) мембранами заполнено пептидогликаном, из которого формируется стенка эндоспоры (кортекс), дающая затем начало стенке прорастающей вегетативной клетки. У некоторых видов бацилл во­круг спор образуется еще тонкая липопротеиновая обо­лочка — экзоспориум.

Попадая в благоприятные условия, спора набухает, увеличивается в объеме, активизируются ферментативные процессы, в результате чего разрушается наружная обо­лочка, во внешнюю среду выходит проросток, который дает начало вегетативной клетке. Процесс прорастания длится 4—5 ч, а иногда и меньше (2,5 ч). Он начинается с активизации спор, в результате чего нарушается це­лостность оболочки. Способствующими факторами могут быть: повышенная температура (65—70°С), механические повреждения, кислая среда и т. д. После активации спора начинает прорастать, поглощать воду, освобождать во внешнюю среду дипикалинат кальция и другие продук­ты, образуемые гидролитическими ферментами. Затем формируется клеточная стенка и новая вегетативная клетка.

В период роста клетки необходимы питательные ве­щества, оптимальная температура, повышенная влаж­ность, а для аэробов — и кислород воздуха. Так, сибире­язвенные споры, полученные на плотной питательной сре­де, где аэрация выше, чем в жидкой, более устойчивы при хранении, у них на 30—40% увеличено содержание дипикалината кальция и почти вдвое р-оксимасляной кислоты.

Споры сильно преломляют свет, хорошо видны в пре­паратах, плохо воспринимают красители. Для их окра­шивания требуется соответствующая обработка: воздей­ствие кислотами или нагревание. Так же трудно споры и обесцвечиваются.

Спорообразование у бацилл — видовой признак, но он непостоянен и при определенных условиях исчезает. Так, при температуре 42,5°С возбудитель сибирской язвы те­ряет способность образовывать споры. Споры содержат минимальное количество свободной воды, много липи-дов, имеют плотную оболочку, благодаря чему могут десятками лет сохраняться в почве и служить источником заражения животных и человека.

Жгутики — органоиды движения бактерий, представленные тонкими, длинными, нитевидными структурами белковой природы. Их длина превышает бактериальную клетку в несколько раз и составляет 10—20 мкм, а у некоторых спирилл достигает 80— 90 мкм. Нить жгутика (фибрилла) — полный спиральный цилиндр диаметром 12—20 нм. У вибрионов и протея нить окружена футляром толщиной 35 нм.

Жгутик состоит из трех частей: спиральной нити, крюка и базального тельца. Крюк — изогнутый белковый цилиндр, выполняющий функцию гибкого связывающего звена между базальным тельцем и жесткой нитью жгутика. Жгутик соединяется с клеткой базальным телом, которое имеет сложное строение. У основания жгутика имеются кольца. С помощью колец осуществляются вращательные движе­ния. Установлено, что микробная клетка передвигается не волнообразными колебаниями жгутика, а его враще­нием.

Жгутики не являются жизненно важными структурами бакте­риальной клетки: существуют фазовые вариации бактерий, когда в одной фазе развития клетки они имеются, у другой — отсутст­вуют. Так, у возбудителя столбняка в старых культурах преобла­дают клетки без жгутиков.

Количество жгутиков (от 1 до 50 и более) и места их локализации у бактерий разных видов неодинаковы, но стабильны для одного вида.

Микробы с одним жгутиком на конце получили название монотрихов, с пучком жгу­тиков — лофотрихов, при наличии одного или пучка жгутиков на противоположных концах—амфитрихов, если жгутики расположены по всей поверхности клет­ки— перитрихов.

для определения подвижности используют молодые культуры. Движение микробов наблюдают в придавлен­ной или висячей капле. При расположении жгутиков на одном конце (монотрихи, лофотрих) клетки передвига­ются поступательно и прямолинейно, их скорость дости­гает 20—100 нм в секунду. Если жгутики расположены по всей поверхности клетки (перитрихи), их движение бывает беспорядочное.

Двигательные реакции (таксисы) микробов могут происходить под влиянием одностороннего раздражения химическими веществами (хемотаксис), молекулярным кислородом (аэротаксис), светом (фототаксис), электри­ческим током (электротаксис), водой (гидротаксис)

Ворсинки (фимбрии, пили) более мелкие, нитевидные образования на поверхности микробных кле­ток. По форме напоминают цилиндр с внутренним диа­метром 2 нм, толщиной стенки 3 нм и длиной 0,3 мкм и более. Они состоят из специального белка пилина, име­ют адгезивные свойства, могут сокращаться, притягивать к поверхности донорской клетки фаги или реципиентные клетки. Через некоторые из них (половые пили, числен­ность которых достигает трех) передается генетический материал от клетки донора к клетке реципиента.

Таким образом, микроорганизмы распространены повсеместно и видимы только в микроскоп. По форме выделяют шаровидные коки, вытянутые палочки и извитые микробы. Основная особенность заключается в отсутствии ядра. Микробная клетка состоит из оболочки, цитоплазмы и нуклеоида, представленного кольцевой нитью ДНК. Бывают неподвижны и подвижны. Передвигаются с помощью жгутиков.

Дата добавления: 2014-01-06