Строение бактериальной клетки

Небольшие размеры бактерий долгое время казались несовместимыми с какой-либо клеточной дифференцировкой. Использование новейших методов исследования позволило выделить клеточные структуры изучить их физиологические функции. Большую роль в изучении бактерий сыграли косвенные методы, основанные на способности клетки реагировать на иммунные антитела. Оказалось, что реагируют в клетке белки с определенной формой и расположением полипептидной цепи. Это позволило изучить то, что лежит за пределами видимости микроскопа.

Исследования показали, что тело микробной клетки морфологически дифференцировано. Снаружи оно покрыто оболочкой или правильнее сказать клеточной стенкой, которая предохраняет клетку, придает ей определенную форму, является барьером для белков и полисахаридов, обладает определенной биохимической активностью. Пример: в оболочке клеток туберкулеза обнаружен фактор, тормозящий продвижение лейкоцитов к очагу и придаетупругость клетке, но допускает свободное движение связанное с изгибами тела.

Клеточная стенка у бактерий составляет 20% сухого веса. Толщина ее 0,01-0,04 микрон. Ее можно легко пронаблюдать у бактерий, если поместить их в гипертонический раствор. В ней, как и в растительной клетке, произойдет плазмолиз. Клеточная стенка является производным протопласта, и ее химический состав, толщина и прочность различны у разных видов и зависят от условий роста и условий окружающей среды. Клеточная стенка состоит из мицелл белково-липойдного комплекса. Опорным каркасом_, в отличие от растительной клетки является глюкопептид (муропептид) – муреин.

Это гетерополимер, состоящий из чередующихся остатков N - ацетилглюкозоамина N- ацетилмурамовой кислоты. В состав клетки входят такие аминокислоты, которые не встречаются у животных и растений: d-форма аланина и L-формы лизина. Кроме того, в состав мурена входит: глютаминовая кислота и диаминопимелиновая кислота.

В зависимости от химического состава и строения, клеточной стенки микроорганизмов по-разному удерживает красители трафенилметанового ряда - кристаллвиолет и генцианвиолет. По этому признаку Грамм X. предложил все бактерии разделить на Г⁺ и Г-. Г⁺ после их фиксации окраски фиолетовым красителем и закрепления раствором люголя в цитопламе образуются стойкие соединения красителя с йодом и она окрашивается в фиолетовый цвет. При обработке таких бактерий растворителями-спиртом, и др. - цитоплазма не раскрашивается. Г - таких стойких соединений не образуют и после обработки растворителями - препараты теряют окраску и их красят дополнительно фуксином.

У Г⁺ бактерий - клеточная стенка представляет собой однослойную гомогенную массивную губчатую массу. Муреиновая сеть однослойная, имеет поры и плотно прилегает к цитоплазме мембраны. Содержание белков не велико. Часто встречаются тейховые кислоты (полимеры рибитфосфорной и глицеринфосфорной кислот). Содержит рибонуклеат магния.

Г- бактерии имеют многослойную клеточную стенку. Муреновая сеть однослойная и образует внутренний слой клеточной стенки. Внешний слой образован наружной мембраной. Ее химический состав: фосфолипиды, белки, полисахариды, основная масса - липиды. У Г-бактерий отдельные слои клеточной стенки разделены периплазматическим пространством, оно, оптически пустое.

У некоторых видов бактерий оболочка состоит из гемицеллюлозы (уксуснокислые бактерии). Благодаря наружной мембране (бактерии приобретают большую устойчивость к действию физических и химических факторов, в том числе и антибиотиков.

Фермент лизоцим вызывает лизис многих Г⁺ бактерий «растворяя» их клеточные стенки. Оболочку микроорганизмов можно разрушить пенициллином, ультразвуком. После разрушения клеточной стенки образуются формы бактерий, которые называют протопластами или сферопластами. У сферопластов клеточная стенка разрушена не полностью. После снятия разрушающего агента (антибиотика) протопласты либо реверсируют в нормальные клетки (превращаются), либо трансформируются в L-формы, либо гибнут. L-формы чаще всего возникают при неправильном приеме антибиотиков. Когда больной почувствовал улучшение и перестал пить антибиотики. После чего L-формы реверсируют в нормальные клетки, восстанавливается их вирулентность, а, следовательно, и болезнь (рецидив болезни).

Под клеточной стенкой расположен протопласт, поверхностные слои его несколько уплотнены и соответствуют 2-3 слоям белково-липидной природы - это цитоплазматическая мембрана. Она имеет жидкостно-мазоическую структуру, как и плазма Функции: обладает осмотическими свойствами, регулирует и выделение веществ, в ней осуществляется синтез веществ клеточной стенки. В ней обнаружены ферменты дыхания цитохромы, дегидрогеназы. В отличие от оболочки она не подвергается действию лизоцима.

Ферментные белки участвуют в синтезе экзоферментов. Мембрана образует мезосомы, которые принимают участие в образовании поперечной перегородки при делении бактерии и внтур0плазматических мембранных систем - хроматофоров.

Цитоплазма - жидкая коллоидная масса, содержащая до 90% воды. По химическому составу - липопротеид. У молодых клеток она оптически пустая у взрослых появляется зернистость, появляются вакуоли.

Синтез белка в клетках осуществляется в рибосомах, имеющих размеры от 100 до 300 А. Долгое время оставалось неясным имеется ли в клетке ядро. В настоящее время установлено, что обособленного ядра у бактерий нет. Но ДНК сосредоточена в клетках в определенных участках - дискретных телах, которые делятся перед деление клетки. Их принято называть нуклеоидом. В отличие от настоящего ядра, нуклеоид не имеет ядрышек и мембраны, находясь в непосредственном контакте с цитоплазмой. ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, замкнутых в кольцо.

Иногда у клеток наблюдается многоядерность в молодом возрасте, это связано с несоответствием роста и деления клеток.

В период клеточного деления, у бактерий вблизи клеточной стенки обнаруживается сферическое тельце - лизосома - диаметр 2500 А. Полагают, что она принимает участие в формировании клеточной стенки, кроме того в ней обнаружены ферменты дыхательного цикла.

Присутствие в клетках настоящих митохондрий признается не всеми учеными, хотя при исследовании в электронном микроскопе наблюдали субклеточные структуры напоминающие митохондрии животных клеток. В них обнаружены АТФ, оксидазы, цитохромы, РНК.

Кроме структур в цитоплазме встречаются включения: полисахара, липоиды, кристаллы неорганических веществ. Это зерна валютина, которые окрашиваются метиленовой синью в пурпурный цвет и являются соединителем неорганического фосфата и РНК. Валютин служит в клетках резервом Р, S, и используется для синтеза нуклеиновых кислот и некоторых ферментов. Зерна валютина имеют сферическую форму диаметром 0,5 мк. Они растворимы в воде, в 5% хлориде натрия, крепких щелочах.

Часто в цитоплазме встречаются капли жира (как запасное вещество) состоящие из (3 – оксимасленной кислоты. В отдельные периоды жизни (спорогенез) клетки могут накапливать до 80% жира. В дальнейшем он служит источником энергии и азота.

Углеводные включения могут быть двух типов: гликоген и крахмал. Чаще у бактерий встречаются гликоген, вещество сходное с амилопектином.

У представителей рода Clostridium обнаружено крахмалоподобное вещество гранулеза.

У некоторых бактерий в качестве запасных веществ могут откладываться кристаллы S, СаСО3 и различные пигменты.

Кроме основных клеточных структур, некоторые виды бактерий имеют дополнительные структуры: капсулы, жгутики, фибрии, споры.

Капсула представляет собой слизистое образование и является производным клеточной стенки. Иногда капсула может покрывать несколько клеток 3-4 и больше образуя зооглею..

Метиленовой синью капсула окрашивается в розовый цвет. Лучше образуется капсула при выращивании бактерий на средах, богатых углеводами и бедных белками. У разных видов бактерий капсулы отличаются по химическому составу. Основным компонентом капсул является вода. В капсулах некоторых видов обнаружены белковые вещества и полисахариды.

Капсула для бактерий имеет защитное значение и является признаком патогенности. Капсула позволяет противостоять защитным силам организма.

Кроме капсул некоторые виды имеют жгутики, которые бактерии используют при движении. По количеству жгутиков и их расположению различают: монотрихи, лофотрихи, амфитрихи и политрихи. Это является важным видовым признаком. Длина жгутиков неодинакова. Она может превышать длину тела бактерий и иногда доходить до 30 мк.

Построены жгутики из спиральнозакрученнй осевой нити и белкового чехла. Белок - флагеллин сходен с миозином мышц. Существует предположение, что жгутик состоит из 17-20 тонких белковых волоконец скрученных вместе - субфибрилл. Жгутики являются производным протопласта и получают от него импульсы. У основания жгутика есть базальное тельце в виде луковицы. Прорастание жгутика начинается с базального тельца.

Несмотря на то, что наличие жгутиков является видовым признаком, наличие их во многом зависит от окружающих условий. Например, при выращивании на твердых питательных средах они утрачиваются, на жидких - возникают снова. Жгутики утрачиваются на определенных этапах развития бактерий.

Фимбрии- нитевидные структуры в форме полых цилиндров, образованные белком пилином. Их имеют кокки и палочки. Функции: прикрепление к субстрату; через них поступают питательные вещества; клетки прикрепляются друг к другу, образуя зооглею; половые фимбрии F – пили участвут в коньюгации.

3. Движение бактерий не является особенностью всех бактерий, только некоторые способны двигаться. Органом движения является жгутик. Подвижные спирохеты движутся за счет ритмических изгибов всего тела. Для миксобактерий характерно реактивное движение за счет выделяющейся слизи. Характер движения у жгутиковых организмов зависит от типа жгутикования. Бактерии с полярным жгутиком всегда движутся по прямой линии, только изредка совершая легкие колебательные движения. Движение перитрихов беспорядочно и связано с оживленным кувырканием. У лофотрихов жгутики перемещаются подобно корабельному винту.

Скорость движения у различных бактерий различна. Некоторые виды при благоприятных условиях могут двигаться на расстояние в 10 раз превышающее размеры клетки.

Дата добавления: 2014-01-11