Структурата на бактериалната стена. Морфология на микроорганизмите. Структура на бактериална клетка и методи за нейното изследване. Пили, вили, фимбрии

бактерии- един от най-древните организми на Земята. Въпреки простотата на тяхната структура, те живеят във всички възможни местообитания. Повечето от тях са в почвата (до няколко милиарда бактериални клетки на 1 грам почва). Много бактерии във въздуха, водата, хранителни продукти, вътре в телата и върху телата на живите организми. Бактериите са открити на места, където други организми не могат да живеят (на ледници, във вулкани).

Обикновено една бактерия е една клетка (въпреки че има колониални форми). Освен това тази клетка е много малка (от части от микрони до няколко десетки микрони). Но основната характеристика на бактериалната клетка е липсата на клетъчно ядро. С други думи, бактериите принадлежат прокариоти.

Бактериите са подвижни и неподвижни. При неподвижните форми движението се осъществява с помощта на флагели. Може да са няколко, а може и само един.

клетки различни видовебактериите могат да варират значително по форма. Има сферични бактерии ( коки), пръчковидна ( бацили) подобно на запетая ( вибриони), усукана ( спирохети, спирила) и т.н.

Структурата на бактериалната клетка

Много бактериални клетки имат лигавична капсула. Изпълнява защитна функция. По-специално, предпазва клетката от изсушаване.

Подобно на растителните клетки, бактериалните клетки имат клетъчна стена. Въпреки това, за разлика от растенията, неговата структура и химичен съставмалко по-различен. Клетъчната стена е изградена от сложни въглехидратни слоеве. Структурата му е такава, че позволява на различни вещества да проникват в клетката.

Под клетъчната стена е цитоплазмена мембранана.

Бактериите са прокариоти, защото нямат ядро ​​в клетките си. Освен това им липсват хромозомите, характерни за еукариотните клетки. Хромозомата съдържа не само ДНК, но и протеин. При бактериите тяхната хромозома се състои само от ДНК и представлява кръгова молекула. Този генетичен апарат на бактериите се нарича нуклеоид. Нуклеоидът се намира директно в цитоплазмата, обикновено в центъра на клетката.

Бактериите нямат истински митохондрии и редица други клетъчни органели (комплекс на Голджи, ендоплазмен ретикулум). Техните функции се изпълняват от инвагинации на клетъчната цитоплазмена мембрана. Такива вдлъбнатини се наричат мезозоми.

Цитоплазмата има рибозоми, както и различни органични включване: протеини, въглехидрати (гликоген), мазнини. Освен това бактериалните клетки могат да съдържат различни пигменти. В зависимост от наличието на определени пигменти или липсата им, бактериите могат да бъдат безцветни, зелени, лилави.

Хранене на бактерии

Бактериите са възникнали в зората на формирането на живота на Земята. Именно те са "открили" различните начини на хранене. Едва по-късно, с усложняването на организмите, ясно се открояват две големи царства: растения и животни. Те се различават един от друг преди всичко по начина на хранене. Растенията са автотрофи, а животните хетеротрофи. При бактериите се срещат и двата вида хранене.

Храненето е начин, по който една клетка или организъм си набавя необходимите органични вещества. Те могат да бъдат получени отвън или синтезирани независимо от неорганични вещества.

автотрофни бактерии

Автотрофните бактерии синтезират органични вещества от неорганични. Процесът на синтез изисква енергия. В зависимост от това откъде автотрофните бактерии получават тази енергия, те се делят на фотосинтетични и хемосинтетични.

фотосинтезиращи бактерии използват енергията на слънцето, улавяйки неговото излъчване. В това те са подобни на растенията. Въпреки това, докато растенията отделят кислород по време на фотосинтеза, повечето фотосинтезиращи бактерии не го правят. Тоест бактериалната фотосинтеза е анаеробна. Също така зеленият пигмент на бактериите се различава от подобния пигмент на растенията и се нарича бактериохлорофил. Бактериите нямат хлоропласти. Повечето фотосинтезиращи бактерии живеят във водни тела (пресни и солени).

Хемосинтетични бактерииза синтеза на органични вещества от неорганични, енергията на различни химична реакция. Енергията се отделя не при всички реакции, а само при екзотермичните. Някои от тези реакции протичат в бактериални клетки. Така че в нитрифициращи бактерииАмонякът се окислява до нитрит и нитрат. железни бактерииокислява двувалентното желязо до оксид. водородни бактерииокисляват водородните молекули.

Хетеротрофни бактерии

Хетеротрофните бактерии не са способни да синтезират органични вещества от неорганични. Затова те са принудени да ги получават от околната среда.

Бактериите, които се хранят с органични останки на други организми (включително мъртви тела), се наричат сапрофитни бактерии. По друг начин те се наричат ​​гнилостни бактерии. Има много такива бактерии в почвата, където те разграждат хумуса до неорганични вещества, които впоследствие се използват от растенията. Млечнокиселите бактерии се хранят със захари, превръщайки ги в млечна киселина. Бактериите на маслената киселина разлагат органични киселини, въглехидрати, алкохоли до маслена киселина.

Нодулните бактерии живеят в корените на растенията и се хранят с органичната материя на живо растение. Те обаче фиксират азота от въздуха и го доставят на растението. Тоест в този случайима симбиоза. Други хетеротрофи симбионтни бактерииживеят в храносмилателния апарат на животните, помагайки за смилането на храната.

В процеса на дишане, разрушаването на органичните вещества става с освобождаване на енергия. След това тази енергия се изразходва за различни процесижизнена активност (например движение).

Ефективен начиненергията е кислородното дишане. Някои бактерии обаче могат да получават енергия без кислород. По този начин има аеробни и анаеробни бактерии.

Аеробни бактериие необходим кислород, така че те живеят на места, където е наличен. Кислородът участва в окисляването на органичните вещества до въглероден диоксид и вода. В процеса на такова дишане бактериите получават относително голямо количество енергия. Този метод на дишане е характерен за по-голямата част от организмите.

анаеробни бактериине се нуждаят от кислород за дишане, следователно могат да живеят в среда без кислород. Те черпят енергията си от реакции на ферментация. Този метод на окисляване е неефективен.

Размножаване на бактерии

В повечето случаи бактериите се размножават чрез разделяне на клетките си на две. Това се предшества от удвояването на кръговата ДНК молекула. Всяка дъщерна клетка получава една от тези молекули и следователно е генетично копие на майчината клетка (клонинг). По този начин бактериите са безполово размножаване.

При благоприятни условия (с достатъчно хранителни веществаи благоприятни условия на околната среда) бактериалните клетки се делят много бързо. Така от една бактерия могат да се образуват стотици милиони клетки на ден.

Въпреки че бактериите се размножават безполово, в някои случаи те имат т.нар полов процес, който приема формата спрежения. По време на конюгацията две различни бактериални клетки се приближават една към друга, между техните цитоплазми се установява връзка. Части от ДНК на една клетка отиват във втората, а части от ДНК на втората клетка отиват в първата. Така по време на половия процес при бактериите се извършва обмен на генетична информация. Понякога в този случай бактериите обменят не ДНК сегменти, а цели ДНК молекули.

бактериални спори

По-голямата част от бактериите образуват спори при неблагоприятни условия. Бактериалните спори са главно начин за преживяване на неблагоприятни условия и начин за утаяване, а не начин за възпроизвеждане.

Когато се образува спора, цитоплазмата на бактериалната клетка се свива, а самата клетка е покрита с плътна дебела защитна обвивка.

Бактериалните спори остават жизнеспособни дълго време и могат да оцелеят много благоприятни условия(много високо и ниски температури, сушене).

Когато спората попадне в благоприятни условия, тя набъбва. След това защитната обвивка се отделя и се появява нормална бактериална клетка. Случва се, че в този случай настъпва клетъчно делене и се образуват няколко бактерии. Тоест спорообразуването се комбинира с размножаването.

Значение на бактериите

Ролята на бактериите в кръговрата на веществата в природата е огромна. На първо място, това се отнася до гниещи бактерии (сапрофити). Те се наричат санитари на природата. Разлагайки останките на растения и животни, бактериите превръщат сложните органични вещества в прости неорганични вещества (въглероден диоксид, вода, амоняк, сероводород).

Бактериите повишават плодородието на почвата, като я обогатяват с азот. При нитрифициращите бактерии протичат реакции, при които от амоняк се образуват нитрити, а от нитрити - нитрати. Нодулните бактерии са в състояние да асимилират атмосферния азот, синтезирайки азотни съединения. Те живеят в корените на растенията, образувайки възли. Благодарение на тези бактерии растенията получават необходимите им азотни съединения. Бобовите растения влизат в симбиоза предимно с нодулни бактерии. След като умрат, почвата се обогатява с азот. Това често се използва в селското стопанство.

В стомаха на преживните животни бактериите разграждат целулозата, което спомага за по-ефективно храносмилане.

Положителната роля на бактериите в хранително-вкусовата промишленост е голяма. Много видове бактерии се използват за производството на млечнокисели продукти, масло и сирене, мариноване на зеленчуци, а също и във винопроизводството.

В химическата промишленост бактериите се използват при производството на алкохоли, ацетон и оцетна киселина.

В медицината с помощта на бактериите се получават редица антибиотици, ензими, хормони и витамини.

Бактериите обаче могат да бъдат и вредни. Те не само развалят храната, но секретите им ги правят отровни.

В допълнение към 5-те царства на дивата природа има още две царства: прокариоти и еукариоти. Следователно, ако разгледаме систематичното положение на бактериите, то ще бъде както следва:

Защо тези организми са отделени като отделен таксон? Работата е там, че бактериалната клетка се характеризира с наличието на определени характеристики, които оставят отпечатък върху нейната жизнена дейност и взаимодействие с други същества и хора.

Откриване на бактерии

Рибозомите са най-малките структури, разпръснати в големи количества в цитоплазмата. Тяхната природа е представена от РНК молекули. Тези гранули са материалът, чрез който е възможно да се определи степента на родство и системното разположение на определен вид бактерия. Тяхната функция е сглобяването на протеинови молекули.

Капсула

Бактериалната клетка се характеризира с наличието на защитни лигавици, чийто състав се определя от полизахариди или полипептиди. Такива структури се наричат ​​капсули. Има микро- и макрокапсули. Тази структура не се формира при всички видове, но в огромното мнозинство, тоест не е задължителна.

От какво предпазва капсулата бактериалната клетка? От фагоцитоза от антитела на гостоприемника, ако бактерията е патогенна. Или от изсушаване и излагане вредни веществакогато става въпрос за други видове.

Слуз и включвания

Също така незадължителни структури на бактерии. Слузта или гликокаликсът е химически базиран на мукоиден полизахарид. Може да се образува както вътре в клетката, така и от външни ензими. Добре разтворим във вода. Предназначение: закрепване на бактерии към субстрата - адхезия.

Включванията са микрогранули в цитоплазмата с различен химичен характер. Това могат да бъдат протеини, аминокиселини, нуклеинови киселини или полизахариди.

Органели на движението

Характеристиките на бактериалната клетка се проявяват и в нейното движение. За това са налични флагели, които могат да бъдат в различен брой (от една до няколкостотин на клетка). Основата на всеки флагелум е флагелинов протеин. Благодарение на еластичните контракции и ритмичните движения от една страна на друга, бактерията може да се движи в пространството. Флагелумът е прикрепен към цитоплазмената мембрана. Местоположението също може да варира между видовете.

пиене

Дори по-тънки от камшичетата, структури участват в:

• закрепване към основата;
• водно-солено хранене;
• полово размножаване.

Те се състоят от пилин протеин, броят им може да достигне до няколкостотин на клетка.

Сходство с растителни клетки

Бактериалните и имат едно неоспоримо сходство - наличието на клетъчна стена. Въпреки това, ако при растенията е безспорен, то при бактериите не присъства във всички видове, тоест се отнася до факултативни структури.

Химичен състав на бактериалната клетъчна стена:

• пептидогликан муреин;
• полизахариди;
• липиди;
• протеини.

Обикновено тази структура има двоен слой: външен и вътрешен. Функциите изпълняват същите функции като растенията. Поддържа и определя постоянната форма на тялото и осигурява механична защита.

Образуване на спори

Каква е структурата на бактериалната клетка, ние разгледахме достатъчно подробно. Остава само да споменем как бактериите могат да оцелеят при неблагоприятни условия, без да губят жизнеспособност за много дълго време.

Те правят това, като образуват структура, наречена спора. Няма нищо общо с размножаването и само предпазва бактериите от неблагоприятни условия. Формата на споровете може да бъде различна. Когато нормалните условия на околната среда се възстановят, спората се инициира и покълва в активна бактерия.

Първите бактерии са се появили вероятно преди повече от 3,5 милиарда години и в продължение на близо милиард години са били единствените живи същества на нашата планета. В момента те са повсеместни и определят различни процеси, протичащи в природата.

Формата и размера на бактериите

Бактериите са едноклетъчни микроскопични организми. Имат формата на пръчки, топки, спирали. Някои видове образуват групи, но няколко хиляди клетки. Дължината на пръчковидни бактерии е 0,002-0,003 mm. Следователно дори с микроскоп отделните бактерии се виждат много трудно. Те обаче лесно се забелязват с невъоръжено око, когато се развият в големи количества и образуват колонии. В лабораторни условия се отглеждат колонии от бактерии върху специални среди, съдържащи необходимите хранителни вещества.

Структурата на бактериалната клетка

Бактериалната клетка, подобно на клетките на растенията и животните, е покрита с плазмена мембрана. Но за разлика от тях, от външната страна на мембраната е разположена плътна клетъчна стена. Състои се от трайна субстанция и изпълнява както защитни, така и поддържащи функции, придавайки на клетката постоянна форма. Чрез клетъчната мембрана хранителните вещества свободно преминават в клетката, а ненужните вещества отиват в околен свят. Често на върха на клетъчната мембрана в бактериите се произвежда допълнителен защитен слой от слуз - капсула.

На повърхността на клетъчната мембрана на някои бактерии има израстъци - дълги флагели (един, два или повече) или къси тънки власинки. Те помагат на бактериите да се движат. В цитоплазмата на бактериалната клетка има ядрено вещество - нуклеоид, който носи наследствена информация. Ядреното вещество, за разлика от ядрото, не е отделено от цитоплазмата. Поради липсата на образувано ядро ​​и други характеристики, всички бактерии се обединяват в отделно царство на живата природа - царството на бактериите.

Разпространение на бактериите и тяхната роля в природата

Бактериите са най-често срещаните живи същества на земята. Те живеят навсякъде: във вода, въздух, почва. Бактериите могат да живеят дори там, където други организми не могат да оцелеят: в горещи извори, в леда на Антарктида, в подземни нефтени полета и дори в ядрени реактори. Всяка бактериална клетка е много малка, но общият брой на бактериите на земята е огромен. то
свързани с висок процент на бактерии. Бактериите изпълняват различни функции в природата.

Голяма е ролята на бактериите в образуването на горивни минерали. В продължение на милиони години те разграждат останките от морски организми и сухоземни растения. В резултат на жизнената дейност на бактериите се образуваха находища на нефт, природен газ и въглища.

Структурата на бактериите е добре проучена с помощта на електронна микроскопия на цели клетки и техните ултратънки срезове. Бактериалната клетка се състои от клетъчна стена, цитоплазмена мембрана, цитоплазма с включвания и ядро, наречено нуклеоид. Има допълнителни структури: капсула, микрокапсула, слуз, камшичета, пили (фиг. 1); някои бактерии при неблагоприятни условия могат да образуват спори.

клетъчна стена -здрава, еластична структура, която придава на бактериите определена форма и заедно с подлежащата цитоплазмена мембрана „задържа” високото осмотично налягане в бактериалната клетка. Той участва в процеса на делене на клетките и транспорта на метаболити. Най-дебелата клетъчна стена при грам-положителните бактерии (фиг. 1). Така че, ако дебелината на клетъчната стена на грам-отрицателните бактерии е около 15-20 nm, тогава при грам-положителните бактерии тя може да достигне 50 nm или повече. Клетъчната стена на грам-положителните бактерии съдържа малко количество полизахариди, липиди, протеини.

Основният компонент на клетъчната стена на тези бактерии е многослоен пептидогликан(муреин, мукопептид), съставляващи 40-90% от масата на клетъчната стена.

Мезозомен нуклеоид на Волютин

Ориз. 1. Устройството на бактериалната клетка.

Тейхоеви киселини (от гръцки. teichos-стена), чиито молекули са вериги от 8-50 остатъка от глицерол и рибитол, свързани с фосфатни мостове. Формата и силата на бактериите се придават от твърдата влакнеста структура на многослойния пептидогликан с омрежени пептиди. Пептидогликанът е представен от паралелни молекули гликан, състоящи се от повтарящи се остатъци н- ацетилглюкозамин и н-ацетилмураминова киселина, свързана чрез гликозидна връзка тип Р (1 -> 4).

Лизозимът, като ацетилмурамидаза, разрушава тези връзки. Гликановите молекули са свързани чрез кръстосани пептидни връзки. Оттук и името на този полимер - пептидогликан. Основата на пептидната връзка на пептидогликана на грам-отрицателни бактерии са тетрапептиди, състоящи се от редуващи се Л-и д-аминокиселини.

При E. coliпептидните вериги са свързани една с друга чрез Д-аланин от едната верига и мезодиаминопимелинова киселина от другата.

Съставът и структурата на пептидната част на пептидогликана в грам-отрицателните бактерии са стабилни, за разлика от пептидогликана на грам-положителните бактерии, чиито аминокиселини могат да се различават по състав и последователност. Тетрапептидите тук са свързани помежду си чрез полипептидни вериги от 5 глицинови остатъка. Грам-положителните бактерии често съдържат лизин вместо мезодиаминопимелинова киселина. фосфолипид

Ориз. 2. Структурата на повърхностните структури на грам-положителни (грам +) и грам-отрицателни (грам ") бактерии.

Гликановите елементи (ацетилглюкозамин и ацетилмураминова киселина) и тетрапептидните аминокиселини (мезодиаминопимелова и L-глутаминова киселина, D-аланин) са отличителна черта на бактериите, тъй като те и D-изомерите на аминокиселините отсъстват при животни и хора.

Способността на грам-положителните бактерии да задържат тинтява виолетово в комбинация с йод (синьо-виолетов цвят на бактериите) по време на оцветяване по Грам се свързва със свойството на многослойния пептидогликан да взаимодейства с багрилото. Освен това последващото третиране на бактериална натривка с алкохол води до стесняване на порите в пептидогликана и по този начин до задържане на багрилото в клетъчната стена. Грам-отрицателните бактерии, след излагане на алкохол, губят багрилото, обезцветяват се и стават червени, когато се третират с фуксин. Това се дължи на по-малко количество пептидогликан (5-10% от масата на клетъчната стена).

Клетъчната стена на Грам-отрицателните бактерии съдържа външна мембрана,свързан посредством липопротеин с подлежащия слой пептидогликан (фиг. 2). Външната мембрана е вълнообразна трислойна структура, подобна на вътрешната мембрана, която се нарича цитоплазмена. Основният компонент на тези мембрани е бимолекулен (двоен) слой от липиди.

Външната мембрана е асиметрична мозаечна структура, представена от липополизахариди, фосфолипиди и протеини . От външната му страна е липополизахарид(LPS),съставен от три компонента: липид НО,основна част или сърцевина (лат. ядро-ядро) и 0-специфична полизахаридна верига, образувана от повтарящи се олигозахаридни последователности.

Липополизахаридът е закотвен във външната мембрана от липиди НО,определяне на токсичността на LPS, идентифицирана следователно с ендотоксин. Унищожаването на бактериите с антибиотици води до освобождаване на големи количества ендотоксин, което може да доведе до ендотоксичен шок при пациента.

От липидите НОядрото или основната част на LPS се отклонява. Повечето постоянна частядрото на LPS е кетодезоксиоктонова киселина (3-деокси-g)-мано-2-октулозонова киселина). 0 -специфична верига, простираща се от основната част на LPS молекулата, причини серогрупа, серовар (вид бактерии, открити с помощта на имунен серум) определен щам бактерии. По този начин концепцията за LPS се свързва с идеи за 0-антигена, който може да се използва за диференциране на бактерии. Генетичните промени могат да доведат до промени в биосинтезата на компонентите LPSбактерии и получените Л-форми.

Матрични протеинивъншната мембрана прониква в нея по такъв начин, че белтъчните молекули т.нар порини,граничат с хидрофилни пори, през които преминава вода и малки молекули с относителна маса до 700. Между външната и цитоплазмената мембрана има периплазмено пространство или периплазма, съдържаща ензими. В случай на нарушение на синтеза на бактериалната клетъчна стена под въздействието на лизозим, пеницилин, защитни фактори на организма и други съединения се образуват клетки с променена (често сферична) форма: протопласти -бактерии, напълно лишени от клетъчна стена; сферопласти -бактерии с частично запазена клетъчна стена. След отстраняване на инхибитора на клетъчната стена, такива променени бактерии могат да се обърнат, т.е. придобиват пълноценна клетъчна стена и възстановяват първоначалната си форма.

Бактерии от сферо- или протопластен тип, които са загубили способността си да синтезират пептидогликан под въздействието на антибиотици или други фактори и могат да се размножават, се наричат Г-образна(от името на Института Листър). Л-формите могат да възникнат и в резултат на мутации. Те са осмотично чувствителни, сферични клетки с форма на колба с различни размери, включително тези, преминаващи през бактериални филтри. някои Л-форми (нестабилни) когато се отстрани факторът, довел до промени в бактериите, те могат да се обърнат, „връщайки се“ към първоначалната бактериална клетка. Л-формите могат да образуват много патогени на инфекциозни заболявания.

цитоплазмена мембранапри електронна микроскопия на ултратънки срезове, това е трислойна мембрана, обграждаща външната част на бактериалната цитоплазма. По структура тя е подобна на плазмалемата на животински клетки и се състои от двоен слой липиди, главно фосфолипиди с вградени повърхностни и интегрални протеини, сякаш проникващи през мембранната структура. Някои от тях са пермеази, участващи в транспорта на вещества. Цитоплазмената мембрана е динамична структура с подвижни компоненти, поради което се представя като подвижна течна структура. Той участва в регулирането на осмотичното налягане, транспорта на вещества и енергийния метаболизъм на клетката (поради ензимите на веригата за транспортиране на електрони, аденозинтрифосфатаза и др.). При прекомерен растеж (в сравнение с растежа на клетъчната стена) цитоплазмената мембрана образува инвагинати - инвагинации под формата на сложно усукани мембранни структури, т.нар. мезозоми.Наричат ​​се по-малко сложни усукани структури интрацитоплазмени мембрани.Ролята на мезозомите и интрацитоплазмените мембрани не е напълно изяснена. Дори се предполага, че те са артефакт, който се получава след подготовката (фиксацията) на препарата за електронна микроскопия. Въпреки това се смята, че производните на цитоплазмената мембрана участват в клетъчното делене, осигурявайки енергия за синтеза на клетъчната стена, участват в секрецията на вещества, образуването на спори, т.е. в процеси с висока консумация на енергия.

Цитоплазмазаема по-голямата част от бактериалната клетка и се състои от разтворими протеини, рибонуклеинови киселини, включвания и множество малки гранули - рибозома,отговорен за синтеза (транслацията) на протеините. Бактериалните рибозоми са с размер около 20 nm и имат коефициент на утаяване 70-те, 3 разлика от 80^-рибозомите, характерни за еукариотните клетки. Следователно някои антибиотици, като се свързват с бактериални рибозоми, инхибират синтеза на бактериален протеин, без да засягат синтеза на протеин в еукариотните клетки. Рибозомите на бактериите могат да се разделят на две субединици - 50Sи 30S . В цитоплазмата има различни включвания под формата на гликогенови гранули, полизахариди, поли-р-маслена киселина и полифосфати (волютин). Те се натрупват с излишък от хранителни вещества в околната среда и служат като резервни вещества за хранителни и енергийни нужди. Volyutin има афинитет към основни багрила, има метахромазия и лесно се открива с помощта на специални методи за оцветяване. Характерното разположение на волютиновите зърна се разкрива в дифтерийния бацил под формата на интензивно оцветени полюси на клетката.

Нуклеоид - бактериален еквивалент на ядрото. Разположен е в централната зона на бактериите под формата на двойноверижна ДНК, затворена в пръстен и плътно опакована като топка. За разлика от еукариотите, ядрото на бактериите няма ядрена обвивка, ядро ​​и основни протеини (хистони). Обикновено една бактериална клетка съдържа една хромозома, представена от ДНК молекула, затворена в пръстен. Ако деленето е нарушено, то може да съдържа 4 или повече хромозоми. Нуклеоидът се открива в светлинен микроскоп след оцветяване с ДНК-специфични методи: според Feulgen или Romanovsky-Giemsa. На електронни дифракционни модели на ултратънки срезове от бактерии нуклеоидът има формата на светли зони с фибриларни, нишковидни структури на ДНК, свързани с определени области с цитоплазмената мембрана или мезозома, участващи в хромозомната репликация.

В допълнение към нуклеоида, представен от една хромозома, в бактериалната клетка има екстрахромозомни фактори на наследствеността - плазмиди, които са ковалентно затворени ДНК пръстени.

Капсула - мукозна структура с дебелина повече от 0,2 микрона, здраво свързана с бактериалната клетъчна стена и имаща ясно дефинирани външни граници. Капсулата се различава в петна-отпечатъци от патологичен материал. При чисти култури от бактерии капсулата се образува по-рядко. Открива се със специални методи за оцветяване на Burri-Gins, които създават отрицателен контраст на субстанциите на капсулата.

Обикновено капсулата се състои от полизахариди (екзополизахариди), понякога полипептиди, например в антраксни бацили. Капсулата е хидрофилна, предотвратява фагоцитозата на бактериите.

Образуват се много бактерии микрокапсула -мукозна формация с дебелина по-малка от 0,2 микрона, открита само с електронна микроскопия. За разграничаване от капсула слуз -мукоидни екзополизахариди, които нямат ясни външни граници. Мукоидните екзополизахариди са характерни за мукоидните щамове на Pseudomonas aeruginosa, често открити в храчките на пациенти с кистозна фиброза. Бактериалните екзополизахариди участват в адхезията (залепването към субстратите), те се наричат ​​още гликокаликс.В допълнение към синтеза на екзополизахариди от бактериите, съществува и друг механизъм за тяхното образуване: чрез действието на извънклетъчните бактериални ензими върху дизахаридите. В резултат на това се образуват декстрани и левани. Капсулата и слузта предпазват бактериите от увреждане и изсушаване, тъй като, като хидрофилни, те свързват добре водата и предотвратяват действието на защитните фактори на макроорганизма и бактериофагите.

Камшичетабактериите определят мобилността на бактериалната клетка. Флагелите са тънки нишки, произхождащи от цитоплазмената мембрана, те са по-дълги от самата клетка (фиг. 3). Камшичетата са с дебелина 12–20 nm и дължина 3–12 µm. Броят на флагелите в бактериите различни видовеварира от един (монотричен)при vibrio cholerae до десет и стотици флагели, простиращи се по периметъра на бактерията (пери-трих)при ешерихия коли, протей и др. лофотрихусимат сноп флагели в единия край на клетката. амфитрихиимат един камшик или сноп камшичета в противоположните краища на клетката. Флагелите са прикрепени към цитоплазмената мембрана и клетъчната стена чрез специални дискове. Флагелите са изградени от протеин, наречен флагелин. naT.flagellum- flagellum) с антигенна специфичност. Флагелиновите субединици са навити. Флагелите се откриват с помощта на електронна микроскопия на препарати, напръскани с тежки метали, или в светлинен микроскоп след обработка чрез специални методи, базирани на ецване и адсорбция на различни вещества, което води до увеличаване на дебелината на флагелата (например след сребро).

Ориз. 3. E. coli. Електронна дифракционна картина (подготовка от V.S. Tyurin). 1 - камшичета, 2 - власинки, 3 - F-пили.

Вили, или пили (фимбрии), - нишковидни образувания (фиг. 3), по-тънки и по-къси (3-10 nm x 0.3-10 µm) от камшичетата. Пили се простират от клетъчната повърхност и са съставени от протеин пилин. Имат антигенна активност. Сред пилите се открояват: пили, отговорни за адхезията, т.е. за прикрепване на бактерии към засегнатата клетка (пиен тип 1 или общ тип - обикновени пили)пие, отговаря за храненето, водно-солевия метаболизъм; генитален (F-пи), илиспрежение pili (пиеше тип 2). Пилите от общ тип са многобройни - няколкостотин на клетка. Половите пили се образуват от така наречените "мъжки" донорни клетки, съдържащи трансмисивни плазмиди. (F, R, Col).Обикновено има 1-3 от тях на клетка. Отличителна чертасекс пили е взаимодействието със специални "мъжки" сферични бактериофаги, които интензивно се адсорбират върху половите пили.

полемика - особена форма на пасивни фирмикутни бактерии, т.е. бактерии с грам-положителна структура на клетъчната стена.

Спорите се образуват при неблагоприятни условия за съществуване на бактерии (изсъхване, дефицит на хранителни вещества и др.). В този случай една спора се образува вътре в една бактерия. Образуването на спори допринася за запазването на вида и не е метод за размножаване, както при гъбите.

Понякога се наричат ​​аеробни спорообразуващи бактерии, чийто размер на спорите не надвишава диаметъра на клетката бацили.Спорообразуващите анаеробни бактерии, при които размерът на спората надвишава диаметъра на клетката и поради това те имат формата на вретено, се наричат клостридии(лат. клостридиум-вретено).

Процес спорулация(спорулация) преминава през серия от етапи, по време на които част от цитоплазмата и хромозомата се отделят, заобиколени от цитоплазмена мембрана; образува се проспора, след което се образува многослойна слабо пропусклива обвивка. Спорулацията е придружена от интензивно потребление на проспората, а след това и от появяващата се спорова обвивка на дипиколинова киселина и калциеви йони. След образуването на всички структури, спората придобива термична стабилност, което се свързва с наличието на калциев дипиколинат. Спорулацията, формата и местоположението на спорите в клетка (вегетативно) са видово свойство на бактериите, което позволява да се разграничат един от друг. Формата на спорите може да бъде овална, сферична, местоположението в клетката е терминално, т.е. в края на пръчката (причинител на тетанус), субтерминален - по-близо до края на пръчката (причинители на ботулизъм, газова гангрена) и централен (антраксен бацил).

Размери - от 1 до 15 микрона. Основни форми: 1) коки (сферични), 2) бацили (пръчковидни), 3) вибриони (извити под формата на запетая), 4) спирила и спирохети (спирално усукани).

Форми на бактерии:
1 - коки; 2 - бацили; 3 - вибриони; 4-7 - спирила и спирохети.

Структурата на бактериалната клетка:
1 - цитоплазмена мембрана; 2 - клетъчна стена; 3 - лигавична капсула; 4 - цитоплазма; 5 - хромозомна ДНК; 6 - рибозоми; 7 - мезозома; 8 - фотосинтетични мембрани; 9 - включвания; 10 - камшичета; 11 - пиене.

Бактериалната клетка е заобиколена от мембрана. Вътрешният слой на мембраната е представен от цитоплазмена мембрана (1), върху която има клетъчна стена (2); над клетъчната стена при много бактерии има лигавична капсула (3). Структурата и функциите на цитоплазмената мембрана на еукариотните и прокариотните клетки не се различават. Мембраната може да образува гънки, т.нар мезозоми(7). Може и да имат различна форма(торбовидни, тръбни, ламеларни и др.).

Ензимите са разположени на повърхността на мезозомите. Клетъчната стена е дебела, плътна, твърда, съставена от муреина(основен компонент) и други органични вещества. Муреинът е правилна мрежа от паралелни полизахаридни вериги, свързани заедно с къси протеинови вериги. Бактериите се класифицират според структурата на клетъчната им стена. грам-положителен(оцветени по Грам) и грам отрицателен(небоядисани). При грам-отрицателните бактерии стената е по-тънка, по-сложна и има слой от липиди над муреиновия слой от външната страна. Вътрешното пространство е изпълнено с цитоплазма (4).

Генетичният материал е представен от кръгови ДНК молекули. Тези ДНК могат условно да бъдат разделени на "хромозомни" и плазмидни. „Хромозомната“ ДНК (5) е една, прикрепена към мембраната, съдържа няколко хиляди гена, за разлика от еукариотната хромозомна ДНК, тя не е линейна, не е свързана с протеини. Областта, в която се намира тази ДНК, се нарича нуклеоид. Плазмиди- екстрахромозомни генетични елементи. Те са малка кръгова ДНК, не са свързани с протеини, не са прикрепени към мембраната, съдържат малък брой гени. Броят на плазмидите може да бъде различен. Най-изследваните плазмиди, носещи информация за резистентност към лекарства(R-фактор), участващ в половия процес (F-фактор). Нарича се плазмид, който може да се комбинира с хромозома епизом.

В бактериална клетка отсъстват всички мембранни органели, характерни за еукариотната клетка (митохондрии, пластиди, ER, апарат на Голджи, лизозоми).

В цитоплазмата на бактериите има рибозоми от тип 70S (6) и включвания (9). Обикновено рибозомите се сглобяват в полизоми. Всяка рибозома се състои от малка (30S) и голяма субединица (50S). Функцията на рибозомите е да сглобяват полипептидна верига. Включванията могат да бъдат представени от бучки нишесте, гликоген, волутин, липидни капки.

Много бактерии имат камшичета(10) и пили (фимбрии)(единадесет). Флагелите не са ограничени от мембрана, имат вълнообразна форма и се състоят от сферични флагелинови протеинови субединици. Тези субединици са подредени в спирала и образуват кух цилиндър с диаметър 10–20 nm. Прокариотният флагел в своята структура прилича на една от микротубулите на еукариотния флагелум. Броят и разположението на камшичетата може да варира. Пили са прави нишковидни структури на повърхността на бактериите. Те са по-тънки и по-къси от камшичетата. Те са къси кухи цилиндри от пилин протеин. Пили служат за прикрепване на бактерии към субстрата и един към друг. По време на конюгацията се образуват специални F-пили, чрез които се прехвърля генетичен материал от една бактериална клетка в друга.

Yandex.Direct Всички реклами

спорулациябактериите имат начин да изпитат неблагоприятни условия. Спорите обикновено се образуват една по една в "клетката-майка" и се наричат ​​ендоспори. Спорите са силно устойчиви на радиация, екстремни температури, изсушаване и други фактори, които причиняват вегетативна клетъчна смърт.

Възпроизвеждане.Бактериите се размножават безполово чрез разделяне на „майчината клетка“ на две. Преди разделянето се извършва репликация на ДНК.

Рядко бактериите имат полов процес, при който се получава рекомбинация на генетичен материал. Трябва да се подчертае, че бактериите никога не образуват гамети, не сливат съдържанието на клетките, но се извършва трансфер на ДНК от клетката донор към клетката реципиент. Има три начина за трансфер на ДНК: конюгация, трансформация, трансдукция.

Конюгация- еднопосочен трансфер на F-плазмид от клетката донор към клетката реципиент в контакт помежду си. В този случай бактериите са свързани помежду си чрез специални F-пили (F-фимбрии), през каналите на които се прехвърлят ДНК фрагменти. Конюгацията може да бъде разделена на следните стъпки: 1) развиване на F-плазмида, 2) проникване на една от F-плазмидните вериги в реципиентната клетка през F-хапчето, 3) синтез на комплементарната верига на единична усукана ДНК матрица (среща се както в донорната клетка (F +), така и в реципиентната клетка (F -)).

Трансформация- еднопосочен трансфер на ДНК фрагменти от клетката донор към клетката реципиент, които не са в контакт помежду си. В този случай донорната клетка или „засява“ малък фрагмент от ДНК от себе си, или ДНК навлиза в околната среда след смъртта на тази клетка. Във всеки случай, ДНК се абсорбира активно от реципиентната клетка и се интегрира в нейната собствена "хромозома".

трансдукция- трансфер на ДНК фрагмент от клетка донор към клетка реципиент с помощта на бактериофаги.

Вируси

Вирусите се състоят от нуклеинова киселина (ДНК или РНК) и протеини, които образуват обвивка около тази нуклеинова киселина, т.е. са нуклеопротеинов комплекс. Някои вируси съдържат липиди и въглехидрати. Вирусите винаги съдържат един вид нуклеинова киселина - ДНК или РНК. Освен това всяка от нуклеиновите киселини може да бъде както едноверижна, така и двуверижна, както линейна, така и кръгла.

Размерите на вируса са 10–300 nm. Форма на вируса:сферични, пръчковидни, нишковидни, цилиндрични и др.

капсид- обвивката на вируса, образувана от протеинови субединици, подредени по определен начин. Капсидът предпазва нуклеиновата киселина на вируса от различни влияния, осигурява отлагането на вируса върху повърхността на клетката гостоприемник. Суперкапсидхарактерни за сложни вируси (ХИВ, грипни вируси, херпес). Възниква по време на освобождаването на вируса от клетката гостоприемник и представлява модифициран участък от ядрената или външната цитоплазмена мембрана на клетката гостоприемник.

Ако вирусът е вътре в клетката гостоприемник, тогава той съществува под формата на нуклеинова киселина. Ако вирусът е извън клетката гостоприемник, тогава той е нуклеопротеинов комплекс и тази свободна форма на съществуване се нарича вирион. Вирусите са силно специфични; те могат да използват за своята жизнена дейност строго определен кръг от гостоприемници.