Baktēriju sienas struktūra. Mikroorganismu morfoloģija. Baktērijas šūnas uzbūve un tās izpētes metodes. Pili, villi, fimbriae

baktērijas- viens no senākajiem organismiem uz Zemes. Neskatoties uz to struktūras vienkāršību, tie dzīvo visos iespējamos biotopos. Lielākā daļa no tām atrodas augsnē (līdz vairākiem miljardiem baktēriju šūnu uz 1 gramu augsnes). Daudz baktēriju gaisā, ūdenī, pārtikas produkti, ķermeņu iekšpusē un uz dzīvo organismu ķermeņiem. Baktērijas ir atrastas vietās, kur nevar dzīvot citi organismi (uz ledājiem, vulkānos).

Parasti baktērija ir viena šūna (lai gan ir koloniālās formas). Turklāt šī šūna ir ļoti maza (no mikronu frakcijām līdz vairākiem desmitiem mikronu). Bet galvenā baktēriju šūnas iezīme ir šūnas kodola trūkums. Citiem vārdiem sakot, baktērijas pieder prokarioti.

Baktērijas ir kustīgas un nekustīgas. Nekustīgu formu gadījumā kustība tiek veikta ar flagellas palīdzību. Var būt vairāki, vai var būt tikai viens.

Šūnas dažādi veidi baktērijas var būt ļoti dažādas formas. Ir sfēriskas baktērijas ( cocci), stieņa formas ( baciļi) līdzīgs komatam ( vibrios), savīti ( spirohetas, spirilla) un utt.

Baktēriju šūnas struktūra

Daudzām baktēriju šūnām ir gļotādas kapsula. Tas veic aizsargfunkciju. Jo īpaši tas aizsargā šūnu no izžūšanas.

Tāpat kā augu šūnām, arī baktēriju šūnām ir šūnapvalki. Tomēr atšķirībā no augiem tās uzbūve un ķīmiskais sastāvs nedaudz savādāk. Šūnu siena sastāv no sarežģītiem ogļhidrātu slāņiem. Tā struktūra ir tāda, ka tā ļauj dažādām vielām iekļūt šūnā.

Zem šūnas sienas ir citoplazmas membrānana.

Baktērijas ir prokarioti, jo to šūnās nav kodola. Viņiem trūkst arī eikariotu šūnām raksturīgo hromosomu. Hromosoma satur ne tikai DNS, bet arī olbaltumvielas. Baktērijās to hromosoma sastāv tikai no DNS un ir apļveida molekula. Šo baktēriju ģenētisko aparātu sauc nukleoīds. Nukleoīds atrodas tieši citoplazmā, parasti šūnas centrā.

Baktērijām nav īstu mitohondriju un virkni citu šūnu organellu (Golgi komplekss, endoplazmatiskais tīkls). To funkcijas veic šūnu citoplazmas membrānas invaginācijas. Tādus ievilkumus sauc mezosomas.

Citoplazmā ir ribosomas, kā arī dažādas organiskās iekļaušana: olbaltumvielas, ogļhidrāti (glikogēns), tauki. Arī baktēriju šūnas var saturēt dažādas pigmenti. Atkarībā no noteiktu pigmentu klātbūtnes vai to neesamības baktērijas var būt bezkrāsainas, zaļas, violetas.

Baktēriju uzturs

Baktērijas radās dzīvības veidošanās rītausmā uz Zemes. Tieši viņi "atklāja" dažādus ēšanas veidus. Tikai vēlāk ar organismu sarežģījumiem skaidri izcēlās divas lielas karaļvalstis: Augi un Dzīvnieki. Viņi galvenokārt atšķiras viens no otra ar to, kā viņi ēd. Augi ir autotrofi, un dzīvnieki ir heterotrofi. Baktērijās ir sastopami abi uztura veidi.

Uzturs ir veids, kā šūna vai organisms iegūst nepieciešamās organiskās vielas. Tos var iegūt no ārpuses vai sintezēt neatkarīgi no neorganiskām vielām.

autotrofiskas baktērijas

Autotrofās baktērijas sintezē organiskās vielas no neorganiskām. Kodolsintēzes process prasa enerģiju. Atkarībā no tā, no kurienes autotrofās baktērijas iegūst šo enerģiju, tās iedala fotosintētiskajās un ķīmiski sintētiskajās.

fotosintētiskās baktērijas izmantot saules enerģiju, uztverot tās starojumu. Šajā ziņā tie ir līdzīgi augiem. Tomēr, lai gan augi fotosintēzes laikā izdala skābekli, lielākā daļa fotosintēzes baktēriju to nedara. Tas ir, baktēriju fotosintēze ir anaeroba. Arī baktēriju zaļais pigments atšķiras no līdzīgā augu pigmenta un tiek saukts bakteriohlorofils. Baktērijās nav hloroplastu. Lielākā daļa fotosintētisko baktēriju dzīvo ūdenstilpēs (svaigas un sāļās).

Ķīmisintētiskās baktērijas organisko vielu sintēzei no neorganiskām, enerģijas dažādu ķīmiskās reakcijas. Enerģija izdalās ne visās reakcijās, bet tikai eksotermiskās. Dažas no šīm reakcijām notiek baktēriju šūnās. Tātad iekšā nitrificējošās baktērijas Amonjaks tiek oksidēts par nitrītiem un nitrātiem. dzelzs baktērijas oksidē melno dzelzi par oksīdu. ūdeņraža baktērijas oksidē ūdeņraža molekulas.

Heterotrofās baktērijas

Heterotrofās baktērijas nespēj sintezēt organiskās vielas no neorganiskām. Tāpēc viņi ir spiesti tos saņemt no apkārtējās vides.

Tiek sauktas baktērijas, kas barojas ar citu organismu organiskajām atliekām (arī mirušajiem ķermeņiem). saprofītu baktērijas. Citā veidā tās sauc par pūšanas baktērijām. Augsnē ir daudz šādu baktēriju, kur tās sadala humusu neorganiskās vielās, kuras pēc tam izmanto augi. Pienskābes baktērijas barojas ar cukuriem, pārvēršot tos pienskābē. Sviestskābes baktērijas sadala organiskās skābes, ogļhidrātus, spirtus līdz sviestskābei.

Mezgliņu baktērijas dzīvo augu saknēs un barojas ar dzīva auga organiskajām vielām. Tomēr tie fiksē slāpekli no gaisa un nodrošina to augam. Tas ir, iekšā Šis gadījums ir simbioze. Citi heterotrofi simbiontu baktērijas dzīvo dzīvnieku gremošanas aparātā, palīdzot sagremot pārtiku.

Elpošanas procesā organisko vielu iznīcināšana notiek, atbrīvojoties enerģijai. Pēc tam šī enerģija tiek tērēta dažādi procesi dzīves aktivitāte (piemēram, kustība).

Efektīvs veids enerģija ir skābekļa elpošana. Tomēr dažas baktērijas var iegūt enerģiju bez skābekļa. Tādējādi ir aerobās un anaerobās baktērijas.

Aerobās baktērijas ir nepieciešams skābeklis, tāpēc viņi dzīvo vietās, kur tas ir pieejams. Skābeklis ir iesaistīts organisko vielu oksidēšanā par oglekļa dioksīdu un ūdeni. Šādas elpošanas procesā baktērijas saņem salīdzinoši lielu enerģijas daudzumu. Šī elpošanas metode ir raksturīga lielākajai daļai organismu.

anaerobās baktērijas elpošanai nav nepieciešams skābeklis, tāpēc viņi var dzīvot bezskābekļa vidē. Viņi saņem enerģiju no fermentācijas reakcijas. Šī oksidēšanas metode ir neefektīva.

Baktēriju reprodukcija

Vairumā gadījumu baktērijas vairojas, sadalot šūnas divās daļās. Pirms tam notiek apļveida DNS molekulas dubultošanās. Katra meitas šūna saņem vienu no šīm molekulām, un tāpēc tā ir mātes šūnas (klona) ģenētiskā kopija. Tādējādi baktērijas ir aseksuāla vairošanās.

Labvēlīgos apstākļos (ar pietiekami barības vielas un labvēlīgi vides apstākļi) baktēriju šūnas dalās ļoti ātri. Tātad no vienas baktērijas dienā var izveidoties simtiem miljonu šūnu.

Lai gan baktērijas vairojas aseksuāli, dažos gadījumos tām ir t.s seksuālais process, kas iegūst formu konjugācijas. Konjugācijas laikā divas dažādas baktēriju šūnas tuvojas viena otrai, tiek izveidots savienojums starp to citoplazmām. Vienas šūnas DNS daļas nonāk otrajā, bet otrās šūnas DNS daļas nonāk pirmajā. Tādējādi seksuālā procesa laikā baktērijās notiek ģenētiskās informācijas apmaiņa. Dažreiz šajā gadījumā baktērijas apmainās nevis ar DNS segmentiem, bet gan veselām DNS molekulām.

baktēriju sporas

Lielākā daļa baktēriju nelabvēlīgos apstākļos veido sporas. Baktēriju sporas galvenokārt ir veids, kā piedzīvot nelabvēlīgus apstākļus un nosēsties, nevis vairoties.

Kad veidojas spora, baktērijas šūnas citoplazma saraujas, un pati šūna tiek pārklāta ar blīvu biezu aizsargapvalku.

Baktēriju sporas ilgstoši saglabā dzīvotspēju un spēj ļoti izdzīvot labvēlīgi apstākļi(ļoti augsts un zemas temperatūras, žāvēšana).

Kad spora nokļūst labvēlīgos apstākļos, tā uzbriest. Pēc tam aizsargapvalks tiek noņemts, un parādās normāla baktēriju šūna. Gadās, ka šajā gadījumā notiek šūnu dalīšanās, un veidojas vairākas baktērijas. Tas ir, sporulācija tiek apvienota ar vairošanos.

Baktēriju nozīme

Baktēriju loma vielu apritē dabā ir milzīga. Pirmkārt, tas attiecas uz sabrukšanas baktērijām (saprofītiem). Tos sauc dabas sakārtotības. Sadalot augu un dzīvnieku atliekas, baktērijas pārvērš sarežģītas organiskās vielas vienkāršās neorganiskās vielās (oglekļa dioksīds, ūdens, amonjaks, sērūdeņradis).

Baktērijas palielina augsnes auglību, bagātinot to ar slāpekli. Nitrificējošās baktērijās notiek reakcijas, kuru laikā no amonjaka veidojas nitrīti, bet no nitrītiem – nitrāti. Mezglu baktērijas spēj asimilēt atmosfēras slāpekli, sintezējot slāpekļa savienojumus. Viņi dzīvo augu saknēs, veidojot mezgliņus. Pateicoties šīm baktērijām, augi saņem nepieciešamos slāpekļa savienojumus. Pākšaugi galvenokārt nonāk simbiozē ar mezgliņu baktērijām. Pēc to nāves augsne tiek bagātināta ar slāpekli. To bieži izmanto lauksaimniecībā.

Atgremotāju kuņģī baktērijas šķeļ celulozi, kas veicina efektīvāku gremošanu.

Baktēriju pozitīvā loma pārtikas rūpniecībā ir liela. Daudzu veidu baktērijas tiek izmantotas pienskābes produktu, sviesta un siera ražošanā, dārzeņu kodināšanā, kā arī vīna darīšanā.

Ķīmiskajā rūpniecībā baktērijas izmanto spirtu, acetona un etiķskābes ražošanā.

Medicīnā ar baktēriju palīdzību tiek iegūtas vairākas antibiotikas, fermenti, hormoni un vitamīni.

Tomēr baktērijas var būt arī kaitīgas. Viņi ne tikai sabojā pārtiku, bet arī to izdalījumi padara tos indīgus.

Papildus 5 savvaļas dzīvnieku valstībām ir vēl divas karaļvalstis: prokarioti un eikarioti. Tāpēc, ja ņemam vērā baktēriju sistemātisko stāvokli, tas būs šāds:

Kāpēc šie organismi tiek izdalīti kā atsevišķs taksons? Lieta tāda, ka baktēriju šūnai ir raksturīgas noteiktas pazīmes, kas atstāj iespaidu uz tās dzīvībai svarīgo darbību un mijiedarbību ar citām radībām un cilvēkiem.

Baktēriju atklāšana

Ribosomas ir mazākās struktūras, kas citoplazmā ir izkaisītas lielā skaitā. To dabu attēlo RNS molekulas. Šīs granulas ir materiāls, pēc kura var noteikt attiecības pakāpi un noteikta veida baktērijas sistemātisko atrašanās vietu. To funkcija ir olbaltumvielu molekulu montāža.

Kapsula

Baktēriju šūnu raksturo aizsargājošu gļotādu klātbūtne, kuras sastāvu nosaka polisaharīdi vai polipeptīdi. Šādas struktūras sauc par kapsulām. Ir mikro- un makrokapsulas. Šī struktūra nav izveidota visās sugās, bet lielākajā daļā, tas ir, tā nav obligāta.

No kā kapsula aizsargā baktēriju šūnu? No saimnieka antivielu izraisītas fagocitozes, ja baktērija ir patogēna. Vai nu no žāvēšanas un iedarbības kaitīgās vielas kad runa ir par citiem veidiem.

Gļotas un ieslēgumi

Arī baktēriju izvēles struktūras. Gļotas jeb glikokalikss ir ķīmiski balstītas uz gļotādas polisaharīdu. Tas var veidoties gan šūnas iekšienē, gan ārējos enzīmos. Labi šķīst ūdenī. Mērķis: baktēriju piestiprināšana pie pamatnes – adhēzija.

Ieslēgumi ir dažādas ķīmiskas dabas mikrogranulas citoplazmā. Tie var būt olbaltumvielas, aminoskābes, nukleīnskābes vai polisaharīdi.

Kustības organelli

Baktēriju šūnas iezīmes izpaužas arī tās kustībā. Šim nolūkam ir sastopami karodziņi, kuru skaits var būt atšķirīgs (no viena līdz vairākiem simtiem vienā šūnā). Katra flagelluma pamatā ir flagellīna proteīns. Pateicoties elastīgām kontrakcijām un ritmiskām kustībām no vienas puses uz otru, baktērija var pārvietoties telpā. Karogs ir pievienots citoplazmas membrānai. Atrašanās vieta var atšķirties arī dažādās sugās.

dzeršana

Pat plānākas nekā flagellas, struktūras, kas iesaistītas:

• piestiprināšana pie pamatnes;
• ūdens-sāls uzturs;
• seksuālā reprodukcija.

Tie sastāv no pilīna proteīna, to skaits vienā šūnā var sasniegt pat vairākus simtus.

Līdzība ar augu šūnām

Baktēriju un tiem ir viena nenoliedzama līdzība - šūnu sienas klātbūtne. Tomēr, ja augos tas ir neapstrīdams, tad baktērijās tas nav visās sugās, tas ir, tas attiecas uz neobligātām struktūrām.

Baktēriju šūnu sienas ķīmiskais sastāvs:

• peptidoglikāna mureīns;
• polisaharīdi;
• lipīdi;
• olbaltumvielas.

Parasti šai struktūrai ir dubultslānis: ārējais un iekšējais. Funkcijas veic tāpat kā augi. Atbalsta un nosaka ķermeņa pastāvīgo formu un nodrošina mehānisku aizsardzību.

Sporu veidošanās

Kāda ir baktēriju šūnas struktūra, mēs pietiekami detalizēti pārbaudījām. Atliek tikai minēt, kā baktērijas var izdzīvot nelabvēlīgos apstākļos, nezaudējot dzīvotspēju ļoti ilgu laiku.

Viņi to dara, veidojot struktūru, ko sauc par sporu. Tam nav nekāda sakara ar reprodukciju un tikai aizsargā baktērijas no nelabvēlīgiem apstākļiem. Strīdu forma var būt dažāda. Kad tiek atjaunoti normāli vides apstākļi, sporas tiek ierosinātas un dīgst par aktīvu baktēriju.

Pirmās baktērijas, iespējams, parādījās vairāk nekā pirms 3,5 miljardiem gadu un gandrīz miljardu gadu bija vienīgās dzīvās būtnes uz mūsu planētas. Šobrīd tie ir visuresoši un nosaka dažādus dabā notiekošos procesus.

Baktēriju forma un izmērs

Baktērijas ir vienšūnas mikroskopiski organismi. Tiem ir nūju, bumbiņu, spirāļu forma. Dažas sugas veido kopas, bet vairākus tūkstošus šūnu. Stieņveida baktēriju garums ir 0,002-0,003 mm. Tāpēc pat ar mikroskopu atsevišķas baktērijas ir ļoti grūti saskatīt. Tomēr tos ir viegli pamanīt ar neapbruņotu aci, kad tie attīstās lielā skaitā un veido kolonijas. Laboratorijas apstākļos baktēriju kolonijas audzē uz īpašām barotnēm, kas satur nepieciešamās barības vielas.

Baktēriju šūnas struktūra

Baktēriju šūna, tāpat kā augu un dzīvnieku šūnas, ir pārklāta ar plazmas membrānu. Bet atšķirībā no tiem membrānas ārpusē atrodas blīva šūnu siena. Tas sastāv no izturīgas vielas un pilda gan aizsargfunkcijas, gan atbalsta funkcijas, piešķirot šūnai pastāvīgu formu. Caur šūnu membrānu šūnā brīvi nokļūst barības vielas, un tajā nonāk nevajadzīgās vielas vidi. Bieži vien baktērijās virs šūnas membrānas veidojas papildu aizsargslānis - kapsula.

Dažām baktērijām uz šūnu membrānas virsmas ir izaugumi - garas karogs (viena, divas vai vairākas) vai īsas plānas bārkstiņas. Tie palīdz baktērijām pārvietoties. Baktēriju šūnas citoplazmā atrodas kodolviela - nukleoīds, kas nes iedzimtu informāciju. Kodolviela, atšķirībā no kodola, nav atdalīta no citoplazmas. Tā kā nav izveidots kodols un citas pazīmes, visas baktērijas tiek apvienotas atsevišķā dzīvās dabas valstībā - baktēriju valstībā.

Baktēriju izplatība un loma dabā

Baktērijas ir visizplatītākās dzīvās būtnes uz zemes. Viņi dzīvo visur: ūdenī, gaisā, augsnē. Baktērijas spēj dzīvot pat tur, kur citi organismi nevar izdzīvot: karstajos avotos, Antarktīdas ledū, pazemes naftas laukos un pat kodolreaktoros. Katra baktēriju šūna ir ļoti maza, bet kopējais baktēriju skaits uz zemes ir milzīgs. to
saistīta ar augstu baktēriju skaitu. Baktērijas dabā pilda dažādas funkcijas.

Baktēriju loma degvielas minerālvielu veidošanā ir liela. Miljoniem gadu tie sadalīja jūras organismu un sauszemes augu atliekas. Baktēriju dzīvībai svarīgās aktivitātes rezultātā veidojās naftas, dabasgāzes un ogļu nogulsnes.

Baktēriju struktūra ir labi pētīta, izmantojot elektronu mikroskopiju veselām šūnām un to īpaši plānām sekcijām. Baktēriju šūna sastāv no šūnas sienas, citoplazmas membrānas, citoplazmas ar ieslēgumiem un kodola, ko sauc par nukleoīdu. Ir papildu struktūras: kapsula, mikrokapsula, gļotas, flagellas, pili (1. att.); dažas baktērijas nelabvēlīgos apstākļos spēj veidot sporas.

šūnapvalki - spēcīga, elastīga struktūra, kas baktērijām piešķir noteiktu formu un kopā ar pamatā esošo citoplazmas membrānu “ierobežo” augsto osmotisko spiedienu baktēriju šūnā. Tas ir iesaistīts šūnu dalīšanās procesā un metabolītu transportēšanā. Biezākā šūnu siena grampozitīvās baktērijās (1. att.). Tātad, ja gramnegatīvo baktēriju šūnu sienas biezums ir aptuveni 15-20 nm, tad grampozitīvās baktērijās tas var sasniegt 50 nm vai vairāk. Grampozitīvo baktēriju šūnu siena satur nelielu daudzumu polisaharīdu, lipīdu, olbaltumvielu.

Šo baktēriju šūnu sienas galvenā sastāvdaļa ir daudzslāņu peptidoglikāns(mureīns, mukopeptīds), kas veido 40-90% no šūnas sienas masas.

Volutina mezosomu nukleoīds

Rīsi. 1. Baktēriju šūnas uzbūve.

Teihoīnskābes (no grieķu valodas. teichos- siena), kuru molekulas ir 8-50 glicerīna un ribitola atlieku ķēdes, kas savienotas ar fosfātu tiltiem. Baktēriju formu un spēku piešķir daudzslāņu peptidoglikāna stingrā šķiedraina struktūra ar šķērssaistītiem peptīdiem. Peptidoglikānu attēlo paralēlas glikāna molekulas, kas sastāv no atkārtotiem atlikumiem N-acetilglikozamīns un N-acetilmuramīnskābe, kas savienota ar P tipa glikozīdu saiti (1 -> 4).

Lizocīms, kas ir acetilmuramidāze, sarauj šīs saites. Glikāna molekulas ir saistītas ar krusteniskām peptīdu saitēm. Līdz ar to šī polimēra nosaukums - peptidoglikāns. Gramnegatīvo baktēriju peptidoglikāna peptīdu saites pamatā ir tetrapeptīdi, kas sastāv no mainīgiem L- un D-aminoskābes.

Plkst E. coli peptīdu ķēdes ir savienotas viena ar otru caur D- vienas ķēdes alanīns un otras mezodiaminopimelskābe.

Peptidoglikāna peptīdu daļas sastāvs un struktūra gramnegatīvajās baktērijās ir stabila, atšķirībā no grampozitīvo baktēriju peptidoglikāna, kuru aminoskābes var atšķirties pēc sastāva un secības. Tetrapeptīdi šeit ir savienoti viens ar otru ar 5 glicīna atlikumu polipeptīdu ķēdēm. Grampozitīvās baktērijas bieži satur lizīnu, nevis mezodiaminopimelskābi. Fosfolipīds

Rīsi. 2. Grampozitīvo (gram +) un gramnegatīvo (gram ") baktēriju virsmas struktūru struktūra.

Glikāna elementi (acetilglikozamīns un acetilmuramīnskābe) un tetrapeptīdu aminoskābes (mezodiaminopimelīnskābe un L-glutamīnskābe, D-alanīns) ir baktēriju atšķirīga iezīme, jo to un aminoskābju D-izomēru dzīvniekiem un cilvēkiem nav.

Gram-pozitīvo baktēriju spēja saglabāt genciānas violetu kombinācijā ar jodu (baktēriju zili violeta krāsa) Grama krāsošanas laikā ir saistīta ar daudzslāņu peptidoglikāna īpašību mijiedarboties ar krāsvielu. Turklāt turpmākā baktēriju uztriepes apstrāde ar spirtu izraisa peptidoglikāna poru sašaurināšanos un tādējādi krāsvielas aizturi šūnu sieniņā. Gramnegatīvās baktērijas pēc alkohola iedarbības zaudē krāsvielu, maina krāsu un kļūst sarkanas, apstrādājot ar fuksīnu. Tas ir saistīts ar mazāku peptidoglikāna daudzumu (5-10% no šūnas sienas masas).

Gramnegatīvo baktēriju šūnu siena satur ārējā membrāna, ar lipoproteīna palīdzību saistīts ar peptidoglikāna apakšējo slāni (2. att.). Ārējā membrāna ir viļņota trīsslāņu struktūra, kas līdzīga iekšējai membrānai, ko sauc par citoplazmatisku. Šo membrānu galvenā sastāvdaļa ir bimolekulārais (dubultais) lipīdu slānis.

Ārējā membrāna ir asimetriska mozaīkas struktūra, ko attēlo lipopolisaharīdi, fosfolipīdi un proteīni . Tās ārējā pusē ir lipopolisaharīds(LPS), sastāv no trim sastāvdaļām: lipīdu BET, serdes daļa vai serde (lat. kodols- kodols) un 0-specifiska polisaharīdu ķēde, kas veidojas, atkārtojot oligosaharīdu sekvences.

Lipopolisaharīds ir piestiprināts ārējā membrānā ar lipīdu palīdzību BET, nosakot LPS toksicitāti, identificēja tādēļ ar endotoksīnu. Baktēriju iznīcināšanas ar antibiotikām rezultātā izdalās liels daudzums endotoksīna, kas pacientam var izraisīt endotoksisku šoku.

No lipīdiem BET atkāpjas kodols jeb LPS galvenā daļa. Lielākā daļa pastāvīgā daļa LPS kodols ir ketodeoksioktonskābe (3-deoksi-g)-manno-2-oktulozonskābe). 0 -specifiska ķēde, kas stiepjas no LPS molekulas kodola daļas, cēloņi serogrupa, serovars (baktēriju veids, kas noteikts, izmantojot imūnserumu) noteiktu baktēriju celmu. Tādējādi LPS jēdziens ir saistīts ar idejām par 0-antigēnu, ko var izmantot baktēriju diferencēšanai. Ģenētiskās izmaiņas var izraisīt izmaiņas komponentu biosintēzē LPS baktērijas un rezultātā L- veidlapas.

Matricas proteīniārējā membrāna iekļūst tajā tādā veidā, ka olbaltumvielu molekulas sauc porīns, tās robežojas ar hidrofilām porām, caur kurām iziet ūdens un mazas molekulas ar relatīvo masu līdz 700. Starp ārējo un citoplazmas membrānu atrodas periplazmatiska telpa jeb periplazma, kas satur fermentus. Ja tiek pārkāpta baktēriju šūnu sienas sintēze lizocīma, penicilīna, ķermeņa aizsargfaktoru un citu savienojumu ietekmē, veidojas šūnas ar mainītu (bieži sfērisku) formu: protoplasti - baktērijas, kurām pilnībā nav šūnu sienas; sferoplasti - baktērijas ar daļēji saglabātu šūnu sieniņu. Pēc šūnu sienas inhibitora noņemšanas šādas izmainītas baktērijas var mainīties, t.i. iegūt pilnvērtīgu šūnu sienu un atjaunot tās sākotnējo formu.

Sfero vai protoplasta tipa baktērijas, kuras antibiotiku vai citu faktoru ietekmē ir zaudējušas spēju sintezēt peptidoglikānu un spēj vairoties L-veida(no Listera institūta nosaukuma). L-formas var rasties arī mutāciju rezultātā. Tās ir osmotiski jutīgas, sfēriskas, dažāda izmēra kolbas formas šūnas, arī tās, kas iziet cauri baktēriju filtriem. Dažas L-veidojas (nestabila), kad tiek noņemts faktors, kas izraisīja izmaiņas baktērijās, tās var mainīties, “atgriežoties” sākotnējā baktēriju šūnā. L-formas var veidot daudzus infekcijas slimību patogēnus.

citoplazmas membrāna ultraplānu sekciju elektronu mikroskopijā tā ir trīsslāņu membrāna, kas ieskauj baktēriju citoplazmas ārējo daļu. Pēc struktūras tas ir līdzīgs dzīvnieku šūnu plazmalemmai un sastāv no dubultā lipīdu slāņa, galvenokārt fosfolipīdiem ar iestrādātu virsmu un integrāliem proteīniem, kas it kā iekļūst caur membrānas struktūru. Dažas no tām ir caurlaides, kas iesaistītas vielu transportēšanā. Citoplazmatiskā membrāna ir dinamiska struktūra ar mobilām sastāvdaļām, tāpēc tā tiek pasniegta kā mobila šķidruma struktūra. Tas ir iesaistīts osmotiskā spiediena regulēšanā, vielu transportēšanā un šūnas enerģijas metabolismā (sakarā ar elektronu transportēšanas ķēdes enzīmiem, adenozīna trifosfatāzi utt.). Ar pārmērīgu augšanu (salīdzinājumā ar šūnu sienas augšanu) citoplazmas membrānā veidojas invagināti - invaginācijas sarežģīti savītu membrānu struktūru veidā, t.s. mezosomas. Tiek sauktas mazāk sarežģītas savītas struktūras intracitoplazmas membrānas. Mezosomu un intracitoplazmas membrānu loma nav pilnībā noskaidrota. Tiek pat ierosināts, ka tie ir artefakts, kas rodas pēc preparāta sagatavošanas (fiksācijas) elektronu mikroskopijai. Neskatoties uz to, tiek uzskatīts, ka citoplazmas membrānas atvasinājumi piedalās šūnu dalīšanās procesā, nodrošinot enerģiju šūnas sieniņas sintēzei, piedalās vielu sekrēcijā, sporu veidošanā, t.i. procesos ar augstu enerģijas patēriņu.

Citoplazma aizņem lielāko daļu baktēriju šūnas un sastāv no šķīstošiem proteīniem, ribonukleīnskābēm, ieslēgumiem un daudzām mazām granulām - ribosoma, atbildīgs par olbaltumvielu sintēzi (tulkošanu). Baktēriju ribosomu izmērs ir aptuveni 20 nm, un tām ir sedimentācijas koeficients 70. gadi, 3 atšķirība no 80^-ribosomām, kas raksturīgas eikariotu šūnām. Tāpēc dažas antibiotikas, saistoties ar baktēriju ribosomām, kavē baktēriju proteīnu sintēzi, neietekmējot proteīnu sintēzi eikariotu šūnās. Baktēriju ribosomas var sadalīties divās apakšvienībās - 50S un 30S . Citoplazmā ir dažādi ieslēgumi glikogēna granulu, polisaharīdu, poli-p-sviestskābes un polifosfātu (volutīna) veidā. Tie uzkrājas ar barības vielu pārpalikumu vidē un kalpo kā rezerves vielas uztura un enerģijas vajadzībām. Volutinam ir afinitāte pret pamata krāsvielām, tam ir metahromāzija un tas ir viegli nosakāms, izmantojot īpašas krāsošanas metodes. Volutīna graudu raksturīgais izkārtojums atklājas difterijas nūjiņā intensīvi iekrāsotu šūnas polu veidā.

Nukleoīds - kodola baktēriju ekvivalents. Tas atrodas baktēriju centrālajā zonā divpavedienu DNS veidā, noslēgts gredzenā un cieši saspiests kā bumba. Atšķirībā no eikariotiem baktēriju kodolam nav kodola apvalka, kodola un pamata proteīnu (histonu). Parasti baktēriju šūnā ir viena hromosoma, ko attēlo gredzenā noslēgta DNS molekula. Ja dalīšanās ir traucēta, tajā var būt 4 vai vairāk hromosomas. Nukleoīdu nosaka gaismas mikroskopā pēc krāsošanas ar DNS specifiskām metodēm: saskaņā ar Feulgen vai Romanovski-Giemsa. Uz īpaši plānu baktēriju sekciju elektronu difrakcijas modeļiem nukleoīdam ir gaismas zonu forma ar fibrilārām, pavedieniem līdzīgām DNS struktūrām, kas saistītas ar noteiktiem apgabaliem ar citoplazmas membrānu vai mezosomu, kas iesaistīta hromosomu replikācijā.

Papildus nukleoīdam, ko pārstāv viena hromosoma, baktēriju šūnā ir iedzimtības ekstrahromosomālie faktori - plazmīdas, kas ir kovalenti noslēgti DNS gredzeni.

Kapsula - gļotādas struktūra, kas biezāka par 0,2 mikroniem, cieši saistīta ar baktēriju šūnu sieniņu un ar skaidri definētām ārējām robežām. Kapsula ir atšķirama no patoloģiskā materiāla uztriepes-nospiedumos. Baktēriju tīrkultūrās kapsula veidojas retāk. To nosaka ar īpašām Burri-Gins krāsošanas metodēm, kas rada kapsulas vielu negatīvu kontrastu.

Parasti kapsula sastāv no polisaharīdiem (eksopolisaharīdiem), dažreiz polipeptīdiem, piemēram, Sibīrijas mēra baciļos. Kapsula ir hidrofila, tā novērš baktēriju fagocitozi.

Veidojas daudzas baktērijas mikrokapsula - gļotādas veidošanās, kuras biezums ir mazāks par 0,2 mikroniem, konstatēts tikai ar elektronu mikroskopiju. Jāatšķir no kapsulas gļotas - gļotādas eksopolisaharīdi, kuriem nav skaidras ārējās robežas. Gļotādas eksopolisaharīdi ir raksturīgi Pseudomonas aeruginosa mukoīdiem celmiem, kas bieži sastopami cistiskās fibrozes pacientu krēpās. Baktēriju eksopolisaharīdi ir iesaistīti adhēzijā (pielīp pie substrātiem), tos sauc arī glikokalikss. Papildus baktēriju veiktajai eksopolisaharīdu sintēzei ir vēl viens to veidošanās mehānisms: ekstracelulāro baktēriju enzīmu iedarbība uz disaharīdiem. Tā rezultātā veidojas dekstrāni un levāni. Kapsula un gļotas aizsargā baktērijas no bojājumiem un izžūšanas, jo, būdami hidrofilas, tās labi saista ūdeni un novērš makroorganisma un bakteriofāgu aizsargfaktoru darbību.

Flagella baktērijas nosaka baktēriju šūnas mobilitāti. Flagellas ir plāni pavedieni, kas cēlušies no citoplazmas membrānas, tie ir garāki par pašu šūnu (3. att.). Ziedi ir 12–20 nm biezi un 3–12 µm gari. Ziedu skaits baktērijās dažāda veida atšķiras no viena (monotrich) vibrio cholerae līdz desmit un simtiem flagellas, kas stiepjas gar baktērijas perimetru (peri-trih) Escherichia coli, Proteus u.c. lophotrichous vienā šūnas galā ir karogs saišķis. amfitrihišūnas pretējos galos ir viens flagellum vai ziepju saišķis. Ziedi ir piestiprināti pie citoplazmas membrānas un šūnu sienas ar īpašiem diskiem. Flagellas sastāv no proteīna, ko sauc par flagellīnu. naT.flagellum- flagellum) ar antigēnu specifiskumu. Flagellina apakšvienības ir satītas. Ziedi tiek atklāti, izmantojot elektronu mikroskopiju preparātiem, kas izsmidzināti ar smagajiem metāliem, vai gaismas mikroskopā pēc apstrādes ar īpašām metodēm, kuru pamatā ir dažādu vielu kodināšana un adsorbcija, kā rezultātā palielinās flagellas biezums (piemēram, pēc sudraba).

Rīsi. 3. E. coli. Elektronu difrakcijas modelis (sagatavots V.S. Tyurin). 1 - flagella, 2 - villi, 3 - F-dzēra.

Villi jeb pili (fimbrija), - pavedienveida veidojumi (3. att.), tievāki un īsāki (3-10 nm x 0,3-10 µm) nekā flagellas. Pili stiepjas no šūnas virsmas un sastāv no pilīna proteīna. Viņiem ir antigēna aktivitāte. Starp piliem izceļas: pili, kas atbild par adhēziju, t.i. baktēriju pievienošanai skartajai šūnai (1. dzēriena tips vai vispārējais tips - kopējā pili) dzēra, atbild par uzturu, ūdens-sāls metabolismu; dzimumorgānu (F-dzēra), vai konjugācija pili (dzēra 2. tips). Vispārējā tipa pīļu ir daudz - vairāki simti vienā būrī. Dzimuma pili veido tā sauktās "vīriešu" donoru šūnas, kas satur transmisīvās plazmīdas. (F, R, Col). Parasti vienā šūnā tās ir 1-3. Atšķirīga iezīme dzimuma pili ir mijiedarbība ar īpašiem "vīriešu" sfēriskiem bakteriofāgiem, kas intensīvi adsorbējas uz dzimuma pili.

strīds - savdabīga snaudošu firmicute baktēriju forma, t.i. baktērijas ar grampozitīvu šūnu sienas struktūru.

Sporas veidojas baktēriju pastāvēšanai nelabvēlīgos apstākļos (žāvēšana, barības vielu deficīts utt.). Šajā gadījumā vienas baktērijas iekšpusē veidojas viena spora. Sporu veidošanās veicina sugas saglabāšanos un nav vairošanās metode, kā tas ir sēnēs.

Dažkārt tiek sauktas aerobās sporas veidojošās baktērijas, kuru sporu izmērs nepārsniedz šūnas diametru baciļi. Sporas veidojošās anaerobās baktērijas, kurās sporu izmērs pārsniedz šūnas diametru, un tāpēc tās iegūst vārpstas formu, sauc. klostridijas(lat. klostridijs- vārpsta).

Process sporulācija(sporulācija) iziet vairākus posmus, kuru laikā daļa citoplazmas un hromosoma tiek atdalīta, ko ieskauj citoplazmas membrāna; veidojas prospora, tad veidojas daudzslāņu slikti caurlaidīgs apvalks. Sporulāciju pavada intensīva prosporas un pēc tam dipikolīnskābes un kalcija jonu sporu apvalka patēriņš. Pēc visu struktūru veidošanās sporas iegūst termisko stabilitāti, kas ir saistīta ar kalcija dipikolināta klātbūtni. Sporulācija, sporu forma un atrašanās vieta šūnā (veģetatīvā) ir baktēriju sugas īpašība, kas ļauj tās atšķirt vienu no otras. Sporu forma var būt ovāla, sfēriska, atrašanās šūnā ir termināla, t.i. nūjas galā (stingumkrampju izraisītājs), apakšgalā - tuvāk nūjas galam (botulisma izraisītāji, gāzes gangrēna) un centrā (sibīrijas mēra bacilis).

Izmēri - no 1 līdz 15 mikroniem. Pamatformas: 1) cocci (sfēriski), 2) baciļi (stieņveida), 3) vibrioni (izliekti komata veidā), 4) spirilla un spirohetas (spirālveida savīti).

Baktēriju formas:
1 - cocci; 2 - baciļi; 3 - vibrios; 4-7 - spirilla un spirohetas.

Baktēriju šūnas struktūra:
1 - citoplazmas membrāna; 2 - šūnu siena; 3 - gļotādas kapsula; 4 - citoplazma; 5 - hromosomu DNS; 6 - ribosomas; 7 - mezosoma; 8 - fotosintētiskās membrānas; 9 - ieslēgumi; 10 - flagellas; 11 - dzeršana.

Baktēriju šūnu ieskauj membrāna. Membrānas iekšējo slāni attēlo citoplazmas membrāna (1), virs kuras atrodas šūnas siena (2); virs šūnas sienas daudzās baktērijās ir gļotādas kapsula (3). Eikariotu un prokariotu šūnu citoplazmas membrānas struktūra un funkcijas neatšķiras. Membrāna var veidot krokas, ko sauc mezosomas(7). Viņiem var būt dažāda forma(sakkulārais, cauruļveida, lamelārais utt.).

Fermenti atrodas uz mezosomu virsmas. Šūnu siena ir bieza, blīva, stingra, sastāv no mureina(galvenā sastāvdaļa) un citas organiskās vielas. Mureīns ir regulārs paralēlu polisaharīdu ķēžu tīkls, kas savienotas ar īsām olbaltumvielu ķēdēm. Baktērijas tiek klasificētas pēc to šūnu sienas struktūras. grampozitīvs(iekrāso Gram) un gramnegatīvs(nav krāsots). Gramnegatīvajām baktērijām siena ir plānāka, sarežģītāka, virs mureīna slāņa ārpusē ir lipīdu slānis. Iekšējā telpa ir piepildīta ar citoplazmu (4).

Ģenētisko materiālu attēlo apļveida DNS molekulas. Šīs DNS nosacīti var iedalīt "hromosomu" un plazmīdu. “Hromosomu” DNS (5) ir viena, piestiprināta pie membrānas, satur vairākus tūkstošus gēnu, atšķirībā no eikariotu hromosomu DNS, tā nav lineāra, nav saistīta ar olbaltumvielām. Apgabalu, kurā atrodas šī DNS, sauc nukleoīds. Plazmīdas- ekstrahromosomu ģenētiskie elementi. Tās ir mazas apļveida DNS, kas nav saistītas ar olbaltumvielām, nav piesaistītas membrānai, satur nelielu skaitu gēnu. Plazmīdu skaits var būt atšķirīgs. Visvairāk pētītās plazmīdas, kas satur informāciju par rezistenci pret zāles(R-faktors), kas iesaistīts seksuālajā procesā (F-faktors). Plazmīdu, kas var apvienoties ar hromosomu, sauc epizodisks.

Baktēriju šūnā nav visu eikariotu šūnai raksturīgo membrānas organellu (mitohondriji, plastidi, ER, Golgi aparāts, lizosomas).

Baktēriju citoplazmā ir 70S tipa ribosomas (6) un ieslēgumi (9). Parasti ribosomas tiek samontētas polisomās. Katra ribosoma sastāv no mazas (30S) un lielas apakšvienības (50S). Ribosomu funkcija ir salikt polipeptīdu ķēdi. Ieslēgumus var attēlot ar cietes, glikogēna, volutīna, lipīdu pilienu gabaliņiem.

Daudzām baktērijām ir flagellas(10) un pili (fimbrijas)(vienpadsmit). Flagellas nav ierobežotas ar membrānu, tām ir viļņota forma un tās sastāv no sfēriskām flagellīna proteīna apakšvienībām. Šīs apakšvienības ir izvietotas spirālē un veido dobu cilindru 10–20 nm diametrā. Prokariotu karogs pēc savas struktūras atgādina vienu no eikariotu flagellum mikrotubuliem. Ziedu skaits un izvietojums var atšķirties. Pili ir taisnas pavedienveida struktūras uz baktēriju virsmas. Tie ir plānāki un īsāki nekā flagellas. Tie ir īsi dobi pilīna proteīna cilindri. Pili kalpo baktēriju piesaistīšanai substrātam un viens otram. Konjugācijas laikā veidojas īpaši F-pili, caur kuriem ģenētiskais materiāls tiek pārnests no vienas baktērijas šūnas uz otru.

Yandex.DirectVisas reklāmas

sporulācija baktērijām ir veids, kā piedzīvot nelabvēlīgus apstākļus. Sporas parasti veidojas pa vienai "mātes šūnā" un tiek sauktas par endosporām. Sporas ir ļoti izturīgas pret starojumu, ekstremālām temperatūrām, izžūšanu un citiem faktoriem, kas izraisa veģetatīvo šūnu nāvi.

Pavairošana. Baktērijas vairojas aseksuāli, sadalot "mātes šūnu" divās daļās. Pirms dalīšanās notiek DNS replikācija.

Reti baktērijām ir seksuāls process, kurā notiek ģenētiskā materiāla rekombinācija. Jāuzsver, ka baktērijas nekad neveido gametas, nesapludina šūnu saturu, bet notiek DNS pārnešana no donora šūnas uz recipienta šūnu. Ir trīs DNS pārnešanas veidi: konjugācija, transformācija, transdukcija.

Konjugācija- F-plazmīdas vienvirziena pārnešana no donora šūnas uz recipienta šūnu, saskaroties viena ar otru. Šajā gadījumā baktērijas savā starpā savieno īpašas F-pilas (F-fimbria), pa kuru kanāliem tiek pārnesti DNS fragmenti. Konjugāciju var iedalīt šādos posmos: 1) F-plazmīdas attīšana, 2) vienas no F-plazmīdas virknes iekļūšana recipienta šūnā caur F-pill, 3) komplementārās virknes sintēze uz vienas šķiedrveida DNS veidne (atrodas kā donora šūnā (F +) un saņēmēja šūnā (F -)).

Transformācija- vienvirziena DNS fragmentu pārnešana no donora šūnas uz recipienta šūnu, nesaskaroties vienam ar otru. Šajā gadījumā donora šūna vai nu “izsēj” nelielu DNS fragmentu no sevis, vai arī DNS nonāk vidē pēc šīs šūnas nāves. Jebkurā gadījumā DNS tiek aktīvi absorbēta saņēmēja šūnā un integrēta savā "hromosomā".

transdukcija- DNS fragmenta pārnešana no donora šūnas uz recipienta šūnu, izmantojot bakteriofāgus.

Vīrusi

Vīrusi sastāv no nukleīnskābes (DNS vai RNS) un olbaltumvielām, kas veido apvalku ap šo nukleīnskābi, t.i. ir nukleoproteīnu komplekss. Daži vīrusi satur lipīdus un ogļhidrātus. Vīrusi vienmēr satur viena veida nukleīnskābes – vai nu DNS, vai RNS. Turklāt katra no nukleīnskābēm var būt gan vienpavedienu, gan divpavedienu, gan lineāra, gan apļveida.

Vīrusu izmēri ir 10–300 nm. Vīrusa forma: sfērisks, stieņveida, vītņveida, cilindrisks utt.

kapsīds- vīrusa apvalks, ko veido proteīna apakšvienības, kas sakrautas noteiktā veidā. Kapsīds aizsargā vīrusa nukleīnskābi no dažādām ietekmēm, nodrošina vīrusa nogulsnēšanos uz saimniekšūnas virsmas. Superkapsīds raksturīgi kompleksiem vīrusiem (HIV, gripas vīrusi, herpes). Rodas vīrusa atbrīvošanās laikā no saimniekšūnas un ir modificēta saimniekšūnas kodola vai ārējās citoplazmatiskās membrānas daļa.

Ja vīruss atrodas saimniekšūnā, tad tas pastāv nukleīnskābes formā. Ja vīruss atrodas ārpus saimniekšūnas, tad tas ir nukleoproteīnu komplekss, un šo brīvo eksistences formu sauc virion. Vīrusi ir ļoti specifiski; viņi savai dzīves aktivitātei var izmantot stingri noteiktu saimnieku loku.