Змістовий модуль 2. Обмін речовин у мікроорганізмах
Тема 3. Ультраструктура мікроорганізмів
Будова бактеріальної клітини. Розмноження та спороутворення в бактерій. Органи руху бактерій.
Лабораторна робота 3
Складні методи фарбування. Ультраструктура бактерій.
Самостійна робота 3
Механізми проникнення поживних речовин в клітину
Лекція План
Основні відмінності між еу- та прокаріотами
Будова бактеріальної клітини.
Розмноження та спороутворення в бактерій.
Органи руху бактерій.
1.
Між ними та еукаріотами (eu - справжній, karyon - ядро) існують суттєві відмінності, які дозволяють віднести представників мікробного світу до єдиного царства. Слід пам’ятати, що в еукаріотів тканини та органи складаються з окремих клітин, що знаходяться у фізіологічній метаболічній залежності і не можуть існувати окремо. Мікробна клітина - абсолютно автономний складний організм, здатний до самостійного, індивідуальнго існування.
Найсуттєвішою ознакою прокаріотів є відсутність ядра. Його роль відіграє нуклеоїд - ядерна речовина, яка дифузно розташована в цитоплазмі та не відмежована від неї каріолемою. Нуклеоїд клітини складається з однієї нитки ДНК, замкненої в кільце, гістоноподібні білки та ядерце відсутні. У бактерій немає таких органел, як мітохондрії, апарат Гольджі, ендоплазматичний ретикулюм, хлоропласти, мікротільця. Проте вони мають мезосоми, функція яких аналогічна мітохондріальній. Константа седиментації мікробних рибосом складає 70S, в той час як в еукаріотів - 80S. Існують також суттєві відмінності за будовою джгутиків, наявністю вакуолей тощо.
Незважаючи на такі кардинальні відмінності в структурі клітин різних систем, загальний план їх будови залишається подібним. Прокаріотний організм містить у собі майже всі клітинні елементи: оболонку, цитоплазму, ядерний апарат, включення.
2. Будова бактеріальної клітини нуклеоїд
Ядерний апарат бактеріальної клітини займає її центральну частину, має неправильну форму і не відмежовується від цитоплазми оболонкою, поєднується з цитоплазматичною мембраною і мезосомою.
Він складається з однієї суперспіралізованої подвійної нитки ДНК діаметром до 2 нм, замкнутої в кільце, інтегрованої з РНК, РНК-полімеразою та білком у співвідношенні 1:1:3. Довжина цієї гігантської молекули може сягати до 1,5-3 мм. Молекулярна маса нуклеоїда - (1-3)х109 дальтон, і містить він до 8х106 пар нуклеїнових основ. Вміст пар основ А+Т і Г+Ц в молекулі кожної клітини є постійним для певного виду бактерій, а частка Г+Ц у загальній молекулярній масі становить 23-75 %.
Як правило, в клітині нуклеоїд представлено однією копією, проте під час поділу клітини число цих копій може збільшуватись до 2-9. Досить часто бактерії поруч із хромосомною містять позахромосомну ДНК значно менших розмірів, також скручену в кільце і локалізовану в цитоплазмі. Такі елементи одержали назву плазміди. Вони детермінують синтез деяких речовин, ферментів, забезпечують стійкість бактерій до антибіотиків, отже, надають їм певних селективних переваг.
Ядерну субстанцію мікробів можна виявити в ультратонких зрізах при дослідженні їх в електронному мікроскопі, за допомогою імунофлуоресцентної, радіоімунної мікроскопії, радіоавтографії, а також забарвлюючи її за методами Робіноу-Фельгена, Пікарського тощо.
Цитоплазма бактерійних клітин має рідку консистенцію, прозора, гомогенна, відмежовується від зовнішнього середовища цитоплазматичною мембраною. Вона є своєрідною колоїдною системою, що складається з різноманітних молекул білків, ліпідів, води, ДНК і РНК, вуглеводів, полісахаридів та інших сполук. В’язкість її у 800-8000 разів перевищує аналогічний показник води. Будова і консистенція цитоплазми залежить від віку мікроба - гомогенна у молодих клітин вона поступово перетворюється на дрібнозернисту структуру в старих, набуваючи вигляду щільників. У ній з’являються вакуолі, волокнисті утворення, збільшується її густина, за консистенцією вона нагадує гель.
При ультрацентрифугуванні цитоплазми можна одержати “розчинну” фракцію, до якої входять різноманітні ферменти, і фракцію “часток” з мембран та рибосом. Рибосоми виконують роль фабрики синтезу білка, їх розмір досягає 16х18 нм. Складаються вони з двох білкових субодиниць 30S-50S. Клітина може містити до 5000-50000 рибосом, число їх збільшується при активному синтезі білка. Часом рибосоми збираються у скупчення, які називають полірибосомами або полісомами. Відмінності між рибосомами еукаріотичних та прокаріотичних організмів мають вирішальне значення у пошуках шляхів боротьби з останніми як збудниками інфекційних захворювань. Відомо, що деякі антибіотики здатні частково або повністю припиняти синтез білка саме на 70S рибосомах, залишаючи інтактними 80S рибосоми.