Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет"
Институт фундаментальной медицины и биологии
Кафедра биоэкологии
РЕФЕРАТ
Строение прокариотической клетки
Выполнила: студентка
3 Курса, 01-107 группы,
очного отделения
кафедры биоэкологии
Гарифуллина И.И
Проверила:
Захарова Н.Г
Казань, 2014
Содержание
Введение…………………………………………………………………………
Внешние структуры клетки прокариот…………………...................................
Внутренние структуры клетки прокариот….......................................................
Список литературы………………………………………………………………
Введение
Прокариотические клетки - самые простые и самые мелкие клетки. Представляют исключительную ценность для исследований в области биохимии и молекулярной биологии, так как они несложны по своей структуре, их можно легко и быстро выращивать в больших количествах, а механизмы репродукции и передачи генетической информации у них относительно просты. Основными компонентами являются: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, рибосомы, нуклеоид. К временнаям структурами являются: капсула, жгутики,пили.
Цель: изучить строение прокариотической клетки и дать описание ее составляющим компонентам.
Ультраструктура клетки прокариот
В структуре прокариотической клетки выделяют основные и временные компоненты. К основным относят те, которые жизненнно необходимы. К ним относят цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с различными органел-лами и у большинства прокариот клеточная стенка и клеточная оболочка. Но есть прокариоты у которых клеточная стенка отсутствует. К ним относятся некоторые бактерии и археи, например, микоплазмы, Домен Bacteria, термо-зцидофильные бактерии.
Бактерия рода Микоплазмы
Временные структуры необходимы клетке на определенных этапах жиз-ненного цикла. К ним относят капсулу, жгутики, фимбрии, влючения и другие.
Внешние структуры
1. Капсула - плотный слой, который непосредственно прилегает к поверхности клеточной оболочки и повторяет ее контуры и сохроняет прочную связь с клеточной стенкой. Она служит внешней границей между клеткой прокариот и внешней средой.
Известны капсулы полисахаридной, липидной, гликопротеиновой природы, а также состоящие из аморфной массы целюлозы. Капсулы защищают клетку от водного стресса, антибактериальных агентов, факторов иммунной системы макроорганизма, бактериофагов, хищных бактерий и фаготрофных простейших. Капсулы способствуют образованию многоклеточных агрегатов пркариот за счет адгезии клеток, обеспечивая их прикрепление к биотическим и абиотическим субстратам,а также аккумулируют неорганические ионы и низкомолекулярные органические субстраты вблизи клеточной поверхности.
Адгезия - это прикрепление прокароит к органическим и неорганическим субстратам. Адгезия определяется различными нековалентными взаимодействиями ( ионными, водородными, гидрофобными связями и силами Вандер –Ваальса) и осуществляется с помощью адгезинов.
В капсулу полисахаридной природы входит антиген. Антиген представляет собой субстанцию, несущую на себе признаки генетически чужеродной информации и способную при попадании в организм вызывать иммунный ответ, направленный на ее удаление (синтез сенсибилизированных лимфоцитов и иммуноглобулинов) или другие иммунологические феномены (иммунологическая толерантность, иммунологическая память). В роли антигенов могут выступать белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, а также их комбинации между собой или с липидами. Антиген содержит несколько эпитопов,которые определяют специфичность образующихся при иммунном ответе антител и Т-киллеров. Свойства антигена определяются комлексом признаков: чужеродность, специфичность,иммуногенность, антигенность.
Иногда
капсулы могут быть инкрустированы
окислами марганца или железа.
Строении прокариотической клетки
2. Чехлы - это внешние плотные упорядоченные покровы дифферен-цированных и вегетативных клеток ( цисты, эндоспоры, гетероцисты, везикулы азотфиксирующих бактерий рода Frankia) c четко очерченной внешней гранью, но не плотно прилегающие к поверхности клетки. Обла-дают упорядоченной сруктурурой, имеют сложный химический состав и нередко состоят из нескольких слоев с разным строением. В состав чехлов входят сахара, белки,липиды, фосфор и гексозоамин. Функциями чехла являются адгезионная и защитная.
Чехлы образуют как одноклеточные ,так и трихомные бактерии.
Трихом - это многоклеточные неразветвленные нитевидные или сфери-ческие агрегаты, в которых клетки окружены общей наружной мембраной и соединены трубчатыми микроплазмодеемами, пронизывающими поперечные клеточные стенки. Рост трихома происходит путем деления отдельных клеток, а размножение трихома осуществляется с помощью фрагментации трихома. Число клеток в трихоме не постоянно и зависит от ряда факторов.
3. Экстрацелюлярные баллоны. Представляют собой внешние структуры, которые встречаются у представителей рода Bacillus. Это специализиро-ванная крупная структура в виде сферического или цилиндрического пузырька, наполненного газом (азотом и кислородом в соотношении 8:2). Ограничен от внешней среды неунитарной мембраной из белковых субъеди-ниц и прочно закреплен “мостиками” на наружной поверхности клетки. Обеспечивает клетку кислородом в условиях дифицита.
Функции экстрацеллюлярных газовых балонов:
1) является акцептором электронов при дыхании;
2) повышает плавучесть клетки.
4. Слизистые слои – это аморфное, бесструктурное образование полисаха-ридной природы, легко отделяющееся от поверхности клетки и не имеющее заметной наружной границы. Выполняют защитную и адгезивную фукции.
5. Фимбрии – длинные, тонкие придаточные структуры, состоящие из одного или нескольких типов белковых субъедениц, которые отходят от цитоплаз-матической мембраны. Различают по размеру, морфологии, месту локализации на поверхности клетки, числу копий на клетку (1 до 500), механизму биогенеза, антигенным свойствами выпоняемым функциям. Подразделяются на фимбрии главного типа и альтернативного типа.
Фимбрии главного типа - придаточные структуры бактерий (домен Bacteria) представляющий собой прямые и жесткие полые цилиндры, построенные из протомеров белка цилина. Образуются в большом количестве и распологаются на клетке перитрихально. У них отсутствует базальное тело, поэтому нить непосредственно прикрепляется к наружной поверхности клетки. Они выполняют только адгезивные функции. Наиболее известными из них являются Fim и Pap - фимбрии. Fim - фимбрии образуются у эшерихий. Лектин FimH, входящий в состав Fim-фимбрий, обеспечивает презентацию фимбрий гликопротеинам клетки хозяина. Pap-фимбрии образуют уропатогенные штаммы энтеробактерий. Их лектин PapG презентует фимбрии гликопептидным рецепторам эритроцитов человека.
Фимбрии альтернативного типа - придаточные структуры бактерий, представляющие собой жесткие или гибкие полые цилиндры. Состоит из субъединиц белка пилина. Образуются в количестве 1-2 на клетку и распологаются на одном из ее полюсов. У фимбрий альтернативного типа имеется базальное тело, субъеденицы которого гомологичны субъеденицам базального тела жгутика. С помощью базального тела фимбрии закрепляются в клетке. Они принимают участие:
- в транспорте низкомолекулярных соединений в клетку;
- в секреции факторов вирулентности и токсинов (Нгр фимбрии);
- образование биопленок и твитчинге (фимбрии 4 типа);
- контактной передачи ДНК от одной клетки к другой в процессе конъюгации и трансформации (F и P-фимбрии);
- в защите от паразитов;
- транспорте ДНК при конъюгации фитопатогенной бактерии Agrobacterium timefaciens в геном растительной клетки (Т-фимбрии). Фимбрии альтернативного типа также обеспечивают адгезию клеток.
6. Целлюлосома – это сферическое образование, которое осуществляет гидролиз целлюлозы. В состав целлюлосомы входят два фермента (целюлаза, гемицеллюлаза) и белки, участвующие в фиксации органеллы на клеточной поверхности и на фибриллах целлюлозы. На ней адсорбируется целлюлоза, которая разрушается и поглощается.
7. Шипы - жесткие полые конические или цилиндрические образования белковой припроды, закрепленные на наружной мембране клетки прокариот. Обеспечивают защиту от простейших, прикрепление к абиотическим и биотическим субстратам и повышение плавучести.
Твитчинг (или подтягивающий тип движения) – скачкообразное быстрое перемещение клеток бактерий по увлажненной поверхности твердого субстрата за счет полимеризации фимбрий 4 типа (т.е. увеличение или уменьшение их длины). Подтягивающее движение осуществляется путем уменьшения длины нижнего конца фимбрий. Которые как бы «разбирается» на отдельные субъединицы белка пилина. Вследствии сокращение фимбрий. Клетка рывком подтягивается либо к организму-партнеру, либо к субстрату. Благодоря твитчингу происходит быстрое распростронение бактерий на большие расстояния.
Биопленки представляют собой микробные сообщества, в которых клетки необратимо прикреплены друг к другу и к твердому биотическому или абиотическому субстратам, а также защищены внеклеточным полимерным матриксом. Биопленки могут быть образованы бактериями одного вида или состоят из сложного мультивидного сообщества. В их состав входят как активно функционирующие клетки, так и специализированные покоящиеся формы и /или некультивируемые формы. В виде биопленок прокариоты растут во влажных почвах, в донных осадках, составе планктона, организме человека и животных, на поверхности растений, в имплантируе-мых в организм человека протезах, катетерах, искусственных клапанах сердца и т.д. Жизнь в составе биопленок дает прокариотам ряд преимуществ «социального образа жизни» в виде: метаболической кооперации, приобретения новых свойств в процессе горизантального переноса генов, защиты от стрессовых воздействий.
Трансформация – 1. Поглощение клеткой прокариот чужеродной ДНК ( плазмидной, хромосомной или бактериофага) с последующим включением в хромосому или сохранением в качестве автономно реплицирующейся плазмиды. Трансформация происходит без прямого контакта донора и реципиента, а также без участия плазмид,бактериофагов или транспозонов. Трансформация часто приводит к применению фенотипа клетки – рецепиента. 2. Превращение нормальных клеток организма в опухолевые.
Конъюгация
– однонаправленный перенос между
клетками прокариот генетического
материала при непосрественном контакте
клетки-донора и клетки-рецепиента.
Осуществляется при участии плазмид и
конъюгативных транспозонов.
Конъюгация у бактерий
8. Жгутики – локомоторная органелла прокариот, обеспечивающая активное перемещение клеток бактерий и архей в окружающей среде. Жгутики бывают экзоплазматическими и периплазматическими.
Жгутики экзоплазматические – вмонтированы клеточную оболочку при помощи базального тела, от которого отходит нить. Эта нить вращается в ней по часовой стрелке или против часовой стрелки за счет энергии трансмембранного градиентов водорода и натрия, обеспечивая тем самым плавание бактерий в жидкой среде или их подвижность по типу роения по увлажненной поверхности твердого субстрата.
Строение жгутика грамотрицательных бактерий
Ж
гутики
выполняют следующие функции:
Отвечают за образование биопленок на твердых поверхностях и адгезию клеток на разных субст-ратах.
Облегчают симбиотическим азотфиксирующим ризобнам коло- низацию бобовых растений.
Являются одним из факторов вирулентности у патогенных микроорганизмов.
Ч
исло
жгутиков на клетку варьирует от 1 до 100
и более. По распо-ложению и числу жгутиков
на поверхности выделяют: монополярные
монотрихи, монополярные политрихи,
биополярные монотрихи, био-полярные
политрихи, перитрихи.
А – монополярные монотрихи; В – монополярные политрихи;
С – биополярные монотрихи; D – перитрихи.