Строение бактериальной клетки - прокариотической

Клеточная оболочка бактерий

обладает жесткостью и эластичностью. Придает бактерии определенную форму (шаровидную, палочковидную, извитую).

Оболочка защищает клетку, сохраняя её структурную целостность.

Наряду с мембраной служит полупроницаемым барьером – избирательное проникновение питательных веществ и выведение токсинов или ферментов, участвующих во внеклеточном переваривании субстратов..

При ее разрушении цитоплазма с включениями вытекает и приобретает шаровидную форму.

Внешняя оболочка (клеточная стенка) – протопласт может быть удалена без повреждения цитоплазмы. Структуры, в которых клеточная стенка удалена не полностью называются сферопластами.

Клеточная стенка определяет:

• антигенную специфичность видов, являясь местом адсорбции фагов на клетке

• участвует в процессах движения и деления.

Клеточная оболочка часто бывает окружена слизистым слоем – капсула.

Бактерии, окруженные капсулой, могут жить в среде, не пригодной для жизни не капсулированных бактерий. Вещество капсулы может использоваться бактериями как пищевой резерв при отсутствии другой пищи.

К клеточной оболочке тесно прилегает внешний слой цитоплазмы – цитоплазматическая мембрана – осмотический барьер клетки.

Это мягкое образование, называемое осмотическим барьером.

Контролирует транспорт ионов и молекул в клетку и из клетки.

Нередко цитоплазматическая мембрана дает внутрицитоплазматические ответвления (инвагинации), приводящие к образованию особых телец – мезосом.

Мембрана и мезосомы выполняют функции митохондрий высших организмов, в которых локализованы разнообразные ферментные системы.

Под цитоплазматической мембраной находится цитоплазма.

Состоит цитоплазма из воды, белков, жиров, углеводов, минеральных соединений и др.в-в. Соотношение этих компонентов зависит от вида бактерий и их возраста.

В бактериальной клетке содержится до 10 000 рибосом (70 S), осуществляющих синтез белков. Соединяясь вместе, рибосомы образуют полисомы.

Имеются гранулы запасных питательных веществ.

У некоторых видов бактерий накапливаются жир и волютин. Валютин состоит из полифосфатов и полиметофосфатов и веществ, близких к нуклеиновым кислотам. Это крупные, хорошо видимые гранулы, образующиеся в больших количествах на средах, богатых глицерином или углеводами.

В цитоплазме находится ядерный аппарат – генофон или бактериальная хромасома. Это двойная, замкнутая в кольцо молекула ДНК, не отделена от цитоплазмы мембраной.

Строение внешней оболочки (клеточной стенки) бактерий

У бактерий клеточная стенка состоит из пептидогликана (муреина), построенного из длинных полисахаридных цепей, соединенных между собой короткими пептидными перемычками.

По строению клеточной стенки различают две группы бактерий:

• Грамположительные бактерии ( с толстой клеточной стенкой)

• Грамотрицательные бактерии ( с тонкой клеточной стенкой)

За механическую прочность стенки ответственен пептидоглинан.

Грамположительные бактерии (например роды Staphylococcus, Bacillus, Lactobacillus) — имеют более простую структуру клеточной стенки, состоящую почти исключительно из пептидогликана (муреина) плотно прилегающего к клеточной мембране и пронизанного тейхоевыми и липотейхоевыми кислотами. В клеточной стенке грамположительных бактерий содержится небольшое количество полисааридов, липидов, белков.

Грамотрицательные бактерии (например роды Salmonella, Escherichia, Azotobacter) — клеточная стенка содержит меньше пептидогликана и имеет дополнительную внешнюю мембрану, которая состоит из фосфолипидов. Между кл.стенкой и плазматической мембраной находится периплазматическое пространство. Внутренний слой наружной мембраны представлен фосфолипидами, а в наружном слое расположен липополисахарид (ЛПС).

Окраска по Граму Staphylococcus aureus (грамположительные кокки) и Escherichia coli (грамотрицательные бациллы)

Тейхоевые кислоты – это растворимые в воде полимеры. Представляют собой длинные цепи, состоящие из остатков глицерина и рибита, связанных между собой фосфодиэфирными мостиками.

Выделены два типа тейхоевых кислот – рибиттейхоевая и глицеринтейхоевая.

Клеточные стенки каждого штамма содержат кислоту только одного типа.

Полисахариды – гликозамин, глюкоза, арабиноза, манноза или рамноза.

Тейхоевае кислоты и полисахариды клеточных стенок обладают антигенной активностью.

Липиды – в стенке их содержится небольшое количество или отсутствуют полностью.

В основном это длинноцепочечные жирные кислоты, соединенные сложноэфирными связями с полисахаридами клеточной стенки.

Белки содержаться не всегда. Если они есть, то связаны с внешней мембраной.

Пептидогликан грам(-) бактерий содержит мало поперечных сшивок и меньшим разнообразием диаминокислот.

Липополисахариды – главные компоненты внешнего слоя стенки.

Они представляют собой сложную молекулу – «скелет (липид А) и прикрепленный к нему полисахарид, образованный ядром и терминальной цепью повторяющихся единиц – трисахариды, либо тетра- или пентасахариды.

Эти длинные боковые цепи выступают над поверхностью клетки, образуя «молекулярный ворс», и служат рецепторами для адсорбции многих фагов.

Липосахариды являются главными антигенными детерминантами клеточной стенки грам(-) бактерий.

Капсула (слизистая оболочка)— имеющаяся у некоторых бактерий слизистая оболочка, расположенная снаружи от клеточной стенки. Состоит в основном из разнообразных белков, углеводов и уроновых кислот.

Капсулы защищают клетки от высыхания, могут помогать бактериям в колониях удерживаться вместе, а индивидуальным бактериям — прикрепляться к различным субстратам.

Кроме этого, капсулы предоставляют клетке дополнительную защиту: например, капсулированные штаммы пневмококков свободно размножаются в организме и вызывают воспаление легких, тогда как некапсулированные быстро уничтожаются иммунной системой и являются абсолютно безвредными.

Пили или ворсинки — тонкие волоскоподобные выросты, что присутствуют на поверхности бактериальных клеток.

Существуют различные типы пилей, из которых наиболее распространенными являются:

• Фимбрии — пили, которые служат для прикрепления. Например, возбудитель гонореи — Neisseria gonorrhoeae использует фимбрии для удержания на слизистой оболочке хозяина.

• Половые пили (F+ и F- пили) — задействованы в процессе конъюгации у бактерий.

Жгутики — органеллы движения некоторых бактерий.

Бактериальный жгутик построен значительно проще эукариотического, и он в 10 раз тоньше, внешне не покрыт плазматической мембраной и состоит из одинаковых молекул белков, которые образуют цилиндр. В мембране жгутик закреплен при помощи базального тела.

Плазматическая и внутренние мембраны.

Общий принцип устройства клеточных мембран не отличается от эукариота, однако химическом составе мембраны есть немало различий, в частности, в мембранах прокариот отсутствуют молекулы холестерина и некоторых липидов, присущих мембранам эукариот. Большинство прокариотических клеток (в отличие от эукариотических) не имеют внутренних мембран, которые разделяют цитоплазму на отдельные компартменты. Только у некоторых фотосинтетических и аэробных бактерий плазмалемма образует вгибание внутрь клетки, что выполняет соответствующие метаболические функции.

Нуклеоид — не ограниченный мембранами участок цитоплазмы, в котором расположена кольцевая молекула ДНК — «бактериальная хромосома», где хранится весь генетический материал клетки.

Плазмиды — небольшие дополнительные кольцевые молекулы ДНК, несущие обычно всего несколько генов.

Плазмиды, в отличие от бактериальной хромосомы, не являются обязательным компонентом клетки.

Обычно они придают бактерии определенные полезные для неё свойства, такие как устойчивость к антибиотикам, способность усваивать из среды определенные энергетические субстраты, способность инициировать половой процесс и т. д.

Рибосомы прокариот, как и у всех других живых организмов, отвечают за осуществление процесса трансляции (одного из этапов биосинтеза белка).

Однако бактериальные рибосомы несколько меньше, чем эукариотические (коэффициенты седиментации 70 S и 80 S соответственно), и имеют другой состав белков и РНК.

Из-за этого бактерии, в отличие от эукариот, чувствительны к таким антибиотикам, как эритромицин и тетрациклин, которые избирательно действуют на 70 S-рибосомы

Многим бактериям свойственно спорообразование, когда в среде имеет место недостаток питательных веществ или когда в избытке накапливаются продукты обмена.

Эндоспоры — окруженные плотной оболочкой структуры, содержащие ДНК бактерии и обеспечивающее выживание в неблагоприятных условиях.

К образованию эндоспор способны лишь некоторые виды прокариот, например представители родов

•  Clostridium (C. tetani — возбудитель столбняка,

•  C. botulinum — возбудитель ботулизма, 

• C. perfringens — возбудитель газовой гангрены и т. п.)

•  Bacillus (в частности B. anthracis — возбудитель сибирской язвы).

Для образования эндоспоры клетка реплицирует свою ДНК и окружает копию плотной оболочкой, из созданной структуры удаляется избыток воды, и в ней замедляется метаболизм. Споры бактерий могут выдерживать довольно жесткие условия среды, такие как длительное высушивание, кипячение, коротковолновое облучение и др.

Образовавшиеся споры в сухом состоянии очень устойчивы и могут сохранять жизнеспособность сотни и тысячи лет, выдерживая резкие колебания температуры.

Попадая в благоприятные условия, споры преобразуются в активную бактериальную клетку. 

Бактерии размножаются бесполым путем - делением надвое.

После редупликации кольцевой хромосомы и удлинения клетки образуется поперечная перегородка. Затем дочерние клетки расходятся.

Размножению иногда предшествует половой процесс в форме возникновения новых комбинаций генов в хромосоме.

Известно три способа образования рекомбинантов: