Структура бактериальной клетки. Обязательные (постоянные) структурные элементы

Обязательными структурными элементами бактерий являются: цитоплазма с нуклеоидом и рибосомами, цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), клеточная стенка.

Цитоплазма прокариотов в отличие от эукариотов не содержит митохондрий и хлоропластов, аппарата Гольджи, лизосом, эндоплазматической сети. Нуклеоид выполняет в клетке бактерий функцию ядра, т.е. является носителем генетической информации, однако, в отличие от ядра эукариотической клетки, он не имеет ядерной мембраны, не делится митозом. Нуклеоид состоит из замкнутой в кольцо нити ДНК. В генетическом отношении ДНК нуклеоида является единственной бактериальной хромосомой. В связи с этим бактерии имеют гаплоидный набор генов, контролирующих все их жизненно важные функции. Органеллы цитоплазмы выявляются при электронной микроскопии.

Цитоплазматическая мембрана ограничивает снаружи цитоплазму и состоит из тонкого слоя фосфолипидов и белка. Функции ЦПМ: получение энергии в результате биологического окисления, участие в питании посредством активного транспорта веществ, участие в биосинтезе веществ, делении клетки. В состав ЦПМ входят окислительные ферменты, пермеазы, различные биосинтетические ферменты. ЦПМ выявляют при электронной микроскопии.

Клеточная стенка у Гр+ бактерии, как правило, содержит многослойный пептидокликан, который придает клеточной стенке прочность.

Клеточная стенка определяет форму бактерий, служит для механической защиты, участвует в питании за счет диффузии и осмоса. У Гр- бактерий клеточная стенка представлена тонким слоем пептидогликана, покрытого наружной мембраной, в состав которой входят белки, фосфолипиды и липополисахариды (ЛПС). Наружная мембрана клеточной стенки патогенных микробов во многом определяет специфичность их взаимодействия с организмом хозяина и помогает в распознавании близкородственных микробов. По компонентам и структуре клеточной стенки, биохимическим механизмам ее синтеза бактерии коренным образом отличаются от животных и растений. Поэтому лекарственные препараты, специфически воздействующие, например, на бактериальные стенки, безвредны для высших организмов. Клеточную стенку бактерий выявляют при электронной микроскопии, специальным окрашиванием или в опыте плазмолиза.

Необязательные (непостоянные) структурные элементы.

К ним относят: капсулу, спору, включения, жгутики, пили.

Капсула представляет собой поверхностно расположенное слизистое образование, которое по химической природе чаще является полисахаридом. Капсула выполняет защитную функцию, предохраняя клетку во внешней среде от высыхания и других неблагоприятных факторов, а в организме хозяина - от фагоцитоза, бактериолизиса и других реакций, лекарственных препаратов. Бактерии, образующие капсулу в организме и на питательных средах, называют капсульными (например, клебсиеллы пневмонии). Некоторые бактерии образуют макрокапсулу только в организме (золотистый стафилококк, стрептококк пневмонии, палочка сибирской язвы, возбудитель чумы, туляремии и др.). Многие бактерии образуют микрокапсулу: возбудитель коклюша, патогенные энтеробактерии и др. Капсулу выявляют методом Бурри-Гинса: бактерии смешивают с каплей туши, распределяют их по стеклу виде тонкого мазка и фиксируют. После окрашивания разведенным карболовым фуксином в световом микроскопе на серо-коричневом (тушевом) фоне препарата видны красные тела бактерий, окруженные бесцветными зонами капсул.

Споры являются формой существования, предназначенной для сохранения бактерий во внешней среде. В одной бактериальной клетке в течение 12-18 часов формируется 1 спора, которая при благоприятных условиях за 4-6 часов прорастает в 1 вегетативную клетку. Спорообразующими являются, как правило, Гр+ палочковидные бактерии: те, у которых диаметр споры не превышает поперечный размер клетки, называют бациллами, те, у которых диаметр больше - клостридиями. Устойчивость спор к неблагоприятным физико-химическим воздействиям связана с наличием многослойной оболочки, повышенным содержанием липидов, ионов кальция, магния, вода в связанном состоянии. Жизнеспособность спор при обычных условиях может сохраняться в течение десятилетий и столетий. Для уничтожения спор применяют методы стерилизации (пар под давлением, горячий воздух и др.). Споры окрашиваются плохо. Для выявления используют сложные методы окраски (по Циль-Нильсону, Ожешке и др.)

Включения. В клетках прокариотов можно обнаружить включения (скопления полисахаридов, липидов, полифосфатов, серы). У дифтерийной палочки и некоторых других бактерий в цитоплазме обнаруживаются зёрна волютина (полифосфаты), выполняющие функцию запасного вещества (источника фосфора и энергии). Включения и цитоплазма по-разному окрашиваются одними и теми же красителями. Например, при окраске уксусно-кислым генцианвиолетом цитоплазма у дифтерийной палочки окрашивается в бледно-фиолетовый цвет, а расположенные по полюсам зерна волютина - в темно-фиолетовый. Обнаружение зёрен волютина имеет диагностическое значение.

Жгутики - являются поверхностными придатками бактериальной клетки, состоят из белка флагеллина и выполняет функцию движения. Наиболее подвижки микробы с 1 жгутиком - монотрихи (холерный вибрион) менее подвижны микробы с пучком жгутиков на одном из полюсов –лофотрихи (синегнойная палочка) или имеющие жгутики на обоих полюсах - амфитрихи; наименее подвижны перитрихи, у которых жгутики расположены по бокам или по, всей поверхности (многие энтеробактерии). В световом микроскопе жгутики не видны. Для их выявления используют прямые методы: электронную микроскопию или специальное окрашивание, позволяющие увеличить размеры жгутиков, например, за счет наслоения солей тяжелых металлов. С целью косвенного выявления жгутиков изучают подвижность микробных клеток. Для этого готовят нативные препараты (раздавленная или висячая капля), которые микроскопируют в затемненном поле зрения, темнопольном или фазовоконтрастном микроскопах.

Пили также являются поверхностными придатками бактериальной клетки и представляют собой тончайшие нити (тоньше и короче жгутиков), состоят из белка пилина. Функцией пилей являются прикрепление к субстрату; они также способствуют контакту клетки – донора с клеткой - реципиентом при конъюгации. Наличие пилей у патогенных микробов во многом определяет их способность вызывать заболевание, т.к. они необходимы для осуществления адгезии (прилипания). Прямое выявление пилей возможно только при электронной микроскопии.

Химический состав бактериальной клетки.

(свободная и связанная), нуклеиновые кислоты ДНК и РНК), белки, углеводы, липиды и минеральные соли. Свободная вода, являясь универсальной дисперсионной средой, участвует в метаболизме, связанная вода - определяет устойчивость клетки к физическим факторам. Нуклеиновые кислоты являются носителями наследственной информации. Белки входят в состав различных структур бактериальной клетки, являются составной частью ферментов, токсинов, антигенов, определяют отношение к красителям, лекарственным и дезинфицирующим веществам. Углеводы являются источником энергии, и, наряду с белками, могут определять специфичность бактерий. Липиды определяют заряд клетки и проницаемость мембран, устойчивость к кислотам, щелочам, спиртам, а также токсичность микроба.

Грибы - это одноклеточные или многоклеточные эукариоты без хлорофилла, но близкие к растениям. Патогенные для человека грибы имеют следующие морфологические формы:

1 - гифы (нити), которые при сплетении образуют мицелий (тело гриба).

Различают:

а) истинный (у плесеней) - трубка, разделённая или неразделённая перегородками (септами), покрытая общей оболочкой;

б) ложный (псевдомицелиий, у грибов рода Кандида - Candida) вытянутые, нитевидные клетки, каждая из которых имеет свою оболочкy.

2 - круглые и овальные почкующие клетки (у дрожжей и грибов рода Кандида). Размеры вегетативных форм – х1 – х100 мкм. Структура их сложная: многослойная клеточная стенка, цитомембрана, дифференцированное ядро, полисомы, митохондрии, включения, пигменты.

3 - споры (пo назначению и свойствам они отличаются от спор бактерий: у грибов это форма размножения и распространения; споры гриба менее устойчивы к высокой температуре).

Различают:

а) эндоспоры, покрытые оболочкой. Например, аски у дрожжей, образующиеся в результате полового размножения;

б) экзоспоры; контактируют с воздухом. Например, микроконидии у гриба Пенициллюм (Penicillium).

Способы размножения грибов:

1 - поперечное деление;

2 - фрагментация;

3 - почкование;

4 - спорообразование;

5 - половой способ.

По типу дыхания грибы - аэробы и факультативные анаэробы, по типу питания - гетеротрофы. Для выращивания грибов применяют среду Сабуро (дрожжевой экстракт + глюкоза + пептон + агар-агар) рН=6,8

Сроки роста - от 2-3 дней до месяца. Характер колоний различен: беловато-желтые, напоминающие капли сметаны, пушистые, морщинистые, гипсовидно-мучнистые, кожистые, с различными бороздками, пигментами. По отношению к питательной среде различают мицелий:

воздушный (репродуцирующий), на концах которого располагаются споры, и субстратный, врастающий в питательную среду.

Среди патогенных грибов известны двухфазные грибы. Это грибы разной морфологии в зависимости от локализации: в организме человека это обычно дрожжевая форма, а на среде Сабуро - мицелиальная. К ним относятся возбудители особо опасных микозов: гистоплазмоза, кокцидиоидного микоза и других заболеваний.

Токсинообразование: большинство грибов образуют эндотоксин, некоторые - экзотоксин. Грибы подразделяют на две группы.

1. Низшие грибы. Для медицины и фармации важны 2 класса:

- зигомицеты (вызывают болезни лекарственных растений);

- оомицеты (например, мукоровая плесень - вызывает мукоз у людей

и животных).

2. Высшие грибы. Представляют интерес 2 класса:

- совершенные грибы - аскомицеты (наиболее характерен половой способ размножения);

а) плесени

б) дрожжи

в) возбудитель гистоплазмоза

- несовершенные грибы - дейтеромицеты (половой способ менее характерен):

а) грибы рода Кандида

б) возбудители дерматомикозов (поражают кожу и ее придатки - волосы, ногти). Значение грибов:

1. Патогенные грибы вызывают у человека микозы.

2. Грибы широко используются в биотехнологии: как продуценты антибиотиков (Пенициллюм), белков, полисахаридов, витаминов, ферментов; в пищевой промышленности (хлебопечение, сыроварение, изготовление кисломолочных продуктов)

3. Грибы используют как объекты в генной инженерии и других научных исследованиях.

Методы изучения морфологии грибов:

1.В неокрашенном состоянии, в "раздавленной капле" ее щёлочью.

Щелочь растворяет жир и ороговевшие клетки, после чего можно рассмотреть структуру и элементы грибов в пораженных тканях.

2. В окрашенном состоянии в чистой культуре (красят чаще простым способом).

3. В окрашенных и неокрашенных гистологических срезах.

4. В люминесцентном микроскопе после обработки флюорохромами, используя вторичную люминесценцию.

Простейшие - это эукариоты, близкие к животным клеткам. Размеры от 4 до 200 мкм. Форма - округлая, овальная, полулунная, грушевидная и т.д. У некоторых простейших тело покрыто относительно тонкой мембраной (амёба), у других - более плотной эластичной оболочкой - пелликулой (балантидии), у жгутиковых - перипластом (пелликула + слой продольных фибрилл). В цитоплазме располагаются I, иногда 2 ядра (микро-и макровнуклеусы балантидий), полисомы, митохондрии, включения, вакуоли и др. У некоторых в цитоплазме лежит скелетная органелла - аксостиль. Отдельные простейшие имеют специальные органеллы: прикрепления (присоска у лямблий), проникновения (у токсоплазм), пищеварения (у балантидий).

Движение простейших осуществляется с помощью:

- псевдоподии (амеба);

- жгутиков (лямблии)

- ресничек (балантидии);

По типу питания - гетеротрофы. Среди них есть абсолютные паразиты (плазмодии, токсоплазмы и др. В неблагоприятных условиях могут образовываться цисты - скопления из нескольких особей, покрытых общей оболочкой. По типу дыхания - большинство факультативные анаэробы.

Механизм питания:

1. Всей поверхностью тела по типу фагоцитоза и пиноцитоза (амеба).

2. Посредством специальных органелл пищеварения (балантидии).

Простейшие чувствительны к дезинфицирующим растворам (цисты

более устойчивы). Для многих простейших характерна стадийность

развития, переход от одного хозяина к другому, причем в организме

определенных хозяев проходит половой цикл развития.

Размножение осуществляется:

- простым делением (амеба);

- множественным делением (шизогония у плазмодия);

- половым способом (конъюгация или копуляция).

- Классификация простейших:

1. Класс корненожек (возбудитель амебиаза др.).

2. Класс жгутиковых (возбудители трихомоноза, лямблиоза, лейшманиоза, сонной болезни и др.).

3. Класс споровиков (возбудители малярии, токсоплазмоза, криптоспоридиоза и др.).

4. Класс ресничные (возбудитель балантадиаза и др.).

Морфологию простейших изучают:

- в неокрашенном состоянии (в препарате "раздавленная капля из свежего материала на подогреваемом столике микроскопа).

- в окрашенных препаратах (по Романовскому-Гимзе и др.).