Слизовий шар бактеріальної клітини називається. Особливості будови бактеріальної клітини. Основні органели та їх функції

Бактерії («паличка» з давньогрецької) є царством (групою) без'ядерних (прокаріотних) мікроорганізмів, одноклітинних, як правило. Сьогодні відомо та описано близько десяти тисяч їхніх видів. Вчені припускають, що існує їх понад мільйон.

Може мати круглу, звивисту, паличкоподібну форму. У поодиноких випадках зустрічаються кубічні, тетраедричні, зірчасті, а також Про- або С-подібні форми. визначає здібності, якими має бактеріальна клітина. Наприклад, залежно від форми, мікроорганізми мають той чи інший ступінь рухливості, здатність прикріплюватися до поверхні, тим чи іншим способом поглинання поживних сполук.

Бактеріальна клітина включає три обов'язкові структури: мембрану цитоплазматичну, рибосоми і нуклеоїд.

Від мембрани із зовнішнього боку розташовується кілька шарів. Зокрема там знаходиться слизовий чохол, капсула, клітинна стінка. Крім того, із зовнішнього боку розвиваються різні поверхневі структури: ворсинки, джгутики. Цитоплазма та мембрана об'єднані у поняття «протопласт».

Бактеріальна клітина з усім своїм вмістом обмежена від зовнішнього середовища мембраною. Усередині, у гомогенній фракції цитоплазми, розташовуються білки, розчинні РНК, субстрати обмінних реакцій, різні сполуки. У решті містяться різні структурні елементи.

Не містить ядерних мембран та будь-яких інших внутрішньоцитоплазматичних оболонок, які не є похідними цитоплазматичної мембрани. Разом з тим для деяких прокаріотів характерні локальні «випинання» основної оболонки. Ці «випинання» – мезосоми – виконують різні функції та поділяють бактеріальну клітину на функціонально різні частини.

Усі дані, необхідні життєдіяльності, містяться у однієї ДНК. Хромосома, яку включає бактеріальна клітина, як правило, має форму кільця, ковалентно-замкнутого. В одній точці ДНК прикріплюється до мембрани і вміщена в відокремлену, проте не відокремлену від цитоплазми структуру. Ця структура має назву "нуклеоїд". У розгорнутому вигляді бактеріальна хромосома має довжину більше міліметра. Вона, як правило, представлена в одному екземплярі. Іншими словами, прокаріоти практично всі гаплоїдні. Однак у певних специфічних умовах бактеріальна клітина може містити копії своєї хромосоми.

Особливе значення у життєдіяльності бактерії має. Водночас цей структурний елемент не є обов'язковим. У лабораторних умовах були отримані деякі форми прокаріотів, у яких стінка була відсутня повністю або частково. Ці бактерії могли існувати у звичайних умовах, однак у деяких випадках втрачали здатність до поділу. У природі існує група прокаріотів, які не містять у своїй структурі стіни.

На зовнішній поверхні від стінки може розташовуватися аморфний шар – капсула. Слизові оболонки відокремлюються від мікроорганізму досить легко, вони не мають зв'язку з клітиною. Чохли також мають тонку структуру, вони не аморфні.

Розмноження бактерій деяких форм здійснюється у вигляді рівновеликого, бінарного поперечного поділу чи брунькування. У різних груп спостерігаються різні варіанти поділу. Так, наприклад, у ціанобактерій розмноження відбувається множинним способом – декількома послідовними бінарними поділами. В результаті утворюється від чотирьох до тисяч нових мікроорганізмів. У них існують особливі механізми, за допомогою яких забезпечується пластичність генотипу, необхідна для пристосування до мінливого зовнішнього середовища та еволюції.

З погляду сучасної науки прокаріоти мають примітивну будову. Але саме ця «незатятість» допомагає виживати їм у найнесподіваніших умовах. Наприклад, у сірководневих джерелах чи атомних полігонах. Вчені підрахували, що загальна маса всіх земних мікроорганізмів складає 550 мільярдів тонн.

Бактерії мають одноклітинну будову. Але це не означає, що бактеріальні клітини пасують перед клітинами тварин чи рослин. Мікробіологія вже має знання про сотні тисяч видів мікроорганізмів. Проте, представники науки щодня відкривають нові їхні види та особливості.

Не дивно, що для повного освоєння поверхні Землі мікроорганізмам доводиться набувати різноманітних форм:

коки – кульки;
стрептококи – ланцюжки;
бацили – палички;
вібріони - вигнуті коми;
спірили – спіральки.

Розмір бактерій вимірюють у нанометрах та мікрометрах. Їхня середня величина становить 0,8 мкм. Але серед них є прокаріоти-гіганти, що досягають 125 мкм і більше. Справжніми велетнями серед ліліпутів є спірохети завдовжки 250 мкм. Порівняйте тепер з ними розмір найдрібнішої прокаріотичної клітини: мікоплазми «виростають» зовсім трохи і досягають 0,1-0,15 мкм у діаметрі.

Варто сказати, що велетням-бактеріям не так просто вижити в навколишньому середовищі. Їм важко знайти собі достатньо поживних речовин для успішного виконання своєї функції. Але вони не є легким видобутком для бактерій-хижаків, які харчуються своїми побратимами – одноклітинними мікроорганізмами, «обтікаючи» і поїдаючи їх.

Зовнішня будова бактерій

Клітинна стінка

Клітинна стінка бактеріальної клітини є для неї захистом та опорою. Вона надає мікроорганізму своєї, специфічної форми.
Клітинна стінка проникна. Через неї проходять поживні речовини всередину та продукти обміну (метаболізму) назовні.
Деякі види бактерій виробляють спеціальний слиз, який нагадує капсулу, що оберігає їх від висихання.
Деякі клітини мають джгутики (один або кілька) або ворсинки, які допомагають їм пересуватися.
У бактеріальних клітин, які при фарбуванні за Грамом набувають рожевого забарвлення ( грамнегативні), клітинна стінка тонша, багатошарова. Ферменти, завдяки яким відбувається розщеплення поживних речовин, виділяються назовні.
У бактерій, які при фарбуванні за Грамом набувають фіолетового забарвлення ( грампозитивні), клітинна стінка товста. Поживні речовини, що надходять у клітину, розщеплюються у периплазматичному просторі (простір між клітинною стінкою та мембраною цитоплазми) гідролітичними ферментами.
На поверхні клітинної стінки є численні рецептори. До них прикріплюються вбивці клітин – фаги, коліцини та хімічні сполуки.
Ліпопротеїди стінки деяких видів бактерій є антигенами, які називаються токсинами.
При тривалому лікуванні антибіотиками і з інших причин деякі клітини втрачають оболонку, але зберігають здатність до розмноження. Вони набувають округлої форми - L-форму і можуть довго зберігатися в організмі людини (коки або палички туберкульозу). Нестабільні L-форми мають здатність набувати первісного вигляду (реверсія).

Капсула

За несприятливих умов довкілля бактерії утворюють капсулу. Мікрокапсула щільно прилягає до стінки. Її можна побачити лише в електронному мікроскопі. Макрокапсулу часто утворюють патогенні мікроби (пневмококи). У клебсієли пневмонії макрокапсули виявляються завжди.

Капсулоподібна оболонка

Капсулоподібна оболонка є утворенням, неміцно пов'язане з клітинною стінкою. Завдяки бактеріальним ферментам капсулоподібна оболонка покривається вуглеводами (екзополісахаридами) зовнішнього середовища, завдяки чому забезпечується злипання бактерій з різними поверхнями, навіть зовсім гладкими. Наприклад, стрептококи, потрапляючи в організм людини, здатні злипатися із зубами та серцевими клапанами.

Функції капсули різноманітні:

захист від агресивних умов довкілля,
забезпечення адгезії (злипання) з клітинами людини,
Маючи антигенні властивості, капсула має токсичний ефект при впровадженні в живий організм.

Джгутики

У деяких бактеріальних клітин є джгутики (один або кілька) або ворсинки, які допомагають пересуватися. У складі джгутиків міститься скорочувальний білок флагелін.
Кількість джгутиків може бути різним - один, пучок джгутиків, джгутики на різних кінцях клітини або по всій поверхні.
Рух (безладний або обертальний) здійснюється в результаті обертального руху джгутиків.
Антигенні властивості джгутиків мають токсичний ефект при захворюванні.
Бактерії, що не мають джгутиків, покриваючись слизом, здатні ковзати. У водних бактерій містяться вакуолі у кількості 40 – 60, наповнені азотом.

Вони забезпечують занурення та спливання. У грунті бактеріальна клітина пересувається грунтовими каналами.

Пили

Пили (ворсинки, фімбрії) покривають поверхню бактеріальних клітин. Ворсинка є гвинтоподібно скрученою тонкою порожнистою ниткою білкової природи.
Пили загального типузабезпечують адгезію (злипання) із клітинами господаря. Їх кількість величезна і становить від кількох сотень до кількох тисяч. З моменту прикріплення починається будь-який інфекційний процес.
Статеві пилисприяють перенесенню генетичного матеріалу від донора реципієнту. Їхня кількість від 1 до 4-х на одну клітину.

Цитоплазматична мембрана

Цитоплазматична мембрана розташовується під клітинною стінкою і є ліпопротеїном (до 30% ліпідів і до 70% протеїнів).
У різних бактеріальних клітин різний ліпідний склад мембран.
Мембранні білки виконують багато функцій. Функціональні білкиє ферменти, завдяки яким на цитоплазматичної мембрані відбувається синтез різних її компонентів та ін.
Цитоплазматична мембрана складається з 3 шарів. Подвійний фосфоліпідний шар пронизаний глобулінами, які забезпечують транспорт речовин у бактеріальну клітину. За порушення її роботи клітина гине.
Цитоплазматична мембрана бере участь у спороутворенні.

Внутрішня будова бактерій

Цитоплазма

Весь вміст клітини, крім ядра і клітинної стінки, називається цитоплазмою. У рідкій, безструктурній фазі цитоплазми (матрикс) знаходяться рибосоми, мембранні системи, мітохондрії, пластиди та інші структури, а також запасні поживні речовини. Цитоплазма має надзвичайно складну, тонку структуру (шарувату, гранулярну). За допомогою електронного мікроскопа розкрито багато цікавих деталей будови клітини.

Зовнішній ліпопротвідний шар протопласту бактерій, що має особливі фізичні та хімічні властивості, називається цитоплазматичною мембраною. Усередині цитоплазми знаходяться всі життєво важливі структури та органели. Цитоплазматична мембрана виконує дуже важливу роль – регулює надходження речовин у клітину та виділення назовні продуктів обміну. Через мембрану поживні речовини можуть надходити в клітину в результаті активного біохімічного процесу за участю ферментів.

Крім того, у мембрані відбувається синтез деяких складових частин клітини, в основному компонентів клітинної стінки та капсули. Зрештою, у цитоплазматичній мембрані знаходяться найважливіші ферменти (біологічні каталізатори). Упорядковане розташування ферментів на мембранах дозволяє регулювати їхню активність і запобігати руйнуванню одних ферментів іншими. З мембраною пов'язані рибосоми – структурні частки, у яких синтезується білок. Мембрана складається з ліпопротеїдів. Вона досить міцна і може забезпечити тимчасове існування клітин без оболонки. Цитоплазматична мембрана становить до 20 % сухої маси клітини.

На електронних фотографіях тонких зрізів бактерій цитоплазматична мембрана представляється у вигляді безперервного тяжу завтовшки близько 75A, що складається зі світлого шару (ліпіди), укладеного між двома темнішими (білки). Кожен шар має ширину 20-30А. Така мембрана називається елементарною.

Гранули

У цитоплазмі клітин бактерій часто містяться гранули різної форми та розмірів. Проте їхню присутність не можна розглядати як якусь постійну ознаку мікроорганізму, зазвичай вона значною мірою пов'язана з фізичними та хімічними умовами середовища.

Багато цитоплазматичних включень складаються з сполук, які є джерелом енергії і вуглецю. Ці запасні речовини утворюються, коли організм забезпечується достатньою кількістю поживних речовин, і, навпаки, використовуються, коли організм потрапляє до умов, менш сприятливих щодо харчування.

У багатьох бактерій гранули складаються з крохмалю або інших полісахаридів – глікогену та гранульозу. У деяких бактерій при вирощуванні на багатому на цукрів середовищі всередині клітини зустрічаються крапельки жиру. Іншим поширеним типом гранулярних включень є волютин (метахроматиновые гранули). Ці гранули складаються з поліметафосфату (запасна речовина, що включає залишки фосфорної кислоти). Поліметафосфат служить джерелом фосфатних груп та енергії для організму. Бактерії частіше накопичують волютин у незвичайних умовах харчування, наприклад на середовищі, що не містить сірки. У цитоплазмі деяких сірчаних бактерій знаходяться крапельки сірки.

Мезосоми

Між плазматичною мембраною та клітинною стінкою є зв'язок у вигляді десмозів – містків. Цитоплазматична мембрана часто дає інвагінації – вп'ячування всередину клітини. Ці вп'ячування утворюють у цитоплазмі спеціальні мембранні структури, названі мезосомами.

Деякі види мезосом є тільця, відокремлені від цитоплазми власною мембраною. Усередині таких мембранних мішечків упаковані численні бульбашки та канальці. Ці структури виконують у бактерій різні функції. Одні з цих структур – аналоги мітохондрій.

Інші виконують функції зндоплазматичної мережі або апарату Гольджі. Шляхом інвагінації цитоплазматичної мембрани утворюється фотосинтезуючий апарат бактерій. Після вп'ячування цитоплазми мембрана продовжує зростати і утворює стоси, які за аналогією з гранулами хлоропластів рослин називають стоками тилакоїдів. У цих мембранах, що часто заповнюють собою більшу частину цитоплазми бактеріальної клітини, локалізуються пігменти (бактеріохлорофіл, каротиноїди) та ферменти (цитохроми), що здійснюють процес фотосинтезу.

Нуклеоїд

У бактерій немає такого ядра, як у вищих організмів (еукаріотів), а є його аналог – «ядерний еквівалент» – нуклеоїд, який є еволюційно примітивнішою формою організації ядерної речовини. Він складається з однієї замкненої в кільце двоспіральної нитки ДНК довжиною 1,1 -1,6 нм, яку розглядають як одиночну бактеріальну хромосому або генофор. Нуклеоїд у прокаріотів не відмежований від решти клітини мембраною – у нього відсутня ядерна оболонка.

До складу структур нуклеоїду входять РНК-полімераза, основні білки та відсутні гістони; хромосома закріплюється на цитоплазматичної мембрані, а грампозитивних бактерій – на мезосомс. Бактеріальна хромосома реплікується поліконсервативним способом: батьківська подвійна спіраль ДНК розкручується і на матриці кожного полінуклеотидного ланцюга збирається новий комплементарний ланцюжок. Нуклеоїд немає мітотичного апарату, і розбіжність дочірніх ядер забезпечується зростанням цитоплазматичної мембрани.

Бактеріальне ядро – диференційована структура. Залежно від стадії розвитку клітини нуклеоїд може бути дискретним (переривчастим) та складатися з окремих фрагментів. Це з тим, що розподіл бактеріальної клітини у часі здійснюється після завершення циклу реплікації молекули ДНК та оформлення дочірніх хромосом.

У нуклеоїді зосереджено основний обсяг генетичної інформації бактеріальної клітини. Крім нуклеоїду в клітинах багатьох бактерій виявлено позахромосомні генетичні елементи - плазміди, представлені невеликими кільцевими молекулами ДНК, здатними до автономної реплікації.

Плазміди

Плазміди є автономними молекулами, згорнутими в кільце, двонитковою ДНК. Їх маса значно менша за масу нуклеотиду. Незважаючи на те, що в ДНК плазмід закодована спадкова інформація, вони не є життєво важливими та необхідними для бактеріальної клітини.

Рибосоми

У цитоплазмі бактерій містяться рибосоми – білок-синтезуючі частки діаметром 200А. У клітці їх налічується понад тисячу. Складаються рибосоми з РНК та білка. У бактерій багато рибосом розташовані в цитоплазмі вільно, деякі з них можуть бути пов'язані з мембранами.

Рибосоми є центрами синтезу білка у клітині. При цьому вони часто з'єднуються між собою, утворюючи агрегати, які називаються полірибосомами або полісомами.

Увімкнення

Включення – продукти метаболізму ядерних та без'ядерних клітин. Є запасом поживних речовин: глікоген, крохмаль, сірка, поліфосфат (валютин) та ін. Включення часто при фарбуванні набувають іншого вигляду, ніж колір барвника. За валютою можна діагностувати дифтерійну паличку.

Що ж відсутнє у клітинах бактерій?

Так як бактерія - це прокаріотичний мікроорганізм, в клітинах бактерій завжди відсутні безліч органоїдів, які властиві еукаріотичним організмам:

апарат Гольджі, який допомагає клітині тим, що накопичує непотрібні речовини, а згодом виводить їх із клітини;
пластиди, що містяться тільки в клітинах рослин, зумовлюють їхнє забарвлення, а також відіграють значну роль у фотосинтезі;
лізосоми, які мають особливі ферменти і допомагають розщепленню білків;
мітохондрії забезпечують клітини необхідною енергією, а також беруть участь у розмноженні;
ендоплазматична мережа, що забезпечує транспорт у цитоплазму певних речовин;
клітинний центр.

Також варто пам'ятати, що у бактерій відсутня клітинна стінка, тому процеси, такі як піноцитоз і фагоцитоз, не можуть протікати.

Особливості процесів бактерій

Як особливі мікроорганізми, бактерії пристосовані до існування в таких умовах, коли кисень може бути відсутнім. А саме дихання у них відбувається за рахунок мезосом. Також дуже цікаво те, що зелені організми здатні точно фотосинтезувати, як і рослини. Але важливо враховувати те, що у рослин процес фотозінтезу відбувається у хлоропластах, а у бактерій на мембранах.

Розмноження в бактеріальній клітині відбувається найпримітивнішим шляхом. Дозріла клітка ділиться надвоє, вони через деякий час досягають зрілості, і цей процес повторюється. За сприятливих умов за добу може відбутися зміна 70-80 поколінь. Важливо пам'ятати, що бактері через свою будову не доступні такі способи розмноження, як мітоз і мейоз. Вони притаманні лише еукаріотичним клітинам.

Відомо, що утворення спорів – це один із кількох способів розмноження грибів та рослин. Але бактерії також можуть утворювати суперечки, що притаманне небагатьом з їх видів. Вони мають дану здатність для того, щоб переживати особливо несприятливі умови, які можуть бути небезпечними для їхнього життя.

Відомі такі види, які здатні вижити навіть за умов космосу. Таке не можуть повторити жодних живих організмів. Бактерії стали прабатьками життя Землі завдяки простоті їх будови. Але те, що вони існують і донині, показує наскільки вони важливі для навколишнього світу. З їхньою допомогою люди можуть максимально наблизитися до відповіді питання про походження життя Землі, постійно вивчаючи, бактерії і дізнаючись щось нове.

Найцікавіші та захоплюючі факти про бактерії

Бактерії стафілокока прагнуть людської крові

Золотистий стафілокок (Staphylococcus aureus) є поширеним видом бактерій, що вражає близько 30 відсотків усіх людей. У деяких людей він є частиною мікробіоми (мікрофлори), і зустрічається як усередині організму, так і на шкірі або в ротовій порожнині. У той час як є нешкідливі штами стафілококу, інші, такі як метицилінрезистентний золотистий стафілокок (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus), створюють серйозні проблеми для здоров'я, включаючи інфекції шкіри, серцево-судинні захворювання, менінгіт та хвороби травної.

Дослідники Університету Вандербільта виявили, що бактерії стафілокока віддають перевагу крові людини порівняно з кров'ю тварин. Ці бактерії небайдужі до залози, що міститься в гемоглобіні, виявленому в еритроцитах. Золотистий стафілокок розриває клітини крові, щоб дістатися заліза всередині них. Вважається, що генетичні варіації гемоглобіну можуть зробити одних людей більш бажаним для стафілококових бактерій, ніж інших.

Бактерії викликають дощ

Дослідники виявили, що бактерії в атмосфері можуть відігравати певну роль у виробництві дощу та інших форм опадів. Цей процес починається, коли бактерії із рослин переносяться вітром в атмосферу. На висоті навколо них утворюється лід, і вони починають рости. Як тільки заморожені бактерії досягають певного порогу зростання, крига починає танути і повертається на землю у вигляді дощу. Бактерії виду Psuedomonas syringae навіть були виявлені у центрі великих частинок граду. Вони продукують особливий білок у клітинних мембранах, що дозволяє зв'язувати воду унікальним чином, сприяючи утворенню льоду.

Боротьба з бактеріями, що провокують акне

Дослідники виявили, що деякі штами бактерій, що викликають акне можуть фактично допомогти запобігти прищам. Бактерія, яка викликає акне – Propionibacterium acnes, мешкає у порах нашої шкіри. Коли ці бактерії провокують імунну відповідь, область на шкірі набухає і утворюються прищі.

Однак було виявлено, що деякі штами бактерій рідше спричиняють акне. Ці штами можуть спричинити те, що у людей зі здоровою шкірою рідко з'являються прищі. Вивчаючи гени штамів Propionibacterium acnes, зібрані у людей з акне та здоровою шкірою, дослідники визначили штаммп, який був поширений на чистій шкірі та рідко зустрічався на шкірі з акне. Майбутні дослідження включатимуть спроби розробити препарат, що вбиває тільки бактерії Propionibacterium acnes, що викликають вугри штами.

Бактерії на яснах можуть призвести до серцево-судинного захворювання.

Хто б міг подумати, що регулярне чищення зубів здатне допомогти запобігти захворюванням серця? Раніше дослідження виявили зв'язок між хворобою ясен та серцево-судинними захворюваннями. Наразі вчені знайшли конкретний зв'язок між цими захворюваннями.

Передбачається, що і бактерії, і люди виробляють певні типи білків, які називають стресовими білками. Ці білки утворюються, коли клітини зазнають різних типів стресових станів. Коли людина має інфекція ясен, клітини імунної системи починають атакувати бактерії. Бактерії виробляють стрес-білки при атаці, а білі кров'яні клітини також атакують стрес-білки.

Проблема полягає в тому, що білі кров'яні клітини не можуть розрізняти стрес-білки, які продукують бактерії, і ті, що продукуються організмом. В результаті клітини імунної системи також атакують стресові білки, що виробляються організмом, що спричиняє накопичення лейкоцитів в артеріях і призводить до атеросклерозу. Кальциноване серце є основною причиною серцево-судинних захворювань.

Ґрунтові бактерії покращують навчання.

Ви знали, що час, проведений у саду чи робота на городі, може допомогти вам краще вчитися? На думку дослідників, ґрунтова бактерія Mycobacterium vaccae здатна покращувати навчання у ссавців.

Ймовірно, ці бактерії потрапляють до нашого організму шляхом проковтування або через дихання. За припущенням вчених, бактерія Mycobacterium vaccae покращує навчання, стимулюючи зростання нейронів головного мозку, що призводить до підвищення рівня серотоніну та зниження занепокоєння.

Дослідження проводили з використанням мишей, які годували живими бактеріями Mycobacterium vaccae. Результати показали, що миші, що вживають бактерії, пересувалися лабіринтом набагато швидше і з меншим рівнем занепокоєння, ніж миші, які не харчувалися бактеріями. Вчені припускають, що Mycobacterium vaccae відіграє певну роль у покращенні вирішення нових завдань та зменшенні рівня стресу.

Бактеріальні силові машини

Дослідники з Аргонського національної лабораторії виявили, що бактерія Bacillus subtilis мають здатність обертати дуже маленькі шестерні. Ці бактерії є аеробними, тобто потребують кисню для зростання та розвитку. Коли їх поміщають у розчин з мікропухирцями повітря, бактерії плавають у зубцях шестерні і змушують її повертатися у певному напрямку.

Потрібно кілька сотень бактерій, що працюють в унісон, щоб почати обертання шестірні. Було також виявлено, що бактерії можуть повертати кілька сполучених між собою шестерень. Дослідники змогли контролювати швидкість, з якою бактерії крутили шестерні, регулюючи кількість кисню у розчині. Зменшення кількості кисню призвело до уповільнення бактерій. Вилучення кисню змушує їх повністю припинити рух.

Цитоплазматична мембрана при електронній мікроскопії ультратонких зрізів є тришаровою мембраною (2 темні шари товщиною по 2,5 нм розділені світлим - проміжним). За структурою вона схожа на плазмалемму клітин тварин і складається з подвійного шару фосфоліпідів з впровадженими поверхневими, а також інтегральними білками, які пронизують наскрізь структуру мембрани. При надмірному зростанні (порівняно зі зростанням клітинної стінки) цитоплазматична мембрана утворює інвагінати - вп'ячування у вигляді складно закручених мембранних структур, які називаються мезосомами. Менш складно закручені структури називаються внутрішньоцитоплазматичними мембранами.

Цитоплазма

Цитоплазма складається з розчинних білків, рибонуклеїнових кислот, включень та численних дрібних гранул – рибосом, відповідальних за синтез (трансляцію) білків. Рибосоми бактерій мають розмір близько 20 нм та коефіцієнт седиментації 70S, на відміну від 80S-рибосом, характерних для еукаріотичних клітин. Рибосомні РНК (рРНК) – консервативні елементи бактерій («молекулярний годинник» еволюції). 16S рРНК входить до складу малої субодиниці рибосом, а 23S рРНК - до складу великої субодиниці рибосом. Вивчення 16S рРНК є основою геносистематики, що дозволяє оцінити ступінь спорідненості організмів.
У цитоплазмі є різні включення у вигляді гранул глікогену, полісахаридів, бета-оксимасляної кислоти та поліфосфатів (волютин). Вони є запасними речовинами для харчування та енергетичних потреб бактерій. Волютін має спорідненість до основних барвників і легко виявляється за допомогою спеціальних методів забарвлення (наприклад, Нейссером) у вигляді метахроматичних гранул. Характерне розташування гранул волютину виявляється у дифтерійної палички у вигляді полюсів клітини, що інтенсивно профарбовуються.

Нуклеоїд

Нуклеоїд – еквівалент ядра у бактерій. Він розташований у центральній зоні бактерій у вигляді двониткової ДНК, замкнутої в кільце і щільно укладеної на кшталт клубка. Ядро бактерій, на відміну від еукаріотів, не має ядерної оболонки, ядерця та основних білків (гістонів). Зазвичай у бактеріальній клітині міститься одна хромосома, представлена замкненою в кільце молекулою ДНК.
Крім нуклеоїда, представленого однією хромосомою, в бактеріальній клітині є позахромосомні фактори спадковості - плазміди, що являють собою ковалентно замкнуті кільця ДНК.

Капсула, мікрокапсула, слиз

Капсула - слизова структура товщиною понад 0,2 мкм, міцно пов'язана з клітинною стінкою бактерій і має чітко окреслені зовнішні межі. Капсула помітна в мазках-відбитках із патологічного матеріалу. У чистих культурах бактерій капсула утворюється рідше. Вона виявляється при спеціальних методах забарвлення мазка (наприклад, Буррі-Гінс), що створюють негативне контрастування речовин капсули: туш створює темний фон навколо капсули. Капсула складається з полісахаридів (екзополісахаридів), іноді з поліпептидів, наприклад, у сибірковій бацили вона складається з полімерів D-глутамінової кислоти. Капсула гідрофільна, що перешкоджає фагоцитозу бактерій. Антигенна капсула: антитіла проти капсули викликають її збільшення (реакція набухання капсули).
Багато бактерій утворюють мікрокапсулу - слизове утворення товщиною менше 0,2 мкм, що виявляється лише за електронної мікроскопії. Від капсули слід відрізняти сліє - мукоїдні екзополісахариди, які не мають чітких меж. Слиз розчинний у воді.
Бактеріальні екзополісахариди беруть участь в адгезії (прилипання до субстратів), їх ще називають глікоколіксом. Крім синтезу
екзополісахаридів бактеріями, існує й інший механізм їх утворення: шляхом дії позаклітинних ферментів бактерій на дисахариди. В результаті цього утворюються декстрани та левани.

Джгутики

Джгутики бактерій визначають рухливість бактеріальної клітини. Джгутики є тонкими нитками, що беруть початок від цитоплазматичної мембрани, мають більшу довжину, ніж сама клітина. Товщина джгутиків 12-20 нм, довжина 3-15 мкм. Вони складаються з 3 частин: спіралеподібної нитки, гака та базального тільця, що містить стрижень зі спеціальними дисками (1 пара дисків – у грампозитивних та 2 пари дисків – у грамнегативних бактерій). Дисками джгутики прикріплені до цитоплазматичної мембрани та клітинної стінки. При цьому створюється ефект електромотора зі стрижнем-мотором, що обертає джгутик. Джгутики складаються з білка - флагеліну (від flagellum - джгутик); є Н-антигеном. Субодиниці флагеліну закручені у вигляді спіралі.
Число джгутиків у бактерій різних видів варіює від одного (монотрих) у холерного вібріона до десятка і сотень джгутиків, що відходять по периметру бактерії (перитрих) у кишкової палички, протею та ін. Лофотріхи мають пучок джгутиків на одному з кінців клітини. Амфітріхи мають по одному джгутику або пучку джгутиків на протилежних кінцях клітини.

Пили

Пили (фімбрії, ворсинки) - ниткоподібні утворення, більш тонкі та короткі (3-10нм х 0, 3-10мкм), ніж джгутики. Пили відходять від поверхні клітини і складаються з білка піліну, що має антигенну активність. Розрізняють пили, відповідальні за адгезію, тобто за прикріплення бактерій до клітини, що вражається, а також пили, відповідальні за харчування, водносольовий обмін і статеві (F-пили), або кон'югаційні пили. Пили численні – кілька сотень на клітку. Однак, статевих пилок зазвичай буває 1-3 на клітину: вони утворюються так званими "чоловічими" клітинами-донорами, що містять трансмісивні плазміди (F-, R-, Col-плазміди). Відмінною особливістю статевих пилок є взаємодія з особливими "чоловічими" сферичними бактеріофагами, які інтенсивно адсорбуються на статевих пилях.

Спори

Суперечки - своєрідна форма фірмикутних бактерій, що покояться, тобто. бактерій
з грампозитивним типом будови клітинної стінки. Спори утворюються при несприятливих умовах існування бактерій (висушування, дефіцит поживних речовин та ін. Усередині бактеріальної клітини утворюється одна суперечка (ендоспора). Утворення суперечки сприяє збереженню виду і не є способом розмноження, як у грибів. Спороутворюючі бактерії роду Bacillus мають суперечки, Бактерії, у яких розмір суперечки перевищує діаметр клітини, називаються клостридіями, наприклад, бактерії роду Clostridium (лат. Clostridium - веретено). у синій колір.

Форма спор може бути овальною, кулястою; розташування у клітині -термінальне, тобто. на кінці палички (у збудника правця), субтермінальне - ближче до кінця палички (у збудників ботулієму, газової гангрени) та центральне (у сибірки-бацили). Суперечка довго зберігається через наявність багатошарової оболонки, дипіколінату кальцію, низького вмісту води та млявих процесів метаболізмів. За сприятливих умов суперечки проростають, проходячи три послідовні стадії: активація, ініціація, проростання.

Структурні компоненти бактеріальної клітини ділять на 2 види:

- основні структури(клітинна стінка, цитоплазматична мембрана з її похідними, цитоплазма з рибосомами та різними включеннями, нуклеоїд);

- тимчасові структури(капсула, слизовий чохол, джгутики, ворсинки, ендоспори, що утворюються лише певних етапах життєвого циклу бактерій).

Основні структури.

Клітинна стінказнаходиться із зовнішнього боку від цитоплазматичної мембрани. Цитоплазматична мембрана не входить до складу клітинної стінки. Функції клітинної стінки:

Захист бактерій від осмотичного шоку та інших факторів, що ушкоджують;

Визначення форми бактерій;

Участь у метаболізмі бактерій.

Клітинна стінка пронизана порами, якими відбувається транспорт екзотоксинів бактерій. Товщина клітинної стінки становить 10-100 нм. Основний компонент клітинної стінки бактерій - пептидогліканабо муреїн,що складається з залишків залишків N-ацетил-N-глюкозаміну і N-ацетилмурамової кислоти, з'єднаних глікозидними зв'язками.

У 1884 році Х. Грам запропонував метод забарвлення бактерій за допомогою генціанвіолету, йоду, етилового спирту та фуксину. Усі бактерії залежно від забарвлення за Грамом поділяють на 2 групи: грампозитивні та грамнегативні бактерії. Клітинна стінка грампозитивних бактерійщільно прилягає до цитоплазматичної мембрани, її товщина становить 20-100 нм. У ній є тейхоєві кислоти (полімери гліцерину або рибіту), а також у невеликих кількостях полісахариди, білки та ліпіди. Клітинна стінка грамнегативних бактерійбагатошарова, її товщина становить 14-17 нм. Внутрішній шар (пептидоглікан) утворює тонку безперервну сітку. Зовнішній шар складається з фосфоліпідів, ліпопротеїну та білків. Білки зовнішньої мембрани міцно пов'язані з пептидоглікановим шаром.

У деяких умовах бактерії позбавляються здатності повністю або частково синтезувати компоненти клітинної стінки, у результаті утворюються протопласти, сферопласти та L-форми бактерій. Сферопласти- Це бактерії з частково зруйнованою клітинною стінкою. Вони спостерігаються у грамнегативних бактерій. Протопласти- це форми, повністю позбавлені клітинної стінки. Вони утворюються грампозитивними бактеріями. L-формиБактерій - це мутанти бактерій, які частково або повністю втратили здатність синтезувати пептидоглікан клітинної стінки (бактерії з дефектною клітинною стінкою). Свою назву вони отримали від назви інституту Лістера в Англії, де було відкрито 1935 року.

Цитоплазматична мембрана (ЦПМ) та її похідні.Цитоплазматична мембрана (плазмолема) – це напівпроникна ліпопротеїдна структура бактеріальної клітини, що відокремлює цитоплазму від клітинної стінки. Вона становить 8-15% сухої маси клітини. Її руйнація призводить до загибелі клітки. При електронній мікроскопії виявлено її тришарову будову. Цитоплазматична мембрана є комплексом білків (50-75%) і ліпідів (15-20%). Основна маса ліпідів представлена фосфоліпідами. Крім того, у складі мембрани виявлено невелику кількість вуглеводів.

ЦПМ бактерій виконує такі функції:

бар'єрна функція (молекулярне "сито");

Енергетична;

Виборче перенесення різних органічних та неорганічних молекул та іонів за допомогою спеціальних переносників – транслоказ або пермеаз;

Реплікація та подальше поділ хромосоми.

У процесі росту клітини цитоплазматична мембрана утворює численні вп'ячування (інвагінати), що дістали назву мезосом.

Цитоплазмаце вміст бактеріальної клітини, обмежений цитоплазматичною мембраною. Вона складається з цитозолю та структурних елементів.

Цитозоль- гомогенна фракція, що включає розчинні компоненти РНК, ферменти, продукти метаболізму.

Структурні елементи- це рибосоми, внутрішньоцитоплазматичні мембрани, включення та нуклеоїд.

Рибосоми- органоїди, які здійснюють біосинтез білка. Вони складаються з білка та РНК. Є гранули діаметром 15-20 нм. Одна бактеріальна клітина містить від 5000 до 50000 рибосом. Рибосоми є місцем синтезу білка.

У цитоплазмі прокаріотів виявляються різні включення, що становлять запасні речовини клітини. З полісахаридів у клітинах відкладаються глікоген, крохмаль та крохмалоподібна речовина – гранульозу. Поліфосфати містяться в гранулах, які називаються волютиновими, або метахроматиновими, зернами.

Нуклеоїдє ядром у прокаріотів. Він складається з однієї замкненої кільце двоспіральної нитки ДНК, яку розглядають як бактеріальну хромосому. У нуклеоїда відсутня ядерна оболонка.

Крім нуклеоїду в бактеріальній клітині виявлено позахромосомні генетичні елементи. плазміди, які є невеликі кільцеві молекули ДНК, здатні до автономної реплікації. Роль плазмід полягає в тому, що вони кодують додаткові ознаки, що дають клітині переваги за певних умов існування. Найбільш поширені плазміди, що детермінують ознаки антибіотикорезистентності бактерій (R-плазміди), синтез ентеротоксинів (Ent-плазміди) або гемолізинів (Hly-плазміди).

До тимчасовим структурамвідносяться капсула, джгутики, пили, ендоспори бактерій.

Капсула -це слизовий шар над клітинною стінкою бактерії. Речовина капсул складається з ниток полісахаридів. Капсула синтезується на зовнішній поверхні цитоплазматичної мембрани та виділяється на поверхню клітинної стінки у специфічних ділянках.

Функції капсули:

Місце локалізації капсульних антигенів, що визначають вірулентність, антигенну специфічність та імуногенність бактерій;

Захист клітин від механічних ушкоджень, висихання, токсичних речовин, зараження фагами, дії захисних факторів макроорганізму;

Здатність прикріплення клітин до субстрату.

Джгутики –це органи руху бактерій. Джгутики не є життєво важливими структурами, тому можуть бути присутніми у бактерій або відсутні в залежності від умов вирощування. Кількість джгутиків та місця їх розташування у різних бактерій неоднакова. Залежно від цього виділяють такі групи джгутикових бактерій:

- монотрихи– бактерії з одним полярно розташованим джгутиком;

- амфітріхи- бактерії з двома полярно розташованими джгутиками або мають по пучку джгутиків на обох кінцях;

- лофотріхи– бактерії, які мають пучок джгутиків на одному кінці клітини;

- перитріхи- Бактерії з безліччю джгутиків, розташованих з обох боків клітини або на всій її поверхні.

Хімічний склад джгутиків представлений білком флагеліном.

До поверхневих структур бактеріальної клітини належать також ворсинкиі пили. Ці структури беруть участь в адсорбції клітин на субстраті (ворсинки, пилки загального типу) та у процесах перенесення генетичного матеріалу (статеві пилки). Вони утворені специфічним гідрофобним білком піліном.

У деяких бактерій у певних умовах утворюються форми, що покоюються, які забезпечують переживання клітин протягом тривалого часу в несприятливих умовах. ендоспори. Вони стійкі до несприятливих чинників довкілля.

Розташування суперечка у клітині:

Центральне (збудник сибірки);

Субтермінальне – ближче до кінця (збудник ботулізму);

Термінальне – на кінці палички (збудник правця).

Бактеріальна клітина складається з клітинної стінки, цитоплазматичної мембрани, цитоплазми з включеннями та ядерного апарату, званого нуклеоїдом. Є інші структури: мезосома, хроматофори, тилакоїди, вакуолі, включення полісахаридів, жирові крапельки, капсула (мікрокапсула, слиз), джгутики, пилки. Деякі бактерії здатні утворювати суперечки.
Структуру та морфологію бактерій вивчають за допомогою різних методів мікроскопії: світлової, фазово-контрастної, інтерференційної, темнопольної, люмінесцентної та електронної.

Бактеріальна клітинаскладається з клітинної стінки, цитоплазматичної мембрани, цитоплазми з включеннями та ядра, званого нуклеоїдом. Є додаткові структури: капсула, мікрокапсула, слиз, джгутики, пилки. Деякі бактерії у несприятливих умовах здатні утворювати суперечки.

Клітинна стінка. У клітинній стінці грампозитивних бактерій міститься небагато полісахаридів, ліпідів, білків. Основним компонентом товстої клітинної стінки цих бактерій є багатошаровий пептидоглікан (муреїн, мукопептид), що становить 40-90% маси клітинної стінки. З пептидогліканом клітинної стінки грампозитивних бактерій ковалентно пов'язані тейхоєві кислоти (від грец. teichos- Стінка).

До складу клітинної стінки грамнегативних бактерій входить зовнішня мембрана, пов'язана за допомогою ліпопротеїну з шаром пептидоглікану, що підлягає. На ультратонких зрізах бактерій зовнішня мембрана має вигляд хвилеподібної тришарової структури, подібної до внутрішньої мембрани, яку називають цитоплазматичною. Основним компонентом цих мембран є бімолекулярний (подвійний) шар ліпідів. Внутрішній шар зовнішньої мембрани представлений фосфоліпідами, а у зовнішньому шарі розташований ліпополісахарид.

Функції клітинної стінки:
1. Зумовлює форму клітини.
2. Захищає клітину від механічних пошкоджень ззовні та витримує значний внутрішній тиск.
3. Має властивість напівпроникності, тому через неї вибірково проникають із середовища поживні речовини.
4. Несе на своїй поверхні рецептори для бактеріофагів та різних хімічних речовин.

Метод виявлення клітинної стінки – електронна мікроскопія, плазмоліз.

L-форми бактерій, їх медичне значення
L-форми - це бактерії, які повністю або частково позбавлені клітинної стінки (протопласт +/- залишок клітинної стінки), тому мають своєрідну морфологію у вигляді великих і дрібних сферичних клітин. Здатні до розмноження.

Цитоплазматична мембранарозташовується під клітинною стінкою (між ними – периплазматичний простір). За будовою є складним ліпід-білковим комплексом, таким самим, як у клітин еукаріотів (універсальна мембрана).

Функції цитоплазматичної мембрани:
1. Є основним осмотичним та онкотичним бар'єром.
2. Бере участь в енергетичному метаболізмі та активному транспорті поживних речовин у клітину, оскільки є місцем локалізації пермеаз та ферментів окисного фосфорилювання.
3. Бере участь у процесах дихання та поділу.
4. Бере участь у синтезі компонентів клітинної клітини (пептидоглікану).
5. Бере участь у виділенні з клітини токсинів та ферментів.

Цитоплазматична мембрана виявляється лише за електронної мікроскопії.

Цитоплазма

Нуклеоїд

Джгутики

Пили

Пили (фімбрії, ворсинки) - ниткоподібні утворення, більш тонкі та короткі (3 -10 нм х 0, 3 -10 мкм), ніж джгутики. Пили відходять від поверхні клітини і складаються з білка піліну, що має антигенну активність. Розрізняють пили, відповідальні за адгезію, тобто за прикріплення бактерій до клітини, що вражається, а також пили, відповідальні за харчування, водносольовий обмін і статеві (F-пили), або кон'югаційні пили. Пили численні – кілька сотень на клітку. Однак, статевих пилок зазвичай буває 1-3 на клітину: вони утворюються так званими "чоловічими" клітинами-донорами, що містять трансмісивні плазміди (F-, R-, Col-плазміди). Відмінною особливістю статевих пилок є взаємодія з особливими "чоловічими" сферичними бактеріофагами, які інтенсивно адсорбуються на статевих пилях.

Спори

Суперечки - своєрідна форма фірмикутних бактерій, що покояться, тобто. бактерій із грампозитивним типом будови клітинної стінки. Спори утворюються при несприятливих умовах існування бактерій (висушування, дефіцит поживних речовин та ін. Усередині бактеріальної клітини утворюється одна суперечка (ендоспора). Утворення суперечки сприяє збереженню виду і не є способом розмноження, як у грибів. Спороутворюючі бактерії роду Bacillus мають суперечки, Бактерії, у яких розмір суперечки перевищує діаметр клітини, називаються клостридіями, наприклад, бактерії роду Clostridium (лат. Clostridium - веретено). у синій колір.

Форма спор може бути овальною, кулястою; розташування у клітині - термінальне, тобто. на кінці палички (у збудника правця), субтермінальне - ближче до кінця палички (у збудників ботулієму, газової гангрени) та центральне (у сибірки-бацили). Суперечка довго зберігається через наявність багатошарової оболонки, дипіколінату кальцію, низького вмісту води та млявих процесів метаболізмів. За сприятливих умов суперечки проростають, проходячи три послідовні стадії: активація, ініціація, проростання.