Содержание
Строение бактериальной клетки
Цитоплазма большинства бактерий окружена оболочками: клеточной стенкой, цитоплазматической мембраной и капсульным (слизистым) слоем. Эти структуры принимают участие в обмене веществ, через оболочки клетки поступают продукты питания и удаляются продукты метаболизма. Они защищают клетку от действия вредных факторов среды, в значительной степени обуславливают поверхностные свойства клетки (поверхностное натяжение, электрический заряд, осмотическое состояние и др.). Эти структуры в живой бактериальной клетке находятся в постоянном функциональном взаимодействии.
Клеточная стенка. Бактериальная клетка отделена от внешней среды клеточной стенкой. Ее толщина 10-20 нм, масса достигает 20-50% массы клетки. Это сложная полифункциональная система, определяющая постоянство формы клетки, ее поверхностный заряд, анатомическую целостность, способность к адсорбции фагов, участие в реакциях иммунитета, контакт с внешней средой и защиту от неблагоприятных внешних воздействий. Клеточная стенка обладает эластичностью и достаточной прочностью, выдерживает внутриклеточное давление 1-2 МПа.
Основными компонентами клеточной стенки являются пептидогликаны (гликопептиды, мукопептиды, муреины, гликозаминопептиды), которые содержатся только у прокариот. Специфический гетерополимер пептидогликан состоит из чередующихся остатков N-ацетилглюкоз-амина и N-ацетилмурамовой кислоты, соединенных между собой посредством β-1-4-гликозидных связей, диаминопимелиновой кислоты (ДАП), D-глутаминовой кислоты, L- и D-аланина в соотношении 1:1:1:1:2. Гликозидные и пептидные связи, которые объединяют субъединицы пептидогликанов, придают им структуру молекулярной сети или мешка. В сеть муреина клеточной стенки прокариот включаются также тейхоевые кислоты, полипептиды, липополисахариды, липопротеиды и др. Клеточная стенка обладает региднеостью, именно это свойство определяет форму бактериальной стенки. Клеточная стенка имеет мельчайшие поры, через которые транспортируются продукты метаболизма.
Окраска по Граму. Большинство бактерий в зависимости от химического состава делятся на две группы. Это свойство было впервые замечено в 1884 г. датским физиком Х. Грамом. Сущность состоит в том, что при окрашивании бактерий генцианвиалетом (кристаллвиолетом, метилвиолетом и др.) у одних бактерий краска с йодом образует соединение, которое удерживается клетками при обработке их спиртом. Такие бактерии окрашены в сине-фиолетовый цвет и получили название грамположительных (Гр + ). Обесцвеченные бактерии – грамотрицательные (Гр – ), их докрашивают контрастной краской (фуксином). Окраска по Граму является диагностической, но только в отношении прокариот, обладающих клеточной стенкой.
По структуре и химическому составу грамположительные бактерии существенно отличаются от грамотрицательных. У грамположительных бактерий клеточная стенка более толстая, гомогенная, аморфная, содержит много муреина, который связан с тейхоевыми кислотами. У грамотрицательных бактерий клеточная стенка более тонкая, слоистая, содержит мало муреина (5-10%), тейхоевые кислоты отсутствуют.
Таблица 1.1 Химический состав Гр+ и Гр- бактерий
| Компоненты клеточной стенки | Гр+ | Гр- |
| Пептидогликан (муреин) | +++ | + |
| Тейхоевые кислоты | + | – |
| Липиды | + | +++ |
| Полисахариды | + | + |
| Белки | + или – | – |
| Липополисахариды | – | + |
| Липопротеиды | – | + |
Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ). К внутренней стороне поверхности клеточной стенки прилегает ЦПМ, основным компонентом которой является липидно-белковый комплекс. ЦПМ состоит из двойного слоя фосфолипидов, в который ассиметрично включены белки. На внешней поверхности ЦПМ содержатся в основном гидролитические ферменты, на внутренней – окислительно-восстановительные. ЦПМ выполняет функции: внутреннего осмотического барьера, транспортные, синтеза веществ, энергетическую и дыхательную функции.
Мембранные образования. Скорость роста ЦПМ превышает скорость роста клеточной стенки, вследствие чего происходит инвагинация(выпячивание) ЦПМ, и возникают различной сложности внутриклеточные мембранные образования. У грамотрицательных бактерий мембранные образования развиты слабо, устроены просто, у грамположительных – хорошо развиты, более сложно организованы и образуют внутриклеточные мембранные структуры (мезосомы).
Капсула. Клеточная стенка снаружи окружена слизистым слоем различной толщины и конфигурации. Если слизистый слой достаточно толст, прочен и имеет определенную форму, то называется капсулой. Анатомически различают: микрокапсулу (до 0,2 мкм, не различима с помощью оптического микроскопа), макрокапсулу (более 0,2 мкм, видна в микроскопе), слизистый слой (вязкие, накапливающиеся на поверхности клетки вещества, иногда во много раз превышающие толщиной размеры бактериальной клетки). Способность образовывать капсулу является генетической, но зависит от условий среды, Капсулообразование – функция приспособления (предохраняет от высыхания, ядовитых веществ и пр.). Микроорганизмы, образующие большое количество аморфной внеклеточной слизи, часто объединяют под общим названием слизеобразующие. Они распространены на многих производствах, вызывают ослизнение сахарного сиропа, рыбы, рыбных и других продуктов.
Чехлы. Отдельные виды бактерий, например, нитчатые, образуют чехлы. В отличие от капсулы чехлы имеют тонкую структуру, иногда многослойные, инкрустированные окислами металлов (железа, марганца), вследствие чего приобретают особую прочность, характеризуются более сложным составом. На дне озер и болот происходит отложение руды, состоящей из остатков железобактерий.
Цитоплазма – это содержимое клеток, окруженное ЦПМ. Цитоплазма является средой, связывающей все внутриклеточные структуры в единую систему. Она представляет собой полужидкую коллоидную массу, состоящую на 70-80% из воды. Содержит также РНК, ферменты, продукты и субстраты метаболических реакций. Вязкость ее примерно в 800 раз больше вязкости воды. В молодых клетках вязкость невелика, но с возрастом повышается, что является одним из факторов снижения физиологической активности клеток.
Нуклеоид. Электронно-микроскопические и генетические исследования установили, что бактерии имеют структуры, функционально тождественные ядрам клеток высших организмов, но отличающиеся рядом особенностей. 1) Нуклеоид бактерий не имеет ядерной оболочки и ДНК находится в непосредственном контакте с цитоплазмой. 2) Нет разделения на хромосомы, нить ДНК представляет собой аналог хромосомы высших организмов и называется бактериальной хромосомой (в клетке может быть несколько ее копий). 3) Отсутствует митоз и мейоз.
Рибосомы. В цитоплазме находятся мелкие зерна рибонуклеопротеидов, получивших название рибосомы, которые являются центром синтеза белка. Это частицы размером 16-18 нм, состоящие из РНК (60-65%) и белка (35-40%). Рибосомы содержат 80-85% всей РНК бактериальной клетки. В зависимости от условий и возраста в клетке содержится 1,5-50 тыс. рибосом. Скорость роста клетки определяется скоростью образования рибосом. В среднем за каждую секунду образуется около 5-10 рибосом. Большая часть рибосом объединяется в полисомы.
Запасные вещества образуются в клетке в результате обмена веществ и их образование зависит от условий культивирования Каждый вид микроорганизма образует, как правило, только один тип запасного вещества.
Гранулёза является специфическим запасным углеводным веществом бактерий рола Clostridiun (C.butyricum, C.pasteurianum), при голодании исчезает. Выявляется качественной реакцией со слабым раствором йода (клетки серо-синего или темно-синего цвета). Гликоген – гранулы полисахарида (С6H10O4)n сферической формы, диаметром 20-100 нм, выявляются раствором йода (гранулы приобретают красно-коричневый цвет). Обычно включения полисахаридов образуются в бактериальной клетке при недостатке азота и избытке углерода и энергии. Углеводородные гранулы встречаются у использующих углеводороды бактерий. Поли-β-оксибутират – запас энергии и источник углерода обнаружен только у прокариот. Полифосфаты (волютин, или метахроматиновые гранулы) – это внутриклеточный резерв фосфора, служит источником энергии для клетки. Включения серывстречаются у пурпурных серобактерий, использующих сероводород как донор электронов при фотосинтезе, а также у нитевидных нефотосинтезирующих серобактерий, окисляющих сероводород. Включениякарбоната кальция (известковые тельца) выполняют функцию нейтрализаторов среды. Газовые вакуоли (или аэросомы) характерны для водных бактерий. Они являются регуляторами плавучести (снижают плотность).
Придатки бактериальной клетки. На поверхности бактериальной клетки имеются придатки – ворсинки, стебельки, шипы, жгутики и др., объединенные подл общим названием – пили. Строение и функции их различны. У одной и той же бактерии могут присутствовать пили разной природы. Придатки не являются жизненно важной структурой клетки, их потеря не сопровождается нарушением процесса роста и размножения бактерий.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА — бактерий, специфическая по химич. составу оболочка, окружающая протопласт и тесно связанная структурно функциональными взаимоотношениями с цитоплазматич. мембраной. Толщ. 10 50 нм. Составляет 10 50% сухой массы клеток. У большинства бактерий в… … Биологический энциклопедический словарь
клеточная стенка бактерий — специфическая по хим. составу оболочка, окружающая протопласт и тесно связанная структурно–функциональными взаимоотношениями с цитоплазматической мембраной. Толщина К. с. – 150 нм; составляет 10 5°% сухой массы клеток. У большинства бактерий в… … Словарь микробиологии
Клеточная стенка — Растительная клетка. Зелёная оболочка клеточная стенка. Клеточная стенка жёсткая оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны … Википедия
Клеточная оболочка — Клеточная стенка жёсткая оболочка клетки, расположенная снаружи от цитоплазматической мембраны и выполняющая структурные, защитные и транспортные функции. Обнаруживается у большинства бактерий, архей, грибов и растений. Животные и многие… … Википедия
Оболочка микробов — поверхностная структура клеток, располагающаяся кнаружи от цитоплазматической мембраны (см. Мембрана цитоплазматическая). Вариабельна по толщине, эластичности, структуре, хим. составу. О. грибов (клеточная стенка) толстая, ригидная, многослойная … Словарь микробиологии
Сравнение строения клеток бактерий, растений и животных — Клеточная структура Функция Бактерии Растения Животные Ядро Хранение наследственной информации, синтез РНК Нет Есть Есть Клеточная мембрана Выполняет барьерную, транспортную, матричную, механическую, рецепторную, энергетическую, ферментативную и… … Википедия
Спорообразование у анаэробных бактерий — Споры представляют собой специфическим образом устроенные покоящиеся зародышевые клетки, выдерживающие влияние высокой температуры, радиации, вакуума, различного рода токсических веществ и других неблагоприятных факторов, приводящих к… … Биологическая энциклопедия
Бактерии — Кишечная палочка (Escherichia coli) … Википедия
Эубактерии — ? Бактерии Escherichia coli Научная классификация Надцарство: Прокариоты Царство … Википедия
Строение и химический состав бактериальной клетки — Общая схема строения бактериальной клетки показана на рисунке 2. Внутренняя организация бактериальной клетки сложна. Каждая систематическая группа микроорганизмов имеет свои специфические особенности строения. Клеточная стенка.… … Биологическая энциклопедия
По мнению ученых, бактериям более 3,5 миллиардов лет. Они существовали на Земле задолго до появления высокоорганизованных организмов. Находясь у истоков жизни, бактериальные организмы получили элементарное строение по прокариотическому типу, характеризующееся отсутствием оформленного ядра и ядерной оболочки. Одним из факторов, повлиявших на формирование их биологических свойств, является оболочка бактерий (клеточная стенка).
Функции внешней стенки
Стенка бактерии призвана выполнять несколько основополагающих функций:
- быть скелетом бактерии;
- придавать ей определенную форму;
- осуществлять связь с внешней средой;
- защищать от вредных воздействий окружающих факторов;
- участвовать в делении бактериальной клетки, которая не имеет ядра и ядерной оболочки;
- удерживать на своей поверхности антигены и различного рода рецепторы (характерно для грамотрицательных бактерий).
У определенных видов бактерий есть наружная капсула, которая отличается прочностью и служит для сохранения целостности микроорганизма длительное время. В таком случае оболочка у бактерий является промежуточной формой между цитоплазмой и капсулой. Некоторые бактерии (например, лейконосток) имеют особенность заключать в одну капсулу несколько клеток. Это называется зоогелем.
Химический состав капсулы характеризуется наличием полисахаридов и большого количества воды. Капсула также может обеспечивать возможность бактерии прикрепиться к определенному объекту.
От того, насколько легко вещество проникает через оболочку, зависит степень его усвояемости бактерией. Большую вероятность проникновения имеют молекулы с длинными участками цепи, обладающими устойчивостью к биодеградации.
Что представляет собой оболочка?
Бактериальная оболочка состоит из липополисахаридов, протеинов, липопротеидов, тейхоевых кислот. Основополагающим компонентом является муреин (пептидогликан).
Толщина клеточной стенки может быть различной и достигать 80 нм. Поверхность – не сплошная, имеет поры различного диаметра, через которые микроб получает питательные вещества и выделяет продукты своей жизнедеятельности.
О значимости наружной стенки свидетельствует её значительный вес – он может колебаться от 10 до 50% сухой массы всей бактерии. Цитоплазма может выпячиваться, меняя внешний рельеф бактерии.
Сверху оболочка может быть покрыта ресничками либо на ней могут располагаться жгутики, которые состоят из флагеллина – специфического вещества белковой природы. Для крепления к бактериальной оболочке у жгутиков есть особые структуры – плоские диски. Бактерии с одним жгутиком называются монотрихами, с двумя – амфитрихами, с пучком – лофотрихами, с множеством пучков – перитрихами. Не имеющие жгутиков микроорганизмы называются атрихиями.
Клеточная оболочка имеет внутреннюю часть, которая начинает формироваться после завершения роста клетки. В отличие от наружной, она состоит из гораздо меньшего количества воды и имеет большую эластичность и прочность.
Процесс синтеза стенок микроорганизмов начинается внутри бактерии. Для этого в ней имеется сеть полисахаридных комплексов, которые чередуются в определенной последовательности (ацетилглюкозамин и ацетилмурамовая кислота) и связываются между собой прочными пептидными связями. Сборка стенки осуществляется снаружи, на плазматической мембране, где оболочка и располагается.
Поскольку бактерия не имеет ядра, то и ядерной оболочки у нее не имеется.
Оболочка представляет собой неокрашенную тонкую структуру, которую без специальной окраски клеток даже невозможно рассмотреть. Для этого используют плазмолиз и затемненное поле зрения.
Окрашивание по Граму
Для изучения подробной структуры клетки в 1884 году Христиан Грам предложил особый способ её окраски, который в последующем был назван его именем. Окраска по Граму делит все микроорганизмы на грамположительные и грамотрицательные. Для каждого вида характерны свои биохимические и биологические свойства. Различная окраска обусловлена и строением клеточной стенки:
- Грамположительные бактерии имеют массивную оболочку, которая включает полисахариды, белки и липиды. Она прочная, поры имеют минимальную величину, краска, применяемая для окрашивания, плотно проникает вглубь и практически не вымывается. Такие микроорганизмы приобретают сине-фиолетовый цвет.
- Грамотрицательные бактериальные клетки имеют определенные отличия: толщина их стенки меньше, зато оболочка имеет два слоя. Внутренний слой состоит из пептидогликана, который имеет более рыхлую структуру и широкие поры. Краска при окрашивании по Граму легко вымывается этанолом. Клетка при этом обесцвечивается. В дальнейшем методикой предусмотрено добавление контрастного красного красителя, который окрашивает бактерии в красный или розовый цвет.
Удельный вес грамположительных микробов, безвредных для человека, гораздо превышает грамотрицательные. На сегодняшний день классифицировано три группы грамотрицательных микроорганизмов, которые вызывают у человека заболевания:
- кокки (стрептококки и стафилококки);
- неспорообразующие формы (коринебактерии и листерии);
- спорообразующие формы (бациллы, клостридии).
Характеристика периплазматического пространства
Между бактериальной стенкой и мембраной цитоплазмы находится периплазматическое пространство, которое состоит из ферментов. Этот компонент является обязательной структурой, он составляет 10-12% сухой массы бактерии. Если мембрана по какой-то причине разрушается, клетка гибнет. Генетическая информация располагается непосредственно в цитоплазме, не отделяется от неё ядерной оболочкой.
Независимо от того, является микроб грамположительным или грамотрицательным, это осмотический барьер микроорганизма, транспортер органических и неорганических молекул вглубь клетки. Доказана и определенная роль периплазмы в росте микроорганизма.
Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.