Структура бактеріальної клітини
Структурні компоненти бактеріальної клітини ділять на 2 види:
- основні структури (клітинна стінка, цитоплазматична мембрана з її похідними, цитоплазма з рибосомами і різними включеннями, нуклеоїд);
- тимчасові структури (капсула, слизовий чохол, джгутики, ворсинки, ендоспори, що утворюються лише на певних етапах життєвого циклу бактерій).
Клітинна стінка знаходиться з зовнішньої сторони від цитоплазматичної мембрани. Цитоплазматична мембрана не входить до складу клітинної стінки. Функції клітинної стінки:
- захист бактерій від осмотичного шоку і інших факторів;
- визначення форми бактерій;
- участь в метаболізмі бактерій.
Клітинна стінка пронизана порами, через які відбувається транспорт екзотоксинів бактерій. Товщина клітинної стінки становить 10-100 нм. Основний компонент клітинної стінки бактерій - пептидогликан або муреин, що складається з чергуються залишків N-ацетил-N-глюкозаміну і N-ацетилмурамовой кислоти, з'єднаних глікозіднимі зв'язками.
У 1884 році Х. Г. запропонував метод забарвлення бактерій за допомогою генціанвіолета, йоду, етилового спирту і фуксину. Всі бактерії в залежності від забарвлення по Граму поділяють на 2 групи: грампозитивні та грамнегативні бактерії. Клітинна стінка грампозитивних бактерій щільно прилягає до цитоплазматичної мембрани, її товщина становить 20-100 нм. У ній є тейхоевие кислоти (полімери гліцерину або рібіта), а також в невеликих кількостях полісахариди, білки і ліпіди. Клітинна стінка грамнегативних бактерій багатошарова, її товщина складає 14-17 нм. Внутрішній шар (пептидогликан) утворює тонку безперервну сітку. Зовнішній шар складається з фосфоліпідів, ліпопротеїну і білків. Білки зовнішньої мембрани міцно пов'язані з пептидоглікановому шаром.
У деяких умовах бактерії позбавлені можливості повністю або частково синтезувати компоненти клітинної стінки, в результаті чого утворюються протопластів, сферопласти і L-форми бактерій. Сферопласти - це бактерії з частково зруйнованої клітинною стінкою. Вони спостерігаються у грамнегативних бактерій. Протопласти - це форми, повністю позбавлені клітинної стінки. Вони утворюються грампозитивними бактеріями. L-форми бактерій - це мутанти бактерій, частково або повністю втратили здатність синтезувати пептидогликан клітинної стінки (бактерії з дефектною клітинною стінкою). Свою назву вони отримали від назви інституту Листера в Англії, де були відкриті в 1935 році.
Цитоплазматична мембрана (ЦПМ) і її похідні. Цитоплазматична мембрана (плазмолемма) - це напівпроникна липопротеідна структура бактеріальної клітини, що відокремлює цитоплазму від клітинної стінки. Вона становить 8-15% сухої маси клітини. Її руйнування приводить до загибелі клітини. При електронній мікроскопії виявлено її тришарове будова. Цитоплазматична мембрана являє собою комплекс білків (50-75%) і ліпідів (15-20%). Основна маса ліпідів представлена фосфолипидами. Крім того, в складі мембрани виявлена невелика ко-личество вуглеводів.
ЦПМ бактерій виконує наступні функції:
- бар'єрна функція (молекулярне "сито");
- виборчий перенесення різних органічних і неорганічних молекул і іонів за допомогою спеціальних переносників - транслоказ або пермеаз;
- реплікація і подальше розділення хро-мосом.
У процесі росту клітини цитоплазматическая мембрана утворює численні впячивания (інвагінат), що отримали назву мезосом.
Цитоплазма - це вміст бактеріальної клітини, обмежене цитоплазматичної мембраною. Вона складається з цитозолю і структурних елементів.
Цитозоль - гомогенна фракція, що включає розчинні компоненти РНК, ферменти, продукти метаболізму.
Структурні елементи - це рибосоми, внутрицитоплазматические мембрани, включення і нуклеоїд.
Рибосоми - органели, які здійснюють біосинтез білка. Вони складаються з білка і РНК. Являють собою 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 представляють запасні речовини клітини. З полісахаридів в клітинах відкладаються глікоген, крохмаль і крахмалоподобное речовина - гранулеза. Поліфосфати містяться в гранулах, званих волютиновими. або метахроматіновимі. зернами.
Нуклеоїд є ядром у прокаріотів. Він складається з однієї замкнутої в кільце двуспиральной нитки ДНК, яку розглядають як бактеріальну хромосому. У нуклеоида відсутня ядерна оболонка.
Крім нуклеоида в бактеріальної клітці виявлені позахромосомних генетичні елементи - плазміди. які представляють собою невеликі кільцеві молекули ДНК, здатні до автономної реплікації. Роль плазмід полягає в тому, що вони кодують додаткові ознаки, що дають клітині переваги в певних умовах існування. Найбільш поширені плазміди, що детермінують ознаки антибіотикорезистентності бактерій (R-плазміди), синтез ентеротоксин (Ent-плазміди) або гемолизинов (Hly -плазміди).
До тимчасових структур належать 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 і виділяється на поверхню клітинної стінки в специфічних ділянках.
- місце локалізації капсульних антигенів, що визначають вірулентність, антигенну специфічність і імуногенність бактерій;
- захист клітин від механічних пошкоджень, 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 бути відсутнім в залежності від умов вирощування. Кількість джгутиків і місця їх розташування у різних бактерій неоднаково. Залежно від цього виділяють наступні групи джгутикових бактерій:
- монотрихи - бактерії з одним полярно розташованим джгутиком;
- амфітріхі - бактерії з двома полярно розташованими джгутиками або мають по пучку джгутиків на обох кінцях;
- лофотрихи - бактерії, що мають пучок джгутиків на одному кінці клітини;
- перитрихи - бактерії з безліччю джгутиків, розташованих з боків клітини або на всій її поверхні.
Хімічний склад джгутиків представлений білком флажеліну.
До поверхневих структурам бактеріальної клітини відносяться також ворсинки і пили. Ці структури беруть участь в адсорбції клітин на субстраті (ворсинки, пили загального типу) і в процесах перенесення генетичного матеріалу (статеві пили). Вони утворені специфічним гідрофобним білком пилина.
У деяких бактерій в певних умовах утворюються покояться форми, які забезпечують переживання клітин протягом тривалого часу в несприятливих умовах - ендоспо-ри. Вони стійкі до несприятливих факторів зовнішнього середовища.
Розташування суперечка в клітці:
- центральне (збудник сибірки);
- субтермінально - ближче до кінця (збудник ботулізму);
- термінальне - на кінці палички (збудник правця).