Постоянные и непостоянные структуры бактериальной клетки

Однако, по мере развития науки была создана более совершенная микроскопическая техника и новые методы исследования. Применение современных методов исследований при изучении бактериальной клетки – электролитная и фазовоконтрастная микроскопия, дифференцированное центрифугирование, применение изотопов – позволили выявить отдельные клеточные структуры и выяснить их биологическую роль.

Поверхностные структуры бактериальной клетки

Клеточная стенка – обязательный структурный элемент большинства прокариот. Расположена клеточная стенка непосредственно под слизистым чехлом или капсулой, может непосредственно контактировать с окружающей средой. Клеточная стенка составляет $5-50\%$ сухой массы клети.

Замечание 1

Строение клеточной стенки и ее химический состав – важные диагностические признаки при определении вида прокариотического организма.

В зависимости от строения клеточной стенки эубатерии делят на две группы:

  • грамположительные виды (специально окрашенный комплекс после обработки спиртом сохраняет цвет), толщина до $80$ нм;
  • грамотрицательные виды (окрашенный комплекс свой цвет не сохраняет); внутренний пептидогликановый слой $2-3$ нм, наружный – $8-10$ нм.

Сравнительная характеристика химического состава клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных эубактерий

Обозначения: (+) – присутствуют; (-) – отсутствуют; (-, +) – присутствуют не у всех видов.

Клеточная стенка выполняет ряд функций:

  • механическая защита клетки;
  • поддерживает внешнюю форму клетки;
  • обеспечивает транспорт веществ;
  • препятствует поступлению в клетку токсических веществ;
  • способствует возникновению периплазматического пространства, содержащего гидролитические ферменты и транспортные белки;
  • содержит на внешней стороне специфические рецепторы для колицинов и фагов, антигены, макромолекулы, участвующие в процессах конъюгации, а также взаимодействии между тканями высших организмов и болезнетворными бактериями.

Капсулы, чехлы и слизистые слои

Определение 1

Капсула – это слизистое образование, покрывающее клетку, обеспечивающее связь с клеточной стенкой и обладающее аморфным строением. Наличие капсулы определяется условием культивирования микроорганизма и его штаммом.

Капсула не является обязательным структурным компонентом клетки, так как бактерии могут при определенных условиях переходить от капсульных к бескапсульным формам.

Химический состав капсул родо- и видоспецифичен. Основными химическими компонентами являются полисахариды гомо- и гетерополимерной природы.

Чехлы обладают тонкой структурой, могут состоять из нескольких слоев и содержать оксиды металлов. Также в их состав могут входить помимо сахаров, белки, липиды, фосфор и др. вещества.

Слизистые слои имеют бесструктурный аморфный вид, с легкостью отделяется от поверхности клетки.

Функции капсул, слизистых веществ и чехлов:

Поверхностные структуры бактериальной клетки
  • защита клети от высыхания, механических повреждений;
  • препятствие для проникновения в клетку бактериофагов;
  • создание дополнительного осмотического барьера;
  • источник запасных питательных веществ;
  • осуществляют связь между клетками в колониях;
  • обеспечивают прикрепление клеток к субстратам.

Жгутики и механизмы движения

Определение 2

Жгутики – это структуры клетки, обеспечивающие способность клетки к передвижениям в жидкой среде.

Количество, расположение, размеры жгутиков являются диагностическим признаком при определении вида.

Однако число жгутиков может изменяться в зависимости от стадии жизненного цикла и условий культивирования.

Жгутики могут располагаться:

  • полярно или субполярно (если находятся в полярной области клетки или у полюсов);
  • латерально (если расположены вдоль боковой поверхности).

В зависимости от локализации на поверхности клетки и от количества жгутиков различают:

  • монополярные политрихи (на одном полюсе клетки расположен один пучок жгутиков);
  • биполярные политрихи (каждый полюс имеет по пучку жгутиков);
  • перитрихи (жгутиков много и они располагаются или вдоль боковой поверхности клетки или по всей ее поверхности).

Длина жгутика обычно составляет $10-20$ нм, длина – $3-15$ мкм. Жгутик – это относительно жесткая спираль, как правило, закрученная против часовой стрелки. Вращается со скоростью $40-60$ об/сек.

Ворсинки

Определение 3

Ворсинки (пили, фимбрии) – это структурные образования, встречающиеся ак у подвижных, так и у неподвижных форм. На клетку приходится от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Читайте также:  Как передается лептоспироз и его симптомы

Располагаются в клетке полярно или перитрихально, длина – $0,2-2,0$ мкм, диаметр $5-10$ нм.

Функции ворсинок:

  • обеспечивают способность к гидрофобности;
  • способствуют прикреплению к различным поверхностям;
  • участвуют в транспорте метаболитов.

Внутреннее строение бактерий

Цитоплазма

Цитоплазма на 75% состоит из воды, остальные 25% приходится на минеральные соединения, белки, РНК и ДНК. Цитоплазма всегда густая и неподвижная. В ней содержатся ферменты, некоторые пигменты, сахара, аминокислоты, запас питательных веществ, рибосомы, мезосомы, гранулы и всевозможные другие включения. В центре клетки концентрируется вещество, которое несет наследственную информацию — нуклеоид.

Гранулы

Гранулы состоят из соединений, которые являются источником энергии и углерода.

Мезосомы

Мезосомы — производные клетки. Имеют разную форму — концентрические мембраны, пузырьки, трубочки, петли и др. Мезосомы имеют связь с нуклеоидом. Участие в делении клетки и спорообразовании — их основное предназначение.

Нуклеоид

Нуклеоид является аналогом ядра. Он расположен в центре клетки. В нем локализована ДНК — носитель наследственной информации в свернутом виде. Раскрученная ДНК достигает в длину 1 мм. Ядерное вещество бактериальной клетки не имеет мембраны, ядрышка и набора хромосом, не делится митозом. Перед делением нуклеотид удваивается. Во время деления число нуклеотидов увеличивается до 4-х.

Плазмиды

Плазмиды представляют собой автономные молекулы, свернутые в кольцо, двунитевой ДНК. Их масса значительно меньше массы нуклеотида. Несмотря на то, что в ДНК плазмид закодирована наследственная информация, они не являются жизненно важными и необходимыми для бактериальной клетки.

Рибосомы

Рибосомы бактериальной клетки участвуют в синтезе белка из аминокислот. Рибосомы бактериальных клеток не объединены в эндоплазматическую сеть, как у клеток, имеющих ядро. Именно рибосомы часто становятся «мишенью» для многих антибактериальных препаратов.

Включения

Включения — продукты метаболизма ядерных и безъядерных клеток. Представляют собой запас питательных веществ: гликоген, крахмал, сера, полифосфат (валютин) и др. Включения часто при окраске приобретают иной вид, чем цвет красителя. По валютину можно диагностировать дифтерийную палочку.

Строение и структура клетки бактерии

Несмотря на высокий уровень развития науки, для нее остается еще много неизведанного. В мире существует огромное количество бактерий, но никто точно не может назвать их количество. Часть бактерий остается нераскрытой и сегодня. Описано чуть больше десяти тысяч разновидностей бактерий.

До сих пор ученые не могут назвать, сколько существует в мире древнейших уникальных живых организмов – бактерий.

Понятие бактерии

Бактерии – самые мелкие живые организмы, известные научному миру, со своей структурой и процессами жизнедеятельности. Клетки бактерий отличаются разнообразием форм.

Можно выделить: звездчатую, сферическую, кубическую и палочковидную формы. На жизнедеятельность бактерий влияет форма клетки, она бывает согнутой или завивающейся. Это помогает бактерии крепиться к поверхности определенным образом.

Размер бактерии может колебаться от 0,5 мкм до 5,0 мкм.

Чаще всего бактерии бывают одноклеточными. Они не имеют ядра в своей структуре. Поэтому отнесены к прокариотам. Ядро в клетке бактерии занимают нуклеоиды. Многоклеточность не свойственна бактериям. Тем не менее, некоторые из них могут соединяться с другими бактериями, тем самым образуя многоклеточную структуру.

Передвигаются бактерии, как правило, при помощи жгутиков методом скольжения или извиваясь. Есть неподвижные бактерии, но есть и такие, которые способны передвигаться, не имея жгутиков. Они двигаются по поверхности воды.

Бактерии – относительно просто устроенные живые организмы, которые не имеют ядра.

Бактерии могут размножаться при помощи деления, почкования, некоторые используют половые процессы. Редким видом является множественное деление бактерий. При этом используется ряд бинарных делений. Это позволяет бактериям быстро размножаться. При половом процессе не происходит слияния клеток.

Не все бактерии патогенны для человека. Многие из них участвуют в ежедневной жизнедеятельности человека, принося пользу. К ним относятся, например, молочнокислые бактерии, используемые при создании сыров, йогуртов, сметаны и прочего.

Бактерии появились на Земле приблизительно четыре миллиарда лет назад. Изучает бактерии микробиология, точнее, ее подраздел бактериология.

Читайте также:  Если температура 37 без симптомов: что это значит?

Клеточная структура бактерий

Строение и структура клетки бактерии

Строение клетки бактерии значительно отличается от остальных клеток, животных или растительных.

Структура бактериальной клетки включает в себя: лизосомы, внутриклеточные мембраны, дифференцированное ядро, митохондрии. Кроме этого, клетки бактерий имеют постоянные и непостоянные компоненты. К постоянным относятся: цитоплазма, плазмолемма, нуклеоид и клеточные стенки. К непостоянным – жгутики, пили, капсула, плазмиды, споры, ворсинки, фимбрии.

Плазмолемма

Чаще всего плазмолемму называют цитоплазматической мембраной. Она окружает любую бактериальную клетку и состоит из трех слоев. функция плазмолеммы – транспортировка различных субстанций внутрь клетки.

Цитоплазматическая мембрана ответственна за выполнение функций:

  • энергетической, которая заключается в переносе энергии при помощи нескольких белков;
  • механической, обеспечивающей функционирование бактерий и всех ее элементов в автономном режиме;
  • рецепторной – при помощи рецепторов мембрана передает клетке сигналы.

Если плазмолемма функционирует неправильно, то бактерия погибает.

Плазмолемма является постоянным компонентом клетки бактерии и выполняет жизненно важные для клетки функции.

Кроме жгутиков, у клеток бактерии наблюдаются и другие внеклеточные образования. Эти части называют ворсинками, или фимбриями. Эти названия сейчас встречаются редко. Чаще всего можно услышать термин «пили», объединяющий эти понятия.

Внешне ворсинки представляют собой отростки, которые покрывают бактерию сверху. В отличие от жгутиков ворсинки меньше. Их количество на клетке может насчитывать несколько тысяч. Эти пили отвечают за питание, половые функции и регуляцию водно-солевого баланса.

Различные полые нитевидные ворсинки на поверхности клетки бактерии называют «пили».

Для пилий характерна форма ворсинок, полых изнутри. Они необязательны, поэтому нередки случаи, когда они отсутствуют на бактериальной клетке.

Фимбрии, в отличие от ворсинок, покрывают одну сторону. Они более толстые и плотные, нежели жгутики, и не участвуют в процессе движения бактерии, но способны прикрепляться к поверхностям.

Эндоплазматическая сеть. Аппарат Гольджи. Лизосомы. Клеточные включения

ЭПС – мембранное образование, которое по внешнему виду напоминает лабиринт, пронизывающий примерно половину пространства клетки. Эндоплазматическая сеть состоит из мембраны, эта сеть оплетает ядро и располагается дальше в цитоплазме, однако ретикулум замкнут из выходов в саму цитозоль не имеет.

Эндоплазматическая сеть есть двух видов: гладкая и шероховатая, она же гранулярная. На поверхностях ЭПС идет синтез двух вещей: белки и углеводы с липидами на пару. На поверхности шероховатой ЭПС синтезируются белки. Как было описано ранее, этим занимаются рибосомы, которых здесь множество. А на гладкой ЭПС – углеводы и липиды.

Для того чтобы не путать попробуйте придумать ассоциации. Мне помогает вот что: липиды и углеводы – источники энергии в клетке и организме в целом. Мы их потребляем в пищу, они проходят по множеству трубок: пищевод, толстый и тонкий кишечник.

Естественно, эти структуры не абсолютно гладкие, у тонкого кишечника внутренняя поверхность выстлана ресничками, а у толстого есть гаустры, но сама ассоциации трубки, источников энергии (углеводов и липидов) и гладкости помогают мне запомнить. Шероховатая ЭПС ассоциируется у меня с наждачной бумагой, на которой задерживаются частицы чего-либо.

Такая бумага, в моем восприятии, усеяна множеством шариков, которые и являются рибосомами, синтезирующими белки.

Конечно, клетка, специализирующаяся на синтезе белков будет иметь преимущественно гранулярную ЭПС, а клетка, синтезирующая углеводы и липиды, будет хорошо развитую гладкую ЭПС.

После синтеза необходимых соединений на мембранах ретикулума, вещества должны попасть к местам своего использования клеткой. Не случайно ЭПС имеет такую лабиринтообразную структуру.

Это как метро: с мембран = станций метро соединения = пассажиры заходят в вагоны=трубочки ЭПС и отправляются тука, куда им нужно.

Люди – по делам, а липиды, углеводы и белки – на биохимические реакции или для сохранения как ресурса.

Строение и расположение в клетке эндоплазматической сети

Аппарат Гольджи = комплекс Гольджи

Аппарат Гольджи обязан своему открытию и названию итальянскому гистологу Камилло Гольджи. Этот человек первым открыл уникальное окрашивание препаратов нервной ткани, что внесло большой вклад в развитие гистологии и физиологии 19-20 века. Камилло Гольджи в 1906 году получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Читайте также:  Блокада пояснично крестцового отдела позвоночника где делают

Аппарат Гольджи представляет из себя систему цистерн, предназначенных для хранения веществ клеткой. Это как большая логистическая система. В цистернах аппарата Гольджи соединения могут быть подвержены модификации, упаковке в мембранные пузырьки, а затем транспорту в этих пузырьках в пункты назначения в цитоплазме или отбраковке, то есть выводу за пределы клетки.

Вполне логично разместить такой органоид клетки рядом с ЭПС, ведь ретикулум занимается синтезом, а аппарат Гольджи – транспортом и упаковкой. Так как Эндоплазматическая сеть – структура замкнутая, то для попадания соединений в аппарат Гольджи используются мембранные пузырьки. Они отшнуровываются от ЭПС, а оптом сливаются с комплексом Гольджи.

Эндоплазматическая сеть. Аппарат Гольджи. Лизосомы. Клеточные включения

Так как в аппарат Гольджи поступают липиды, которые здесь же накапливаются, то эта структура занимается и «ремонтом клетки». Внутри комплекса Гольджи собирается участок мембраны, которые заключается в мембранный пузырек, а потом кусочек мембраны замещает поврежденный фрагмент.

Еще аппарат Гольджи производит лизосомы – мембранные пузырьки с ферментами. Речь об этих структурах пойдет дальше.

Строение и расположение аппарата Гольджи

Лизосомы

Лизосомы представляют из себя не просто мембранные пузырьки, они наполнены пищеварительными ферментами, способными расщепить сложные соединения до более простых, подходящих клетке.

При описании клеточной мембраны упоминалось, что она пластична, в связи с этим способная к фаго-, пино — и экзоцитозу. Когда твердая частица захватывается клеткой, то частица обволакивается мембраной, получается фагосома.

Если эта частица вводится в клетку для питания, то фагосома сливается с лизосомой, а ферменты лизосомы расщепляют содержимое пузырька.

До слияния фагосомы и лизосомы ферменты внутри лизосомы неактивны, ведь если бы они находились в активированном состоянии, то они бы переварили и мембрану лизосомы.

Как уже говорилось ранее, лизосомы формируются в аппарате Гольджи.

Роль лизосом в жизни клетки

Клеточные включения

Клеточные включения не являются органоидами, они используются органоидами для процессов жизнедеятельности. Это просто какие-либо частички на периферии клетки, в ее цитоплазме. Часто это зерна гликогена (у животных) и крахмала (у растений), ведь в виде этих соединений запасается энергия. Также клеточные включения могут быть белками и каплями жира.

Гликоген в клетках печени Крахмал в клетках картофеля Капли жира в клетках авокадо

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.

Внутреннее строение

Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, — нуклеиновая кислота — ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.

Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.

В центральной части клетки локализовано ядерное вещество — ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Это аналог ядра — нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом.