Merkmale der Zellstruktur von Bakterien. Die Struktur von Bakterien. bakterielle Zellwandfunktionen

Zusätzlich zu den 5 Königreichen der Wildtiere gibt es zwei weitere Königreiche: Prokaryoten und Eukaryoten. Daher, wenn wir bedenken systematische Stellung Bakterien, wird es wie folgt sein:

Warum werden diese Organismen als separates Taxon herausgegriffen? Der springende Punkt ist, dass für Bakterienzelle Charakteristisch ist das Vorhandensein einiger Merkmale, die seine vitale Aktivität und Interaktion mit anderen Kreaturen und Menschen prägen.

Entdeckung von Bakterien

Ribosomen sind die kleinsten Strukturen in großen Zahlen im Zytoplasma verstreut. Ihre Natur wird durch RNA-Moleküle dargestellt. Diese Körner sind das Material, mit dem sich der Verwandtschaftsgrad und die systematische Stellung einer bestimmten Bakterienart bestimmen lassen. Ihre Funktion ist der Zusammenbau von Eiweißmolekülen.

Kapsel

Eine Bakterienzelle ist durch das Vorhandensein schützender Schleimhäute gekennzeichnet, deren Zusammensetzung durch Polysaccharide oder Polypeptide bestimmt wird. Solche Strukturen werden Kapseln genannt. Es gibt Mikro- und Makrokapseln. Diese Struktur ist nicht bei allen Arten gebildet, aber bei der überwiegenden Mehrheit, dh sie ist nicht zwingend.

Wovor schützt die Kapsel die Bakterienzelle? Durch Phagozytose durch Wirtsantikörper, wenn das Bakterium pathogen ist. Oder vor dem Austrocknen und der Einwirkung von Schadstoffen, wenn wir von anderen Arten sprechen.

Schleim und Einschlüsse

Auch optionale Strukturen von Bakterien. Schleim oder Glykokalyx chemische Basis ist ein schleimiges Polysaccharid. Es kann sowohl innerhalb der Zelle als auch von externen Enzymen gebildet werden. Gut löslich in Wasser. Zweck: Anheftung von Bakterien an das Substrat - Adhäsion.

Einschlüsse sind Mikrokörnchen im Zytoplasma verschiedener chemischer Natur. Dies können Proteine, Aminosäuren, Nukleinsäuren oder Polysaccharide sein.

Organellen der Bewegung

Merkmale einer Bakterienzelle manifestieren sich auch in ihrer Bewegung. Dafür sind Flagellen vorhanden, die sich darin befinden können unterschiedlicher Betrag(von einem bis zu mehreren hundert pro Zelle). Die Basis jedes Flagellums ist Flagellin-Protein. Durch elastische Kontraktionen und rhythmische Bewegungen von einer Seite zur anderen kann sich das Bakterium im Raum bewegen. Das Flagellum ist an der Zytoplasmamembran befestigt. Der Standort kann auch zwischen den Arten variieren.

Trinken

Noch dünner als Flagellen, Strukturen, die an Folgendem beteiligt sind:

Befestigung am Substrat;
Wasser-Salz-Ernährung;
sexuelle Fortpflanzung.

Sie bestehen aus Pilin-Protein, ihre Anzahl kann bis zu mehreren hundert pro Zelle erreichen.

Ähnlichkeit mit Pflanzenzellen

Bakterien und haben eine unbestreitbare Ähnlichkeit - das Vorhandensein einer Zellwand. Wenn es jedoch in Pflanzen unbestreitbar ist, dann ist es in Bakterien nicht in allen Arten vorhanden, dh es bezieht sich auf optionale Strukturen.

Chemische Zusammensetzung der Bakterienzellwand:

Peptidoglykan-Murein;
Polysaccharide;
Lipide;
Proteine.

Normalerweise hat diese Struktur eine Doppelschicht: außen und innen. Funktionen führen dasselbe aus wie Pflanzen. Unterstützt und definiert die dauerhafte Form des Körpers und bietet mechanischen Schutz.

Sporenformation

Wie eine Bakterienzelle aufgebaut ist, haben wir ausführlich genug untersucht. Bleibt nur noch zu erwähnen, wie Bakterien widrige Bedingungen sehr überleben können lange Zeit ohne an Lebensfähigkeit zu verlieren.

Sie tun dies, indem sie eine Struktur namens Spore bilden. Es hat nichts mit Fortpflanzung zu tun und schützt Bakterien nur vor widrigen Bedingungen. Die Form von Streitigkeiten kann unterschiedlich sein. Wenn normale Umgebungsbedingungen wiederhergestellt sind, wird die Spore initiiert und keimt zu einem aktiven Bakterium.

Der Körper eines Bakteriums wird durch eine einzelne Zelle repräsentiert. Die Formen der Bakterien sind vielfältig. Die Struktur von Bakterien unterscheidet sich von der Struktur tierischer und pflanzlicher Zellen.

Der Zelle fehlen ein Zellkern, Mitochondrien und Plastiden. Der Erbinformationsträger DNA befindet sich in gefalteter Form im Zentrum der Zelle. Mikroorganismen, die keinen echten Kern haben, werden als Prokaryoten klassifiziert. Alle Bakterien sind Prokaryoten.

Es wird angenommen, dass es auf der Erde über eine Million Arten dieser erstaunlichen Organismen gibt. Bis heute wurden etwa 10.000 Arten beschrieben.

Eine Bakterienzelle hat eine Wand, eine zytoplasmatische Membran, ein Zytoplasma mit Einschlüssen und ein Nukleotid. Von den zusätzlichen Strukturen haben einige Zellen Flagellen, Pili (ein Mechanismus zum Zusammenkleben und Festhalten an der Oberfläche) und eine Kapsel. Einige Bakterienzellen sind unter ungünstigen Bedingungen in der Lage, Sporen zu bilden. Die durchschnittliche Größe Bakterien 0,5-5 Mikron.

Die äußere Struktur von Bakterien

Reis. 1. Die Struktur einer Bakterienzelle.

Zellenwand

Die Zellwand einer Bakterienzelle ist ihr Schutz und Stütze. Es verleiht dem Mikroorganismus seine spezifische Form.
Die Zellwand ist durchlässig. Nährstoffe passieren es nach innen und Stoffwechselprodukte (Stoffwechsel) nach außen.
Einige Bakterienarten produzieren einen speziellen, kapselähnlichen Schleim, der sie vor dem Austrocknen schützt.
Einige Zellen haben Flagellen (eine oder mehrere) oder Zotten, die ihnen helfen, sich zu bewegen.
In Bakterienzellen, die sich in der Gram-Färbung rosa färben ( gramnegativ), die Zellwand ist dünner, mehrschichtig. Enzyme, die Nährstoffe abbauen, werden nach außen abgegeben.
Bakterien, die sich auf der Gram-Färbung violett färben grampositiv), die Zellwand ist dick. Nährstoffe, die in die Zelle gelangen, werden im periplasmatischen Raum (dem Raum zwischen der Zellwand und der Zytoplasmamembran) durch hydrolytische Enzyme abgebaut.
Auf der Oberfläche der Zellwand befinden sich zahlreiche Rezeptoren. An ihnen hängen Zellkiller - Phagen, Colicine und chemische Verbindungen.
Wand-Lipoproteine in einigen Arten von Bakterien sind Antigene, die als Toxine bezeichnet werden.
Bei längerer Behandlung mit Antibiotika und aus einer Reihe anderer Gründe verlieren einige Zellen ihre Membran, behalten aber die Fähigkeit zur Reproduktion. Sie nehmen eine abgerundete Form an - eine L-Form und können lange im menschlichen Körper gespeichert werden (Kokken oder Tuberkulose-Bazillen). Instabile L-Formen haben die Fähigkeit, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren (Reversion).

Reis. 2. Auf dem Foto die Struktur der Bakterienwand von gramnegativen Bakterien (links) und grampositiven (rechts).

Kapsel

Unter widrigen Bedingungen Außenumgebung Bakterien bilden eine Kapsel. Die Mikrokapsel haftet fest an der Wand. Es kann nur mit einem Elektronenmikroskop gesehen werden. Die Makrokapsel wird oft von pathogenen Mikroben (Pneumokokken) gebildet. Bei der Klebsiella-Pneumonie findet sich immer eine Makrokapsel.

Reis. 3. Auf dem Foto Pneumokokken. Die Pfeile deuten die Kapsel an (Elektronenbeugungsmuster eines Ultradünnschnitts).

kapselartige Hülle

Die kapselartige Hülle ist eine lose mit der Zellwand verbundene Formation. Dank bakterieller Enzyme wird die kapselartige Hülle mit Kohlenhydraten (Exopolysacchariden) der äußeren Umgebung bedeckt, was die Anhaftung von Bakterien an verschiedenen Oberflächen gewährleistet, sogar an völlig glatten.

Beispielsweise können Streptokokken, die in den menschlichen Körper eindringen, mit Zähnen und Herzklappen verkleben.

Die Funktionen der Kapsel sind vielfältig:

Schutz vor aggressiven Umgebungsbedingungen,
Gewährleistung der Adhäsion (Adhäsion) mit menschlichen Zellen,
Die Kapsel besitzt antigene Eigenschaften und wirkt toxisch, wenn sie in einen lebenden Organismus eingeführt wird.

Reis. 4. Streptokokken können mit dem Zahnschmelz verkleben und sind zusammen mit anderen Mikroben die Ursache für Karies.

Reis. 5. Auf dem Foto die Niederlage der Mitralklappe bei Rheuma. Der Grund sind Streptokokken.

Geißeln

Einige Bakterienzellen haben Flagellen (eine oder mehrere) oder Zotten, die ihnen helfen, sich zu bewegen. Die Flagellen enthalten das kontraktile Protein Flagelin.
Die Anzahl der Flagellen kann unterschiedlich sein - eine, ein Haufen Flagellen, Flagellen an verschiedenen Enden der Zelle oder über die gesamte Oberfläche.
Die Bewegung (zufällig oder rotierend) wird als Ergebnis der Rotationsbewegung der Flagellen ausgeführt.
Die antigenen Eigenschaften von Flagellen wirken bei der Krankheit toxisch.
Bakterien, die keine Flagellen haben und mit Schleim bedeckt sind, können gleiten. Wasserbakterien enthalten Vakuolen in Höhe von 40-60, die mit Stickstoff gefüllt sind.

Sie bieten Tauchen und Aufstieg. Im Boden bewegt sich die Bakterienzelle durch die Bodenkanäle.

Reis. 6. Schema der Befestigung und Funktionsweise des Flagellums.

Reis. 7. Auf dem Foto verschiedene Typen begeißelte Mikroben.

Reis. 8. Das Foto zeigt verschiedene Arten von begeißelten Mikroben.

Trinken

Pili (Zotten, Fimbrien) bedecken die Oberfläche von Bakterienzellen. Die Zotte ist ein spiralförmig verdrillter dünner Hohlfaden proteinartiger Natur.
General trank sorgen für Adhäsion (Adhäsion) mit Wirtszellen. Ihre Zahl ist riesig und reicht von mehreren Hundert bis zu mehreren Tausend. Ab dem Zeitpunkt der Befestigung kann jede .
Sex Sägen Förderung der Übertragung von genetischem Material vom Spender zum Empfänger. Ihre Anzahl beträgt 1 bis 4 pro Zelle.

Reis. 9. Das Foto zeigt E. coli. Sichtbare Geißeln und Trinken. Das Foto wurde mit einem Tunnelmikroskop (STM) aufgenommen.

Reis. 10. Das Foto zeigt zahlreiche Pili (Fimbrien) in Kokken.

Reis. 11. Das Foto zeigt eine Bakterienzelle mit Fimbrien.

zytoplasmatische Membran

Die Zytoplasmamembran befindet sich unter der Zellwand und ist ein Lipoprotein (bis zu 30 % Lipide und bis zu 70 % Proteine).
Unterschiedliche Bakterienzellen haben unterschiedliche Lipidzusammensetzungen von Membranen.
Membranproteine erfüllen viele Funktionen. Funktionelle Proteine sind Enzyme, aufgrund derer die Synthese ihrer verschiedenen Komponenten auf der Zytoplasmamembran usw. erfolgt.
Die Zytoplasmamembran besteht aus 3 Schichten. Die doppelte Phospholipidschicht ist von Globulinen durchzogen, die für den Stofftransport in die Bakterienzelle sorgen. Wenn es fehlschlägt, stirbt die Zelle.
Die Zytoplasmamembran ist an der Sporulation beteiligt.

Reis. 12. Das Foto zeigt deutlich eine dünne Zellwand (CS), eine zytoplasmatische Membran (CPM) und ein Nukleotid in der Mitte (Bakterium Neisseria catarrhalis).

Die innere Struktur von Bakterien

Reis. 13. Das Foto zeigt den Aufbau einer Bakterienzelle. Die Struktur einer Bakterienzelle unterscheidet sich von der Struktur tierischer und pflanzlicher Zellen - der Zelle fehlen ein Zellkern, Mitochondrien und Plastiden.

Zytoplasma

Das Zytoplasma besteht zu 75 % aus Wasser, die restlichen 25 % aus mineralischen Verbindungen, Proteinen, RNA und DNA. Das Zytoplasma ist immer dicht und bewegungslos. Es enthält Enzyme, einige Farbstoffe, Zucker, Aminosäuren, eine Nährstoffversorgung, Ribosomen, Mesosomen, Körner und allerlei andere Einschlüsse. Im Zentrum der Zelle ist eine Substanz angereichert, die Erbinformationen trägt – das Nukleoid.

Granulat

Das Granulat besteht aus Verbindungen, die eine Energie- und Kohlenstoffquelle darstellen.

Mesosomen

Mesosomen sind Zellderivate. Haben andere Form- konzentrische Membranen, Vesikel, Tubuli, Schleifen usw. Mesosomen haben eine Verbindung mit dem Nukleoid. Die Teilnahme an der Zellteilung und Sporenbildung ist ihr Hauptzweck.

Nukleoid

Das Nukleoid ist analog zum Kern. Es befindet sich in der Mitte der Zelle. Darin ist DNA lokalisiert - der Träger der Erbinformation in gefalteter Form. Die unverdrillte DNA erreicht eine Länge von 1 mm. Die Kernsubstanz einer Bakterienzelle hat keine Membran, keinen Nukleolus und keinen Chromosomensatz und wird nicht durch Mitose geteilt. Vor der Teilung wird das Nukleotid verdoppelt. Während der Teilung erhöht sich die Anzahl der Nukleotide auf 4.

Reis. 14. Das Foto zeigt einen Ausschnitt aus einer Bakterienzelle. Im zentralen Teil ist ein Nukleotid sichtbar.

Plasmide

Plasmide sind autonome Moleküle, die zu einem Ring aus doppelsträngiger DNA zusammengerollt sind. Ihre Masse ist viel kleiner als die Masse eines Nukleotids. Obwohl Erbinformationen in der DNA von Plasmiden verschlüsselt sind, sind sie für eine Bakterienzelle nicht lebenswichtig und notwendig.

Reis. 15. Das Foto zeigt ein bakterielles Plasmid. Das Foto wurde mit einem Elektronenmikroskop aufgenommen.

Ribosomen

Ribosomen einer Bakterienzelle sind an der Proteinsynthese aus Aminosäuren beteiligt. Ribosomen von Bakterienzellen sind im endoplasmatischen Retikulum nicht vereint, wie in Zellen, die einen Zellkern haben. Es sind Ribosomen, die oft zum "Ziel" für viele antibakterielle Medikamente werden.

Einschlüsse

Einschlüsse sind Stoffwechselprodukte nuklearer und nicht-nuklearer Zellen. Sie stellen einen Nährstoffvorrat dar: Glykogen, Stärke, Schwefel, Polyphosphat (Valutin) etc. Beim Färben nehmen Einschlüsse oft ein anderes Aussehen als die Farbe des Farbstoffs an. Sie können nach Währung diagnostizieren.

Formen von Bakterien

Bakterienzellform und -größe sehr wichtig bei ihrer Identifizierung (Erkennung). Die häufigsten Formen sind kugelig, stäbchenförmig und gewunden.

Tabelle 1. Hauptformen von Bakterien.

Kugelförmige Bakterien

Kugelförmige Bakterien werden Kokken genannt (vom griechischen Kokken - Korn). Sie sind einzeln, zu zweit (Diplokokken), in Säcken, Ketten und wie Weintrauben angeordnet. Diese Anordnung hängt von der Art der Zellteilung ab. Die schädlichsten Mikroben sind Staphylokokken und Streptokokken.

Reis. 16. Das Foto zeigt Mikrokokken. Bakterien sind rund, glatt, weiß, gelb und rot. Mikrokokken sind in der Natur allgegenwärtig. Sie leben in verschiedenen Hohlräumen des menschlichen Körpers.

Reis. 17. Auf dem Foto Diplococcus-Bakterien - Streptococcus pneumoniae.

Reis. 18. Sarcina-Bakterien auf dem Foto. Kokkenbakterien werden zu Päckchen zusammengefasst.

Reis. 19. Auf dem Foto Streptococcus-Bakterien (aus dem Griechischen "streptos" - eine Kette).

In Ketten angeordnet. Sie sind die Erreger einer Reihe von Krankheiten.

Reis. 20. Auf dem Foto sind die Bakterien "goldene" Staphylokokken. Angeordnet wie "Trauben". Die Cluster haben eine goldene Farbe. Sie sind die Erreger einer Reihe von Krankheiten.

Stäbchenförmige Bakterien

Stäbchenförmige Bakterien, die Sporen bilden, werden Bazillen genannt. Sie haben eine zylindrische Form. bei den meisten prominenter Vertreter dieser Gruppe ist der Bazillus. Bazillen umfassen Pest- und hämophile Stäbchen. Die Enden stäbchenförmiger Bakterien können spitz, abgerundet, abgeschnitten, erweitert oder gespalten sein. Die Form der Sticks selbst kann richtig und falsch sein. Sie können einzeln, zu zweit oder zu Ketten angeordnet werden. Einige Bazillen werden Coccobacilli genannt, weil sie eine runde Form haben. Ihre Länge übersteigt jedoch die Breite.

Diplobazillen sind Doppelstäbchen. Anthrax-Stäbchen bilden lange Fäden (Ketten).

Die Bildung von Sporen verändert die Form der Bazillen. Im Zentrum der Bazillen bilden sich Buttersäurebakterien, die ihnen das Aussehen einer Spindel verleihen. In Tetanusstäbchen - an den Enden der Bazillen, die ihnen das Aussehen von Trommelstöcken verleihen.

Reis. 21. Das Foto zeigt eine stäbchenförmige Bakterienzelle. Mehrere Flagellen sind sichtbar. Das Foto wurde mit einem Elektronenmikroskop aufgenommen. Negativ.

Reis. 24. Bei Buttersäurebazillen bilden sich im Zentrum Sporen, die ihnen das Aussehen einer Spindel verleihen. Bei Tetanusstöcken - an den Enden, die ihnen das Aussehen von Trommelstöcken verleihen.

Gewundene Bakterien

Nicht mehr als eine Kurve hat eine Käfigbiegung. Mehrere (zwei, drei oder mehr) - Campylobacter. Spirochäten haben ein eigenartiges Aussehen, das sich in ihrem Namen widerspiegelt - "Spira" - eine Biegung und "Hass" - eine Mähne. Leptospira ("leptos" - schmal und "spera" - gyrus) sind lange Filamente mit eng beieinander liegenden Windungen. Bakterien ähneln einer verdrehten Spirale.

Reis. 27. Auf dem Foto ist eine spiralförmige Bakterienzelle der Erreger der „Rattenbisskrankheit“.

Reis. 28. Auf dem Foto sind Leptospira-Bakterien die Erreger vieler Krankheiten.

Reis. 29. Auf dem Foto sind Leptospira-Bakterien die Erreger vieler Krankheiten.

geformt wie ein Schläger

Keulenförmige Corynebakterien sind die Erreger von Diphtherie und Listeriose. Die Anordnung metachromatischer Körner an seinen Polen gibt dem Bakterium diese Form.

Reis. 30. Foto von Corynebacterium.

Lesen Sie mehr über Bakterien in den Artikeln:

Bakterien leben seit mehr als 3,5 Milliarden Jahren auf der Erde. In dieser Zeit haben sie viel gelernt und sich an vieles angepasst. Die Gesamtmasse der Bakterien ist enorm. Es sind etwa 500 Milliarden Tonnen. Bakterien beherrschen fast alle bekannten biochemischen Prozesse. Die Formen der Bakterien sind vielfältig. Der Aufbau von Bakterien ist über Jahrmillionen ziemlich kompliziert geworden, aber auch heute noch gelten sie als die am einfachsten aufgebauten Einzeller.

Aus Sicht der modernen Wissenschaft haben Prokaryoten eine primitive Struktur. Aber es ist diese "Unprätentiösität", die ihnen hilft, unter den unerwartetsten Bedingungen zu überleben. Zum Beispiel in Schwefelwasserstoffquellen oder auf Atomtestgeländen. Wissenschaftler haben berechnet, dass die Gesamtmasse aller terrestrischen Mikroorganismen 550 Milliarden Tonnen beträgt.

Bakterien sind Einzeller. Das bedeutet aber nicht, dass Bakterienzellen tierischen oder pflanzlichen Zellen nachgeben. Die Mikrobiologie kennt bereits hunderttausende Arten von Mikroorganismen. Dennoch entdecken Vertreter der Wissenschaft täglich ihre neuen Typen und Eigenschaften.

Kein Wunder, dass Mikroorganismen für die vollständige Entwicklung der Erdoberfläche verschiedenste Formen annehmen müssen:

Kokken - Kugeln;
Streptokokken - Ketten;
Bazillen - Stöcke;
vibrios - geschwungene Kommas;
spirilla sind Spiralen.

Die Größe von Bakterien wird in Nanometern und Mikrometern gemessen. Ihre Durchschnittswert beträgt 0,8 µm. Aber unter ihnen gibt es riesige Prokaryoten, die 125 Mikrometer und mehr erreichen. Die wahren Giganten unter den Zwergen sind 250 Mikrometer lange Spirochäten. Vergleichen Sie nun mit ihnen die Größe der kleinsten prokaryotischen Zelle: Mykoplasmen "wachsen" ziemlich stark und erreichen einen Durchmesser von 0,1 bis 0,15 Mikrometer.

Es ist erwähnenswert, dass es für Bakterienriesen nicht so einfach ist, in der Umwelt zu überleben. Es ist schwierig für sie, genügend Nährstoffe für sich selbst zu finden, um ihre Funktion erfolgreich zu erfüllen. Aber auf der anderen Seite sind sie keine leichte Beute für Raubbakterien, die sich von ihren Artgenossen – einzelligen Mikroorganismen – ernähren, „umherfliegen“ und sie fressen.

Die äußere Struktur von Bakterien

Zellenwand

Die Zellwand einer Bakterienzelle ist ihr Schutz und Stütze. Es verleiht dem Mikroorganismus seine spezifische Form.
Die Zellwand ist durchlässig. Nährstoffe passieren es nach innen und Stoffwechselprodukte (Stoffwechsel) nach außen.
Einige Bakterienarten produzieren einen speziellen, kapselähnlichen Schleim, der sie vor dem Austrocknen schützt.
Einige Zellen haben Flagellen (eine oder mehrere) oder Zotten, die ihnen helfen, sich zu bewegen.
In Bakterienzellen, die sich in der Gram-Färbung rosa färben ( gramnegativ), die Zellwand ist dünner, mehrschichtig. Enzyme, die Nährstoffe abbauen, werden nach außen abgegeben.
Bakterien, die sich auf der Gram-Färbung violett färben grampositiv), die Zellwand ist dick. Nährstoffe, die in die Zelle gelangen, werden im periplasmatischen Raum (dem Raum zwischen der Zellwand und der Zytoplasmamembran) durch hydrolytische Enzyme abgebaut.
Auf der Oberfläche der Zellwand befinden sich zahlreiche Rezeptoren. An ihnen hängen Zellkiller - Phagen, Colicine und chemische Verbindungen.
Wand-Lipoproteine in einigen Arten von Bakterien sind Antigene, die als Toxine bezeichnet werden.
Bei längerer Behandlung mit Antibiotika und aus einer Reihe anderer Gründe verlieren einige Zellen ihre Membran, behalten aber die Fähigkeit zur Reproduktion. Sie nehmen eine abgerundete Form an - L-Form und können lange im menschlichen Körper gespeichert werden (Kokken oder Tuberkulose-Bazillen). Instabile L-Formen haben die Fähigkeit, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren (Reversion).

Kapsel

Unter widrigen Umweltbedingungen bilden die Bakterien eine Kapsel. Die Mikrokapsel haftet fest an der Wand. Es kann nur mit einem Elektronenmikroskop gesehen werden. Die Makrokapsel wird oft von pathogenen Mikroben (Pneumokokken) gebildet. Bei der Klebsiella-Pneumonie findet sich immer eine Makrokapsel.

kapselartige Hülle

Die Funktionen der Kapsel sind vielfältig:

Schutz vor aggressiven Umgebungsbedingungen,
Gewährleistung der Adhäsion (Adhäsion) mit menschlichen Zellen,
Die Kapsel besitzt antigene Eigenschaften und wirkt toxisch, wenn sie in einen lebenden Organismus eingeführt wird.

Geißeln

Einige Bakterienzellen haben Flagellen (eine oder mehrere) oder Zotten, die ihnen helfen, sich zu bewegen. Die Flagellen enthalten das kontraktile Protein Flagelin.
Die Anzahl der Flagellen kann unterschiedlich sein - eine, ein Haufen Flagellen, Flagellen an verschiedenen Enden der Zelle oder über die gesamte Oberfläche.
Die Bewegung (zufällig oder rotierend) wird als Ergebnis der Rotationsbewegung der Flagellen ausgeführt.
Die antigenen Eigenschaften von Flagellen wirken bei der Krankheit toxisch.
Bakterien, die keine Flagellen haben und mit Schleim bedeckt sind, können gleiten. Wasserbakterien enthalten Vakuolen in Höhe von 40 - 60, die mit Stickstoff gefüllt sind.

Sie bieten Tauchen und Aufstieg. Im Boden bewegt sich die Bakterienzelle durch die Bodenkanäle.

Trinken

Pili (Zotten, Fimbrien) bedecken die Oberfläche von Bakterienzellen. Die Zotte ist ein spiralförmig verdrillter dünner Hohlfaden proteinartiger Natur.
General trank sorgen für Adhäsion (Adhäsion) mit Wirtszellen. Ihre Zahl ist riesig und reicht von mehreren Hundert bis zu mehreren Tausend. Ab dem Moment der Anhaftung beginnt jeder ansteckende Prozess.
Sex Sägen Förderung der Übertragung von genetischem Material vom Spender zum Empfänger. Ihre Anzahl beträgt 1 bis 4 pro Zelle.

zytoplasmatische Membran

Die Zytoplasmamembran befindet sich unter der Zellwand und ist ein Lipoprotein (bis zu 30 % Lipide und bis zu 70 % Proteine).
Unterschiedliche Bakterienzellen haben unterschiedliche Lipidzusammensetzungen von Membranen.
Membranproteine erfüllen viele Funktionen. Funktionelle Proteine sind Enzyme, aufgrund derer die Synthese ihrer verschiedenen Komponenten auf der Zytoplasmamembran usw. erfolgt.
Die Zytoplasmamembran besteht aus 3 Schichten. Die doppelte Phospholipidschicht ist von Globulinen durchzogen, die für den Stofftransport in die Bakterienzelle sorgen. Wenn es fehlschlägt, stirbt die Zelle.
Die Zytoplasmamembran ist an der Sporulation beteiligt.

Die innere Struktur von Bakterien

Zytoplasma

Der gesamte Inhalt einer Zelle mit Ausnahme des Zellkerns und der Zellwand wird Zytoplasma genannt. Die flüssige, strukturlose Phase des Zytoplasmas (Matrix) enthält Ribosomen, Membransysteme, Mitochondrien, Plastiden und andere Strukturen sowie Reservenährstoffe. Das Zytoplasma hat eine äußerst komplexe, feine Struktur (geschichtet, körnig). Mit Hilfe eines Elektronenmikroskops wurden viele interessante Details der Struktur der Zelle aufgedeckt.

Die äußere lipoprotektive Schicht des bakteriellen Protoplasten, die besondere physikalische und chemische Eigenschaften wird Zytoplasmamembran genannt. Im Zytoplasma sind alle lebenswichtig wichtige Strukturen und Organellen. Die Zytoplasmamembran führt eine sehr wichtige Rolle- reguliert den Stofffluss in die Zelle und die Abgabe von Stoffwechselprodukten nach außen. Durch die Membran können Nährstoffe als Ergebnis eines aktiven biochemischen Prozesses, an dem Enzyme beteiligt sind, in die Zelle gelangen.

Darüber hinaus ist die Membran die Synthese einiger Bestandteile der Zelle, hauptsächlich der Bestandteile der Zellwand und der Kapsel. Schließlich befinden sich die wichtigsten Enzyme (biologische Katalysatoren) in der Zytoplasmamembran. Die geordnete Anordnung von Enzymen auf Membranen ermöglicht es, ihre Aktivität zu regulieren und die Zerstörung einiger Enzyme durch andere zu verhindern. An der Membran sind Ribosomen befestigt, die Bausteine, auf denen Proteine synthetisiert werden. Die Membran besteht aus Lipoproteinen. Es ist stark genug und kann die vorübergehende Existenz einer Zelle ohne Hülle gewährleisten. Die Zytoplasmamembran macht bis zu 20 % der Trockenmasse der Zelle aus.

Auf Elektronenaufnahmen dünner Bakterienschnitte erscheint die Zytoplasmamembran als durchgehender, etwa 75 Å dicker Strang, bestehend aus einer hellen Schicht (Lipide), die von zwei dunkleren (Proteinen) eingeschlossen ist. Jede Schicht hat eine Breite von 20–30 A. Eine solche Membran wird elementar genannt.

Granulat

Das Zytoplasma von Bakterienzellen enthält oft Granula verschiedene Formen und Größen. Ihr Vorhandensein kann jedoch nicht als eine Art dauerhaftes Merkmal des Mikroorganismus angesehen werden, sondern hängt normalerweise weitgehend mit den physikalischen und chemischen Bedingungen der Umgebung zusammen.

Viele zytoplasmatische Einschlüsse bestehen aus Verbindungen, die als Energie- und Kohlenstoffquelle dienen. Diese Reservestoffe werden gebildet, wenn der Körper ausreichend mit Nährstoffen versorgt wird, und werden umgekehrt verbraucht, wenn der Körper in ernährungsphysiologisch ungünstigere Verhältnisse gerät.

Bei vielen Bakterien bestehen die Körner aus Stärke oder anderen Polysacchariden wie Glykogen und Granulosa. Einige Bakterien haben, wenn sie auf einem zuckerreichen Medium gezüchtet werden, Fetttröpfchen in der Zelle. Eine weitere weit verbreitete Art von körnigen Einschlüssen ist Volutin (Metachromatin-Granulat). Dieses Granulat besteht aus Polymetaphosphat ( Stoff reservieren, einschließlich Phosphorsäurereste). Polymetaphosphat dient als Quelle für Phosphatgruppen und Energie für den Körper. Bakterien reichern Volutin häufiger unter ungewöhnlichen Ernährungsbedingungen an, beispielsweise auf einem Medium, das keinen Schwefel enthält. Schwefeltröpfchen werden im Zytoplasma einiger Schwefelbakterien gefunden.

Mesosomen

Zwischen der Plasmamembran und der Zellwand besteht eine Verbindung in Form von Desmosen - Brücken. Die Zytoplasmamembran gibt oft Invaginationen - Vorsprünge in die Zelle. Diese Einstülpungen bilden im Zytoplasma spezielle Membranstrukturen, die Mesosomen genannt werden.

Einige Arten von Mesosomen sind Körper, die durch ihre eigene Membran vom Zytoplasma getrennt sind. Zahlreiche Vesikel und Tubuli sind in solche Membransäcke gepackt. Diese Strukturen erfüllen in Bakterien eine Vielzahl von Funktionen. Einige dieser Strukturen sind Analoga von Mitochondrien.

Andere übernehmen die Funktionen des endoplasmatischen Retikulums oder des Golgi-Apparats. Durch Invagination der Zyto Plasma Membran auch der photosynthetische Apparat von Bakterien wird gebildet. Nach Invagination des Zytoplasmas wächst die Membran weiter und bildet Stapel, die in Analogie zu pflanzlichen Chloroplastengranulaten als Thylakoidstapel bezeichnet werden. Diese Membranen, die oft den größten Teil des Zytoplasmas einer Bakterienzelle ausfüllen, enthalten Pigmente (Bakteriochlorophyll, Carotinoide) und Enzyme (Cytochrome), die den Prozess der Photosynthese durchführen.

Nukleoid

Bakterien haben keinen Zellkern wie höhere Organismen(Eukaryoten), aber es gibt sein Analogon - das "nukleare Äquivalent" - das Nukleoid, das eine evolutionär primitivere Organisationsform der Kernmaterie ist. Es besteht aus einem doppelsträngigen DNA-Strang von 1,1–1,6 nm Länge, der in einem Ring geschlossen ist und als einzelnes Bakterienchromosom oder Genophor betrachtet wird. Das Nukleoid in Prokaryoten ist nicht durch eine Membran vom Rest der Zelle abgegrenzt – ihm fehlt eine Kernmembran.

Die nukleoiden Strukturen umfassen RNA-Polymerase, basische Proteine und keine Histone; Das Chromosom ist auf der Zytoplasmamembran und bei grampositiven Bakterien auf den Mesosomen fixiert. Das bakterielle Chromosom repliziert sich auf polykonservative Weise: Die Eltern-DNA-Doppelhelix entwindet sich und eine neue komplementäre Kette wird auf der Matrize jeder Polynukleotidkette zusammengesetzt. Das Nukleoid hat keinen mitotischen Apparat, und die Divergenz der Tochterkerne wird durch das Wachstum der Zytoplasmamembran sichergestellt.

Der Bakterienkern ist eine differenzierte Struktur. Je nach Stadium der Zellentwicklung kann das Nukleoid diskret (diskontinuierlich) sein und aus separaten Fragmenten bestehen. Dies liegt daran, dass die zeitliche Teilung einer Bakterienzelle nach Abschluss des Replikationszyklus des DNA-Moleküls und der Bildung von Tochterchromosomen erfolgt.

Das Hauptvolumen ist im Nukleoid konzentriert genetische Information Bakterienzelle. Zusätzlich zu den nukleoiden, extrachromosomalen genetischen Elementen, Plasmiden, werden in den Zellen vieler Bakterien gefunden, dargestellt durch kleine kreisförmige DNA-Moleküle, die zur autonomen Replikation fähig sind.

Plasmide

Ribosomen

Das Zytoplasma von Bakterien enthält Ribosomen - proteinsynthetisierende Partikel mit einem Durchmesser von 200 Å. Es gibt mehr als tausend von ihnen in einem Käfig. Ribosomen bestehen aus RNA und Protein. In Bakterien befinden sich viele Ribosomen frei im Zytoplasma, einige von ihnen können mit Membranen assoziiert sein.

Ribosomen sind die Zentren der Proteinsynthese in der Zelle. Gleichzeitig verbinden sie sich oft miteinander und bilden Aggregate, die Polyribosomen oder Polysomen genannt werden.

Einschlüsse

Was fehlt in Bakterienzellen?

Da ein Bakterium ein prokaryotischer Mikroorganismus ist, fehlen in Bakterienzellen immer viele Organellen, die charakteristisch für eukaryotische Organismen sind:

der Golgi-Apparat, der der Zelle hilft, indem er unnötige Substanzen ansammelt und sie anschließend aus der Zelle entfernt;
Plastiden, die nur in Pflanzenzellen enthalten sind, bestimmen deren Farbe und spielen auch eine bedeutende Rolle bei der Photosynthese;
Lysosomen, die über spezielle Enzyme verfügen und beim Abbau von Proteinen helfen;
Mitochondrien versorgen die Zellen mit der notwendigen Energie und sind auch an der Fortpflanzung beteiligt;
endoplasmatisches Retikulum, das den Transport bestimmter Substanzen zum Zytoplasma ermöglicht;
Zellzentrum.

Es sei auch daran erinnert, dass Bakterien keine Zellwand haben, daher können Prozesse wie Pinozytose und Phagozytose nicht ablaufen.

Merkmale bakterieller Prozesse

Als spezielle Mikroorganismen sind Bakterien daran angepasst, unter Bedingungen zu existieren, in denen Sauerstoff fehlen kann. Und die gleiche Atmung in ihnen tritt aufgrund von Mesosomen auf. Sehr interessant ist auch, dass grüne Organismen genau wie Pflanzen Photosynthese betreiben können. Es ist jedoch wichtig zu berücksichtigen, dass in Pflanzen der Prozess der Photosynthese in Chloroplasten stattfindet, während in Bakterien auf Membranen.

Die Reproduktion in einer Bakterienzelle erfolgt auf primitivste Weise. Die reife Zelle teilt sich in zwei Teile, nach einiger Zeit erreichen sie die Reife, und dieser Vorgang wiederholt sich. Unter günstigen Bedingungen kann ein Generationswechsel von 70-80 pro Tag stattfinden. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Bakterien aufgrund ihrer Struktur keinen Zugang zu Reproduktionsmethoden wie Mitose und Meiose haben. Sie sind einzigartig für eukaryotische Zellen.

Es ist bekannt, dass die Bildung von Sporen eine von mehreren Arten der Vermehrung von Pilzen und Pflanzen ist. Aber Bakterien können auch Sporen bilden, was nur wenige ihrer Art tun. Sie haben diese Fähigkeit, um besonders widrige Bedingungen zu überleben, die lebensbedrohlich sein können.

Es gibt Arten, die sogar unter Weltraumbedingungen überleben können. Dies kann von keinem lebenden Organismus wiederholt werden. Bakterien wurden aufgrund ihrer einfachen Struktur zu den Vorläufern des Lebens auf der Erde. Aber die Tatsache, dass sie bis heute existieren, zeigt, wie wichtig sie für die Welt um uns herum sind. Mit ihrer Hilfe können Menschen der Frage nach dem Ursprung des Lebens auf der Erde so nahe wie möglich kommen, Bakterien ständig studieren und Neues lernen.

Die interessantesten und faszinierendsten Fakten über Bakterien

Staphylococcus-Bakterien sehnen sich nach menschlichem Blut

Staphylococcus aureus(Staphylococcus aureus) ist eine häufige Bakterienart, die etwa 30 Prozent aller Menschen infiziert. Bei manchen Menschen ist es Teil des Mikrobioms (Mikroflora) und kommt sowohl im Körper als auch auf der Haut oder in der Mundhöhle vor. Während es harmlose Staphylokokkenstämme gibt, verursachen andere, wie Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus), ernsthafte Gesundheitsprobleme, einschließlich Hautinfektionen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Meningitis und Erkrankungen des Verdauungssystems.

Forscher der Vanderbilt University fanden heraus, dass Staphylokokken menschliches Blut gegenüber tierischem Blut bevorzugen. Diese Bakterien sind teilweise an dem Eisen beteiligt, das im Hämoglobin der roten Blutkörperchen enthalten ist. Staphylococcus aureus zerreißt Blutzellen, um an das darin enthaltene Eisen zu gelangen. Es wird angenommen, dass genetische Variationen im Hämoglobin einige Menschen für Staphylokokken wünschenswerter machen als andere.

Bakterien lassen es regnen

Forscher haben herausgefunden, dass Bakterien in der Atmosphäre eine Rolle bei der Entstehung von Regen und anderen Formen von Niederschlag spielen können. Dieser Prozess beginnt, wenn Bakterien von Pflanzen durch den Wind in die Atmosphäre geweht werden. In der Höhe bildet sich Eis um sie herum und sie beginnen zu wachsen. Sobald die gefrorenen Bakterien eine bestimmte Wachstumsschwelle erreichen, beginnt das Eis zu schmelzen und kehrt als Regen auf die Erde zurück. Bakterien der Art Psuedomonas syringae wurden sogar im Zentrum großer Hagelkörner gefunden. Sie produzieren in Zellmembranen ein spezielles Protein, das es ihnen ermöglicht, Wasser auf einzigartige Weise zu binden und so die Eisbildung zu fördern.

Akne verursachende Bakterien bekämpfen

Forscher haben herausgefunden, dass bestimmte Bakterienstämme, die Akne verursachen, tatsächlich helfen können, Akne zu verhindern. Das Bakterium, das Akne verursacht, Propionibacterium acnes, lebt in den Poren unserer Haut. Wenn diese Bakterien eine Immunantwort hervorrufen, schwillt der Bereich auf der Haut an und es bilden sich Pickel.

Es wurde jedoch festgestellt, dass bestimmte Bakterienstämme weniger wahrscheinlich Akne verursachen. Diese Stämme könnten der Grund sein, warum Menschen mit gesunder Haut selten Akne bekommen. Durch die Untersuchung der Gene von Propionibacterium acnes-Stämmen, die von Menschen mit Akne und gesunder Haut gesammelt wurden, identifizierten die Forscher einen Stamm, der verbreitet wurde saubere Haut und selten auf zu Akne neigender Haut zu sehen. Zukünftige Forschungsarbeiten werden Versuche umfassen, ein Medikament zu entwickeln, das nur Akne verursachende Stämme des Bakteriums Propionibacterium acnes abtötet.

Bakterien auf dem Zahnfleisch können zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen führen

Wer hätte gedacht, dass regelmäßiges Zähneputzen Herzkrankheiten vorbeugen kann? Frühere Studien haben einen Zusammenhang zwischen Zahnfleischerkrankungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen gefunden. Jetzt haben Wissenschaftler einen spezifischen Zusammenhang zwischen diesen Krankheiten gefunden.

Es wird angenommen, dass sowohl Bakterien als auch Menschen bestimmte Arten von Proteinen produzieren, die als Stressproteine bezeichnet werden. Diese Proteine werden produziert, wenn Zellen verschiedenen Arten von Stress ausgesetzt sind. Wenn eine Person eine Zahnfleischentzündung hat, beginnen Zellen des Immunsystems, die Bakterien anzugreifen. Bakterien produzieren Stressproteine, wenn sie angegriffen werden, und weiße Blutkörperchen greifen auch Stressproteine an.

Das Problem ist, dass weiße Blutkörperchen nicht zwischen Stressproteinen, die von Bakterien produziert werden, und solchen, die vom Körper produziert werden, unterscheiden können. Infolgedessen greifen Zellen des Immunsystems auch körpereigene Stressproteine an, was dazu führt, dass sich weiße Blutkörperchen in den Arterien ansammeln und zu Arteriosklerose führen. Ein verkalktes Herz ist die Hauptursache für Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Bodenbakterien verbessern das Lernen

Wussten Sie, dass die Zeit, die Sie im Garten oder bei der Gartenarbeit verbringen, Ihnen helfen kann, besser zu lernen? Forschern zufolge kann das Bodenbakterium Mycobacterium vaccae das Lernen bei Säugetieren verbessern.

Es ist wahrscheinlich, dass diese Bakterien durch Verschlucken oder Atmen in unseren Körper gelangen. Es wird angenommen, dass das Bakterium Mycobacterium vaccae das Lernen verbessert, indem es das Wachstum von Gehirnneuronen stimuliert, was zu erhöhten Serotoninspiegeln und weniger Angst führt.

Die Studie wurde an Mäusen durchgeführt, die mit lebenden Mycobacterium vaccae-Bakterien gefüttert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass Mäuse, die mit Bakterien gefüttert wurden, viel schneller und mit weniger Angst durch das Labyrinth navigierten als Mäuse, die dies nicht taten. Wissenschaftler vermuten, dass Mycobacterium vaccae eine Rolle bei der Verbesserung der Problemlösung und der Reduzierung von Stress spielt.

Bakterielle Kraftmaschinen

Forscher des Argonne National Laboratory haben herausgefunden, dass das Bakterium Bacillus subtilis die Fähigkeit besitzt, sehr kleine Zahnräder zu drehen. Diese Bakterien sind aerob, was bedeutet, dass sie Sauerstoff brauchen, um zu wachsen und sich zu entwickeln. Wenn sie in eine Lösung mit Mikroluftbläschen gelegt werden, schwimmen die Bakterien in den Zähnen des Zahnrads und bringen es dazu, sich in eine bestimmte Richtung zu drehen.

Es braucht mehrere hundert Bakterien, die gemeinsam arbeiten, um das Zahnrad zum Drehen zu bringen. Es wurde auch festgestellt, dass Bakterien mehrere ineinandergreifende Zahnräder drehen können. Die Geschwindigkeit, mit der die Bakterien die Zahnräder drehten, konnten die Forscher steuern, indem sie die Sauerstoffmenge in der Lösung anpassten. Die Abnahme der Sauerstoffmenge führte zur Verlangsamung der Bakterien. Der Sauerstoffentzug führt dazu, dass sie sich nicht mehr bewegen.

Eine Bakterienzelle ist trotz der äußerlichen Einfachheit ihrer Struktur ein sehr komplexer Organismus, der durch Prozesse gekennzeichnet ist, die für alle Lebewesen charakteristisch sind. Die Bakterienzelle ist in eine dichte Hülle gekleidet, die aus einer Zellwand, einer Zytoplasmamembran und bei einigen Arten einer Kapsel besteht.

Zellenwand- Eines der Hauptelemente der Struktur einer Bakterienzelle ist eine Oberflächenschicht, die sich außerhalb der Zytoplasmamembran befindet. Die Wand erfüllt Schutz- und Stützfunktionen und verleiht der Zelle auch eine dauerhafte, für sie charakteristische Form (z. B. die Form eines Stäbchens oder einer Kokke); hat eine gewisse Starrheit (Rigidität) und ist das äußere Skelett der Zelle. Innerhalb der Bakterienzelle ist der osmotische Druck um ein Vielfaches und manchmal um das Zehnfache höher als in der äußeren Umgebung. Daher würde die Zelle schnell platzen, wenn sie nicht durch eine so dichte, starre Struktur wie die Zellwand geschützt wäre. Murein ist der Hauptstrukturbestandteil der Wände, die Grundlage ihrer starren Struktur in fast allen bisher untersuchten Bakterien. Die Oberfläche der Zellwand einiger stäbchenförmiger Bakterien ist mit Auswüchsen, Stacheln oder Höckern bedeckt. Mit der erstmals 1884 von Christian Gram vorgeschlagenen Färbemethode können Bakterien in zwei Gruppen eingeteilt werden: grampositive und gramnegative. Die Zellwand ist für die Gram-Färbung von Bakterien verantwortlich. Die Gram-Färbbarkeit bzw. -unfähigkeit ist mit einer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung der Bakterienzellwände verbunden. Die Zellwand ist durchlässig: Nährstoffe gelangen ungehindert in die Zelle und Stoffwechselprodukte werden an die Umgebung abgegeben. Große Moleküle mit hohem Molekulargewicht passieren die Hülle nicht.

Dicht neben der Zellwand einer Bakterienzelle befindet sich die äußere Schicht des Zytoplasmas - zytoplasmatische Membran, die normalerweise aus einer doppelten Lipidschicht besteht, deren Oberflächen jeweils mit einer monomolekularen Proteinschicht bedeckt sind. Die Membran macht etwa 8-15 % der Lipide der Zelle aus. Die Gesamtdicke der Membran beträgt etwa 9 nm. Die Zytoplasmamembran spielt die Rolle einer osmotischen Barriere, die den Stofftransport in die und aus der Bakterienzelle steuert.

Die Zellwand vieler Bakterien ist oben von einer Schleimschicht umgeben - Kapsel. Die Dicke der Kapsel kann um ein Vielfaches größer sein als der Durchmesser der Zelle selbst, und manchmal ist sie so dünn, dass sie nur durch ein Elektronenmikroskop zu sehen ist – eine Mikrokapsel. Die Kapsel ist kein obligatorischer Bestandteil der Zelle, sie wird in Abhängigkeit von den Bedingungen gebildet, unter denen die Bakterien eindringen. Es dient als Schutzhülle der Zelle und nimmt am Wasseraustausch teil, wodurch die Zelle vor dem Austrocknen geschützt wird.

Unter der Zytoplasmamembran in Bakterien befindet sich Itoplasma, Das ist der gesamte Inhalt der Zelle, mit Ausnahme des Zellkerns und der Zellwand. Das Zytoplasma von Bakterien ist eine dispergierte Mischung von Kolloiden, bestehend aus Wasser, Proteinen, Kohlenhydraten, Lipiden, Mineralverbindungen und anderen Substanzen. Die flüssige strukturlose Phase des Zytoplasmas (Matrix) enthält Ribosomen, Membransysteme, Plastiden und andere Strukturen sowie Reservenährstoffe.

Bakterien haben keinen solchen Kern wie höhere Organismen, aber es gibt sein analoges "nukleares Äquivalent" - Nukleoid, die eine evolutionär primitivere Organisationsform der Kernmaterie ist. Das Nukleoid einer Bakterienzelle befindet sich in ihrem zentralen Teil.

Eine ruhende Bakterienzelle enthält normalerweise ein Nukleoid; Zellen in der Phase vor der Teilung haben zwei Nukleoide; in der Phase des logarithmischen Wachstums - Reproduktion - bis zu vier oder mehr Nukleoide. Neben dem Nukleoid kann das Zytoplasma einer Bakterienzelle hundertmal kürzere DNA-Stränge enthalten – die sogenannten extrachromosomalen Erbfaktoren, genannt Plasmid. Wie sich herausstellte, sind Plasmide nicht unbedingt in Bakterien vorhanden, aber sie verleihen dem Körper zusätzliche, für ihn nützliche Eigenschaften, insbesondere solche, die mit der Fortpflanzung, der Resistenz gegen Medikamente, der Pathogenität usw.

Einige Bakterien haben Adnexstrukturen auf ihrer Oberfläche; am weitesten verbreitet sind sie Geißeln - Bewegungsorgane von Bakterien. Bakterien können eine, zwei oder mehr Geißeln haben. Ihre Lage ist unterschiedlich: an einem Ende der Zelle, an zwei, über die gesamte Oberfläche usw.

Ein Bakterium mit einem Flagellum wird genannt Monotrichom; ein Bakterium mit einem Haufen Flagellen an einem Ende der Zelle Lofotrichom; An beiden Enden - amphitrich; ein Bakterium mit Geißeln in der ganzen Zelle heißt peritrich. Die Anzahl der Flagellen ist bei verschiedenen Bakterienarten unterschiedlich und kann bis zu 100 erreichen. Die Dicke der Flagellen variiert zwischen 10 und 20 nm, die Länge zwischen 3 und 15 Mikrometer, und in derselben Bakterienzelle kann die Länge variieren je nach Stand der Kultur und Umweltfaktoren .

Bakterien sind Prokaryonten (Abb. 1.2) und unterscheiden sich deutlich von pflanzlichen und tierischen Zellen (Eukaryonten). Sie gehören zu einzelligen Organismen und bestehen aus Zellwand, Zytoplasmamembran, Zytoplasma, Nukleoid ( benötigte Komponenten Bakterienzelle). Einige Bakterien können Flagellen, Kapseln, Sporen (optionale Bestandteile einer Bakterienzelle) haben.

Reis. 1.2. Kombinierte schematische Darstellung einer prokaryotischen (bakteriellen) Zelle mit Flagellen.
1 - Granulat aus Polyhydroxybuttersäure; 2 - Fetttröpfchen; 3 - Schwefeleinschlüsse; 4 - röhrenförmige Thylakoide; 5 - lamellare Thylakoide; 6 - Blasen; 7 - Chromatophoren; 8 - Kern (Nukleoid); 9 - Ribosomen; 10 - Zytoplasma; 11 - Basalkörper; 12 - Flagellen; 13 - Kapsel; 14 - Zellwand; 15 - Zytoplasmamembran; 16 - Mesosom; 17 - Gasvakuolen; 18 - Lamellenstrukturen; 19 - Polysaccharid-Granulat; 20 - Polyphosphatgranulat

Zellenwand

Die Zellwand ist die äußere Struktur von Bakterien mit einer Dicke von 30-35 nm, deren Hauptbestandteil Peptidoglycan (Murein) ist. Peptidoglykan ist ein Strukturpolymer, das aus alternierenden N-Acetylglucosamin- und N-Acetylmuraminsäure-Untereinheiten besteht, die durch glykosidische Bindungen verbunden sind (Abb.
1.3).

Reis. 1.3. Schematische Darstellung der Einzelschichtstruktur von Peptidoglycan

Parallel angeordnete Polysaccharid (Glykan)-Ketten sind durch quer verlaufende Peptidbrücken miteinander verbunden (Abb. 1.4).

Reis. 1.4. Detaillierte Struktur der Peptidoglycanstruktur Helle und schwarze kurze Pfeile zeigen Bindungen an, die jeweils durch Lysozym (Muramidase) und spezifische Muroendopeptidase gespalten werden

Das Polysaccharid-Rückgrat wird leicht durch Lysozym, ein Antibiotikum tierischen Ursprungs, zerstört. Peptidbindungen sind ein Angriffspunkt für Penicillin, das ihre Synthese hemmt und die Bildung der Zellwand verhindert. Der quantitative Gehalt an Peptidoglycan beeinflusst die Fähigkeit von Bakterien, sich nach Gram anzufärben. Bakterien mit einer signifikanten Dicke der Mureinschicht (90-95 %) werden standhaft mit Enzianviolett in Blau angefärbt. lila und werden Gram-positive Bakterien genannt.

Gramnegative Bakterien mit einer dünnen Schicht Peptidoglykan (5-10%) in der Zellwand verlieren nach Alkoholeinwirkung Enzianviolett und werden zusätzlich mit Magenta eingefärbt pinke Farbe. Die Zellwände von Gram-positiven und Gram-negativen Prokaryoten unterscheiden sich stark in beiden chemische Zusammensetzung(Tab. 1.1) und nach Ultrastruktur (Abb. 1.5).

Reis. 1.5. Schematische Darstellung der Zellwand in grampositiven (a) und gramnegativen (b) Prokaryoten: 1 - Zytoplasmamembran; 2 - Peptidoglykan; 3 - periplasmatischer Raum; 4 - äußere Membran; 5 - DNS

Die Zellwand grampositiver Bakterien enthält neben Peptidoglycan in geringerer Menge Teichonsäuren (Polyphosphatverbindungen) - Lipide, Polysaccharide, Proteine.

Tabelle 1.1. Chemische Zusammensetzung der Zellwände von Gram-positiven und Gram-negativen Prokaryoten

Gramnegative Prokaryoten haben eine äußere Membran, die Lipide (22 %), Proteine, Polysaccharide und Lipoproteine enthält.

Die Zellwand in Bakterien erfüllt hauptsächlich formende und schützende Funktionen, sorgt für Steifigkeit, bildet eine Kapsel und bestimmt die Fähigkeit von Zellen, Phagen zu adsorbieren.

Alle Bakterien werden je nach ihrer Verwandtschaft zur Gramfärbung in grampositive und gramnegative eingeteilt.

Gram-Färbung-Technik

1. Legen Sie Filterpapier auf den Ausstrich und gießen Sie 1-2 Minuten lang eine karbolische Lösung von Enzianviolett.
2. Entfernen Sie das Papier, lassen Sie den Farbstoff ab und gießen Sie die Lugol-Lösung 1 Minute lang ein, ohne den Abstrich mit Wasser zu waschen.
3. Lassen Sie die Lugolsche Lösung ab und entfärben Sie das Präparat 30 Sekunden lang in 96%igem Alkohol.
4. Mit Wasser gewaschen.
5. 1-2 Minuten mit einer wässrigen Fuchsinlösung bemalen.
6. Mit Wasser gewaschen und getrocknet.

Als Ergebnis der Färbung werden grampositive Bakterien violett, gramnegativ - rot gefärbt.

Der Grund für die unterschiedliche Haltung der Bakterien gegenüber der Gram-Färbung erklärt sich daraus, dass nach Behandlung mit Lugolscher Lösung ein alkoholunlöslicher Komplex aus Jod mit Enzianviolett gebildet wird. Dieser Komplex in grampositiven Bakterien kann aufgrund der schwachen Permeabilität ihrer Wände nicht diffundieren, während er in gramnegativen Bakterien leicht durch Waschen mit Ethanol und dann mit Wasser entfernt wird.

Bakterien, die völlig ohne Zellwand sind, werden Protoplasten genannt, sie haben eine kugelförmige Form, haben die Fähigkeit, Proteine, Nukleinsäuren und Enzyme zu teilen, zu atmen, zu synthetisieren. Protoplasten sind instabile Strukturen, die sehr empfindlich auf Änderungen des osmotischen Drucks, mechanische Einflüsse und Belüftung reagieren, sie haben nicht die Fähigkeit, die Bestandteile der Zellwand zu synthetisieren;

Wenn es unter dem Einfluss von Lysozym und anderen Faktoren zu einer teilweisen Auflösung der Zellwand kommt, dann verwandeln sich Bakterienzellen in kugelförmige Körper, sogenannte Sphäroplasten.

Unter dem Einfluss einiger externe Faktoren Bakterien können ihre Zellwand verlieren und L-Formen bilden (benannt nach dem D. Lister Institute, wo sie zuerst isoliert wurden); eine solche Transformation kann spontan (z. B. bei Chlamydien) oder induziert sein, z. B. unter dem Einfluss von Antibiotika. Es gibt stabile und instabile L-Formen. Erstere sind nicht reversionsfähig, während letztere nach Entfernung des verursachenden Faktors in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.

zytoplasmatische Membran

Das Zytoplasma einer Bakterienzelle wird von der Zellwand durch eine dünne halbdurchlässige Struktur mit einer Dicke von 5–10 nm begrenzt, die als Zytoplasmamembran (CPM) bezeichnet wird. Das CPM besteht aus einer Doppelschicht von Phospholipiden, die mit Proteinmolekülen durchdrungen sind (Abb. 1.6).

Abb.1.6. Die Struktur der Plasmamembran Zwei einander zugewandte Schichten von Phospholipidmolekülen mit hydrophoben Polen und bedeckt von zwei Schichten kugelförmiger Proteinmoleküle.

CMP ist mit vielen Enzymen und Proteinen verbunden, die am Nährstofftransfer beteiligt sind, sowie Enzymen und Elektronenüberträgern der Endstufen der biologischen Oxidation (Dehydrogenasen, Cytochromsystem, ATPase).

Auf dem CMP sind Enzyme lokalisiert, die die Synthese von Peptidoglycan, Zellwandproteinen und deren eigenen Strukturen katalysieren. Die Membran ist auch der Ort der Energieumwandlung während der Photosynthese.

periplasmatischer Raum

Der periplasmatische Raum (Periplasma) ist der Bereich zwischen Zellwand und CPM. Die Dicke des Periplasmas beträgt etwa 10 nm, das Volumen hängt von den Umgebungsbedingungen und vor allem von den osmotischen Eigenschaften der Lösung ab.

Das Periplasma kann bis zu 20 % des gesamten Wassers in der Zelle enthalten, es enthält einige Enzyme (Phosphatasen, Permeasen, Nukleasen etc.) und Transportproteine, die die entsprechenden Substrate tragen.

Zytoplasma

Der Inhalt der Zelle, umgeben von CPM, ist das Zytoplasma von Bakterien. Der Teil des Zytoplasmas, der eine homogene kolloidale Konsistenz hat und lösliche RNA, Enzyme, Substrate und Stoffwechselprodukte enthält, wird als Zytosol bezeichnet. Ein weiterer Teil des Zytoplasmas wird durch verschiedene Strukturelemente dargestellt: Mesosomen, Ribosomen, Einschlüsse, Nukleoide, Plasmide.

Ribosomen sind submikroskopische Ribonukleoprotein-Körnchen mit einem Durchmesser von 15–20 nm. Ribosomen enthalten etwa 80–85 % aller bakteriellen RNA. Ribosomen von Prokaryoten haben eine Sedimentationskonstante von 70 S. Sie sind aus zwei Partikeln aufgebaut: 30 S (kleine Untereinheit) und 50 S (große Untereinheit) (Abb. 1.7).

Reis. 1.7. Ribosom (a) und seine Subpartikel – groß (b) und klein (c) Ribosomen dienen als Ort für die Proteinsynthese.

Zytoplasmatische Einschlüsse

Im Zytoplasma von Bakterien finden sich häufig verschiedene Einschlüsse, die im Laufe des Lebens gebildet werden: Tröpfchen neutraler Lipide, Wachs, Schwefel, Glykogenkörner, β-Hydroxybuttersäure (insbesondere bei der Gattung Bacillus). Glykogen und β-Hydroxybuttersäure dienen Bakterien als Energiereserve.

Einige Bakterien haben im Zytoplasma Kristalle mit Proteincharakter, die eine toxische Wirkung auf Insekten haben.

Einige Bakterien sind in der Lage, Phosphorsäure in Form von Polyphosphatkörnern (Volutin-Körner, metachromatische Körner) anzureichern. Sie spielen die Rolle von Phosphatdepots und werden als dichte Formationen in Form einer Kugel oder Ellipse nachgewiesen, die sich hauptsächlich an den Polen der Zelle befinden. Normalerweise befindet sich an den Polen ein Körnchen.

Nukleoid

Nucleoid ist der Kernapparat von Bakterien. Dargestellt durch ein DNA-Molekül, das einem Chromosom entspricht. Es ist geschlossen, befindet sich in der Kernvakuole und hat keine vom Zytoplasma begrenzte Membran.

Kleine Mengen an RNA und RNA-Polymerase sind mit DNA assoziiert. DNA ist um einen zentralen RNA-Kern gewickelt und ist eine hochgeordnete kompakte Struktur. Die Chromosomen der meisten Prokaryoten haben ein Molekulargewicht im Bereich von 1–3 x 109, eine Sedimentationskonstante von 1300–2000 S. Das DNA-Molekül umfasst 1,6 x 10 Nukleotidpaare. Unterschiede im genetischen Apparat von prokaryotischen und eukaryotischen Zellen bestimmen ihren Namen: Erstere haben ein Nukleoid (ein kernähnliches Gebilde), im Gegensatz zu letzteren einen Zellkern.

Das Nukleoid von Bakterien enthält die wichtigsten Erbinformationen, die in der Synthese spezifischer Proteinmoleküle realisiert werden. Die Systeme der Replikation, Reparatur, Transkription und Translation sind mit der DNA einer Bakterienzelle verbunden.

Ein Nukleoid in einer prokaryotischen Zelle kann in gefärbten Präparaten unter Verwendung eines Licht- oder Phasenkontrastmikroskops nachgewiesen werden.e

Bei vielen Bakterien wurden extrachromosomale genetische Elemente, Plasmide, im Zytoplasma gefunden. Sie sind ringförmig geschlossene doppelsträngige DNA, die aus 1500-40000 Basenpaaren besteht und bis zu 100 Gene enthält.

Kapsel

Kapsel - die Schleimschicht der Zellwand von Bakterien, bestehend aus Polysacchariden oder Polypeptiden. Eine Mikrokapsel (weniger als 0,2 µm dick) ist in der Lage, die meisten Bakterien zu bilden.

Geißeln

Flagellen fungieren als Bewegungsorgan, das es Bakterien ermöglicht, sich mit einer Geschwindigkeit von 20-60 Mikron / Sek. zu bewegen. Bakterien können eine oder mehrere Flagellen haben, die sich auf der gesamten Körperoberfläche befinden oder in Bündeln an einem Pol oder an verschiedenen Polen gesammelt sind. Die Dicke der Flagellen beträgt durchschnittlich 10-30 nm und die Länge erreicht 10-20 Mikrometer.

Die Basis des Flagellums ist ein langer Spiralfaden (Fibrille), der sich an der Oberfläche der Zellwand in eine verdickte gekrümmte Struktur - einen Haken - verwandelt und an dem in der Zellwand und CPM eingebetteten Basalkörnchen befestigt ist (Abb. 1.8) .

Reis. 1.8. Schematisches Modell des basalen Endes des E. coli-Flagellums basierend auf elektronenmikroskopischen Aufnahmen der isolierten Organelle

Die basalen Granula haben einen Durchmesser von etwa 40 nm und bestehen aus mehreren Ringen (ein Paar bei grampositiven Bakterien, vier bei gramnegativen Prokaryoten). Die Entfernung der Peptidoglykanschicht der Zellwand führt zum Verlust der Bewegungsfähigkeit der Bakterien, obwohl die Geißeln intakt bleiben.

Die Flagellen bestehen fast ausschließlich aus dem Protein Flagellin mit einem gewissen Kohlenhydrat- und RNA-Gehalt.

Kontroverse

Einige Bakterien sind am Ende der aktiven Wachstumsphase in der Lage, Sporen zu bilden. Dem geht die Verarmung der Umwelt voraus Nährstoffe, Änderung des pH-Wertes, Akkumulation giftige Produkte Stoffwechsel. In der Regel bildet eine Bakterienzelle eine Spore - die Lokalisation der Sporen ist unterschiedlich (zentral, terminal, subterminal - Abb. 1.9).

Reis. 1.9. Typische Formen sporenbildender Zellen.

Wenn die Größe der Sporen die Quergröße eines stäbchenförmigen Bakteriums nicht überschreitet, wird letzteres als Bazillus bezeichnet. Wenn der Sporendurchmesser größer ist, sind die Bakterien spindelförmig und werden Clostridium genannt.

Sporen und vegetative Zellen unterscheiden sich je nach chemischer Zusammensetzung nur im quantitativen Gehalt Chemische Komponenten. Sporen enthalten weniger Wasser und mehr Lipide.

Im Zustand von Sporen sind Mikroorganismen stoffwechselinaktiv, widerstehen hohe Temperatur(140-150°C) und Kontakt mit chemischen Desinfektionsmitteln lange Zeit in der Umwelt verbleiben.

Einstieg in Nährmedium Sporen keimen in vegetative Zellen. Der Prozess der Sporenkeimung umfasst drei Phasen: Aktivierung, Erstphase und Wachstumsstadien. Zu den Aktivierungsmitteln, die den Ruhezustand stören, gehören erhöhte Temperatur, Säurereaktion der Umgebung, mechanische Beschädigung usw. Die Spore beginnt, Wasser aufzunehmen und zerstört mit Hilfe von hydrolytischen Enzymen viele ihrer eigenen Strukturkomponenten. Nach der Zerstörung der äußeren Schichten beginnt mit der Aktivierung der Biosynthese eine Periode der Bildung einer vegetativen Zelle, die mit der Zellteilung endet.

LV Timoschtschenko, M. V. Tschubik