Kenmerken van de cellulaire structuur van bacteriën. De structuur van bacteriën. bacteriële celwandfuncties

Naast de vijf koninkrijken van de levende natuur zijn er nog twee superkoninkrijken: prokaryoten en eukaryoten. Daarom, als we overwegen systematische positie bacteriën, dan wordt het als volgt:

Waarom worden deze organismen geclassificeerd als een afzonderlijk taxon? Het hele punt is dat voor bacteriële cel Het wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van bepaalde kenmerken die een stempel drukken op de levensactiviteit en interactie met andere wezens en mensen.

Ontdekking van bacteriën

Ribosomen zijn de kleinste structuren in grote hoeveelheden verspreid in het cytoplasma. Hun aard wordt weergegeven door RNA-moleculen. Deze korrels zijn het materiaal waarmee de mate van verwantschap en systematische positie van een bepaald type bacterie kan worden bepaald. Hun functie is de assemblage van eiwitmoleculen.

Capsule

De bacteriële cel wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van beschermende slijmvliezen, waarvan de samenstelling wordt bepaald door polysachariden of polypeptiden. Dergelijke structuren worden capsules genoemd. Er zijn micro- en macrocapsules. Deze structuur wordt niet bij alle soorten gevormd, maar bij de overgrote meerderheid is het niet verplicht.

Waartegen beschermt de capsule de bacteriecel? Van fagocytose door gastheerantilichamen als de bacterie pathogeen is. Of door uitdroging en blootstelling aan schadelijke stoffen, als we het over andere soorten hebben.

Slijm en insluitsels

Ook optionele structuren van bacteriën. Slijm of glycocalyx, chemische basis is een mucoïde polysacharide. Het kan zowel in de cel als door externe enzymen worden gevormd. Zeer oplosbaar in water. Doel: hechting van bacteriën aan het substraat - adhesie.

Insluitsels zijn microkorrels in het cytoplasma van verschillende chemische aard. Dit kunnen eiwitten, aminozuren, nucleïnezuren of polysachariden zijn.

Organoïden van beweging

De kenmerken van een bacteriële cel komen ook tot uiting in zijn beweging. Voor dit doel zijn flagella aanwezig, die in kunnen zitten verschillende hoeveelheden(van één tot enkele honderden per cel). De basis van elk flagellum is het eiwit flagelline. Dankzij elastische samentrekkingen en ritmische bewegingen van links naar rechts kan de bacterie zich in de ruimte bewegen. Het flagellum is bevestigd aan het cytoplasmatische membraan. Ook de locatie kan per soort verschillen.

Dronken

Nog fijner dan flagella zijn structuren die deelnemen aan:

bevestiging aan het substraat;
water-zout voeding;
seksuele reproductie.

Ze bestaan uit het eiwit piline, hun aantal kan enkele honderden per cel bereiken.

Overeenkomsten met plantencellen

Bacterieel en hebben één onmiskenbare overeenkomst: de aanwezigheid van een celwand. Hoewel het in planten onmiskenbaar aanwezig is, is het bij bacteriën niet bij alle soorten aanwezig, dat wil zeggen dat het een optionele structuur is.

Chemische samenstelling van de bacteriële celwand:

peptidoglycan-mureïne;
polysachariden;
lipiden;
eiwitten.

Meestal heeft deze structuur een dubbele laag: buiten en binnen. Voert dezelfde functies uit als planten. Behoudt en definieert de constante vorm van het lichaam en biedt mechanische bescherming.

Onderwijs geschil

We hebben de structuur van een bacteriële cel gedetailleerd bekeken. Het blijft alleen maar om te vermelden hoe bacteriën ongunstige omstandigheden kunnen overleven voor een lange tijd zonder de vitaliteit te verliezen.

Ze doen dit door een structuur te vormen die een geschil wordt genoemd. Het heeft niets met voortplanting te maken en beschermt bacteriën alleen tegen ongunstige omstandigheden. De vorm van geschillen kan verschillend zijn. Wanneer de normale omgevingsomstandigheden zijn hersteld, initieert de spore en groeit deze uit tot een actieve bacterie.

Het bacteriële organisme wordt vertegenwoordigd door één enkele cel. De vormen van bacteriën zijn gevarieerd. De structuur van bacteriën verschilt van de structuur van dierlijke en plantaardige cellen.

De cel mist een kern, mitochondriën en plastiden. De drager van erfelijke informatie-DNA bevindt zich in gevouwen vorm in het midden van de cel. Micro-organismen die geen echte kern hebben, worden geclassificeerd als prokaryoten. Alle bacteriën zijn prokaryoten.

Er wordt geschat dat er meer dan een miljoen soorten van deze verbazingwekkende organismen op aarde zijn. Tot op heden zijn ongeveer 10.000 soorten beschreven.

Een bacteriële cel heeft een wand, een cytoplasmatisch membraan, cytoplasma met insluitsels en een nucleotide. Van de extra structuren hebben sommige cellen flagella, pili (een mechanisme voor hechting en retentie aan het oppervlak) en een capsule. Onder ongunstige omstandigheden zijn sommige bacteriecellen in staat sporen te vormen. De gemiddelde maat bacteriën 0,5-5 micron.

Externe structuur van bacteriën

Rijst. 1. De structuur van een bacteriële cel.

Celwand

De celwand van een bacteriële cel is de bescherming en ondersteuning ervan. Het geeft het micro-organisme zijn eigen specifieke vorm.
De celwand is doorlaatbaar. Voedingsstoffen gaan naar binnen en metabolische producten gaan er doorheen.
Sommige soorten bacteriën produceren speciaal slijm dat lijkt op een capsule en dat hen beschermt tegen uitdrogen.
Sommige cellen hebben flagella (een of meer) of villi die hen helpen bewegen.
Bacteriële cellen die roze lijken als Gram kleurt ( gram-negatief), is de celwand dunner en meerlagig. Er komen enzymen vrij die helpen bij het afbreken van voedingsstoffen.
Bacteriën die violet lijken bij Gram-kleuring ( gram-positief), de celwand is dik. Voedingsstoffen die de cel binnenkomen, worden in de periplasmatische ruimte (de ruimte tussen de celwand en het cytoplasmatische membraan) afgebroken door hydrolytische enzymen.
Er zijn talloze receptoren op het oppervlak van de celwand. Celmoordenaars – fagen, colicines en chemische verbindingen – zitten eraan vast.
Wandlipoproteïnen in sommige soorten bacteriën zijn antigenen die toxinen worden genoemd.
Bij langdurige behandeling met antibiotica en om een aantal andere redenen verliezen sommige cellen hun membranen, maar behouden ze het vermogen om zich voort te planten. Ze krijgen een ronde vorm - L-vorm en kunnen lange tijd in het menselijk lichaam blijven bestaan (kokken of tuberculosebacillen). Instabiele L-vormen hebben het vermogen om terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm (reversie).

Rijst. 2. De foto toont de structuur van de bacteriewand van gramnegatieve bacteriën (links) en grampositieve bacteriën (rechts).

Capsule

Onder ongunstige omstandigheden externe omgeving bacteriën vormen een capsule. De microcapsule hecht stevig aan de wand. Het is alleen te zien in een elektronenmicroscoop. De macrocapsule wordt vaak gevormd door pathogene microben (pneumokokken). Bij Klebsiella pneumoniae wordt altijd de macrocapsule aangetroffen.

Rijst. 3. Op de foto staat pneumokokken. Pijlen geven de capsule aan (elektronogram van een ultradunne sectie).

Capsule-achtige schaal

De capsuleachtige schaal is een formatie die losjes verbonden is met de celwand. Dankzij bacteriële enzymen is de capsuleachtige schaal bedekt met koolhydraten (exopolysachariden) uit de externe omgeving, wat zorgt voor de hechting van bacteriën aan verschillende oppervlakken, zelfs volledig gladde.

Streptokokken kunnen bijvoorbeeld bij het binnendringen van het menselijk lichaam aan tanden en hartkleppen blijven plakken.

De functies van de capsule zijn gevarieerd:

bescherming tegen agressieve omgevingsomstandigheden,
zorgen voor hechting (plakken) aan menselijke cellen,
De capsule bezit antigene eigenschappen en heeft een giftig effect wanneer deze in een levend organisme wordt geïntroduceerd.

Rijst. 4. Streptokokken kunnen zich aan het tandglazuur hechten en samen met andere microben cariës veroorzaken.

Rijst. 5. Op de foto is een beschadiging van de mitralisklep te zien als gevolg van reuma. De oorzaak is streptokokken.

Flagella

Sommige bacteriecellen hebben flagella (een of meer) of villi die hen helpen bewegen. De flagella bevatten het contractiele eiwit flagelline.
Het aantal flagellen kan verschillend zijn: één, een bundel flagella, flagella aan verschillende uiteinden van de cel of over het hele oppervlak.
Beweging (willekeurig of roterend) wordt uitgevoerd als gevolg van de roterende beweging van de flagella.
De antigene eigenschappen van flagella hebben een toxisch effect bij ziekten.
Bacteriën die geen flagellen hebben, kunnen, wanneer ze bedekt zijn met slijm, glijden. Waterbacteriën bevatten 40-60 vacuolen gevuld met stikstof.

Ze bieden duiken en beklimmingen aan. In de bodem beweegt de bacteriecel zich door bodemkanalen.

Rijst. 6. Schema van bevestiging en werking van het flagellum.

Rijst. 7. Op de foto verschillende soorten flagellaire microben.

Rijst. 8. De foto toont verschillende soorten flagellated microben.

Dronken

Pili (villi, fimbriae) bedekken het oppervlak van bacteriële cellen. De villus is een spiraalvormig gedraaide dunne holle draad van eiwitachtige aard.
Algemeen type dronk zorgen voor adhesie (plakken) aan gastheercellen. Hun aantal is enorm en varieert van enkele honderden tot enkele duizenden. Vanaf het moment van aanhechting kan elke .
Seks dronk de overdracht van genetisch materiaal van de donor naar de ontvanger vergemakkelijken. Hun aantal is van 1 tot 4 per cel.

Rijst. 9. De foto toont E. coli. Flagella en pili zijn zichtbaar. De foto is gemaakt met een tunnelmicroscoop (STM).

Rijst. 10. De foto toont talrijke pili (fimbriae) van kokken.

Rijst. 11. De foto toont een bacteriecel met fimbriae.

Cytoplasmatisch membraan

Het cytoplasmatische membraan bevindt zich onder de celwand en is een lipoproteïne (tot 30% lipiden en tot 70% eiwitten).
Verschillende bacteriële cellen hebben verschillende membraanlipidensamenstellingen.
Membraaneiwitten vervullen vele functies. Functionele eiwitten zijn enzymen waardoor de synthese van de verschillende componenten ervan enz. plaatsvindt op het cytoplasmatische membraan.
Het cytoplasmatische membraan bestaat uit 3 lagen. De dubbele laag fosfolipiden is doordrenkt met globulinen, die zorgen voor het transport van stoffen naar de bacteriecel. Als de functie ervan wordt verstoord, sterft de cel.
Het cytoplasmatische membraan neemt deel aan sporulatie.

Rijst. 12. Op de foto zijn duidelijk een dunne celwand (CW), een cytoplasmatisch membraan (CPM) en een nucleotide in het midden te zien (de bacterie Neisseria catarrhalis).

Interne structuur van bacteriën

Rijst. 13. De foto toont de structuur van een bacteriecel. De structuur van een bacteriële cel verschilt van de structuur van dierlijke en plantaardige cellen: de cel mist een kern, mitochondriën en plastiden.

Cytoplasma

Het cytoplasma bestaat voor 75% uit water, de overige 25% uit minerale verbindingen, eiwitten, RNA en DNA. Het cytoplasma is altijd dicht en bewegingsloos. Het bevat enzymen, sommige pigmenten, suikers, aminozuren, een voorraad voedingsstoffen, ribosomen, mesosomen, korrels en allerlei andere insluitsels. In het midden van de cel is een stof geconcentreerd die erfelijke informatie bevat: de nucleoïde.

Korrels

De korrels zijn opgebouwd uit verbindingen die een bron van energie en koolstof zijn.

Mesosomen

Mesosomen zijn celderivaten. Hebben verschillende vormen- concentrische membranen, blaasjes, buizen, lussen, enz. Mesosomen hebben een verbinding met de nucleoïde. Deelname aan celdeling en sporulatie is hun hoofddoel.

Nucleoïde

Een nucleoïde is een analoog van een kern. Het bevindt zich in het midden van de cel. Het bevat DNA, de drager van erfelijke informatie in gevouwen vorm. Afgewikkeld DNA bereikt een lengte van 1 mm. De nucleaire substantie van een bacteriële cel heeft geen membraan, nucleolus of set chromosomen en deelt zich niet door mitose. Voordat het wordt gedeeld, wordt het nucleotide verdubbeld. Tijdens de deling neemt het aantal nucleotiden toe tot 4.

Rijst. 14. De foto toont een gedeelte van een bacteriecel. In het centrale deel is een nucleotide zichtbaar.

Plasmiden

Plasmiden zijn autonome moleculen die zijn opgerold in een ring van dubbelstrengs DNA. Hun massa is aanzienlijk minder dan de massa van een nucleotide. Ondanks het feit dat erfelijke informatie gecodeerd is in het DNA van plasmiden, zijn ze niet essentieel en noodzakelijk voor de bacteriecel.

Rijst. 15. De foto toont een bacterieel plasmide. De foto is gemaakt met behulp van een elektronenmicroscoop.

Ribosomen

Ribosomen van een bacteriële cel zijn betrokken bij de synthese van eiwitten uit aminozuren. De ribosomen van bacteriële cellen zijn niet verenigd in het endoplasmatisch reticulum, zoals die van cellen met een kern. Het zijn ribosomen die vaak het ‘doelwit’ worden voor veel antibacteriële geneesmiddelen.

Insluitsels

Insluitsels zijn metabolische producten van nucleaire en niet-nucleaire cellen. Ze vertegenwoordigen een voorraad voedingsstoffen: glycogeen, zetmeel, zwavel, polyfosfaat (valutine), enz. Insluitsels krijgen bij het schilderen vaak een ander uiterlijk dan de kleur van de kleurstof. U kunt een diagnose stellen op basis van valuta.

Vormen van bacteriën

De vorm van de bacteriecel en de grootte ervan hebben groot belang tijdens hun identificatie (herkenning). De meest voorkomende vormen zijn bolvormig, staafvormig en ingewikkeld.

Tabel 1. Belangrijkste vormen van bacteriën.

Bolvormige bacteriën

De bolvormige bacteriën worden kokken genoemd (van het Griekse kokken – graan). Ze zijn één voor één, twee aan twee gerangschikt (diplococcen), in pakjes, in kettingen en als druiventrossen. Deze locatie is afhankelijk van de methode van celdeling. De schadelijkste microben zijn stafylokokken en streptokokken.

Rijst. 16. Op de foto staan microkokken. De bacteriën zijn rond, glad en wit, geel en rood van kleur. In de natuur zijn microkokken alomtegenwoordig. Ze leven in verschillende holtes van het menselijk lichaam.

Rijst. 17. De foto toont diplococcus-bacteriën - Streptococcus pneumoniae.

Rijst. 18. De foto toont Sarcina-bacteriën. Coccoidebacteriën clusteren samen in pakketjes.

Rijst. 19. De foto toont streptokokkenbacteriën (van de Griekse "streptos" -keten).

In ketens gerangschikt. Ze zijn veroorzakers van een aantal ziekten.

Rijst. 20. Op de foto zijn de bacteriën “gouden” stafylokokken. Gerangschikt als “druiventrossen”. De trossen zijn goudkleurig. Ze zijn veroorzakers van een aantal ziekten.

Staafvormige bacteriën

Staafvormige bacteriën die sporen vormen, worden bacillen genoemd. Ze hebben een cilindrische vorm. Het meest een prominente vertegenwoordiger van deze groep is de bacil. Tot de bacillen behoren pest en hemophilus influenzae. De uiteinden van staafvormige bacteriën kunnen puntig, afgerond, afgehakt, uitlopend of gespleten zijn. De vorm van de stokjes zelf kan regelmatig of onregelmatig zijn. Ze kunnen één voor één, twee tegelijk worden gerangschikt, of ketens vormen. Sommige bacillen worden coccobacilli genoemd omdat ze een ronde vorm hebben. Maar toch overschrijdt hun lengte hun breedte.

Diplobacillus zijn dubbele staven. Miltvuurbacillen vormen lange draden (ketens).

Door de vorming van sporen verandert de vorm van de bacillen. In het centrum van de bacillen vormen zich sporen in boterzuurbacteriën, waardoor ze op een spoel lijken. In tetanus bacillen - aan de uiteinden van de bacillen, waardoor ze het uiterlijk krijgen van drumsticks.

Rijst. 21. De foto toont een staafvormige bacteriecel. Er zijn meerdere flagellen zichtbaar. De foto is gemaakt met behulp van een elektronenmicroscoop. Negatief.

Rijst. 24. In boterzuurbacillen worden in het midden sporen gevormd, waardoor ze het uiterlijk krijgen van een spoel. In tetanussticks - aan de uiteinden, waardoor ze eruit zien als drumsticks.

Gedraaide bacteriën

Niet meer dan één krans heeft een celbocht. Verschillende (twee, drie of meer) zijn campylobacters. Spirocheten hebben een eigenaardig uiterlijk, wat tot uiting komt in hun naam - "spira" - buiging en "haat" - manen. Leptospira ("leptos" - smal en "spera" - gyrus) zijn lange filamenten met dicht bij elkaar geplaatste krullen. Bacteriën lijken op een gedraaide spiraal.

Rijst. 27. Op de foto is een spiraalvormige bacteriecel de veroorzaker van de ‘rattenbeetziekte’.

Rijst. 28. Op de foto zijn Leptospira-bacteriën de veroorzakers van vele ziekten.

Rijst. 29. Op de foto zijn Leptospira-bacteriën de veroorzakers van vele ziekten.

Clubvormig

Corynebacteriën, de veroorzakers van difterie en listeriose, hebben een knotsvormige vorm. Deze vorm van de bacterie wordt gegeven door de opstelling van metachromatische korrels aan de polen.

Rijst. 30. De foto toont corynebacteriën.

Lees meer over bacteriën in de artikelen:

Bacteriën leven al meer dan 3,5 miljard jaar op planeet Aarde. Gedurende deze tijd hebben ze veel geleerd en zich aan veel aangepast. De totale massa bacteriën is enorm. Het gaat om ongeveer 500 miljard ton. Bacteriën beheersen vrijwel alle bekende biochemische processen. De vormen van bacteriën zijn gevarieerd. De structuur van bacteriën is in de loop van miljoenen jaren behoorlijk complex geworden, maar zelfs vandaag de dag worden ze beschouwd als de meest eenvoudig gestructureerde eencellige organismen.

Vanuit het oogpunt van de moderne wetenschap hebben prokaryoten een primitieve structuur. Maar het is juist deze ‘pretentieloosheid’ die hen helpt te overleven in de meest onverwachte omstandigheden. Bijvoorbeeld in waterstofsulfidebronnen of op kernproeflocaties. Wetenschappers hebben berekend dat de totale massa van alle terrestrische micro-organismen 550 miljard ton bedraagt.

Bacteriën hebben een eencellige structuur. Maar dit betekent niet dat bacteriële cellen toegeven aan dierlijke of plantaardige cellen. De microbiologie heeft al kennis over honderdduizenden soorten micro-organismen. Niettemin ontdekken vertegenwoordigers van de wetenschap elke dag nieuwe soorten en kenmerken ervan.

Het is geen wonder dat micro-organismen, om het aardoppervlak volledig te koloniseren, verschillende vormen moeten aannemen:

kokken - ballen;
streptokokken – ketens;
bacillen - staven;
vibrios - gebogen komma's;
spirilla - spiralen.

De grootte van bacteriën wordt gemeten in nanometers en micrometers. Hun gemiddelde waarde bedraagt 0,8 micron. Maar onder hen zijn er gigantische prokaryoten, die 125 micron en meer bereiken. De echte reuzen onder de Lilliputters zijn de 250 micron lange spirocheten. Vergelijk nu de grootte van de kleinste prokaryotische cel met hen: mycoplasma's "groeien" behoorlijk en bereiken een diameter van 0,1-0,15 micron.

Het is de moeite waard om te zeggen dat het voor gigantische bacteriën niet zo gemakkelijk is om in de omgeving te overleven. Het is voor hen moeilijk om voldoende voedingsstoffen te vinden om hun functie succesvol uit te voeren. Maar ze zijn geen gemakkelijke prooi voor roofdierbacteriën, die zich voeden met hun mede-eencellige micro-organismen, ‘rondstromen’ en ze opeten.

Externe structuur van bacteriën

Celwand

De celwand van een bacteriële cel is de bescherming en ondersteuning ervan. Het geeft het micro-organisme zijn eigen specifieke vorm.
De celwand is doorlaatbaar. Voedingsstoffen gaan naar binnen en metabolische producten gaan er doorheen.
Sommige soorten bacteriën produceren speciaal slijm dat lijkt op een capsule en dat hen beschermt tegen uitdrogen.
Sommige cellen hebben flagella (een of meer) of villi die hen helpen bewegen.
Bacteriële cellen die roze lijken als Gram kleurt ( gram-negatief), is de celwand dunner en meerlagig. Er komen enzymen vrij die helpen bij het afbreken van voedingsstoffen.
Bacteriën die violet lijken bij Gram-kleuring ( gram-positief), de celwand is dik. Voedingsstoffen die de cel binnenkomen, worden in de periplasmatische ruimte (de ruimte tussen de celwand en het cytoplasmatische membraan) afgebroken door hydrolytische enzymen.
Er zijn talloze receptoren op het oppervlak van de celwand. Celmoordenaars – fagen, colicines en chemische verbindingen – zitten eraan vast.
Wandlipoproteïnen in sommige soorten bacteriën zijn antigenen die toxinen worden genoemd.
Bij langdurige behandeling met antibiotica en om een aantal andere redenen verliezen sommige cellen hun membranen, maar behouden ze het vermogen om zich voort te planten. Ze krijgen een ronde vorm - L-vorm en kunnen lange tijd in het menselijk lichaam blijven bestaan (kokken of tuberculosebacillen). Instabiele L-vormen hebben het vermogen om terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm (reversie).

Capsule

Onder ongunstige omgevingsomstandigheden vormen bacteriën een capsule. De microcapsule hecht stevig aan de wand. Het is alleen te zien in een elektronenmicroscoop. De macrocapsule wordt vaak gevormd door pathogene microben (pneumokokken). Bij Klebsiella pneumoniae wordt altijd de macrocapsule aangetroffen.

Capsule-achtige schaal

De functies van de capsule zijn gevarieerd:

bescherming tegen agressieve omgevingsomstandigheden,
zorgen voor hechting (plakken) aan menselijke cellen,
De capsule bezit antigene eigenschappen en heeft een giftig effect wanneer deze in een levend organisme wordt geïntroduceerd.

Flagella

Sommige bacteriecellen hebben flagella (een of meer) of villi die hen helpen bewegen. De flagella bevatten het contractiele eiwit flagelline.
Het aantal flagellen kan verschillend zijn: één, een bundel flagella, flagella aan verschillende uiteinden van de cel of over het hele oppervlak.
Beweging (willekeurig of roterend) wordt uitgevoerd als gevolg van de roterende beweging van de flagella.
De antigene eigenschappen van flagella hebben een toxisch effect bij ziekten.
Bacteriën die geen flagellen hebben, kunnen, wanneer ze bedekt zijn met slijm, glijden. Waterbacteriën bevatten 40-60 vacuolen gevuld met stikstof.

Ze bieden duiken en beklimmingen aan. In de bodem beweegt de bacteriecel zich door bodemkanalen.

Dronken

Pili (villi, fimbriae) bedekken het oppervlak van bacteriële cellen. De villus is een spiraalvormig gedraaide dunne holle draad van eiwitachtige aard.
Algemeen type dronk zorgen voor adhesie (plakken) aan gastheercellen. Hun aantal is enorm en varieert van enkele honderden tot enkele duizenden. Vanaf het moment van gehechtheid begint elk infectieus proces.
Seks dronk de overdracht van genetisch materiaal van de donor naar de ontvanger vergemakkelijken. Hun aantal is van 1 tot 4 per cel.

Cytoplasmatisch membraan

Het cytoplasmatische membraan bevindt zich onder de celwand en is een lipoproteïne (tot 30% lipiden en tot 70% eiwitten).
Verschillende bacteriële cellen hebben verschillende membraanlipidensamenstellingen.
Membraaneiwitten vervullen vele functies. Functionele eiwitten zijn enzymen waardoor de synthese van de verschillende componenten ervan enz. plaatsvindt op het cytoplasmatische membraan.
Het cytoplasmatische membraan bestaat uit 3 lagen. De dubbele laag fosfolipiden is doordrenkt met globulinen, die zorgen voor het transport van stoffen naar de bacteriecel. Als de functie ervan wordt verstoord, sterft de cel.
Het cytoplasmatische membraan neemt deel aan sporulatie.

Interne structuur van bacteriën

Cytoplasma

De gehele inhoud van een cel, met uitzondering van de kern en de celwand, wordt cytoplasma genoemd. De vloeibare, structuurloze fase van het cytoplasma (matrix) bevat ribosomen, membraansystemen, mitochondriën, plastiden en andere structuren, evenals reservevoedingsstoffen. Het cytoplasma heeft een uiterst complexe, fijne structuur (gelaagd, korrelig). Met behulp van een elektronenmicroscoop zijn veel interessante details van de celstructuur onthuld.

De buitenste lipoprotoïde laag van de bacteriële protoplast, die speciale fysieke en chemische eigenschappen, wordt het cytoplasmatisch membraan genoemd. In het cytoplasma zijn ze allemaal van vitaal belang belangrijke structuren en organellen. Het cytoplasmatische membraan presteert zeer goed belangrijke rol– reguleert de stroom van stoffen naar de cel en de afgifte van metabolische producten naar buiten. Via het membraan kunnen voedingsstoffen de cel binnendringen als resultaat van een actief biochemisch proces waarbij enzymen betrokken zijn.

Bovendien vindt de synthese van sommige celcomponenten in het membraan plaats, voornamelijk componenten van de celwand en het kapsel. Tenslotte bevat het cytoplasmamembraan de belangrijkste enzymen (biologische katalysatoren). De geordende rangschikking van enzymen op membranen maakt het mogelijk hun activiteit te reguleren en de vernietiging van sommige enzymen door andere te voorkomen. Geassocieerd met het membraan zijn ribosomen - structurele deeltjes waarop eiwitten worden gesynthetiseerd. Het membraan bestaat uit lipoproteïnen. Het is sterk genoeg en kan het tijdelijke bestaan van een cel zonder omhulsel garanderen. Het cytoplasmatische membraan vormt tot 20% van de droge massa van de cel.

Op elektronische foto's van dunne delen van bacteriën verschijnt het cytoplasmamembraan als een continue streng van ongeveer 75 A dik, bestaande uit een lichte laag (lipiden) ingeklemd tussen twee donkerdere lagen (eiwitten). Elke laag is 20–30A breed. Zo'n membraan wordt elementair genoemd.

Korrels

Het cytoplasma van bacteriële cellen bevat vaak korrels verschillende vormen en maten. Hun aanwezigheid kan echter niet worden beschouwd als een permanent teken van een micro-organisme; het houdt meestal grotendeels verband met de fysische en chemische omstandigheden van de omgeving.

Veel cytoplasmatische insluitsels zijn samengesteld uit verbindingen die dienen als een bron van energie en koolstof. Deze reservestoffen worden gevormd wanneer het lichaam van voldoende voedingsstoffen wordt voorzien, en worden omgekeerd gebruikt wanneer het lichaam in qua voeding minder gunstige omstandigheden verkeert.

Bij veel bacteriën bestaan korrels uit zetmeel of andere polysachariden - glycogeen en granulosa. Sommige bacteriën hebben, wanneer ze in een suikerrijk medium worden gekweekt, vetdruppels in de cel. Een ander wijdverbreid type granulaire insluitsels is volatin (metachromatinekorrels). Deze korrels bestaan uit polymetafosfaat ( reservestof, inclusief fosforzuurresiduen). Polymetafosfaat dient als bron van fosfaatgroepen en energie voor het lichaam. Het is waarschijnlijker dat bacteriën zich ophopen onder ongebruikelijke voedingsomstandigheden, zoals zwavelvrije media. In het cytoplasma van sommige zwavelbacteriën bevinden zich druppeltjes zwavel.

Mesosomen

Tussen het plasmamembraan en de celwand bestaat een verbinding in de vorm van desmosen - bruggen. Het cytoplasmatische membraan geeft vaak aanleiding tot invaginaties - uitsteeksels in de cel. Deze invaginaties vormen speciale membraanstructuren in het cytoplasma die mesosomen worden genoemd.

Sommige soorten mesosomen zijn lichamen die door hun eigen membraan van het cytoplasma zijn gescheiden. In deze membraanzakjes zitten talloze blaasjes en buisjes. Deze structuren vervullen verschillende functies in bacteriën. Sommige van deze structuren zijn analogen van mitochondriën.

Anderen vervullen de functies van het endoplasmatisch reticulum of Golgi-apparaat. Door invaginatie van cyto plasma membraan Het fotosyntheseapparaat van bacteriën wordt ook gevormd. Na invaginatie van het cytoplasma blijft het membraan groeien en vormt het stapels, die, naar analogie met chloroplastkorrels van planten, thylakoïdestapels worden genoemd. In deze membranen, die vaak het grootste deel van het cytoplasma van de bacteriecel vullen, zijn pigmenten (bacteriochlorofyl, carotenoïden) en enzymen (cytochromen) gelokaliseerd die het fotosyntheseproces uitvoeren.

Nucleoïde

Bacteriën hebben geen kern zoals hogere organismen(eukaryoten), en er is zijn analogon – het ‘nucleaire equivalent’ – de nucleoïde, die een evolutionair primitievere vorm van organisatie van nucleaire materie is. Het bestaat uit één dubbelstrengige DNA-streng, gesloten in een ring, 1,1–1,6 nm lang, die wordt beschouwd als een enkel bacterieel chromosoom of genofoor. De nucleoïde in prokaryoten wordt niet door een membraan van de rest van de cel gescheiden; er ontbreekt een nucleaire envelop.

De nucleoïdestructuren omvatten RNA-polymerase, basische eiwitten en missen histonen; het chromosoom is verankerd op het cytoplasmatische membraan en bij grampositieve bacteriën op de mesosomen. Het bacteriële chromosoom repliceert op een polyconservatieve manier: de dubbele helix van het ouder-DNA wordt afgewikkeld en een nieuwe complementaire keten wordt samengesteld op de sjabloon van elke polynucleotideketen. De nucleoïde heeft geen mitotisch apparaat en de scheiding van dochterkernen wordt verzekerd door de groei van het cytoplasmatische membraan.

De bacteriële kern is een gedifferentieerde structuur. Afhankelijk van het stadium van de celontwikkeling kan de nucleoïde discreet (discontinu) zijn en uit individuele fragmenten bestaan. Dit komt door het feit dat de deling van een bacteriële cel in de tijd plaatsvindt na de voltooiing van de replicatiecyclus van het DNA-molecuul en de vorming van dochterchromosomen.

Het hoofdvolume is geconcentreerd in de nucleoïde genetische informatie bacteriële cel. Naast de nucleoïde worden extrachromosomale genetische elementen aangetroffen in de cellen van veel bacteriën - plasmiden, dit zijn kleine cirkelvormige DNA-moleculen die in staat zijn tot autonome replicatie.

Plasmiden

Ribosomen

Het cytoplasma van bacteriën bevat ribosomen - eiwitsynthetiserende deeltjes met een diameter van 200A. Er zitten er meer dan duizend in een kooi. Ribosomen bestaan uit RNA en eiwit. Bij bacteriën bevinden veel ribosomen zich vrij in het cytoplasma, sommige kunnen geassocieerd zijn met membranen.

Ribosomen zijn de centra van eiwitsynthese in de cel. Tegelijkertijd verbinden ze zich vaak met elkaar en vormen aggregaten die polyribosomen of polysomen worden genoemd.

Insluitsels

Wat ontbreekt er in bacteriële cellen?

Omdat een bacterie een prokaryotisch micro-organisme is, missen bacteriële cellen altijd veel organellen. die inherent zijn aan eukaryotische organismen:

het Golgi-apparaat, dat de cel helpt door onnodige stoffen op te hopen en deze vervolgens uit de cel te verwijderen;
plastiden, die alleen in plantencellen voorkomen, bepalen hun kleur en spelen ook een belangrijke rol bij de fotosynthese;
lysosomen, die speciale enzymen hebben en helpen bij het afbreken van eiwitten;
mitochondriën voorzien cellen van de nodige energie en nemen ook deel aan de voortplanting;
endoplasmatisch reticulum, dat zorgt voor het transport van bepaalde stoffen naar het cytoplasma;
cel centrum.

Het is ook de moeite waard om te onthouden dat bacteriën geen celwand hebben, waardoor processen zoals pinocytose en fagocytose niet kunnen plaatsvinden.

Kenmerken van bacteriële processen

Omdat het speciale micro-organismen zijn, zijn bacteriën aangepast om te bestaan in omstandigheden waarin zuurstof afwezig kan zijn. Maar hun ademhaling zelf vindt plaats als gevolg van mesosomen. Het is ook heel interessant dat groene organismen net als planten kunnen fotosynthetiseren. Maar het is belangrijk om er rekening mee te houden dat het fotosyntheseproces in planten plaatsvindt in chloroplasten, terwijl het bij bacteriën plaatsvindt op membranen.

Voortplanting in een bacteriecel vindt op de meest primitieve manier plaats. Een volwassen cel deelt zich in tweeën, na enige tijd worden ze volwassen, en dit proces herhaalt zich. Onder gunstige omstandigheden kan er per dag een wisseling van 70-80 generaties optreden. Het is belangrijk om te onthouden dat bacteriën vanwege hun structuur geen toegang hebben tot reproductiemethoden zoals mitose en meiose. Ze zijn uniek voor eukaryotische cellen.

Het is bekend dat de vorming van sporen een van de vele manieren is om schimmels en planten te reproduceren. Maar bacteriën kunnen ook sporen vormen, wat kenmerkend is voor weinig van hun soorten. Ze hebben dit vermogen om bijzonder ongunstige omstandigheden te overleven die levensbedreigend kunnen zijn.

Er zijn soorten bekend die zelfs in ruimteomstandigheden kunnen overleven. Dit kan door geen enkel levend organisme worden herhaald. Bacteriën werden de voorlopers van het leven op aarde vanwege de eenvoud van hun structuur. Maar het feit dat ze tot op de dag van vandaag bestaan, laat zien hoe belangrijk ze zijn voor de wereld om ons heen. Met hun hulp kunnen mensen zo dicht mogelijk bij het antwoord op de vraag naar de oorsprong van het leven op aarde komen, voortdurend bacteriën bestuderen en iets nieuws leren.

De meest interessante en fascinerende feiten over bacteriën

Stafylokokkenbacteriën dorsten naar menselijk bloed

Staphylococcus aureus(Staphylococcus aureus) is een veel voorkomende bacteriesoort die ongeveer 30 procent van alle mensen treft. Bij sommige mensen maakt het deel uit van het microbioom (microflora) en wordt het zowel in het lichaam als op de huid of in de mond aangetroffen. Hoewel er onschadelijke stammen van stafylokok bestaan, veroorzaken andere, zoals de Methicilline-resistente Staphylococcus aureus, ernstige gezondheidsproblemen, waaronder huidinfecties, hart- en vaatziekten, meningitis en spijsverteringsziekten.

Onderzoekers van de Vanderbilt Universiteit hebben ontdekt dat stafylokokbacteriën de voorkeur geven aan menselijk bloed boven dierlijk bloed. Deze bacteriën houden van ijzer, dat zit in hemoglobine dat in de rode bloedcellen wordt aangetroffen. Staphylococcus aureus scheurt de bloedcellen kapot om bij het ijzer daarin te komen. Er wordt gedacht dat genetische variaties in hemoglobine sommige mensen aantrekkelijker kunnen maken voor stafylokokbacteriën dan anderen.

Bacteriën veroorzaken regen

Onderzoekers hebben ontdekt dat bacteriën in de atmosfeer een rol kunnen spelen bij de productie van regen en andere vormen van neerslag. Dit proces begint wanneer bacteriën uit planten door de wind in de atmosfeer worden meegevoerd. Op grote hoogte vormt zich ijs om hen heen en beginnen ze te groeien. Zodra bevroren bacteriën een bepaalde groeidrempel bereiken, begint het ijs te smelten en keert het in de vorm van regen terug naar de aarde. Zelfs in het centrum van grote hageldeeltjes zijn bacteriën van de soort Psuedomonas syringae aangetroffen. Ze produceren een speciaal eiwit in hun celmembranen waarmee ze op een unieke manier water kunnen binden, waardoor de vorming van ijs wordt bevorderd.

Bestrijding van acne-veroorzakende bacteriën

Onderzoekers hebben ontdekt dat bepaalde stammen van acne-veroorzakende bacteriën daadwerkelijk acne kunnen helpen voorkomen. De bacterie die acne veroorzaakt, Propionibacterium acnes, leeft in de poriën van onze huid. Wanneer deze bacteriën een immuunreactie uitlokken, zwelt het gebied op de huid op en ontstaan er puistjes.

Het is echter gebleken dat bepaalde bacteriestammen minder snel acne veroorzaken. Deze soorten kunnen de reden zijn dat mensen met een gezonde huid zelden acne krijgen. Door de genen van Propionibacterium acnes-stammen te bestuderen, verzameld bij mensen met acne en een gezonde huid, identificeerden de onderzoekers een stam die veel voorkwam in schone huid en werd zelden aangetroffen op een voor acne gevoelige huid. Toekomstig onderzoek zal onder meer inspanningen omvatten om een medicijn te ontwikkelen dat alleen de acne-veroorzakende stammen van de bacterie Propionibacterium acnes doodt.

Bacteriën op het tandvlees kunnen tot hartziekten leiden

Wie had ooit gedacht dat regelmatig tandenpoetsen hartziekten zou kunnen helpen voorkomen? Eerdere studies hebben een verband gevonden tussen tandvleesaandoeningen en hart- en vaatziekten. Nu hebben wetenschappers een specifiek verband tussen deze ziekten gevonden.

Er wordt gedacht dat zowel bacteriën als mensen bepaalde soorten eiwitten produceren die stresseiwitten worden genoemd. Deze eiwitten worden gevormd wanneer cellen verschillende soorten stress ervaren. Wanneer een persoon een tandvleesontsteking heeft, beginnen cellen van het immuunsysteem de bacteriën aan te vallen. Bacteriën produceren stresseiwitten wanneer ze worden aangevallen, en witte bloedcellen vallen ook stresseiwitten aan.

Het probleem is dat witte bloedcellen geen onderscheid kunnen maken tussen stresseiwitten die door bacteriën worden geproduceerd en die welke door het lichaam worden geproduceerd. Als gevolg hiervan vallen de cellen van het immuunsysteem ook stresseiwitten aan die door het lichaam worden geproduceerd, waardoor een ophoping van witte bloedcellen in de bloedvaten ontstaat en atherosclerose ontstaat. Een verkalkt hart is een belangrijke oorzaak van hart- en vaatziekten.

Bodembacteriën verbeteren het leren

Wist je dat tijd besteden aan tuinieren of tuinieren je kan helpen beter te leren? Volgens onderzoekers kan de bodembacterie Mycobacterium vaccae het leren bij zoogdieren verbeteren.

Deze bacteriën komen waarschijnlijk ons lichaam binnen via inslikken of via de ademhaling. Wetenschappers suggereren dat de bacterie Mycobacterium vaccae het leren verbetert door de groei van neuronen in de hersenen te stimuleren, wat leidt tot verhoogde serotonineniveaus en verminderde angst.

Het onderzoek werd uitgevoerd met muizen die levende Mycobacterium vaccae-bacteriën kregen. De resultaten toonden aan dat muizen die de bacteriën aten veel sneller en met minder angst door het doolhof bewogen dan muizen die de bacteriën niet aten. Wetenschappers suggereren dat Mycobacterium vaccae een rol speelt bij het verbeteren van het oplossen van problemen en het verminderen van stressniveaus.

Bacteriële krachtmachines

Onderzoekers van het Argonne National Laboratory hebben ontdekt dat de bacterie Bacillus subtilis het vermogen heeft om zeer kleine tandwielen te laten draaien. Deze bacteriën zijn aëroob, wat betekent dat ze zuurstof nodig hebben om te groeien en zich te ontwikkelen. Wanneer ze in een oplossing met micro-luchtbellen worden geplaatst, drijven de bacteriën op de tandwieltanden en zorgen ervoor dat deze in een bepaalde richting draaien.

Er zijn honderden bacteriën nodig die samenwerken om het tandwiel te laten draaien. Er werd ook ontdekt dat bacteriën verschillende onderling verbonden tandwielen kunnen laten draaien. De onderzoekers konden de snelheid waarmee de bacteriën de tandwielen lieten draaien controleren door de hoeveelheid zuurstof in de oplossing aan te passen. De afname van zuurstof zorgde ervoor dat de bacteriën langzamer gingen werken. Het verwijderen van zuurstof zorgt ervoor dat ze volledig stoppen met bewegen.

Een bacteriële cel is, ondanks zijn schijnbare eenvoud van structuur, een zeer complex organisme, gekenmerkt door processen die kenmerkend zijn voor alle levende wezens. De bacteriecel is bedekt met een dicht membraan, bestaande uit een celwand, een cytoplasmatisch membraan en bij sommige soorten een capsule.

Celwand– een van de belangrijkste elementen van de structuur van een bacteriële cel is een oppervlaktelaag die zich buiten het cytoplasmatische membraan bevindt. De muur vervult beschermende en ondersteunende functies en geeft de cel ook een blijvende, karakteristieke vorm (bijvoorbeeld de vorm van een staaf of coccus), omdat heeft een zekere stijfheid (stijfheid) en vertegenwoordigt het externe skelet van de cel. Binnen de bacteriecel is de osmotische druk meerdere keren, en soms tientallen keren, hoger dan in de externe omgeving. Daarom zou de cel snel scheuren als deze niet zou worden beschermd door zo’n dichte, stijve structuur als de celwand. Het belangrijkste structurele onderdeel van de wanden, de basis van hun stijve structuur in bijna alle bacteriën die tot nu toe zijn bestudeerd, is mureïne. Het oppervlak van de celwand van sommige staafvormige bacteriën is bedekt met uitsteeksels, stekels of bultjes. Met behulp van een kleurmethode die voor het eerst werd voorgesteld in 1884 door Christian Gram, kunnen bacteriën in twee groepen worden verdeeld: grampositief en gramnegatief. De celwand is verantwoordelijk voor de Gram-kleuring van bacteriën. Het vermogen of onvermogen om door Gram te kleuren wordt geassocieerd met verschillen in de chemische samenstelling van de bacteriële celwanden. De celwand is permeabel: hierdoor komen voedingsstoffen vrijelijk de cel binnen en komen metabolische producten in de omgeving terecht. Grote moleculen met een hoog molecuulgewicht passeren de schaal niet.

De buitenste laag cytoplasma grenst nauw aan de celwand van de bacteriële cel - cytoplasmatisch membraan, meestal bestaande uit een dubbellaag van lipiden, waarvan elk oppervlak bedekt is met een monomoleculaire laag eiwit. Het membraan vormt ongeveer 8-15% van de lipiden van de cel. De totale dikte van het membraan is ongeveer 9 nm. Het cytoplasmatische membraan speelt de rol van een osmotische barrière die het transport van stoffen naar en uit de bacteriecel regelt.

De celwand van veel bacteriën is aan de bovenkant omgeven door een laag slijmachtig materiaal. capsule. De dikte van de capsule kan vele malen groter zijn dan de diameter van de cel zelf, en soms is hij zo dun dat hij alleen zichtbaar is door een elektronenmicroscoop - een microcapsule. De capsule is geen essentieel onderdeel van de cel; hij wordt gevormd afhankelijk van de omstandigheden waarin de bacteriën zich bevinden. Het dient als een beschermend omhulsel voor de cel en neemt deel aan het watermetabolisme, waardoor de cel wordt beschermd tegen uitdroging.

Onder het cytoplasmatische membraan van bacteriën bevindt zich een itoplasma, vertegenwoordigt de gehele inhoud van de cel, met uitzondering van de kern en de celwand. Het cytoplasma van bacteriën is een verspreid mengsel van colloïden bestaande uit water, eiwitten, koolhydraten, lipiden, minerale verbindingen en andere stoffen. De vloeibare structuurloze fase van het cytoplasma (matrix) bevat ribosomen, membraansystemen, plastiden en andere structuren, evenals reservevoedingsstoffen.

Bacteriën hebben niet zo’n kern als hogere organismen, maar hebben hun analoge “nucleaire equivalent” - nucleoïde, wat een evolutionair primitievere vorm van organisatie van nucleaire materie is. De nucleoïde van een bacteriële cel bevindt zich in het centrale deel.

Een rustende bacteriële cel bevat gewoonlijk één nucleoïde; cellen in de fase vóór de deling hebben twee nucleoïden; in de fase van logaritmische groei - reproductie - tot vier of meer nucleoïden. Naast de nucleoïde kan het cytoplasma van een bacteriële cel honderden malen kortere DNA-strengen bevatten – de zogenaamde extrachromosomale factoren van erfelijkheid, genaamd plasmide. Het bleek dat plasmiden niet noodzakelijkerwijs aanwezig zijn in bacteriën, maar ze geven het lichaam aanvullende eigenschappen die gunstig voor het lichaam zijn, met name die welke verband houden met voortplanting, resistentie tegen geneesmiddelen, pathogeniteit, enz.

Sommige bacteriën hebben aanhangselstructuren op het oppervlak; de meest voorkomende daarvan zijn flagella – bewegingsorganen van bacteriën. Bacteriën kunnen één, twee of meer flagellen hebben. Hun locatie is anders: aan het ene uiteinde van de cel, aan twee kanten, over het hele oppervlak, enz.

Een bacterie met één flagellum wordt genoemd monotrichoom; een bacterie met een bundel flagellen aan het ene uiteinde van de cel - lofotrichoom; aan beide uiteinden - amfirijk; een bacterie met flagellen die zich over het gehele oppervlak van de cel bevinden, wordt genoemd peritrichoom. Het aantal flagellen varieert bij verschillende soorten bacteriën en kan oplopen tot 100. De dikte van de flagellen varieert van 10 tot 20 nm, de lengte - van 3 tot 15 µm, en voor dezelfde bacteriecel kan de lengte variëren afhankelijk van de staat van de cultuur en omgevingsfactoren.

Bacteriën zijn prokaryoten (Fig. 1.2) en verschillen aanzienlijk van planten- en dierencellen (eukaryoten). Ze behoren tot eencellige organismen en bestaan uit een celwand, cytoplasmatisch membraan, cytoplasma, nucleoïde ( benodigde componenten bacteriële cel). Sommige bacteriën kunnen flagellen, capsules en sporen hebben (optionele componenten van de bacteriecel).

Rijst. 1.2. Gecombineerde schematische weergave van een prokaryotische (bacteriële) cel met flagellen.
1 - polyhydroxyboterzuurkorrels; 2 - vetdruppeltjes; 3 - zwavelinsluitsels; 4 - buisvormige thylakoïden; 5 - lamellaire thylakoïden; 6 - bubbels; 7 - chromatoforen; 8 - kern (nucleoïde); 9 - ribosomen; 10 - cytoplasma; 11 - basaal lichaam; 12 - flagella; 13 - capsule; 14 - celwand; 15 - cytoplasmatisch membraan; 16 - mesosoom; 17 - gasvacuolen; 18 - lamellaire structuren; 19 - polysacharidekorrels; 20 - polyfosfaatkorrels

Celwand

De celwand is de buitenste structuur van bacteriën, 30-35 nm dik, waarvan het hoofdbestanddeel peptidoglycaan (mureïne) is. Peptidoglycaan is een structureel polymeer dat bestaat uit afwisselende subeenheden van N-acetylglucosamine en N-acetylmuraminezuur, verbonden door glycosidische bindingen.
1.3).

Rijst. 1.3. Schematische weergave van de enkellaagse structuur van peptidoglycan

Parallelle polysaccharideketens (glycaanketens) zijn met elkaar verbonden door kruispeptidebruggen (Fig. 1.4).

Rijst. 1.4. Gedetailleerde structuur van de peptidoglycaanstructuur Lichte en zwarte korte pijlen geven bindingen aan die respectievelijk zijn gesplitst door lysozym (muramidase) en specifiek muroendopeptidase

Het polysaccharideraamwerk wordt gemakkelijk vernietigd door lysozym, een antibioticum van dierlijke oorsprong. Peptidebindingen zijn het doelwit van penicilline, dat de synthese ervan remt en de vorming van celwanden voorkomt. Het kwantitatieve gehalte aan peptidoglycaan beïnvloedt het vermogen van bacteriën om Gram-kleuring te ondergaan. Bacteriën met een aanzienlijke dikte van de mureïnelaag (90-95%) zijn aanhoudend blauw gekleurd met gentiaanviolet. paars en worden grampositieve bacteriën genoemd.

Gram-negatieve bacteriën met een dun laagje peptidoglycaan (5-10%) in de celwand verliezen gentiaanviolet na blootstelling aan alcohol en worden bovendien gekleurd met fuchsine. roze kleur. De celwanden van grampositieve en gramnegatieve prokaryoten verschillen in beide sterk chemische samenstelling(Tabel 1.1), en per ultrastructuur (Fig. 1.5).

Rijst. 1.5. Schematische weergave van de celwand in grampositieve (a) en gramnegatieve (b) prokaryoten: 1 - cytoplasmatisch membraan; 2 - peptidoglycaan; 3 - periplasmatische ruimte; 4 - buitenmembraan; 5 - DNA

Naast peptidoglycan bevat de celwand van grampositieve bacteriën teichoïnezuren (polyfosfaatverbindingen) en in kleinere hoeveelheden - lipiden, polysachariden en eiwitten.

Tabel 1.1. Chemische samenstelling van celwanden van grampositieve en gramnegatieve prokaryoten

Gram-negatieve prokaryoten hebben een buitenmembraan, dat lipiden (22%), eiwitten, polysachariden en lipoproteïnen omvat.

De celwand van bacteriën vervult voornamelijk vormende en beschermende functies, zorgt voor stijfheid, vormt een capsule en bepaalt het vermogen van cellen om fagen te adsorberen.

Alle bacteriën zijn, afhankelijk van hun relatie tot Gram-kleuring, onderverdeeld in gram-positief en gram-negatief.

Gramkleuring techniek

1. Plaats een filterpapiertje op het uitstrijkje en giet er een carboloplossing van gentiaanviolet in gedurende 1-2 minuten.
2. Verwijder het papier, laat de kleurstof uitlekken en giet, zonder het uitstrijkje met water te wassen, de Lugol-oplossing gedurende 1 minuut erin.
3. Giet de Lugol-oplossing af en ontkleur het preparaat gedurende 30 seconden in 96% alcohol.
4. Spoel af met water.
5. Verf gedurende 1-2 minuten met een waterige oplossing van fuchsine.
6. Wassen met water en drogen.

Als gevolg van de kleuring worden grampositieve bacteriën paars gekleurd, en gramnegatieve bacteriën rood.

De reden voor de verschillende houding van bacteriën ten opzichte van Gram-kleuring wordt verklaard door het feit dat na behandeling met de oplossing van Lugol een in alcohol onoplosbaar complex van jodium met gentiaanviolet wordt gevormd. Dit complex bij grampositieve bacteriën kan vanwege de zwakke permeabiliteit van hun wanden niet diffunderen, terwijl het bij gramnegatieve bacteriën gemakkelijk wordt verwijderd door ze te wassen met ethanol en vervolgens met water.

Bacteriën die volledig geen celwand hebben, worden protoplasten genoemd; ze zijn bolvormig van vorm en hebben het vermogen om eiwitten, nucleïnezuren en enzymen te delen, te ademen en te synthetiseren. Protoplasten zijn onstabiele structuren, zeer gevoelig voor veranderingen in osmotische druk, mechanische stress en beluchting, hebben niet het vermogen om de samenstellende delen van de celwand te synthetiseren, zijn niet geïnfecteerd door bacteriële virussen (bacteriofagen) en hebben geen actieve beweeglijkheid.

Als onder invloed van lysozym en andere factoren een gedeeltelijke oplossing van de celwand optreedt, veranderen de bacteriecellen in bolvormige lichamen, sferoplasten genoemd.

Onder invloed van sommigen externe factoren bacteriën zijn in staat hun celwand te verliezen en L-vormen te vormen (genoemd naar het D. Lister Institute, waar ze voor het eerst werden geïsoleerd); een dergelijke transformatie kan spontaan zijn (bijvoorbeeld bij chlamydia) of bijvoorbeeld worden geïnduceerd onder invloed van antibiotica. Er zijn stabiele en onstabiele L-vormen. De eerste zijn niet in staat om terug te keren, terwijl de laatste terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm nadat de oorzakelijke factor is verwijderd.

Cytoplasmatisch membraan

Het cytoplasma van een bacteriële cel wordt van de celwand begrensd door een dunne, semi-permeabele structuur van 5-10 nm dik, het cytoplasmatisch membraan (CPM). De CPM bestaat uit een dubbele laag fosfolipiden doordrongen van eiwitmoleculen (Fig. 1.6).

Afb.1.6. Structuur van het plasmamembraan Twee lagen fosfolipidemoleculen, met hydrofobe polen tegenover elkaar en bedekt met twee lagen bolvormige eiwitmoleculen.

Veel enzymen en eiwitten die betrokken zijn bij de overdracht van voedingsstoffen, evenals enzymen en elektronendragers van de laatste stadia van biologische oxidatie (dehydrogenasen, cytochroomsysteem, ATPase) zijn geassocieerd met de CPM.

Enzymen die de synthese van peptidoglycaan, celwandeiwitten en hun eigen structuren katalyseren, zijn gelokaliseerd op het CMP. Het membraan is ook de plaats waar energie wordt omgezet tijdens fotosynthese.

Periplasmatische ruimte

De periplasmatische ruimte (periplasma) is de zone tussen de celwand en de CPM. De dikte van het periplasma is ongeveer 10 nm; het volume hangt af van de omgevingsomstandigheden en vooral van de osmotische eigenschappen van de oplossing.

Het periplasma kan tot 20% van al het water in de cel bevatten; sommige enzymen (fosfatasen, permeasen, nucleasen, enz.) En transporteiwitten die de overeenkomstige substraten dragen, zijn daarin gelokaliseerd.

Cytoplasma

De inhoud van de cel, omgeven door de CPM, vormt het bacteriële cytoplasma. Dat deel van het cytoplasma dat een homogene colloïdale consistentie heeft en oplosbaar RNA, enzymen, substraten en metabolische producten bevat, wordt cytosol genoemd. Het andere deel van het cytoplasma wordt vertegenwoordigd door verschillende structurele elementen: mesosomen, ribosomen, insluitsels, nucleoïde, plasmiden.

Ribosomen zijn submicroscopische ribonucleoproteïnekorrels met een diameter van 15-20 nm. Ribosomen bevatten ongeveer 80-85% van al het bacteriële RNA. Prokaryotische ribosomen hebben een sedimentatieconstante van 70 S. Ze zijn opgebouwd uit twee deeltjes: 30 S (kleine subeenheid) en 50 S (grote subeenheid) (Fig. 1.7).

Rijst. 1.7. Ribosoom (a) en zijn subdeeltjes - groot (b) en klein (c) Ribosomen dienen als de plaats van eiwitsynthese.

Cytoplasmatische insluitsels

Vaak worden verschillende insluitsels gevonden in het cytoplasma van bacteriën die tijdens het leven worden gevormd: druppeltjes neutrale lipiden, was, zwavel, glycogeenkorrels, β-hydroxyboterzuur (vooral in het geslacht Bacillus). Glycogeen en β-hydroxyboterzuur dienen als reservebron van energie voor bacteriën.

Sommige bacteriën hebben eiwitkristallen in hun cytoplasma die een giftig effect hebben op insecten.

Sommige bacteriën zijn in staat fosforzuur op te hopen in de vorm van polyfosfaatkorrels (volutinekorrels, metachromatische korrels). Ze spelen de rol van fosfaatdepots en worden gedetecteerd in de vorm van dichte formaties in de vorm van een bal of ellips, voornamelijk gelegen aan de polen van de cel. Meestal zit er bij elke pool één korrel.

Nucleoïde

Nucleoid is het nucleaire apparaat van bacteriën. Vertegenwoordigd door een DNA-molecuul dat overeenkomt met één chromosoom. Het is gesloten, bevindt zich in een nucleaire vacuole en heeft geen membraan dat het van het cytoplasma beperkt.

Een kleine hoeveelheid RNA en RNA-polymerase zijn geassocieerd met DNA. DNA is opgerold rond een centrale kern van RNA en vormt een zeer geordende compacte structuur. De chromosomen van de meeste prokaryoten hebben een molecuulgewicht in het bereik van 1-3 x 109, een sedimentatieconstante van 1300-2000 S. Een DNA-molecuul omvat 1,6 x 10 nucleotideparen. Verschillen in het genetische apparaat van prokaryotische en eukaryote cellen bepalen de naam: in de eerste is het een nucleoïde (een formatie die lijkt op een kern), in tegenstelling tot de kern in de laatste.

De nucleoïde van bacteriën bevat de fundamentele erfelijke informatie, die wordt gerealiseerd bij de synthese van specifieke eiwitmoleculen. Systemen voor replicatie, reparatie, transcriptie en translatie zijn geassocieerd met het DNA van een bacteriële cel.

De nucleoïde in een prokaryote cel kan worden gedetecteerd in gekleurde preparaten met behulp van een licht- of fasecontrastmicroscoop.

Bij veel bacteriën worden extrachromosomale genetische elementen - plasmiden - aangetroffen in het cytoplasma. Het zijn dubbelstrengs DNA, gesloten in ringen, bestaande uit 1500-40.000 nucleotideparen en met maximaal 100 genen.

Capsule

Capsule is een slijmlaag van de bacteriële celwand, bestaande uit polysachariden of polypeptiden. De meeste bacteriën kunnen een microcapsule vormen (minder dan 0,2 micron dik).

Flagella

Flagella fungeert als een bewegingsorgaan, waardoor bacteriën zich met een snelheid van 20-60 µm/sec kunnen verplaatsen. Bacteriën kunnen één of meer flagellen hebben, die zich over het gehele oppervlak van het lichaam bevinden of in bundels aan één pool of aan verschillende polen zijn verzameld. De dikte van de flagella is gemiddeld 10-30 nm en de lengte bereikt 10-20 µm.

De basis van het flagellum is een lange spiraalvormige draad (fibril), die aan het oppervlak van de celwand verandert in een verdikte gebogen structuur - een haak en is bevestigd aan de basale korrel, ingebed in de celwand en de CPM (Fig. 1.8).

Rijst. 1.8. Schematisch model van het basale uiteinde van het E. coli flagellum, gebaseerd op elektronenmicrofoto's van het geïsoleerde organel

Basale korrels hebben een diameter van ongeveer 40 nm en bestaan uit verschillende ringen (één paar bij grampositieve bacteriën, vier bij gramnegatieve prokaryoten). Verwijdering van de peptidoglycaanlaag van de celwand leidt tot verlies van het bewegingsvermogen van de bacterie, hoewel de flagellen intact blijven.

Flagella bestaat vrijwel geheel uit het eiwit flagelline, met enkele koolhydraten en RNA.

Controverse

Sommige bacteriën zijn in staat sporen te vormen aan het einde van de periode van actieve groei. Dit wordt voorafgegaan door uitputting van het milieu voedingsstoffen, verandering in de pH, accumulatie giftige producten metabolisme. In de regel vormt één bacteriecel één spoor - de lokalisatie van de sporen is anders (centraal, terminaal, subterminaal - Fig. 1.9).

Rijst. 1.9. Typische vormen van sporenvormende cellen.

Als de grootte van de sporen de dwarsgrootte van de staafvormige bacterie niet overschrijdt, wordt deze laatste een bacil genoemd. Wanneer de diameter van de sporen groter is, hebben de bacteriën een spoelvorm en worden ze clostridia genoemd.

In termen van chemische samenstelling zit het verschil tussen sporen en vegetatieve cellen alleen in de kwantitatieve inhoud chemische bestanddelen. Sporen bevatten minder water en meer lipiden.

In de sporentoestand zijn micro-organismen metabolisch inactief en kunnen ze weerstaan hoge temperatuur(140-150°C) en blootstelling aan chemische ontsmettingsmiddelen blijven lange tijd in het milieu aanwezig.

Instappen voedingsmedium, sporen ontkiemen in vegetatieve cellen. Het proces van sporenkieming omvat drie fasen: activering, beginstadium en groeifasen. Activerende middelen die de rusttoestand verstoren, zijn onder meer verhoogde temperaturen, zure reacties van de omgeving, mechanische schade, enz. De sporen beginnen water te absorberen en vernietigen, met behulp van hydrolytische enzymen, veel van hun eigen structurele componenten. Na de vernietiging van de buitenste lagen begint een periode van vorming van een vegetatieve cel met activering van de biosynthese, eindigend met celdeling.

LV Timosjenko, M.V. Chubik