Vlastnosti bunkovej štruktúry baktérií. Štruktúra baktérií. funkcie bakteriálnej bunkovej steny

Okrem 5 kráľovstiev živej prírody existujú ešte dve superkráľovstvá: prokaryoty a eukaryoty. Preto, ak zvážime systematické postavenie baktérie, potom to bude nasledovné:

Prečo sú tieto organizmy klasifikované ako samostatný taxón? Celá pointa je v tom, že pre bakteriálna bunka Vyznačuje sa prítomnosťou určitých znakov, ktoré zanechávajú odtlačok na jeho životnú aktivitu a interakciu s inými tvormi a ľuďmi.

Objav baktérií

Ribozómy sú najmenšie štruktúry v veľké množstvá rozptýlené v cytoplazme. Ich povahu predstavujú molekuly RNA. Tieto granuly sú materiálom, pomocou ktorého možno určiť stupeň príbuznosti a systematickú polohu konkrétneho typu baktérie. Ich funkciou je skladanie molekúl proteínov.

Kapsula

Bakteriálna bunka sa vyznačuje prítomnosťou ochranných slizníc, ktorých zloženie určujú polysacharidy alebo polypeptidy. Takéto štruktúry sa nazývajú kapsuly. Existujú mikro- a makrokapsuly. Táto štruktúra sa nevytvára u všetkých druhov, ale vo veľkej väčšine, to znamená, že nie je povinná.

Pred čím kapsula chráni bakteriálnu bunku? Z fagocytózy hostiteľskými protilátkami, ak je baktéria patogénna. Alebo z vysychania a vystavenia škodlivým látkam, ak hovoríme o iných typoch.

Hlien a inklúzie

Tiež voliteľné štruktúry baktérií. Hlien alebo glykokalyx, chemický základ je mukoidný polysacharid. Môže byť tvorený ako vo vnútri bunky, tak aj vonkajšími enzýmami. Vysoko rozpustný vo vode. Účel: prichytenie baktérií na podklad - priľnavosť.

Inklúzie sú mikrogranuly v cytoplazme rôznej chemickej povahy. Môžu to byť proteíny, aminokyseliny, nukleové kyseliny alebo polysacharidy.

Organoidy pohybu

Charakteristiky bakteriálnej bunky sa prejavujú aj v jej pohybe. Na tento účel sú prítomné bičíky, ktoré môžu byť in rôzne množstvá(od jednej do niekoľkých stoviek na bunku). Základom každého bičíka je bielkovinový bičík. Vďaka elastickým kontrakciám a rytmickým pohybom zo strany na stranu sa môže baktéria pohybovať v priestore. Bičík je pripojený k cytoplazmatickej membráne. Miesto sa môže líšiť aj medzi jednotlivými druhmi.

Napil sa

Ešte jemnejšie ako bičíky sú štruktúry, ktoré sa podieľajú na:

pripevnenie k substrátu;
výživa voda-soľ;
sexuálnej reprodukcie.

Pozostávajú z proteínového pilínu, ich počet môže dosiahnuť niekoľko stoviek na bunku.

Podobnosti s rastlinnými bunkami

Bakteriálne a majú jednu nepopierateľnú podobnosť - prítomnosť bunkovej steny. Avšak zatiaľ čo v rastlinách je nepopierateľne prítomný, v baktériách nie je prítomný vo všetkých druhoch, čiže ide o voliteľnú štruktúru.

Chemické zloženie bakteriálnej bunkovej steny:

peptidoglykán mureín;
polysacharidy;
lipidy;
bielkoviny.

Táto štruktúra má zvyčajne dvojitú vrstvu: vonkajšiu a vnútornú. Vykonáva rovnaké funkcie ako rastliny. Udržuje a definuje stály tvar tela a poskytuje mechanickú ochranu.

Spor o vzdelanie

Podrobne sme sa pozreli na štruktúru bakteriálnej bunky. Zostáva len spomenúť, ako baktérie môžu prežiť nepriaznivé podmienky, veľmi na dlhú dobu bez straty vitality.

Robia to tak, že vytvárajú štruktúru nazývanú spor. Nemá to nič spoločné s rozmnožovaním a iba chráni baktérie pred nepriaznivými podmienkami. Forma sporov môže byť rôzna. Keď sa obnovia normálne podmienky prostredia, spóra sa iniciuje a vyrastie do aktívnej baktérie.

Bakteriálny organizmus je reprezentovaný jednou jedinou bunkou. Formy baktérií sú rôzne. Štruktúra baktérií sa líši od štruktúry živočíšnych a rastlinných buniek.

Bunke chýba jadro, mitochondrie a plastidy. Nosič dedičnej informácie DNA sa nachádza v strede bunky v zloženej forme. Mikroorganizmy, ktoré nemajú skutočné jadro, sú klasifikované ako prokaryoty. Všetky baktérie sú prokaryoty.

Odhaduje sa, že na Zemi existuje viac ako milión druhov týchto úžasných organizmov. K dnešnému dňu bolo opísaných asi 10 000 druhov.

Bakteriálna bunka má stenu, cytoplazmatickú membránu, cytoplazmu s inklúziami a nukleotid. Z prídavných štruktúr majú niektoré bunky bičíky, pili (mechanizmus adhézie a retencie na povrchu) a puzdro. Za nepriaznivých podmienok sú niektoré bakteriálne bunky schopné vytvárať spóry. Priemerná veľkosť baktérie 0,5-5 mikrónov.

Vonkajšia štruktúra baktérií

Ryža. 1. Štruktúra bakteriálnej bunky.

Bunková stena

Bunková stena bakteriálnej bunky je jej ochranou a podporou. Dáva mikroorganizmu jeho vlastný špecifický tvar.
Bunková stena je priepustná. Živiny prechádzajú dovnútra a metabolické produkty prechádzajú cez ňu.
Niektoré druhy baktérií produkujú špeciálny hlien, ktorý pripomína kapsulu, ktorá ich chráni pred vysychaním.
Niektoré bunky majú bičíky (jeden alebo viac) alebo klky, ktoré im pomáhajú pri pohybe.
Bakteriálne bunky, ktoré sa javia ružové, keď sú farbené podľa Grama ( gramnegatívny), bunková stena je tenšia a viacvrstvová. Uvoľňujú sa enzýmy, ktoré pomáhajú rozkladať živiny.
Baktérie, ktoré sa pri farbení podľa Grama javia fialové ( gram-pozitívne), bunková stena je hrubá. Živiny, ktoré vstupujú do bunky, sú rozložené v periplazmatickom priestore (priestor medzi bunkovou stenou a cytoplazmatickou membránou) hydrolytickými enzýmami.
Na povrchu bunkovej steny je množstvo receptorov. Sú na ne naviazaní bunkoví zabijaci - fágy, kolicíny a chemické zlúčeniny.
Stenové lipoproteíny v niektorých typoch baktérií sú antigény nazývané toxíny.
Pri dlhodobej liečbe antibiotikami a z mnohých iných dôvodov niektoré bunky strácajú membrány, no zachovávajú si schopnosť reprodukcie. Nadobudnú zaoblený tvar - tvar L a môžu v ľudskom tele pretrvávať dlhú dobu (koky alebo bacily tuberkulózy). Nestabilné L-formy majú schopnosť vrátiť sa do pôvodnej formy (reverzia).

Ryža. 2. Fotografia ukazuje štruktúru bakteriálnej steny gramnegatívnych baktérií (vľavo) a grampozitívnych baktérií (vpravo).

Kapsula

Za nepriaznivých podmienok vonkajšie prostredie baktérie tvoria kapsulu. Mikrokapsula pevne priľne k stene. Dá sa to vidieť iba v elektrónovom mikroskope. Makrokapsulu často tvoria patogénne mikróby (pneumokoky). Pri Klebsiella pneumoniae sa vždy nájde makrokapsula.

Ryža. 3. Na fotke je pneumokok. Šípky označujú kapsulu (elektronogram ultratenkej časti).

Škrupina podobná kapsule

Obal podobný kapsule je útvar voľne spojený s bunkovou stenou. Vďaka bakteriálnym enzýmom je obal podobný kapsule pokrytý sacharidmi (exopolysacharidmi) z vonkajšieho prostredia, čo zaisťuje priľnavosť baktérií k rôznym povrchom, dokonca aj úplne hladkým.

Napríklad streptokoky sa pri vstupe do ľudského tela dokážu prilepiť na zuby a srdcové chlopne.

Funkcie kapsuly sú rôzne:

ochrana pred agresívnymi podmienkami prostredia,
zabezpečenie adhézie (prilepenia) k ľudským bunkám,
Kapsula, ktorá má antigénne vlastnosti, má po zavedení do živého organizmu toxický účinok.

Ryža. 4. Streptokoky sú schopné priľnúť na zubnú sklovinu a spolu s inými mikróbmi spôsobujú kaz.

Ryža. 5. Na fotografii je poškodenie mitrálnej chlopne v dôsledku reumatizmu. Príčinou sú streptokoky.

Flagella

Niektoré bakteriálne bunky majú bičíky (jeden alebo viac) alebo klky, ktoré im pomáhajú pohybovať sa. Bičíky obsahujú kontraktilný proteín bičík.
Počet bičíkov môže byť rôzny - jeden, zväzok bičíkov, bičíky na rôznych koncoch bunky alebo po celom povrchu.
Pohyb (náhodný alebo rotačný) sa vykonáva v dôsledku rotačného pohybu bičíka.
Antigénne vlastnosti bičíkov majú toxický účinok pri chorobách.
Baktérie, ktoré nemajú bičíky, keď sú pokryté hlienom, sú schopné kĺzať. Vodné baktérie obsahujú 40-60 vakuol naplnených dusíkom.

Poskytujú potápanie a výstup. V pôde sa bakteriálna bunka pohybuje cez pôdne kanály.

Ryža. 6. Schéma pripevnenia a fungovania bičíka.

Ryža. 7. Na fotografii odlišné typy bičíkové mikróby.

Ryža. 8. Na fotografii sú rôzne typy bičíkových mikróbov.

Napil sa

Pili (klky, fimbrie) pokrývajú povrch bakteriálnych buniek. Villus je špirálovito stočená tenká dutá niť proteínovej povahy.
Všeobecný typ pil poskytujú adhéziu (prilepenie) k hostiteľským bunkám. Ich počet je obrovský a pohybuje sa od niekoľkých stoviek až po niekoľko tisíc. Od momentu pripútania sa akékoľvek .
Sex pil uľahčiť prenos genetického materiálu od darcu k príjemcovi. Ich počet je od 1 do 4 na bunku.

Ryža. 9. Na fotografii je E. coli. Sú viditeľné bičíky a pili. Fotografia bola urobená pomocou tunelového mikroskopu (STM).

Ryža. 10. Na fotografii sú početné pili (fimbrie) kokov.

Ryža. 11. Na fotografii je bakteriálna bunka s fimbriami.

Cytoplazmatická membrána

Cytoplazmatická membrána sa nachádza pod bunkovou stenou a je to lipoproteín (až 30 % lipidov a až 70 % bielkovín).
Rôzne bakteriálne bunky majú rôzne zloženie membránových lipidov.
Membránové proteíny vykonávajú mnoho funkcií. Funkčné proteíny sú enzýmy, vďaka ktorým dochádza na cytoplazmatickej membráne k syntéze jeho rôznych zložiek atď.
Cytoplazmatická membrána pozostáva z 3 vrstiev. Fosfolipidová dvojvrstva je prestúpená globulínmi, ktoré zabezpečujú transport látok do bakteriálnej bunky. Ak je jej funkcia narušená, bunka odumiera.
Cytoplazmatická membrána sa zúčastňuje sporulácie.

Ryža. 12. Fotografia jasne ukazuje tenkú bunkovú stenu (CW), cytoplazmatickú membránu (CPM) a nukleotid v strede (baktéria Neisseria catarrhalis).

Vnútorná štruktúra baktérií

Ryža. 13. Fotografia ukazuje štruktúru bakteriálnej bunky. Štruktúra bakteriálnej bunky sa líši od štruktúry živočíšnych a rastlinných buniek – bunke chýba jadro, mitochondrie a plastidy.

Cytoplazma

Cytoplazmu tvorí 75 % vody, zvyšných 25 % tvoria minerálne zlúčeniny, proteíny, RNA a DNA. Cytoplazma je vždy hustá a nehybná. Obsahuje enzýmy, niektoré pigmenty, cukry, aminokyseliny, zásobu živín, ribozómy, mezozómy, granule a všelijaké iné inklúzie. V strede bunky je sústredená látka, ktorá nesie dedičnú informáciu – nukleoid.

Granule

Granule sú tvorené zlúčeninami, ktoré sú zdrojom energie a uhlíka.

mezozómy

Mezozómy sú bunkové deriváty. Mať rôzne tvary- koncentrické membrány, vezikuly, rúrky, slučky atď. Mezozómy majú spojenie s nukleoidom. Ich hlavným účelom je účasť na bunkovom delení a sporulácii.

Nukleoid

Nukleoid je analógom jadra. Nachádza sa v strede bunky. Obsahuje DNA, nosič dedičnej informácie v poskladanej forme. Odvinutá DNA dosahuje dĺžku 1 mm. Jadrová látka bakteriálnej bunky nemá membránu, jadierko ani sadu chromozómov a nedelí sa mitózou. Pred delením sa nukleotid zdvojnásobí. Počas delenia sa počet nukleotidov zvýši na 4.

Ryža. 14. Fotografia zobrazuje rez bakteriálnou bunkou. V centrálnej časti je viditeľný nukleotid.

Plazmidy

Plazmidy sú autonómne molekuly zvinuté do kruhu dvojvláknovej DNA. Ich hmotnosť je podstatne menšia ako hmotnosť nukleotidu. Napriek tomu, že dedičná informácia je zakódovaná v DNA plazmidov, nie sú pre bakteriálnu bunku životne dôležité a nevyhnutné.

Ryža. 15. Fotografia ukazuje bakteriálny plazmid. Fotografia bola urobená pomocou elektrónového mikroskopu.

Ribozómy

Ribozómy bakteriálnej bunky sa podieľajú na syntéze bielkovín z aminokyselín. Ribozómy bakteriálnych buniek nie sú spojené do endoplazmatického retikula, ako sú ribozómy buniek s jadrom. Práve ribozómy sa často stávajú „cieľom“ mnohých antibakteriálnych liekov.

Inklúzie

Inklúzie sú metabolické produkty jadrových a nejadrových buniek. Predstavujú zásobu živín: glykogén, škrob, síra, polyfosfát (valutín) atď. Inklúzie často, keď sú natreté, nadobúdajú iný vzhľad ako farba farbiva. Môžete diagnostikovať podľa meny.

Tvary baktérií

Tvar bakteriálnej bunky a jej veľkosť majú veľký význam pri ich identifikácii (rozpoznaní). Najbežnejšie tvary sú guľovité, tyčovité a stočené.

Tabuľka 1. Hlavné formy baktérií.

Globulárne baktérie

Sférické baktérie sa nazývajú koky (z gréckeho coccus - zrno). Sú usporiadané jeden po druhom, dva po dvoch (diplokoky), v balíčkoch, reťaziach a ako strapce hrozna. Toto umiestnenie závisí od spôsobu delenia buniek. Najškodlivejšie mikróby sú stafylokoky a streptokoky.

Ryža. 16. Na fotke sú mikrokoky. Baktérie sú okrúhle, hladké a majú bielu, žltú a červenú farbu. V prírode sú mikrokoky všadeprítomné. Žijú v rôznych dutinách ľudského tela.

Ryža. 17. Na fotografii sú baktérie diplokoka - Streptococcus pneumoniae.

Ryža. 18. Na fotografii sú baktérie Sarcina. Kokoidné baktérie sa zhlukujú v paketoch.

Ryža. 19. Na fotografii sú baktérie streptokoka (z gréckeho „streptos“ - reťazec).

Usporiadané v reťaziach. Sú pôvodcami mnohých chorôb.

Ryža. 20. Na fotografii sú baktérie „zlaté“ stafylokoky. Usporiadané ako „stravy hrozna“. Klastre majú zlatú farbu. Sú pôvodcami mnohých chorôb.

Baktérie v tvare tyčinky

Baktérie v tvare tyčinky, ktoré tvoria spóry, sa nazývajú bacily. Majú cylindrický tvar. Najviac významný predstaviteľ z tejto skupiny je bacil. Medzi bacily patrí mor a hemophilus influenzae. Konce tyčinkovitých baktérií môžu byť špicaté, zaoblené, odrezané, rozšírené alebo rozdelené. Tvar samotných tyčiniek môže byť pravidelný alebo nepravidelný. Môžu byť usporiadané po jednom, po dvoch alebo môžu tvoriť reťazce. Niektoré bacily sa nazývajú kokobacily, pretože majú okrúhly tvar. Ich dĺžka však presahuje ich šírku.

Diplobacily sú dvojité tyčinky. Antraxové bacily tvoria dlhé vlákna (reťaze).

Tvorba spór mení tvar bacilov. V strede bacilov sa v baktériách kyseliny maslovej tvoria spóry, ktoré im dávajú vzhľad vretena. U tetanových bacilov - na koncoch bacilov, čo im dáva vzhľad paličiek.

Ryža. 21. Na fotografii je tyčinkovitá bakteriálna bunka. Sú viditeľné viaceré bičíky. Fotografia bola urobená pomocou elektrónového mikroskopu. Negatívne.

Ryža. 24. V baciloch kyseliny maslovej sa v strede tvoria spóry, ktoré im dávajú vzhľad vretena. V tetanových paličkách - na koncoch, čo im dáva vzhľad paličiek.

Skrútené baktérie

Nie viac ako jeden závitok má bunkový ohyb. Niekoľko (dva, tri alebo viac) sú kampylobaktery. Spirochety majú zvláštny vzhľad, čo sa odráža v ich názve - „spira“ - ohyb a „nenávisť“ - hriva. Leptospira ("leptos" - úzky a "spera" - gyrus) sú dlhé vlákna s tesne rozmiestnenými kučeravkami. Baktérie pripomínajú skrútenú špirálu.

Ryža. 27. Na fotografii je špirálovitá bakteriálna bunka pôvodcom „choroby po uhryznutí potkanom“.

Ryža. 28. Na fotografii sú baktérie Leptospira pôvodcami mnohých chorôb.

Ryža. 29. Na fotografii sú baktérie Leptospira pôvodcami mnohých chorôb.

V tvare palice

Korynebaktérie, pôvodcovia záškrtu a listeriózy, majú kyjovitý tvar. Tento tvar baktérie je daný usporiadaním metachromatických zŕn na jej póloch.

Ryža. 30. Na fotografii sú korynebaktérie.

Prečítajte si viac o baktériách v článkoch:

Baktérie žijú na planéte Zem už viac ako 3,5 miliardy rokov. Počas tejto doby sa veľa naučili a mnohému sa prispôsobili. Celková hmotnosť baktérií je obrovská. Ide o približne 500 miliárd ton. Baktérie zvládli takmer všetky známe biochemické procesy. Formy baktérií sú rôzne. Štruktúra baktérií sa za milióny rokov stala pomerne zložitou, no aj dnes sa považujú za najjednoduchšie štruktúrované jednobunkové organizmy.

Z hľadiska modernej vedy majú prokaryoty primitívnu štruktúru. Ale práve táto „nenáročnosť“ im pomáha prežiť v tých najneočakávanejších podmienkach. Napríklad v zdrojoch sírovodíka alebo na jadrových testovacích miestach. Vedci vypočítali, že celková hmotnosť všetkých pozemských mikroorganizmov je 550 miliárd ton.

Baktérie majú jednobunkovú štruktúru. To však neznamená, že bakteriálne bunky ustupujú živočíšnym alebo rastlinným bunkám. Mikrobiológia už má poznatky o státisícoch druhov mikroorganizmov. Napriek tomu predstavitelia vedy každý deň objavujú ich nové typy a vlastnosti.

Niet divu, že na to, aby mikroorganizmy mohli úplne kolonizovať zemský povrch, musia mať rôzne podoby:

koky - gule;
streptokoky – reťazce;
bacily - tyčinky;
vibrios - zakrivené čiarky;
spirilla - špirály.

Veľkosť baktérií sa meria v nanometroch a mikrometroch. ich priemerná hodnota je 0,8 mikrónu. Ale medzi nimi sú obrovské prokaryoty, dosahujúce 125 mikrónov a viac. Skutočnými obrami medzi liliputánmi sú spirochéty dlhé 250 mikrónov. Teraz s nimi porovnajte veľkosť najmenšej prokaryotickej bunky: mykoplazmy dosť „rastú“ a dosahujú priemer 0,1 až 0,15 mikrónov.

Stojí za to povedať, že pre obrovské baktérie nie je také ľahké prežiť v prostredí. Je pre nich ťažké nájsť dostatok živín na úspešné vykonávanie svojej funkcie. Nie sú však ľahkou korisťou pre predátorské baktérie, ktoré sa živia svojimi jednobunkovými mikroorganizmami, „pretekajú“ a požierajú ich.

Vonkajšia štruktúra baktérií

Bunková stena

Bunková stena bakteriálnej bunky je jej ochranou a podporou. Dáva mikroorganizmu jeho vlastný špecifický tvar.
Bunková stena je priepustná. Živiny prechádzajú dovnútra a metabolické produkty prechádzajú cez ňu.
Niektoré druhy baktérií produkujú špeciálny hlien, ktorý pripomína kapsulu, ktorá ich chráni pred vysychaním.
Niektoré bunky majú bičíky (jeden alebo viac) alebo klky, ktoré im pomáhajú pri pohybe.
Bakteriálne bunky, ktoré sa javia ružové, keď sú farbené podľa Grama ( gramnegatívny), bunková stena je tenšia a viacvrstvová. Uvoľňujú sa enzýmy, ktoré pomáhajú rozkladať živiny.
Baktérie, ktoré sa pri farbení podľa Grama javia fialové ( gram-pozitívne), bunková stena je hrubá. Živiny, ktoré vstupujú do bunky, sú rozložené v periplazmatickom priestore (priestor medzi bunkovou stenou a cytoplazmatickou membránou) hydrolytickými enzýmami.
Na povrchu bunkovej steny je množstvo receptorov. Sú na ne naviazaní bunkoví zabijaci - fágy, kolicíny a chemické zlúčeniny.
Stenové lipoproteíny v niektorých typoch baktérií sú antigény nazývané toxíny.
Pri dlhodobej liečbe antibiotikami a z mnohých iných dôvodov niektoré bunky strácajú membrány, no zachovávajú si schopnosť reprodukcie. Nadobudnú zaoblený tvar - tvar L a môžu v ľudskom tele pretrvávať dlhú dobu (koky alebo bacily tuberkulózy). Nestabilné L-formy majú schopnosť vrátiť sa do pôvodnej formy (reverzia).

Kapsula

Pri nepriaznivých podmienkach prostredia baktérie tvoria kapsulu. Mikrokapsula pevne priľne k stene. Dá sa to vidieť iba v elektrónovom mikroskope. Makrokapsulu často tvoria patogénne mikróby (pneumokoky). Pri Klebsiella pneumoniae sa vždy nájde makrokapsula.

Škrupina podobná kapsule

Funkcie kapsuly sú rôzne:

ochrana pred agresívnymi podmienkami prostredia,
zabezpečenie adhézie (prilepenia) k ľudským bunkám,
Kapsula, ktorá má antigénne vlastnosti, má po zavedení do živého organizmu toxický účinok.

Flagella

Niektoré bakteriálne bunky majú bičíky (jeden alebo viac) alebo klky, ktoré im pomáhajú pohybovať sa. Bičíky obsahujú kontraktilný proteín bičík.
Počet bičíkov môže byť rôzny - jeden, zväzok bičíkov, bičíky na rôznych koncoch bunky alebo po celom povrchu.
Pohyb (náhodný alebo rotačný) sa vykonáva v dôsledku rotačného pohybu bičíka.
Antigénne vlastnosti bičíkov majú toxický účinok pri chorobách.
Baktérie, ktoré nemajú bičíky, keď sú pokryté hlienom, sú schopné kĺzať. Vodné baktérie obsahujú 40–60 vakuol naplnených dusíkom.

Poskytujú potápanie a výstup. V pôde sa bakteriálna bunka pohybuje cez pôdne kanály.

Napil sa

Pili (klky, fimbrie) pokrývajú povrch bakteriálnych buniek. Villus je špirálovito stočená tenká dutá niť proteínovej povahy.
Všeobecný typ pil poskytujú adhéziu (prilepenie) k hostiteľským bunkám. Ich počet je obrovský a pohybuje sa od niekoľkých stoviek až po niekoľko tisíc. Od okamihu pripojenia začína akýkoľvek infekčný proces.
Sex pil uľahčiť prenos genetického materiálu od darcu k príjemcovi. Ich počet je od 1 do 4 na bunku.

Cytoplazmatická membrána

Cytoplazmatická membrána sa nachádza pod bunkovou stenou a je to lipoproteín (až 30 % lipidov a až 70 % bielkovín).
Rôzne bakteriálne bunky majú rôzne zloženie membránových lipidov.
Membránové proteíny vykonávajú mnoho funkcií. Funkčné proteíny sú enzýmy, vďaka ktorým dochádza na cytoplazmatickej membráne k syntéze jeho rôznych zložiek atď.
Cytoplazmatická membrána pozostáva z 3 vrstiev. Fosfolipidová dvojvrstva je prestúpená globulínmi, ktoré zabezpečujú transport látok do bakteriálnej bunky. Ak je jej funkcia narušená, bunka odumiera.
Cytoplazmatická membrána sa zúčastňuje sporulácie.

Vnútorná štruktúra baktérií

Cytoplazma

Celý obsah bunky, s výnimkou jadra a bunkovej steny, sa nazýva cytoplazma. Kvapalná, bezštruktúrna fáza cytoplazmy (matrix) obsahuje ribozómy, membránové systémy, mitochondrie, plastidy a iné štruktúry, ako aj rezervné živiny. Cytoplazma má mimoriadne zložitú, jemnú štruktúru (vrstevnatú, zrnitú). Pomocou elektrónového mikroskopu bolo odhalených veľa zaujímavých detailov bunkovej štruktúry.

Vonkajšia lipoprotoidná vrstva bakteriálneho protoplastu, ktorá má špeciálne fyzikálne a chemické vlastnosti, sa nazýva cytoplazmatická membrána. Vo vnútri cytoplazmy sú všetky životne dôležité dôležité štruktúry a organely. Cytoplazmatická membrána funguje veľmi dôležitá úloha– reguluje tok látok do bunky a uvoľňovanie metabolických produktov von. Cez membránu môžu živiny vstúpiť do bunky v dôsledku aktívneho biochemického procesu zahŕňajúceho enzýmy.

Okrem toho v membráne dochádza k syntéze niektorých bunkových zložiek, najmä zložiek bunkovej steny a puzdra. Napokon cytoplazmatická membrána obsahuje najdôležitejšie enzýmy (biologické katalyzátory). Usporiadané usporiadanie enzýmov na membránach umožňuje regulovať ich aktivitu a zabrániť deštrukcii niektorých enzýmov inými. S membránou sú spojené ribozómy – štruktúrne častice, na ktorých sa syntetizuje proteín. Membrána pozostáva z lipoproteínov. Je dostatočne pevná a dokáže zabezpečiť dočasnú existenciu bunky bez obalu. Cytoplazmatická membrána tvorí až 20 % suchej hmoty bunky.

Na elektronických fotografiách tenkých rezov baktérií sa cytoplazmatická membrána javí ako súvislé vlákno s hrúbkou asi 75 A, pozostávajúce zo svetlej vrstvy (lipidov) vloženej medzi dve tmavšie (proteíny). Každá vrstva je široká 20-30A. Takáto membrána sa nazýva elementárna.

Granule

Cytoplazma bakteriálnych buniek často obsahuje granule rôznych tvarov a veľkosti. Ich prítomnosť však nemožno považovať za nejaký trvalý znak mikroorganizmu, zvyčajne do značnej miery súvisí s fyzikálnymi a chemickými podmienkami prostredia.

Mnohé cytoplazmatické inklúzie sú zložené zo zlúčenín, ktoré slúžia ako zdroj energie a uhlíka. Tieto rezervné látky sa tvoria pri dostatočnom zásobení organizmu živinami a naopak sa využívajú vtedy, keď sa organizmus nachádza vo výživovo menej priaznivých podmienkach.

V mnohých baktériách sa granuly skladajú zo škrobu alebo iných polysacharidov - glykogénu a granulózy. Niektoré baktérie, keď rastú v médiu bohatom na cukor, majú vo vnútri bunky kvapôčky tuku. Ďalším rozšíreným typom zrnitých inklúzií je volutín (granule metachromatínu). Tieto granule pozostávajú z polymetafosfátu ( rezervná látka vrátane zvyškov kyseliny fosforečnej). Polymetafosfát slúži ako zdroj fosfátových skupín a energie pre telo. Baktérie majú väčšiu pravdepodobnosť akumulácie volutínu za neobvyklých nutričných podmienok, ako sú médiá bez obsahu síry. V cytoplazme niektorých sírnych baktérií sú kvapky síry.

mezozómy

Medzi plazmatickou membránou a bunkovou stenou existuje spojenie vo forme desmóz – mostíkov. Z cytoplazmatickej membrány často vznikajú invaginácie – výbežky do bunky. Tieto invaginácie tvoria špeciálne membránové štruktúry v cytoplazme nazývané mezozómy.

Niektoré typy mezozómov sú telá oddelené od cytoplazmy vlastnou membránou. Vo vnútri týchto membránových vakov sú zabalené početné vezikuly a tubuly. Tieto štruktúry vykonávajú v baktériách rôzne funkcie. Niektoré z týchto štruktúr sú analógmi mitochondrií.

Iné vykonávajú funkcie endoplazmatického retikula alebo Golgiho aparátu. Invagináciou cyto plazmatická membrána Vytvára sa aj fotosyntetický aparát baktérií. Po invaginácii cytoplazmy membrána pokračuje v raste a vytvára stohy, ktoré sa analogicky s granulami rastlinných chloroplastov nazývajú tylakoidné stohy. V týchto membránach, ktoré často vypĺňajú väčšinu cytoplazmy bakteriálnej bunky, sú lokalizované pigmenty (bakteriochlorofyl, karotenoidy) a enzýmy (cytochrómy), ktoré vykonávajú proces fotosyntézy.

Nukleoid

Baktérie nemajú jadro ako vyšších organizmov(eukaryoty) a existuje jeho analóg – „jadrový ekvivalent“ – nukleoid, ktorý je evolučne primitívnejšou formou organizácie jadrovej hmoty. Pozostáva z jedného dvojvláknového reťazca DNA uzavretého v kruhu s dĺžkou 1,1–1,6 nm, ktorý sa považuje za jediný bakteriálny chromozóm alebo genofor. Nukleoid v prokaryotoch nie je od zvyšku bunky ohraničený membránou – chýba mu jadrový obal.

Nukleoidné štruktúry zahŕňajú RNA polymerázu, zásadité proteíny a chýbajúce históny; chromozóm je ukotvený na cytoplazmatickej membráne a v grampozitívnych baktériách - na mezozómoch. Bakteriálny chromozóm sa replikuje polykonzervatívnym spôsobom: dvojzávitnica rodičovskej DNA sa rozvinie a na templáte každého polynukleotidového reťazca sa zostaví nový komplementárny reťazec. Nukleoid nemá mitotický aparát a oddelenie dcérskych jadier je zabezpečené rastom cytoplazmatickej membrány.

Bakteriálne jadro je diferencovaná štruktúra. V závislosti od štádia vývoja bunky môže byť nukleoid diskrétny (nespojitý) a pozostávať z jednotlivých fragmentov. Je to spôsobené tým, že k rozdeleniu bakteriálnej bunky v čase dochádza po dokončení replikačného cyklu molekuly DNA a vytvorení dcérskych chromozómov.

Hlavný objem je sústredený v nukleoide genetická informácia bakteriálna bunka. Okrem nukleoidu sa v bunkách mnohých baktérií nachádzajú extrachromozomálne genetické elementy – plazmidy, čo sú malé kruhové molekuly DNA schopné autonómnej replikácie.

Plazmidy

Ribozómy

Cytoplazma baktérií obsahuje ribozómy – častice syntetizujúce proteíny s priemerom 200A. V klietke je ich viac ako tisíc. Ribozómy pozostávajú z RNA a proteínu. V baktériách je veľa ribozómov voľne umiestnených v cytoplazme, niektoré z nich môžu byť spojené s membránami.

Ribozómy sú centrá syntézy bielkovín v bunke. Zároveň sa často navzájom spájajú a vytvárajú agregáty nazývané polyribozómy alebo polyzómy.

Inklúzie

Čo chýba v bakteriálnych bunkách?

Keďže baktéria je prokaryotický mikroorganizmus, bakteriálnym bunkám vždy chýba veľa organel, ktoré sú vlastné eukaryotickým organizmom:

Golgiho aparát, ktorý pomáha bunke hromadením nepotrebných látok a ich následným odstránením z bunky;
plastidy, obsiahnuté iba v rastlinných bunkách, určujú ich farbu a zohrávajú významnú úlohu aj pri fotosyntéze;
lyzozómy, ktoré majú špeciálne enzýmy a pomáhajú rozkladať proteíny;
mitochondrie poskytujú bunkám potrebnú energiu a podieľajú sa aj na reprodukcii;
endoplazmatické retikulum, ktoré zabezpečuje transport určitých látok do cytoplazmy;
bunkové centrum.

Je tiež potrebné pripomenúť, že baktérie nemajú bunkovú stenu, a preto nemôžu nastať procesy ako pinocytóza a fagocytóza.

Vlastnosti bakteriálnych procesov

Keďže ide o špeciálne mikroorganizmy, baktérie sú prispôsobené na to, aby existovali v podmienkach, kde môže chýbať kyslík. Ale k ich samotnému dýchaniu dochádza v dôsledku mezozómov. Je tiež veľmi zaujímavé, že zelené organizmy sú schopné fotosyntézy rovnako ako rastliny. Je však dôležité vziať do úvahy, že v rastlinách sa proces fotosyntézy vyskytuje v chloroplastoch, zatiaľ čo v baktériách sa vyskytuje na membránach.

Reprodukcia v bakteriálnej bunke prebieha najprimitívnejším spôsobom. Zrelá bunka sa rozdelí na dve časti, po určitom čase dosiahnu zrelosť a tento proces sa opakuje. Za priaznivých podmienok môže nastať výmena 70-80 generácií denne. Je dôležité mať na pamäti, že baktérie kvôli svojej štruktúre nemajú prístup k reprodukčným metódam, ako je mitóza a meióza. Sú jedinečné pre eukaryotické bunky.

Je známe, že tvorba spór je jedným z viacerých spôsobov rozmnožovania húb a rastlín. Ale baktérie sú schopné vytvárať aj spóry, čo je charakteristické pre máloktorý ich druh. Túto schopnosť majú preto, aby prežili obzvlášť nepriaznivé podmienky, ktoré môžu byť životu nebezpečné.

Sú známe druhy, ktoré dokážu prežiť aj vo vesmírnych podmienkach. Toto nemôže zopakovať žiadny živý organizmus. Baktérie sa stali predchodcami života na Zemi vďaka jednoduchosti ich štruktúry. Ale to, že existujú dodnes, ukazuje, aké dôležité sú pre svet okolo nás. Ľudia sa s ich pomocou môžu čo najviac priblížiť k odpovedi na otázku pôvodu života na Zemi, neustále študovať baktérie a učiť sa niečo nové.

Najzaujímavejšie a najfascinujúcejšie fakty o baktériách

Baktérie Staphylococcus túžia po ľudskej krvi

Staphylococcus aureus(Staphylococcus aureus) je bežný typ baktérie, ktorá postihuje asi 30 percent všetkých ľudí. U niektorých ľudí je súčasťou mikrobiómu (mikroflóry) a nachádza sa vo vnútri tela aj na koži alebo v ústach. Zatiaľ čo existujú neškodné kmene stafylokokov, iné, ako napríklad meticilín-rezistentný Staphylococcus aureus, spôsobujú vážne zdravotné problémy vrátane kožných infekcií, kardiovaskulárnych ochorení, meningitídy a tráviacich chorôb.

Vedci z Vanderbilt University zistili, že stafylokokové baktérie uprednostňujú ľudskú krv pred krvou zvierat. Tieto baktérie čiastočne obsahujú železo, ktoré je obsiahnuté v hemoglobíne v červených krvinkách. Staphylococcus aureus roztrháva krvinky, aby sa dostal k železu v nich. Predpokladá sa, že genetické variácie hemoglobínu môžu spôsobiť, že niektorí ľudia budú pre stafylokoky viac žiadúci ako iní.

Baktérie spôsobujú dážď

Vedci zistili, že baktérie v atmosfére môžu hrať úlohu pri tvorbe dažďa a iných foriem zrážok. Tento proces začína, keď sú baktérie z rastlín prenášané vetrom do atmosféry. Vo výške sa okolo nich vytvorí ľad a začnú rásť. Keď zmrazené baktérie dosiahnu určitý prah rastu, ľad sa začne topiť a vracia sa na zem ako dážď. Baktérie druhu Psuedomonas syringae sa dokonca našli aj v strede veľkých krúp. Vo svojich bunkových membránach produkujú špeciálny proteín, ktorý im umožňuje jedinečným spôsobom viazať vodu, čím podporuje tvorbu ľadu.

Boj proti baktériám spôsobujúcim akné

Vedci zistili, že určité kmene baktérií spôsobujúcich akné môžu skutočne pomôcť predchádzať akné. Baktéria, ktorá spôsobuje akné, Propionibacterium acnes, žije v póroch našej pokožky. Keď tieto baktérie vyvolajú imunitnú odpoveď, oblasť na koži napuchne a vytvoria sa pupienky.

Zistilo sa však, že niektoré kmene baktérií spôsobujú akné menej. Tieto kmene môžu byť dôvodom, prečo sa u ľudí so zdravou pokožkou zriedkavo objaví akné. Štúdiom génov kmeňov Propionibacterium acnes získaných od ľudí s akné a zdravou pokožkou vedci identifikovali kmeň, ktorý bol bežný v čistú pokožku a zriedka sa vyskytoval na pleti so sklonom k akné. Budúci výskum bude zahŕňať úsilie o vývoj lieku, ktorý zabíja iba kmene baktérie Propionibacterium acnes spôsobujúce akné.

Baktérie na ďasnách môžu viesť k ochoreniu srdca

Kto by si myslel, že pravidelné čistenie zubov môže pomôcť predchádzať srdcovým chorobám? Predchádzajúce štúdie našli súvislosť medzi ochorením ďasien a kardiovaskulárnym ochorením. Teraz vedci našli špecifickú súvislosť medzi týmito chorobami.

Predpokladá sa, že baktérie aj ľudia produkujú určité typy proteínov nazývaných stresové proteíny. Tieto proteíny sa tvoria, keď bunky zažívajú rôzne typy stresových podmienok. Keď má človek infekciu ďasien, bunky imunitného systému začnú napádať baktérie. Baktérie pri napadnutí produkujú stresové proteíny a biele krvinky tiež napádajú stresové proteíny.

Problémom je, že biele krvinky nedokážu rozlíšiť medzi stresovými proteínmi produkovanými baktériami a tými, ktoré produkuje telo. V dôsledku toho bunky imunitného systému tiež napádajú stresové proteíny produkované telom, čo spôsobuje hromadenie bielych krviniek v tepnách a vedie k ateroskleróze. Kalcifikované srdce je hlavnou príčinou kardiovaskulárnych ochorení.

Pôdne baktérie zlepšujú učenie

Vedeli ste, že čas strávený záhradkárčením alebo záhradkárčením vám môže pomôcť lepšie sa učiť? Podľa výskumníkov môže pôdna baktéria Mycobacterium vaccae zlepšiť učenie u cicavcov.

Tieto baktérie sa pravdepodobne dostávajú do nášho tela požitím alebo dýchaním. Vedci naznačujú, že baktéria Mycobacterium vaccae zlepšuje učenie stimuláciou rastu neurónov v mozgu, čo vedie k zvýšeniu hladín serotonínu a zníženiu úzkosti.

Štúdia sa uskutočnila na myšiach, ktoré boli kŕmené živými baktériami Mycobacterium vaccae. Výsledky ukázali, že myši, ktoré jedli baktérie, sa pohybovali bludiskom oveľa rýchlejšie a s menšou úzkosťou ako myši, ktoré baktérie nejedli. Vedci naznačujú, že Mycobacterium vaccae zohráva úlohu pri zlepšovaní riešenia problémov a znižovaní úrovne stresu.

Bakteriálne energetické stroje

Vedci z Argonne National Laboratory zistili, že baktéria Bacillus subtilis má schopnosť otáčať veľmi malými prevodmi. Tieto baktérie sú aeróbne, čo znamená, že na rast a vývoj potrebujú kyslík. Po umiestnení do roztoku obsahujúceho mikrobubliny sa baktérie vznášajú na zuboch ozubeného kolesa a spôsobujú jeho otáčanie v určitom smere.

Na spustenie otáčania ozubeného kolesa je potrebných niekoľko stoviek baktérií pracujúcich v súzvuku. Zistilo sa tiež, že baktérie dokážu otáčať niekoľkými vzájomne prepojenými ozubenými kolesami. Výskumníci boli schopní kontrolovať rýchlosť, ktorou baktérie otáčali ozubené kolesá, úpravou množstva kyslíka v roztoku. Pokles kyslíka spôsobil spomalenie baktérií. Odstránenie kyslíka spôsobí, že sa úplne prestanú pohybovať.

Bakteriálna bunka, napriek svojej zjavnej jednoduchosti štruktúry, je veľmi zložitý organizmus, ktorý sa vyznačuje procesmi charakteristickými pre všetky živé bytosti. Bakteriálna bunka je pokrytá hustou membránou, ktorá pozostáva z bunkovej steny, cytoplazmatickej membrány a u niektorých druhov kapsuly.

Bunková stena– jedným z hlavných prvkov štruktúry bakteriálnej bunky je povrchová vrstva umiestnená mimo cytoplazmatickej membrány. Stena plní ochranné a podporné funkcie a tiež dáva bunke trvalý, charakteristický tvar (napríklad tvar tyče alebo kokusu), pretože má určitú tuhosť (tuhosť) a predstavuje vonkajšiu kostru bunky. Vo vnútri bakteriálnej bunky je osmotický tlak niekoľkonásobne, niekedy aj desaťnásobne vyšší ako vo vonkajšom prostredí. Preto by bunka rýchlo praskla, ak by nebola chránená takou hustou, tuhou štruktúrou, akou je bunková stena. Hlavnou štrukturálnou zložkou stien, základom ich tuhej štruktúry u takmer všetkých doteraz študovaných baktérií, je mureín. Povrch bunkovej steny niektorých tyčinkovitých baktérií je pokrytý výbežkami, ostňami alebo hrbolčekmi. Pomocou metódy farbenia, ktorú prvýkrát navrhol v roku 1884 Christian Gram, možno baktérie rozdeliť do dvoch skupín: gram-pozitívne a gram-negatívne. Bunková stena je zodpovedná za Gramovo farbenie baktérií. Schopnosť alebo neschopnosť farbiť podľa Grama je spojená s rozdielmi v chemickom zložení bakteriálnych bunkových stien. Bunková stena je priepustná: cez ňu živiny voľne prechádzajú do bunky a metabolické produkty odchádzajú do prostredia. Veľké molekuly s vysokou molekulovou hmotnosťou neprechádzajú cez obal.

Vonkajšia vrstva cytoplazmy tesne prilieha k bunkovej stene bakteriálnej bunky - cytoplazmatická membrána zvyčajne pozostáva z dvojvrstvy lipidov, z ktorých každý povrch je pokrytý monomolekulárnou vrstvou proteínu. Membrána tvorí asi 8-15% lipidov bunky. Celková hrúbka membrány je približne 9 nm. Cytoplazmatická membrána zohráva úlohu osmotickej bariéry, ktorá riadi transport látok do a von z bakteriálnej bunky.

Bunková stena mnohých baktérií je na vrchu obklopená vrstvou slizničného materiálu - kapsule. Hrúbka kapsuly môže byť mnohonásobne väčšia ako priemer samotnej bunky a niekedy je taká tenká, že ju možno vidieť len cez elektrónový mikroskop – mikrokapsulu. Kapsula nie je podstatnou súčasťou bunky, vzniká v závislosti od podmienok, v ktorých sa baktérie nachádzajú. Slúži ako ochranný obal bunky a podieľa sa na metabolizme vody, chráni bunku pred vysychaním.

Pod cytoplazmatickou membránou u baktérií sa nachádza a itoplazma, predstavujúce celý obsah bunky s výnimkou jadra a bunkovej steny. Cytoplazma baktérií je rozptýlená zmes koloidov pozostávajúca z vody, bielkovín, sacharidov, lipidov, minerálnych zlúčenín a iných látok. Kvapalná bezštruktúrna fáza cytoplazmy (matrice) obsahuje ribozómy, membránové systémy, plastidy a iné štruktúry, ako aj rezervné živiny.

Baktérie nemajú také jadro ako vyššie organizmy, ale majú svoj analógový „jadrový ekvivalent“ - nukleoid,čo je evolučne primitívnejšia forma organizácie jadrovej hmoty. Nukleoid bakteriálnej bunky sa nachádza v jej centrálnej časti.

Pokojová bakteriálna bunka zvyčajne obsahuje jeden nukleoid; bunky vo fáze pred delením majú dva nukleoidy; vo fáze logaritmického rastu - reprodukcie - až štyri a viac nukleoidov. Okrem nukleoidu môže cytoplazma bakteriálnej bunky obsahovať stokrát kratšie vlákna DNA – takzvané extrachromozomálne faktory dedičnosti, tzv. plazmid. Ako sa ukázalo, plazmidy nie sú nevyhnutne prítomné v baktériách, ale dávajú telu ďalšie vlastnosti, ktoré sú preň prospešné, najmä tie, ktoré súvisia s reprodukciou, liekovou rezistenciou, patogenitou atď.

Niektoré baktérie majú na povrchu štruktúry príveskov; najrozšírenejšie z nich sú bičíky – pohybové orgány baktérií. Baktérie môžu mať jeden, dva alebo viac bičíkov. Ich umiestnenie je rôzne: na jednom konci bunky, na dvoch, po celom povrchu atď.

Baktéria s jedným bičíkom je tzv monotrichóm; baktéria so zväzkom bičíkov na jednom konci bunky - lofotrichóm; na oboch koncoch - amfitrichný; baktéria s bičíkmi umiestnenými na celom povrchu bunky sa nazýva tzv peritrichome. Počet bičíkov sa líši v rôznych typoch baktérií a môže dosiahnuť až 100. Hrúbka bičíkov sa pohybuje od 10 do 20 nm, dĺžka - od 3 do 15 µm, a pre tú istú bakteriálnu bunku sa dĺžka môže meniť v závislosti od stav kultúry a environmentálne faktory.

Baktérie sú prokaryoty (obr. 1.2) a výrazne sa líšia od rastlinných a živočíšnych buniek (eukaryoty). Patria medzi jednobunkové organizmy a pozostávajú z bunkovej steny, cytoplazmatickej membrány, cytoplazmy, nukleoidu ( požadované komponenty bakteriálna bunka). Niektoré baktérie môžu mať bičíky, kapsuly a spóry (voliteľné zložky bakteriálnej bunky).

Ryža. 1.2. Kombinované schematické znázornenie prokaryotickej (bakteriálnej) bunky s bičíkmi.
1 - granule kyseliny polyhydroxymaslovej; 2 - tukové kvapôčky; 3 - inklúzie síry; 4 - tubulárne tylakoidy; 5 - lamelárne tylakoidy; 6 - bubliny; 7 - chromatofóry; 8 - jadro (nukleoid); 9 - ribozómy; 10 - cytoplazma; 11 - bazálne telo; 12 - bičíky; 13 - kapsula; 14 - bunková stena; 15 - cytoplazmatická membrána; 16 - mezozóm; 17 - plynové vakuoly; 18 - lamelové štruktúry; 19 - polysacharidové granuly; 20 - polyfosfátové granule

Bunková stena

Bunková stena je vonkajšia štruktúra baktérií, hrubá 30-35 nm, ktorej hlavnou zložkou je peptidoglykán (mureín). Peptidoglykán je štrukturálny polymér pozostávajúci zo striedajúcich sa podjednotiek N-acetylglukózamínu a kyseliny N-acetylmuramovej spojených glykozidickými väzbami (obr.
1.3).

Ryža. 1.3. Schematické znázornenie jednovrstvovej štruktúry peptidoglykánu

Paralelné polysacharidové (glykánové) reťazce sú navzájom spojené krížovými peptidovými mostíkmi (obr. 1.4).

Ryža. 1.4. Detailná štruktúra peptidoglykánovej štruktúry Svetlé a čierne krátke šípky označujú väzby štiepené lyzozýmom (muramidázou) a špecifickou muroendopeptidázou, v tomto poradí

Polysacharidová štruktúra je ľahko zničená lyzozýmom, antibiotikom živočíšneho pôvodu. Peptidové väzby sú cieľom pre penicilín, ktorý inhibuje ich syntézu a zabraňuje tvorbe bunkovej steny. Kvantitatívny obsah peptidoglykánu ovplyvňuje schopnosť baktérií farbiť sa podľa Grama. Baktérie s výraznou hrúbkou mureínovej vrstvy (90-95 %) sú trvalo sfarbené na modro s genciánovou violeťou. Fialová a nazývajú sa grampozitívne baktérie.

Gramnegatívne baktérie s tenkou vrstvou peptidoglykánu (5-10%) v bunkovej stene strácajú po pôsobení alkoholu genciánovú violeť a sú navyše zafarbené fuchsínom. ružová farba. Bunkové steny grampozitívnych a gramnegatívnych prokaryotov sa u oboch výrazne líšia chemické zloženie(tabuľka 1.1), a ultraštruktúrou (obr. 1.5).

Ryža. 1.5. Schematické znázornenie bunkovej steny u grampozitívnych (a) a gramnegatívnych (b) prokaryot: 1 - cytoplazmatická membrána; 2 - peptidoglykán; 3 - periplazmatický priestor; 4 - vonkajšia membrána; 5 - DNA

Okrem peptidoglykánu obsahuje bunková stena grampozitívnych baktérií kyseliny teichoové (polyfosfátové zlúčeniny) a v menšom množstve - lipidy, polysacharidy a proteíny.

Tabuľka 1.1. Chemické zloženie bunkových stien grampozitívnych a gramnegatívnych prokaryotov

Gramnegatívne prokaryoty majú vonkajšiu membránu, ktorá obsahuje lipidy (22 %), proteíny, polysacharidy a lipoproteíny.

Bunková stena baktérií primárne vykonáva formatívne a ochranné funkcie, poskytuje tuhosť, tvorí kapsulu a určuje schopnosť buniek adsorbovať fágy.

Všetky baktérie, v závislosti od ich vzťahu k farbeniu podľa Grama, sa delia na grampozitívne a gramnegatívne.

Technika farbenia podľa Grama

1. Na náter položte filtračný papier a na 1-2 minúty zalejte karbolickým roztokom genciánovej violeti.
2. Odstráňte papier, vypustite farbivo a bez umývania náteru vodou nalejte Lugolov roztok na 1 minútu.
3. Lugolov roztok sceďte a prípravok odfarbujte v 96% alkohole po dobu 30 sekúnd.
4. Opláchnite vodou.
5. Natierajte 1-2 minúty vodným roztokom fuchsínu.
6. Umyte vodou a vysušte.

V dôsledku farbenia sú grampozitívne baktérie sfarbené na fialovo, gramnegatívne baktérie na červeno.

Dôvod rozdielneho postoja baktérií k farbeniu podľa Grama sa vysvetľuje tým, že po ošetrení Lugolovým roztokom vzniká v alkohole nerozpustný komplex jódu s genciánovou violeťou. Tento komplex v grampozitívnych baktériách v dôsledku slabej priepustnosti ich stien nemôže difundovať, zatiaľ čo v gramnegatívnych baktériách sa ľahko odstráni premytím etanolom a potom vodou.

Baktérie, ktoré sú úplne bez bunkovej steny, sa nazývajú protoplasty, majú guľovitý tvar a majú schopnosť deliť sa, dýchať a syntetizovať proteíny, nukleové kyseliny a enzýmy. Protoplasty sú nestabilné štruktúry, veľmi citlivé na zmeny osmotického tlaku, mechanické namáhanie a prevzdušňovanie, nemajú schopnosť syntetizovať jednotlivé časti bunkovej steny, nie sú infikované bakteriálnymi vírusmi (bakteriofágmi) a nemajú aktívnu pohyblivosť.

Ak pod vplyvom lyzozýmu a iných faktorov dôjde k čiastočnému rozpusteniu bunkovej steny, potom sa bakteriálne bunky premenia na guľovité telá, nazývané sféroplasty.

Pod vplyvom niektorých vonkajšie faktory baktérie sú schopné stratiť svoju bunkovú stenu a vytvárať L-formy (pomenované podľa Inštitútu D. Listera, kde boli prvýkrát izolované); takáto premena môže byť spontánna (napríklad pri chlamýdiách) alebo vyvolaná napríklad vplyvom antibiotík. Existujú stabilné a nestabilné L-formy. Prvé nie sú schopné reverzie, zatiaľ čo druhé sa vrátia do svojich pôvodných foriem po odstránení príčinného faktora.

Cytoplazmatická membrána

Cytoplazma bakteriálnej bunky je ohraničená od bunkovej steny tenkou, polopriepustnou štruktúrou s hrúbkou 5-10 nm, ktorá sa nazýva cytoplazmatická membrána (CPM). CPM pozostáva z dvojitej vrstvy fosfolipidov permeovaných molekulami proteínov (obr. 1.6).

Obr.1.6. Štruktúra plazmatickej membrány Dve vrstvy fosfolipidových molekúl s hydrofóbnymi pólmi proti sebe a pokrytými dvoma vrstvami globulárnych proteínových molekúl.

S CPM sú spojené mnohé enzýmy a proteíny zapojené do prenosu živín, ako aj enzýmy a elektrónové nosiče konečných štádií biologickej oxidácie (dehydrogenázy, cytochrómový systém, ATPáza).

Na CMP sú lokalizované enzýmy, ktoré katalyzujú syntézu peptidoglykánu, proteínov bunkovej steny a ich vlastných štruktúr. Membrána je tiež miestom premeny energie počas fotosyntézy.

Periplazmatický priestor

Periplazmatický priestor (periplazma) je zóna medzi bunkovou stenou a CPM. Hrúbka periplazmy je asi 10 nm, objem závisí od podmienok prostredia a predovšetkým od osmotických vlastností roztoku.

Periplazma môže obsahovať až 20 % všetkej vody v bunke, sú v nej lokalizované niektoré enzýmy (fosfatázy, permeázy, nukleázy atď.) a transportné proteíny, ktoré nesú príslušné substráty.

Cytoplazma

Obsah bunky obklopený CPM tvorí bakteriálnu cytoplazmu. Ako cytosol sa označuje tá časť cytoplazmy, ktorá má homogénnu koloidnú konzistenciu a obsahuje rozpustnú RNA, enzýmy, substráty a metabolické produkty. Ďalšiu časť cytoplazmy predstavujú rôzne štruktúrne prvky: mezozómy, ribozómy, inklúzie, nukleoidy, plazmidy.

Ribozómy sú submikroskopické ribonukleoproteínové granuly s priemerom 15-20 nm. Ribozómy obsahujú približne 80-85% všetkej bakteriálnej RNA. Prokaryotické ribozómy majú sedimentačnú konštantu 70 S. Sú postavené z dvoch častíc: 30 S (malá podjednotka) a 50 S (veľká podjednotka) (obr. 1.7).

Ryža. 1.7. Ribozóm (a) a jeho podčastice - veľké (b) a malé (c) Ribozómy slúžia ako miesto syntézy bielkovín.

Cytoplazmatické inklúzie

Často sa v cytoplazme baktérií, ktoré sa tvoria počas života, nachádzajú rôzne inklúzie: kvapôčky neutrálnych lipidov, vosk, síra, glykogénové granuly, kyselina β-hydroxymaslová (najmä v rode Bacillus). Glykogén a kyselina β-hydroxymaslová slúžia ako rezervný zdroj energie pre baktérie.

Niektoré baktérie majú vo svojej cytoplazme proteínové kryštály, ktoré majú toxický účinok na hmyz.

Niektoré baktérie sú schopné akumulovať kyselinu fosforečnú vo forme polyfosfátových granúl (volutínové zrná, metachromatické zrná). Hrajú úlohu depotov fosfátov a sú detekované vo forme hustých útvarov v tvare gule alebo elipsy, ktoré sa nachádzajú hlavne na póloch bunky. Zvyčajne je na každom póle jedna granula.

Nukleoid

Nukleoid je jadrový aparát baktérií. Predstavuje molekulu DNA zodpovedajúcu jednému chromozómu. Je uzavretý, nachádza sa v jadrovej vakuole a nemá membránu, ktorá by ho obmedzovala od cytoplazmy.

Malé množstvo RNA a RNA polymerázy je spojené s DNA. DNA je stočená okolo centrálneho jadra vyrobeného z RNA a tvorí vysoko usporiadanú kompaktnú štruktúru. Chromozómy väčšiny prokaryotov majú molekulovú hmotnosť v rozsahu 1-3 x 109, sedimentačnú konštantu 1300-2000 S. Molekula DNA obsahuje 1,6 x 10 nukleotidových párov. Rozdiely v genetickom aparáte prokaryotických a eukaryotických buniek určujú jeho názov: v prvom prípade ide o nukleoid (útvar podobný jadru), na rozdiel od jadra v druhom prípade.

Nukleoid baktérií obsahuje základnú dedičnú informáciu, ktorá sa realizuje pri syntéze špecifických proteínových molekúl. Systémy replikácie, opravy, transkripcie a translácie sú spojené s DNA bakteriálnej bunky.

Nukleoid v prokaryotickej bunke sa môže detegovať vo farbených prípravkoch pomocou mikroskopu so svetelným alebo fázovým kontrastom.

U mnohých baktérií sa v cytoplazme nachádzajú extrachromozomálne genetické prvky – plazmidy. Sú to dvojvláknové DNA uzavreté v kruhoch, ktoré pozostávajú z 1500-40000 nukleotidových párov a obsahujú až 100 génov.

Kapsula

Kapsula je mukózna vrstva bakteriálnej bunkovej steny pozostávajúca z polysacharidov alebo polypeptidov. Väčšina baktérií môže vytvoriť mikrokapsulu (s hrúbkou menšou ako 0,2 mikrónu).

Flagella

Bičíky fungujú ako orgán pohybu, ktorý umožňuje baktériám pohybovať sa rýchlosťou 20-60 µm/s. Baktérie môžu mať jeden alebo viac bičíkov umiestnených po celom povrchu tela alebo zhromaždených vo zväzkoch na jednom póle alebo na rôznych póloch. Hrúbka bičíka je v priemere 10-30 nm a dĺžka dosahuje 10-20 µm.

Základom bičíka je dlhá špirálová niť (fibrila), ktorá sa na povrchu bunkovej steny mení na zhrubnutú zakrivenú štruktúru - háčik a je pripevnená k bazálnej granuli, zapustenej v bunkovej stene a CPM (obr. 1.8).

Ryža. 1.8. Schematický model bazálneho konca bičíka E. coli založený na elektrónových mikrografoch izolovanej organely

Bazálne granuly majú priemer asi 40 nm a pozostávajú z niekoľkých kruhov (jeden pár v grampozitívnych baktériách, štyri v gramnegatívnych prokaryotoch). Odstránenie peptidoglykánovej vrstvy bunkovej steny vedie k strate schopnosti baktérií pohybovať sa, hoci bičíky zostávajú nedotknuté.

Bičíky pozostávajú takmer výlučne z proteínového bičíka, s niektorými sacharidmi a RNA.

Kontroverzia

Niektoré baktérie sú schopné tvoriť spóry na konci obdobia aktívneho rastu. Predchádza tomu vyčerpanie životného prostredia živiny, zmena jeho pH, akumulácia jedovaté produkty metabolizmus. Jedna bakteriálna bunka tvorí spravidla jednu spóru - lokalizácia spór je rôzna (centrálna, terminálna, subterminálna - obr. 1.9).

Ryža. 1.9. Typické formy buniek tvoriacich spóry.

Ak veľkosť spór nepresahuje priečnu veľkosť tyčinkovej baktérie, potom sa táto nazýva bacil. Keď je priemer spór väčší, baktérie majú vretenovitý tvar a nazývajú sa klostrídie.

Z hľadiska chemického zloženia je rozdiel medzi spórami a vegetatívnymi bunkami iba v kvantitatívnom obsahu chemické zlúčeniny. Spóry obsahujú menej vody a viac lipidov.

V stave spór sú mikroorganizmy metabolicky neaktívne a môžu odolávať vysoká teplota(140-150°C) a vystavenie chemickým dezinfekčným prostriedkom dlhodobo pretrvávajú v prostredí.

Dostávať sa do živné médium spóry klíčia do vegetatívnych buniek. Proces klíčenia spór zahŕňa tri fázy: aktiváciu, počiatočná fáza a rastové štádiá. Medzi aktivačné činidlá, ktoré narušujú stav pokoja, patrí zvýšená teplota, kyslá reakcia prostredia, mechanické poškodenie a pod. Spóra začne absorbovať vodu a pomocou hydrolytických enzýmov ničí mnohé vlastné štrukturálne zložky. Po deštrukcii vonkajších vrstiev začína obdobie tvorby vegetatívnej bunky s aktiváciou biosyntézy, ktorá končí delením bunky.

L.V. Timoščenko, M.V. Čubik