Структура бактериальной клетки

Дата: 26.10.2018

Бактерии относятся к прокариотам и поэтому имеют довольно простой тип строения, имеется всего одна внутренняя полость с органеллами, ограниченная цитоплазматической мембраной, нет даже ядерной мембраны. Ядро содержит гаплоидный набор генов (одинарный). Ядро бактериальной клетки не содержит мембраны и митотического аппарата, распологается в цитоплазме. В бактериальном ядре содержится ДНК, которая может иметь различную форму в зависимости от условий культивирования бактерии и ее стадии развития: форма грубых скоплений, компактных бус, тяжей. Например, в стадии предшествующей делению клетки имется 2 нуклеоида, а в стадиии логарифмического роста – 4 нуклеоида. В ядерной хромосоме заложены все свойства и жизненно-важные функции клетки. Кроме ДНК в ядре содержатся РНК и белки. Бактериальная цитоплазма представлена сложной коллоидной массой, состоящей на 70-80% из воды, а остальная часть представлена белками, углеводами, липидами, минералами, ферментами, цитоплазматическими  ДНК и РНК. В цитоплазме расположены все клеточные органеллы (рибосомы, полисомы, нуклеоид, лизосомы, включения). Цитоплазма ограничена цитоплазматической мембраной. При старении клетки цитоплазма уплотняется, становится ячейстой, увеличивается количество вакуолей с клеточным соком. В цитоплазме содержатся жизненно-важные и нежизнено-важные органеллы клетки. К жизненно-важным органеллам относятся

—ядро

—цитоплазма

—рибосома

—клеточная стенка

—цитоплазматическая мембрана

Рибосома представлена мелкими частицами в виде зерен, состоящими на 60% из РНК и на 40% из протеина. Рибосомы локализованны в цитоплазме и мембранных структурах. Рибосомы сливаясь между собой образуют полисомы. Рибосомы ответственны за синтез белка. Бактериальная клеточная стенка имеет слоистое строение. Это плотная структура, ее основой служит пептидогликан, представленная одной гигантской молекулой. Пептидогликан состоит из паралалльных полисахаридных гликановых цепей, связанных между собой диаминокислотами. Диаминокислоты определяют таксономию бактерии. Пептидогликан образует жесткую основу клетки. Толщина клеточной стенки у грамотрицательных и грамположительных бактерии различная: у грамположительных она составляет 20-60 нанометров, пептигогликан у них многослойный; у грамотрицательных бактерии   10-20 нанометров, пептигогликан  состоит из 1-2 слоев. По сути этим и обьясняется различие в окраске у грамотрицательных и грамположительных клеток: при окраске по Граму в последовательности генцианвиолет, затем йод, образующийся комплекс генцианвиолет+йод задерживается в многослойном пептидогликане  и в последующем этапе не вымывается спиртом, поэтому при микроскопировании мы видим фиолетовую окраску бактериальной клетки, а у грамотрицательных бактерии данный комплекс обесцвечивается и вымывается спиртом, а клетка после окрашивания фуксином принимает розовую окраску. Помимо этого в клеточной стенке грамположительных бактерии содержится большое количество тейхоевых кислот, которые обеспечивают ее прочность. Клеточная стенка выполняет разделительную функцию, защищая клетку от различных вредных факторов окружающей среды; она принимает участие в росте и делении клетки, обеспечивает форму бактериальной клетке, именно благодаря ей бактерии классифицируются по морфологии  на кокковидные, палочковидные, извитые формы. Бактериальные клетки без клеточной стенки принимают безформенную шаровидную форму. Разрушение клеточной стенки может произойти полностью или частично под действием различных внешних факторов. Бактерии полность лишившиеся клеточной стенки называются протопластами, а частично лишенные клеточной стенки – сферопластами. Эти клетки принимая шаровидную форму могут делиться и синтезировать нуклеиновые  кислоты, но они очень чувствительны к факторам внешней среды (механическим воздействиям, встряхиванию, действию поваренной соли и др). Микробные клетки без клеточной стенки сохранившие свою жизнеспособность называют  L-формами. Угнетение синтеза синтеза клеточной стенки ведет к нарушению координации между ее ростом и делением, поэтому L-формы могут быть нитевидными, шаровидными, сигарообразными. Различают стабильные и нестабильные L-формы: у нестабильных L-форм способность синтезировать клеточную стенку восстанавливается сразу после прекращения воздействия трансформирующего агента; у стабильных L-форм восстановления клеточной стенки не происходит. Некоторые виды бактерии образуют L-форму случайно: спонтанно или индуцированные антибиотиками они образуясь в макроорганизме могут привести к развитию хронических инфекций. При этом персистирующие формы скапливаются в какой-то защищенной зоне макроорганизма и могут приводить к рецидивирующим инфекциям. Цитоплазматическая мембрана – это липидно-белковый комплекс, состоящии из 3 слоев:

—липидного на 15-30%

—протеинового на 50-70%

—полисахаридного на 2-5%

Цитоплазматическая мембрана находится под клеточной стенкой , ее толщина составляет 5-7,5 нанометров, при инвагинации она образует мезосомы. Мезосомы участвуют в образовании перегородки и делении клетки. у грамотрицательных бактерии мезосомы образуют небольшие инвагинации, а у грамположительных образуют мешок или трубку, с боков входящую в цитоплазму клетки. Цитоплазматическая мембрана выполняет следующие функции:

—за счет полупроницаемости играет роль осмотического барьера

—транспортирует растворенные вещества в клетку

—участвует в синтезе белка

 Нежизненно-важные структуры бактериальной клетки образуют:

—плазмиды

—капсула

—включения

—жгутики

—фимбрии

—споры

Плазмиды - это внехромосомные факторы наследственности, детерминирующие определенные свойства клетки, могут находиться в встроенном в хромосому форме или автономно  представляющие собой  инть ДНК. Плазмида может состоять из 200 генов определяющих одно свойство. Плазмиды переходят из одного состояния в другое, им присуща трансмиссивность, то есть способность самим переносить генетический материал. Основными плазмидами  играющими  важную  роль в жизнедеятельности бактерии являются:

—R-плазмида или плазмида множественной лекарственной устойчивости

—Col-плазмида (энтеробактерии) определяет продукцию колицинов

—Ent-плазмида кодирует свойство продукции энтеротоксина

—Hly-плазмида определяет свойство к продукции гемолизина

—Большая плазмида инвазии определяет инвазивные свойства бактерии

Бактериальная клетка может существовать и без плазмиды, но у нее снизятся факторы патогенности. Капсула – поверхностная структура клетки, состоящая на 90% из воды и на 10% из липидов и углеводов. Поскольку вода не удерживает красители капсула не воспринимает краску.Капсула образуется в макроорганизме  и  защищает бактерию от фагоцитоза и действия антибиотиков. Наличие капсулы является видовы признаком. Различают макрокапсулу (видовой признак у Streptococcus pneumoniae и Klebsiella pneumoniae) и микрокапсулу, не сказывающуюся на культуральных свойствах микроорганизма, но она обладая капсульным К-антигеном будет мешать агглютинации, поэтому эти культуры предварительно кипятят, чтобы разрушить К-антиген. Включения – это запасные питательные вещества, откладывающиеся в бактериальной клетке в виде капелек или молекул (зерна воллютина, зерна Эрнста-Бабеша, фосфолипиды). Жгутики необходимы бактериальной клетке для передвижения, поскольку клетка со жгутиками может быстрее попасть к месту скопления питательных веществ. Это полуцилиндрические  структуры, состоящие из белка флагеллина. Жгутики крепко закреплены в мембране клетки с помощью крючка и базального тельца. При отсутствии агглютинации с Н-сыворотками жгутики можно восстановить (на МПБ или желчном бульоне). Разрушение жгутиков может произойти и при сильном растирании культуры по стеклу бактериальной петлей. По количеству и расположению жгутиков различают следующие формы:

—монотрихи (имеется один жгутик на однм из полюсов бактериальной клетки)

—лофотрих (имеется пучок жгутиков на одном из полюсов бактериальной клетки)

—перетрих (жгутики расположены по всей поверхности клетки)

—амфитрих (по одному жгутику расположено на противоположных полюсах бактериальной клетки)

Активность движения бактерии зависит от таксиса (направленного перемещения), различают 3 вида таксиса:

1 хемотаксис (движение вызванное различной концентрацией химических веществ)

2 фототаксис (движение обусловленное разницей освещений)

3 аэротаксис (движение к источнику кислорода)

Фимбрии или пили, реснички – это короткие и тонкие образования, они тоньше жгутиков и выполняют функцию адгезии на слизистой определенного органа. У одной бактериальной клетки может быть до несколько сотен пили. Пили состоят из белковых субьединиц пилина. Различают два вида пили:

—common-пили – это пили общего назначения для прикрепления к слизистым оболочкам, они определяют органотропность

—sex-пили принимающие участие в образовании мостика приконьюгации между двумя бактериальными клетками, их количество может достигать до двух десятков. Споры – это структура, позволяющая пережить бактериальной клетке неблагоприятные условия факторов внешней среды. Спорообразование – это родовой признак. Есть только два рода бактерии, образующих споры  это Bacillus  иClostridium.  В споре вода находится в связанном состоянии, ферменты бездействуют. Говоря иначе спора – это анабиотическое состояние бактерии. В таком состоянии она способна жить десятилетиями, при этом сохраняя способность восстановиться снова в вегетативное состояние при попадании в благоприятные условия (организм человека или животного). У рода   Bacillus спора находится в центре клетки и не деформирует форму самой клетки, а у клостридии спора может распологаться по разному: терминально (на конце палочки), субтерминально (ближе к концу палочки). Спорообразование проходит в 4 стадии:

1 подготовительная (вокруг ядра появляется зона уплотнения)

2 стадия предспоры (цитоплазматическая мембрана растет в глубинуклетки, охватывая зону уплотнения)

3 стадия образования оболочки (предспора покрывается плотной многослойной оболочкой, состоящей из пептидогликанаи сверху из белков и липидов)

4 стадия созревания (образуется плотное образование с нуклеоидом в центре, остальная часть клетки отмирает)

Спорообразование длится в течение 18-20 часов. Споры плохо окрашиваются красителями. Споры выдерживают кипячение в течение 5-6 часов, устойчивы к дезинфектантам, солнечному свету, высушиванию. Они гибнут лишь при автоклавировании горячим паром под давлением при 1 атмосфере в течение 1 часа. Их прорастанию способствует дробная стерилизация.

Автор: Ералиева Гулмира Абдижалеловна

Баклаборант Жалагашского районного

отделения Кызылординского филиала

РГП на ПХВ «Национальный Центр Экспертизы»