Bakterijų ląstelės. Bakterijos ląstelės struktūra ir cheminė sudėtis

Šiuolaikinio mokslo požiūriu prokariotai turi primityvią struktūrą. Tačiau būtent šis „paprastumas“ padeda jiems išgyventi netikėčiausiomis sąlygomis. Pavyzdžiui, vandenilio sulfido šaltiniuose arba branduolinių bandymų aikštelėse. Mokslininkai apskaičiavo, kad bendra visų sausumos mikroorganizmų masė yra 550 milijardų tonų.

Bakterijos turi vienaląstę struktūrą. Bet tai nereiškia, kad bakterijų ląstelės pasiduoda gyvūnų ar augalų ląstelėms. Mikrobiologija jau turi žinių apie šimtus tūkstančių mikroorganizmų rūšių. Nepaisant to, mokslo atstovai kasdien atranda vis naujų tipų ir ypatybių.

Nenuostabu, kad norint visiškai kolonizuoti Žemės paviršių, mikroorganizmai turi įgauti įvairias formas:

cocci - rutuliukai;
streptokokai – grandinės;
bacilos – lazdelės;
vibrios – lenkti kableliai;
spirilla – spiralės.

Bakterijų dydis matuojamas nanometrais ir mikrometrais. Jų vidutinė vertė yra 0,8 mikrono. Tačiau tarp jų yra ir milžiniškų prokariotų, siekiančių 125 mikronus ir daugiau. Tikrieji milžinai tarp liliputų yra 250 mikronų ilgio spirochetos. Dabar palyginkite su jais mažiausios prokariotinės ląstelės dydį: mikoplazmos „užauga“ gana daug ir pasiekia 0,1–0,15 mikrono skersmens.

Verta pasakyti, kad milžiniškoms bakterijoms išgyventi aplinkoje nėra taip paprasta. Jiems sunku rasti pakankamai maistinių medžiagų, kad galėtų sėkmingai atlikti savo funkciją. Tačiau jie nėra lengvas grobis plėšrūnams bakterijoms, kurios minta vienaląsčiais mikroorganizmais, „teka aplinkui“ ir jas valgo.

Išorinė bakterijų struktūra

Ląstelių sienelės

Bakterijos ląstelės sienelė yra jos apsauga ir atrama. Jis suteikia mikroorganizmui specifinę formą.
Ląstelės sienelė yra pralaidi. Maisto medžiagos patenka į vidų, o medžiagų apykaitos produktai patenka per jį.
Kai kurios bakterijų rūšys gamina specialias gleives, primenančias kapsulę, apsaugančią jas nuo išdžiūvimo.
Kai kurios ląstelės turi žvynelius (vieną ar daugiau) arba gaureles, kurios padeda joms judėti.
Bakterijų ląstelės, kurios atrodo rausvos, kai dažomas Gramu ( gramneigiamas), ląstelės sienelė yra plonesnė ir daugiasluoksnė. Išsiskiria fermentai, padedantys skaidyti maistines medžiagas.
Bakterijos, kurios dažant Gram atrodo violetinės spalvos ( gramteigiamas), ląstelės sienelė stora. Į ląstelę patekusios maistinės medžiagos yra skaidomos periplazminėje erdvėje (tarpyje tarp ląstelės sienelės ir citoplazminės membranos) veikiant hidroliziniams fermentams.
Ląstelės sienelės paviršiuje yra daug receptorių. Prie jų prisijungia ląstelių žudikai – fagai, kolicinai ir cheminiai junginiai.
Kai kurių tipų bakterijų sienelės lipoproteinai yra antigenai, vadinami toksinais.
Ilgai gydant antibiotikais ir dėl daugelio kitų priežasčių, kai kurios ląstelės netenka membranų, tačiau išlaiko gebėjimą daugintis. Jie įgauna apvalią formą – L formą ir gali ilgai išsilaikyti žmogaus organizme (kokai arba tuberkuliozės bacilos). Nestabilios L formos turi galimybę grįžti į pradinę formą (grįžimas).

Kapsulė

Esant nepalankioms aplinkos sąlygoms, bakterijos sudaro kapsulę. Mikrokapsulė tvirtai prilimpa prie sienos. Jį galima pamatyti tik elektroniniu mikroskopu. Makrokapsulę dažnai sudaro patogeniniai mikrobai (pneumokokai). Klebsiella pneumoniae makrokapsulė visada randama.

Kapsulės pavidalo apvalkalas

Į kapsulę panašus apvalkalas yra darinys, laisvai susijęs su ląstelės sienele. Dėl bakterinių fermentų kapsulę primenantis apvalkalas yra padengtas angliavandeniais (egzopolisacharidais) iš išorinės aplinkos, o tai užtikrina bakterijų sukibimą su skirtingais paviršiais, net ir visiškai lygiais. Pavyzdžiui, streptokokai, patekę į žmogaus organizmą, sugeba prilipti prie dantų ir širdies vožtuvų.

Kapsulės funkcijos yra įvairios:

apsauga nuo agresyvių aplinkos sąlygų,
užtikrinti sukibimą (prilipimą) prie žmogaus ląstelių,
Kapsulė, turinti antigeninių savybių, turi toksinį poveikį, kai patenka į gyvą organizmą.

Flagella

Kai kurios bakterijų ląstelės turi žvynelius (vieną ar daugiau) arba gaurelių, kurie padeda joms judėti. Žvyneliuose yra susitraukiančio baltymo flagellino.
Žvynelių skaičius gali būti įvairus – vienas, žvynelių ryšulėlis, žvyneliai skirtinguose ląstelės galuose arba per visą paviršių.
Judėjimas (atsitiktinis arba sukamasis) atliekamas dėl besisukančio žvynelių judėjimo.
Žuvų antigeninės savybės turi toksinį poveikį ligoms.
Bakterijos, neturinčios žvynelių, pasidengusios gleivėmis, sugeba slysti. Vandens bakterijose yra 40–60 vakuolių, užpildytų azotu.

Jie suteikia nardymą ir pakilimą. Dirvožemyje bakterijų ląstelė juda dirvožemio kanalais.

Išgėrė

Pili (villi, fimbriae) dengia bakterijų ląstelių paviršių. Vilusas yra sraigtiškai susuktas plonas tuščiaviduris baltyminio pobūdžio siūlas.
Bendras tipas gėrė užtikrina sukibimą (prilipimą) prie šeimininkų ląstelių. Jų skaičius didžiulis ir svyruoja nuo kelių šimtų iki kelių tūkstančių. Nuo prisirišimo momento prasideda bet koks infekcinis procesas.
Seksualinis gėrimas palengvinti genetinės medžiagos perdavimą iš donoro recipientui. Jų skaičius yra nuo 1 iki 4 vienoje ląstelėje.

Citoplazminė membrana

Citoplazminė membrana yra po ląstelės sienele ir yra lipoproteinas (iki 30% lipidų ir iki 70% baltymų).
Skirtingos bakterijų ląstelės turi skirtingą membranos lipidų sudėtį.
Membraniniai baltymai atlieka daug funkcijų. Funkciniai baltymai yra fermentai, dėl kurių citoplazminėje membranoje vyksta įvairių jo komponentų sintezė ir kt.
Citoplazminė membrana susideda iš 3 sluoksnių. Dvigubas fosfolipidinis sluoksnis yra persmelktas globulinų, kurie užtikrina medžiagų patekimą į bakterijų ląstelę. Jei jos funkcija sutrinka, ląstelė miršta.
Citoplazminė membrana dalyvauja sporuliacijoje.

Vidinė bakterijų struktūra

Citoplazma

Visas ląstelės turinys, išskyrus branduolį ir ląstelės sienelę, vadinamas citoplazma. Skystoje, bestruktūriškoje citoplazmos (matricos) fazėje yra ribosomų, membraninių sistemų, mitochondrijų, plastidžių ir kitų struktūrų, taip pat rezervinių maistinių medžiagų. Citoplazma turi itin sudėtingą, smulkią struktūrą (sluoksniuota, granuliuota). Elektroninio mikroskopo pagalba buvo atskleista daug įdomių ląstelės sandaros detalių.

Išorinis bakterijų protoplasto lipoproteininis sluoksnis, turintis ypatingų fizinių ir cheminių savybių, vadinamas citoplazmine membrana. Citoplazmos viduje yra visos gyvybiškai svarbios struktūros ir organelės. Labai svarbų vaidmenį atlieka citoplazminė membrana – ji reguliuoja medžiagų patekimą į ląstelę ir medžiagų apykaitos produktų išskyrimą į išorę. Per membraną maistinės medžiagos gali patekti į ląstelę dėl aktyvaus biocheminio proceso, kuriame dalyvauja fermentai.

Be to, membranoje vyksta kai kurių ląstelių komponentų, daugiausia ląstelės sienelės ir kapsulės komponentų, sintezė. Galiausiai svarbiausi fermentai (biologiniai katalizatoriai) yra citoplazminėje membranoje. Tvarkingas fermentų išsidėstymas ant membranų leidžia reguliuoti jų veiklą ir užkirsti kelią kai kurių fermentų sunaikinimui kitų. Su membrana yra susijusios ribosomos – struktūrinės dalelės, ant kurių sintetinamas baltymas. Membrana susideda iš lipoproteinų. Jis yra pakankamai tvirtas ir gali užtikrinti laikiną ląstelės egzistavimą be apvalkalo. Citoplazminė membrana sudaro iki 20% sausos ląstelės masės.

Elektroninėse plonų bakterijų dalių nuotraukose citoplazminė membrana atrodo kaip ištisinė maždaug 75 A storio grandinė, susidedanti iš šviesaus sluoksnio (lipidų), įterpto tarp dviejų tamsesnių (baltymų). Kiekvienas sluoksnis yra 20–30 A pločio. Tokia membrana vadinama elementaria.

Granulės

Daugelis citoplazminių inkliuzų yra sudaryti iš junginių, kurie yra energijos ir anglies šaltinis. Šios rezervinės medžiagos susidaro, kai organizmas aprūpinamas pakankamu kiekiu maistinių medžiagų, ir, atvirkščiai, panaudojamos, kai organizmas atsiduria mažiau palankiose mitybos požiūriu.

Daugelyje bakterijų granulės susideda iš krakmolo arba kitų polisacharidų – glikogeno ir granulozės. Kai kurios bakterijos, auginamos daug cukraus turinčioje terpėje, ląstelės viduje turi riebalų lašelius. Kitas plačiai paplitęs granuliuotų intarpų tipas yra volutinas (metachromatino granulės). Šios granulės susideda iš polimetafosfato (rezervinės medžiagos, kurioje yra fosforo rūgšties likučių). Polimetafosfatas yra fosfatų grupių ir energijos šaltinis organizmui. Bakterijos labiau linkusios kaupti volutiną neįprastomis mitybos sąlygomis, pavyzdžiui, terpėje be sieros. Kai kurių sieros bakterijų citoplazmoje yra sieros lašelių.

Mezosomos

Tarp plazminės membranos ir ląstelės sienelės yra jungtis desmosų – tiltelių pavidalu. Dėl citoplazminės membranos dažnai atsiranda invaginacijų – išsikišimų į ląstelę. Dėl šių invaginacijų citoplazmoje susidaro specialios membranos struktūros, vadinamos mezosomomis.

Kai kurios mezosomų rūšys yra kūnai, atskirti nuo citoplazmos savo membrana. Šiuose membraniniuose maišeliuose yra daugybė pūslelių ir kanalėlių. Šios struktūros bakterijose atlieka įvairias funkcijas. Kai kurios iš šių struktūrų yra mitochondrijų analogai.

Kiti atlieka endoplazminio tinklo arba Golgi aparato funkcijas. Invaginuojant citoplazminę membraną, susidaro ir bakterijų fotosintezės aparatas. Po citoplazmos įsiskverbimo membrana toliau auga ir formuoja rietuves, kurios pagal analogiją su augalų chloroplastų granulėmis vadinamos tilakoidų krūvelėmis. Šiose membranose, kurios dažnai užpildo didžiąją bakterijų ląstelės citoplazmos dalį, yra lokalizuoti pigmentai (bakteriochlorofilas, karotenoidai) ir fermentai (citochromai), kurie vykdo fotosintezės procesą.

Nukleoidas

Bakterijos neturi tokio branduolio kaip aukštesni organizmai (eukariotai), tačiau turi savo analogą - „branduolinį ekvivalentą“ - nukleoidą, kuris yra evoliuciškai primityvesnė branduolinės medžiagos organizavimo forma. Jį sudaro viena dvigrandė DNR grandinė, uždaryta 1,1–1,6 nm ilgio žiedu, kuris laikomas viena bakterine chromosoma arba genoforu. Nukleoidas prokariotuose nėra atskirtas nuo likusios ląstelės membrana – jam trūksta branduolio apvalkalo.

Nukleoidinės struktūros apima RNR polimerazę, bazinius baltymus ir trūksta histonų; chromosoma yra pritvirtinta prie citoplazminės membranos, o gramteigiamose bakterijose - ant mezosomų. Bakterijų chromosoma replikuojasi polikonservatyviai: pirminė DNR dviguba spiralė išsivynioja ir ant kiekvienos polinukleotidinės grandinės šablono surenkama nauja papildoma grandinė. Nukleoidas neturi mitozinio aparato, o dukterinių branduolių atsiskyrimą užtikrina citoplazminės membranos augimas.

Bakterijų šerdis yra diferencijuota struktūra. Priklausomai nuo ląstelės vystymosi stadijos, nukleoidas gali būti atskiras (nepertraukiamas) ir susideda iš atskirų fragmentų. Taip yra dėl to, kad bakterijos ląstelės dalijimasis laiku įvyksta pasibaigus DNR molekulės replikacijos ciklui ir susiformavus dukterinėms chromosomoms.

Nukleoidas turi didžiąją dalį bakterinės ląstelės genetinės informacijos. Be nukleoido, daugelio bakterijų ląstelėse yra ekstrachromosominių genetinių elementų – plazmidžių, kurios yra mažos žiedinės DNR molekulės, galinčios autonomiškai replikuotis.

Plazmidės

Plazmidės yra autonominės molekulės, susuktos į dvigrandės DNR žiedą. Jų masė yra žymiai mažesnė už nukleotido masę. Nepaisant to, kad paveldima informacija yra užkoduota plazmidžių DNR, jos nėra gyvybiškai svarbios ir būtinos bakterijų ląstelei.

Ribosomos

Bakterijų citoplazmoje yra ribosomų – baltymus sintezuojančių dalelių, kurių skersmuo 200A. Narvelyje jų yra daugiau nei tūkstantis. Ribosomos susideda iš RNR ir baltymų. Bakterijose daugelis ribosomų yra laisvai išsidėstę citoplazmoje, kai kurios iš jų gali būti susijusios su membranomis.

Ribosomos yra baltymų sintezės centrai ląstelėje. Tuo pačiu metu jie dažnai jungiasi vienas su kitu, sudarydami agregatus, vadinamus poliribosomomis arba polisomomis.

Inkliuzai

Inkliuzai yra branduolinių ir nebranduolinių ląstelių medžiagų apykaitos produktai. Jie yra maistinių medžiagų atsargos: glikogenas, krakmolas, siera, polifosfatas (valutinas) ir kt. Dažyti inkliuzai dažnai įgauna kitokią išvaizdą nei dažų spalva. Šia valiuta galima diagnozuoti difterijos bacilą.

Ko trūksta bakterijų ląstelėse?

Kadangi bakterija yra prokariotinis mikroorganizmas, bakterijų ląstelėse visada trūksta daug organelių, kurie yra būdingi eukariotų organizmams:

Golgi aparatas, padedantis ląstelei, kaupdamas nereikalingas medžiagas ir vėliau jas pašalindamas iš ląstelės;
plastidai, esantys tik augalų ląstelėse, lemia jų spalvą ir taip pat vaidina svarbų vaidmenį fotosintezėje;
lizosomos, kurios turi specialių fermentų ir padeda skaidyti baltymus;
mitochondrijos aprūpina ląsteles reikiama energija ir taip pat dalyvauja dauginimosi procese;
endoplazminis tinklas, užtikrinantis tam tikrų medžiagų transportavimą į citoplazmą;
ląstelių centras.

Taip pat verta prisiminti, kad bakterijos neturi ląstelės sienelės, todėl negali vykti tokie procesai kaip pinocitozė ir fagocitozė.

Bakterinių procesų ypatumai

Būdamos ypatingi mikroorganizmai, bakterijos yra prisitaikiusios egzistuoti tokiomis sąlygomis, kuriose gali trūkti deguonies. Tačiau pats jų kvėpavimas vyksta dėl mezosomų. Labai įdomu ir tai, kad žalieji organizmai geba fotosintezuoti taip pat, kaip ir augalai. Tačiau svarbu atsižvelgti į tai, kad augaluose fotosintezės procesas vyksta chloroplastuose, o bakterijose – ant membranų.

Dauginimasis bakterijų ląstelėje vyksta pačiu primityviausiu būdu. Subrendusi ląstelė dalijasi į dvi dalis, po kurio laiko subręsta ir šis procesas kartojasi. Esant palankioms sąlygoms, per dieną gali pasikeisti 70-80 kartų. Svarbu atsiminti, kad bakterijos dėl savo struktūros neturi prieigos prie dauginimosi būdų, tokių kaip mitozė ir mejozė. Jie būdingi tik eukariotų ląstelėms.

Yra žinoma, kad sporų susidarymas yra vienas iš kelių grybų ir augalų dauginimosi būdų. Tačiau bakterijos taip pat gali formuoti sporas, o tai būdinga nedaugeliui jų rūšių. Jie turi šį gebėjimą išgyventi ypač nepalankiomis sąlygomis, kurios gali būti pavojingos gyvybei.

Yra žinomos rūšys, kurios gali išgyventi net kosmoso sąlygomis. To negali pakartoti joks gyvas organizmas. Dėl savo sandaros paprastumo bakterijos tapo gyvybės Žemėje protėviais. Tačiau faktas, kad jie egzistuoja iki šiol, rodo, kokie jie svarbūs mus supančiam pasauliui. Jų pagalba žmonės gali kuo labiau priartėti prie atsakymo į gyvybės atsiradimo Žemėje klausimą, nuolat tyrinėdami bakterijas ir mokydamiesi ko nors naujo.

Įdomiausi ir žaviausi faktai apie bakterijas

Stafilokokų bakterijos trokšta žmogaus kraujo

Staphylococcus aureus yra dažna bakterijų rūšis, kuria serga apie 30 procentų visų žmonių. Kai kuriems žmonėms jis yra mikrobiomo (mikrofloros) dalis ir randamas tiek kūno viduje, tiek odoje arba burnoje. Nors yra nekenksmingų stafilokokų atmainų, kitos, tokios kaip meticilinui atsparus Staphylococcus aureus, sukelia rimtų sveikatos problemų, įskaitant odos infekcijas, širdies ir kraujagyslių ligas, meningitą ir virškinimo ligas.

Vanderbilto universiteto mokslininkai išsiaiškino, kad stafilokokai teikia pirmenybę žmonių, o ne gyvūnų kraujui. Šios bakterijos yra iš dalies susijusios su geležimi, kuri yra raudonuosiuose kraujo kūneliuose esančiame hemoglobine. Staphylococcus aureus ardo kraujo ląsteles, kad patektų į jų viduje esančią geležį. Manoma, kad dėl genetinių hemoglobino svyravimų kai kurie žmonės gali būti labiau geidžiami staph bakterijų nei kiti.

Bakterijos sukelia lietų

Tyrėjai išsiaiškino, kad atmosferoje esančios bakterijos gali turėti įtakos lietaus ir kitų formų kritulių susidarymui. Šis procesas prasideda, kai bakterijas iš augalų vėjas perneša į atmosferą. Aukštyje aplink juos susidaro ledas ir jie pradeda augti. Kai sušalusios bakterijos pasiekia tam tikrą augimo slenkstį, ledas pradeda tirpti ir lietaus pavidalu grįžta į žemę. Psuedomonas syringae rūšies bakterijų buvo rasta net didelių krušos dalelių centre. Jie savo ląstelių membranose gamina specialų baltymą, kuris leidžia unikaliu būdu surišti vandenį, skatinant ledo susidarymą.

Kova su spuogus sukeliančiomis bakterijomis

Tyrėjai išsiaiškino, kad tam tikros spuogus sukeliančios bakterijos iš tiesų gali padėti išvengti spuogų. Spuogus sukelianti bakterija Propionibacterium acnes gyvena mūsų odos porose. Kai šios bakterijos išprovokuoja imuninį atsaką, odos vieta paburksta ir susidaro spuogeliai.

Tačiau buvo nustatyta, kad tam tikros bakterijų padermės mažiau sukelia spuogus. Šios padermės gali būti priežastis, kodėl sveiką odą turintiems žmonėms spuogai retai atsiranda. Tyrinėdami Propionibacterium acnes padermių genus, surinktus iš žmonių, turinčių spuogus ir sveiką odą, mokslininkai nustatė padermę, kuri buvo paplitusi ant skaidrios odos ir reta ant spuogų linkusios odos. Būsimi tyrimai apims pastangas sukurti vaistą, kuris naikina tik spuogus sukeliančias bakterijos Propionibacterium acnes padermes.

Bakterijos ant dantenų gali sukelti širdies ligas

Kas galėjo pagalvoti, kad reguliarus dantų valymas gali padėti išvengti širdies ligų? Ankstesni tyrimai nustatė ryšį tarp dantenų ligų ir širdies ir kraujagyslių ligų. Dabar mokslininkai nustatė specifinį šių ligų ryšį.

Manoma, kad tiek bakterijos, tiek žmonės gamina tam tikrų rūšių baltymus, vadinamus streso baltymais. Šie baltymai susidaro, kai ląstelės patiria įvairių tipų streso sąlygas. Kai žmogus serga dantenų infekcija, imuninės sistemos ląstelės pradeda atakuoti bakterijas. Užpuolusios bakterijos gamina streso baltymus, o baltieji kraujo kūneliai taip pat atakuoja streso baltymus.

Problema ta, kad baltieji kraujo kūneliai negali atskirti streso baltymų, kuriuos gamina bakterijos, ir tų, kuriuos gamina organizmas. Dėl to imuninės sistemos ląstelės taip pat atakuoja streso baltymus, kuriuos gamina organizmas, sukeldamos baltųjų kraujo kūnelių kaupimąsi arterijose ir sukeldamos aterosklerozę. Kalcifikuota širdis yra pagrindinė širdies ir kraujagyslių ligų priežastis.

Dirvožemio bakterijos pagerina mokymąsi

Ar žinojote, kad leidžiant laiką sodininkystei ar sodininkystei gali padėti geriau mokytis? Pasak mokslininkų, dirvožemio bakterija Mycobacterium vaccae gali pagerinti žinduolių mokymąsi.

Šios bakterijos greičiausiai patenka į mūsų organizmą nurijus arba kvėpuojant. Mokslininkai teigia, kad bakterija Mycobacterium vaccae pagerina mokymąsi, skatindama neuronų augimą smegenyse, o tai padidina serotonino kiekį ir sumažina nerimą.

Tyrimas buvo atliktas su pelėmis, kurios buvo šeriamos gyvomis Mycobacterium vaccae bakterijomis. Rezultatai parodė, kad pelės, kurios valgė bakterijas, judėjo per labirintą daug greičiau ir su mažesniu nerimu nei pelės, kurios nevalgė bakterijų. Mokslininkai teigia, kad Mycobacterium vaccae atlieka svarbų vaidmenį sprendžiant problemas ir mažinant streso lygį.

Bakterinės jėgos mašinos

Argonne nacionalinės laboratorijos mokslininkai atrado, kad bakterija Bacillus subtilis turi galimybę pasukti labai mažas pavaras. Šios bakterijos yra aerobinės, tai reiškia, kad joms augti ir vystytis reikia deguonies. Įdėjus į tirpalą, kuriame yra mikro oro burbuliukų, bakterijos plūduriuoja ant krumpliaračio dantų ir priverčia jį pasisukti tam tikra kryptimi.

Kad pavara pradėtų suktis, reikia kelių šimtų bakterijų, veikiančių vieningai. Taip pat buvo nustatyta, kad bakterijos gali pasukti kelias tarpusavyje sujungtas pavaras. Tyrėjai sugebėjo kontroliuoti greitį, kuriuo bakterijos suko pavaras, reguliuodami deguonies kiekį tirpale. Dėl deguonies sumažėjimo bakterijos sulėtėjo. Pašalinus deguonį, jie visiškai nustoja judėti.

Nenuostabu, kad norint visiškai kolonizuoti Žemės paviršių, mikroorganizmai turi įgauti įvairias formas:

cocci - rutuliukai;
streptokokai – grandinės;
bacilos – lazdelės;
vibrios – lenkti kableliai;
spirilla – spiralės.

Išorinė bakterijų struktūra

Ląstelių sienelės

Bakterijos ląstelės sienelė yra jos apsauga ir atrama. Jis suteikia mikroorganizmui specifinę formą.
Ląstelės sienelė yra pralaidi. Maisto medžiagos patenka į vidų, o medžiagų apykaitos produktai patenka per jį.
Kai kurios bakterijų rūšys gamina specialias gleives, primenančias kapsulę, apsaugančią jas nuo išdžiūvimo.
Kai kurios ląstelės turi žvynelius (vieną ar daugiau) arba gaureles, kurios padeda joms judėti.
Bakterijų ląstelės, kurios atrodo rausvos, kai dažomas Gramu ( gramneigiamas), ląstelės sienelė yra plonesnė ir daugiasluoksnė. Išsiskiria fermentai, padedantys skaidyti maistines medžiagas.
Bakterijos, kurios dažant Gram atrodo violetinės spalvos ( gramteigiamas), ląstelės sienelė stora. Į ląstelę patekusios maistinės medžiagos yra skaidomos periplazminėje erdvėje (tarpyje tarp ląstelės sienelės ir citoplazminės membranos) veikiant hidroliziniams fermentams.
Ląstelės sienelės paviršiuje yra daug receptorių. Prie jų prisijungia ląstelių žudikai – fagai, kolicinai ir cheminiai junginiai.
Kai kurių tipų bakterijų sienelės lipoproteinai yra antigenai, vadinami toksinais.
Ilgai gydant antibiotikais ir dėl daugelio kitų priežasčių, kai kurios ląstelės netenka membranų, tačiau išlaiko gebėjimą daugintis. Jie įgauna apvalią formą – L formą ir gali ilgai išsilaikyti žmogaus organizme (kokai arba tuberkuliozės bacilos). Nestabilios L formos turi galimybę grįžti į pradinę formą (grįžimas).

Kapsulė

Kapsulės pavidalo apvalkalas

Kapsulės funkcijos yra įvairios:

apsauga nuo agresyvių aplinkos sąlygų,
užtikrinti sukibimą (prilipimą) prie žmogaus ląstelių,
Kapsulė, turinti antigeninių savybių, turi toksinį poveikį, kai patenka į gyvą organizmą.

Flagella

Kai kurios bakterijų ląstelės turi žvynelius (vieną ar daugiau) arba gaurelių, kurie padeda joms judėti. Žvyneliuose yra susitraukiančio baltymo flagellino.
Žvynelių skaičius gali būti įvairus – vienas, žvynelių ryšulėlis, žvyneliai skirtinguose ląstelės galuose arba per visą paviršių.
Judėjimas (atsitiktinis arba sukamasis) atliekamas dėl besisukančio žvynelių judėjimo.
Žuvų antigeninės savybės turi toksinį poveikį ligoms.
Bakterijos, neturinčios žvynelių, pasidengusios gleivėmis, sugeba slysti. Vandens bakterijose yra 40–60 vakuolių, užpildytų azotu.

Jie suteikia nardymą ir pakilimą. Dirvožemyje bakterijų ląstelė juda dirvožemio kanalais.

Išgėrė

Pili (villi, fimbriae) dengia bakterijų ląstelių paviršių. Vilusas yra sraigtiškai susuktas plonas tuščiaviduris baltyminio pobūdžio siūlas.
Bendras tipas gėrė užtikrina sukibimą (prilipimą) prie šeimininkų ląstelių. Jų skaičius didžiulis ir svyruoja nuo kelių šimtų iki kelių tūkstančių. Nuo prisirišimo momento prasideda bet koks infekcinis procesas.
Seksualinis gėrimas palengvinti genetinės medžiagos perdavimą iš donoro recipientui. Jų skaičius yra nuo 1 iki 4 vienoje ląstelėje.

Citoplazminė membrana

Citoplazminė membrana yra po ląstelės sienele ir yra lipoproteinas (iki 30% lipidų ir iki 70% baltymų).
Skirtingos bakterijų ląstelės turi skirtingą membranos lipidų sudėtį.
Membraniniai baltymai atlieka daug funkcijų. Funkciniai baltymai yra fermentai, dėl kurių citoplazminėje membranoje vyksta įvairių jo komponentų sintezė ir kt.
Citoplazminė membrana susideda iš 3 sluoksnių. Dvigubas fosfolipidinis sluoksnis yra persmelktas globulinų, kurie užtikrina medžiagų patekimą į bakterijų ląstelę. Jei jos funkcija sutrinka, ląstelė miršta.
Citoplazminė membrana dalyvauja sporuliacijoje.

Vidinė bakterijų struktūra

Citoplazma

Granulės

Mezosomos

Nukleoidas

Plazmidės

Ribosomos

Ribosomos yra baltymų sintezės centrai ląstelėje. Tuo pačiu metu jie dažnai jungiasi vienas su kitu, sudarydami agregatus, vadinamus poliribosomomis arba polisomomis.

Inkliuzai

Ko trūksta bakterijų ląstelėse?

Kadangi bakterija yra prokariotinis mikroorganizmas, bakterijų ląstelėse visada trūksta daug organelių, kurie yra būdingi eukariotų organizmams:

Golgi aparatas, padedantis ląstelei, kaupdamas nereikalingas medžiagas ir vėliau jas pašalindamas iš ląstelės;
plastidai, esantys tik augalų ląstelėse, lemia jų spalvą ir taip pat vaidina svarbų vaidmenį fotosintezėje;
lizosomos, kurios turi specialių fermentų ir padeda skaidyti baltymus;
mitochondrijos aprūpina ląsteles reikiama energija ir taip pat dalyvauja dauginimosi procese;
endoplazminis tinklas, užtikrinantis tam tikrų medžiagų transportavimą į citoplazmą;
ląstelių centras.

Taip pat verta prisiminti, kad bakterijos neturi ląstelės sienelės, todėl negali vykti tokie procesai kaip pinocitozė ir fagocitozė.

Bakterinių procesų ypatumai

Įdomiausi ir žaviausi faktai apie bakterijas

Stafilokokų bakterijos trokšta žmogaus kraujo

Bakterijos sukelia lietų

Kova su spuogus sukeliančiomis bakterijomis

Bakterijos ant dantenų gali sukelti širdies ligas

Dirvožemio bakterijos pagerina mokymąsi

Ar žinojote, kad leidžiant laiką sodininkystei ar sodininkystei gali padėti geriau mokytis? Pasak mokslininkų, dirvožemio bakterija Mycobacterium vaccae gali pagerinti žinduolių mokymąsi.

Bakterinės jėgos mašinos

Bakterinės ląstelės struktūra

Matmenys – nuo 1 iki 15 mikronų. Pagrindinės formos: 1) kokos (sferinės), 2) bacilos (lazdelės formos), 3) vibrios (kablelio formos), 4) spirilės ir spirochetos (susuktos spirale).

Bakterijų formos:
1 - kokos; 2 - bacilos; 3 - vibrijos; 4-7 - spirilė ir spirochetos.

Bakterinės ląstelės struktūra:
1 - citoplazminė membrana; 2 - ląstelės sienelė; 3 - gleivinė kapsulė; 4 - citoplazma; 5 - chromosomų DNR; 6 - ribosomos; 7 - mezosoma; 8 - fotosintetinės membranos; 9 - inkliuzai; 10 - žvyneliai; 11 - išgėrė.

Bakterijos ląstelė yra apribota membrana. Vidinį membranos sluoksnį vaizduoja citoplazminė membrana (1), virš kurios yra ląstelės sienelė (2); Daugelyje bakterijų virš ląstelės sienelės yra gleivinė kapsulė (3). Eukariotinių ir prokariotinių ląstelių citoplazminės membranos struktūra ir funkcijos nesiskiria. Membranoje gali susidaryti raukšlės, vadinamos mezosomos(7). Jie gali būti įvairių formų (maišo formos, vamzdiniai, lamelės ir kt.).

Fermentai yra mezosomų paviršiuje. Ląstelės sienelė stora, tanki, standi, susideda iš mureina(pagrindinis komponentas) ir kitos organinės medžiagos. Mureinas yra reguliarus lygiagrečių polisacharidų grandinių tinklas, sujungtas viena su kita trumpomis baltymų grandinėmis. Atsižvelgiant į ląstelės sienelės struktūrines ypatybes, bakterijos skirstomos į gramteigiamas(Dažyta gramais) ir gramneigiamas(nedažytas). Gramneigiamų bakterijų sienelė yra plonesnė, sudėtingesnė, o virš mureino sluoksnio išorėje yra lipidų sluoksnis. Vidinė erdvė užpildyta citoplazma (4).

Genetinę medžiagą vaizduoja žiedinės DNR molekulės. Šios DNR gali būti apytiksliai suskirstytos į „chromosomines“ ir plazmides. „Chromosominė“ DNR (5) yra viena, prijungta prie membranos, turi kelis tūkstančius genų, skirtingai nei eukariotų chromosomų DNR, ji nėra linijinė ir nesusijusi su baltymais. Sritis, kurioje yra ši DNR, vadinama nukleoidas. Plazmidės- ekstrachromosominiai genetiniai elementai. Jie yra mažos žiedinės DNR, nesusijusios su baltymais, neprisijungusios prie membranos ir turi nedaug genų. Plazmidžių skaičius gali skirtis. Labiausiai ištirtos plazmidės yra tos, kurios turi informaciją apie atsparumą vaistams (R faktorius) ir tos, kurios dalyvauja seksualiniame procese (F faktorius). Plazmidė, kuri gali jungtis su chromosoma, vadinama epizodinis.

Bakterijos ląstelėje trūksta visų eukariotų ląstelei būdingų membraninių organelių (mitochondrijų, plastidžių, EPS, Golgi aparato, lizosomų).

Bakterijų citoplazmoje yra 70S tipo ribosomos (6) ir inkliuzai (9). Paprastai ribosomos yra surenkamos į polisomas. Kiekviena ribosoma susideda iš mažo (30S) ir didelio subvieneto (50S). Ribosomų funkcija: polipeptidinės grandinės surinkimas. Inkliuzai gali būti pavaizduoti krakmolo, glikogeno, volutino ir lipidų lašeliais.

Daug bakterijų turi žvyneliai(10) ir gėrė (fimbriae)(vienuolika). Žvyneliais neapriboja membrana, jie yra banguotos formos ir susideda iš sferinių flagellino baltymo subvienetų. Šie subvienetai yra išdėstyti spirale ir sudaro tuščiavidurį 10–20 nm skersmens cilindrą. Prokariotinio žvynelio struktūra primena vieną iš eukariotų žiuželių mikrovamzdelių. Žvynelių skaičius ir vieta gali skirtis. Pili yra tiesios į siūlą panašios struktūros bakterijų paviršiuje. Jie yra plonesni ir trumpesni už žvynelius. Jie yra trumpi, tuščiaviduriai cilindrai, pagaminti iš baltymo pilino. Pili tarnauja bakterijoms pritvirtinti prie substrato ir viena prie kitos. Konjugacijos metu susidaro specialūs F-pili, per kuriuos genetinė medžiaga perkeliama iš vienos bakterijos ląstelės į kitą.

Yandex.DirectVisi skelbimai

Sporuliacija bakterijose tai būdas išgyventi nepalankiomis sąlygomis. Sporos paprastai susidaro po vieną „motininėje ląstelėje“ ir vadinamos endosporomis. Sporos yra labai atsparios spinduliuotei, ekstremalioms temperatūroms, džiūvimui ir kitiems veiksniams, sukeliantiems vegetatyvinių ląstelių mirtį.

Reprodukcija. Bakterijos dauginasi nelytiškai – dalijant „motinos ląstelę“ į dvi dalis. DNR replikacija vyksta prieš dalijimąsi.

Retai bakterijos patiria seksualinį procesą, kurio metu įvyksta genetinės medžiagos rekombinacija. Reikia pabrėžti, kad bakterijose lytinės ląstelės niekada nesusidaro, ląstelių turinys nesusilieja, o iš donorinės ląstelės DNR perkeliama į recipiento ląstelę. Yra trys DNR perdavimo būdai: konjugacija, transformacija, transdukcija.

Konjugacija- vienpusis F-plazmidės perkėlimas iš donoro ląstelės į recipiento ląstelę, kuri liečiasi viena su kita. Šiuo atveju bakterijos viena su kita jungiasi specialiais F-piliais (F-fimbrija), kurių kanalais pernešami DNR fragmentai. Konjugaciją galima suskirstyti į šiuos etapus: 1) F-plazmidės išvyniojimas, 2) vienos iš F-plazmidės grandinių įsiskverbimas į recipiento ląstelę per F-pilus, 3) komplementarios grandinės sintezė vienos grandinės DNR šablonas (atsiranda kaip donoro ląstelėje (F +) ir recipiento ląstelėje (F -)).

Transformacija- vienpusis DNR fragmentų perkėlimas iš donoro ląstelės į recipiento ląstelę, kurios tarpusavyje nesiliečia. Tokiu atveju donoro ląstelė arba „išleidžia“ iš savęs nedidelį DNR fragmentą, arba DNR patenka į aplinką po šios ląstelės mirties. Bet kokiu atveju, DNR yra aktyviai absorbuojama ląstelėje recipientas ir integruojama į savo „chromosomą“.

Transdukcija- DNR fragmento perkėlimas iš donoro ląstelės į ląstelę recipientą naudojant bakteriofagus.

Virusai

Virusai susideda iš nukleino rūgšties (DNR arba RNR) ir baltymų, kurie aplink šią nukleino rūgštį sudaro apvalkalą, t.y. reiškia nukleoproteinų kompleksą. Kai kuriuose virusuose yra lipidų ir angliavandenių. Virusuose visada yra vienos rūšies nukleino rūgšties – arba DNR, arba RNR. Be to, kiekviena nukleorūgštis gali būti viengrandė arba dvigrandė, tiek linijinė, tiek apskrita.

Viruso dydis yra 10–300 nm. Viruso forma: sferinės, strypo formos, siūliškos, cilindrinės ir kt.

Kapsidas- viruso apvalkalą sudaro tam tikru būdu išsidėstę baltymų subvienetai. Kapsidas apsaugo viruso nukleorūgštį nuo įvairių poveikių ir užtikrina viruso nusėdimą ląstelės šeimininkės paviršiuje. Superkapsidas būdingas kompleksiniams virusams (ŽIV, gripo virusai, herpesas). Atsiranda virusui pasišalinant iš ląstelės šeimininkės ir yra modifikuota ląstelės-šeimininkės branduolinės arba išorinės citoplazminės membranos sritis.

Jei virusas yra ląstelės-šeimininkės viduje, jis egzistuoja nukleorūgšties pavidalu. Jei virusas yra už ląstelės šeimininkės ribų, tai yra nukleoproteinų kompleksas, ir ši laisva egzistavimo forma vadinama virionas. Virusai yra labai specifiniai, t.y. jie savo pragyvenimui gali panaudoti griežtai apibrėžtą šeimininkų ratą.

Bendra bakterinės ląstelės struktūra parodyta 2 paveiksle. Bakterijos ląstelės vidinė organizacija yra sudėtinga. Kiekviena sisteminė mikroorganizmų grupė turi savo specifines struktūrines ypatybes.

Ląstelių sienelės. Bakterijos ląstelė yra padengta tankia membrana. Šis paviršinis sluoksnis, esantis už citoplazminės membranos, vadinamas ląstelės sienele (2, 14 pav.). Siena atlieka apsaugines ir atramines funkcijas, taip pat suteikia ląstelei nuolatinę, būdingą formą (pavyzdžiui, lazdelės ar kokoso formą) ir vaizduoja išorinį ląstelės skeletą. Šis tankus apvalkalas daro bakterijas panašias į augalų ląsteles, o tai išskiria jas nuo gyvūnų ląstelių, turinčių minkštus apvalkalus. Bakterijos ląstelės viduje osmosinis slėgis yra kelis kartus, o kartais ir dešimtis kartų didesnis nei išorinėje aplinkoje. Todėl ląstelė greitai plyštų, jei jos neapsaugotų tokia tanki, standi struktūra kaip ląstelės sienelė.

Ląstelės sienelės storis 0,01-0,04 mikrono. Jis sudaro nuo 10 iki 50% sausos bakterijų masės. Medžiagos, sudarančios ląstelės sienelę, kiekis keičiasi augant bakterijoms ir paprastai didėja su amžiumi.

Pagrindinis sienų struktūrinis komponentas, jų standžios struktūros pagrindas beveik visose iki šiol tirtose bakterijose yra mureinas (glikopeptidas, mukopeptidas). Tai sudėtingos struktūros organinis junginys, į kurį įeina azotą pernešantys cukrūs – amino cukrūs ir 4-5 aminorūgštys. Be to, ląstelės sienelės aminorūgštys turi neįprastą formą (D-stereoizomerai), kuri gamtoje randama retai.

,
,

Ląstelės sienelės sudedamosios dalys, jos komponentai sudaro sudėtingą, tvirtą struktūrą (3, 4 ir 5 pav.).

Naudojant dažymo metodą, kurį 1884 m. pirmą kartą pasiūlė Christianas Gramas, bakterijas galima suskirstyti į dvi grupes: gramteigiamas Ir gramneigiamas. Gramteigiami organizmai sugeba surišti kai kuriuos anilino dažus, pavyzdžiui, krištolo violetinę, ir po apdorojimo jodu, o po to alkoholiu (arba acetonu) išlaiko jodo ir dažų kompleksą. Tos pačios bakterijos, kuriose šis kompleksas sunaikinamas veikiant etilo alkoholiui (ląstelių spalva pasikeičia), priskiriamos gramneigiamoms.

Gramteigiamų ir gramneigiamų bakterijų ląstelių sienelių cheminė sudėtis skiriasi.

Gramteigiamų bakterijų ląstelių sienelių sudėtis, be mukopeptidų, apima polisacharidus (sudėtingus, didelės molekulinės masės cukrų), teico rūgštis (sudėtingus junginius ir struktūrą, sudarytus iš cukrų, alkoholių, aminorūgščių ir fosforo rūgšties ). Polisacharidai ir teiko rūgštys siejami su sienelės karkasu – mureinu. Kol kas nežinome, kokią struktūrą sudaro šie gramteigiamų bakterijų ląstelės sienelės komponentai. Naudojant elektronines plonų pjūvių nuotraukas (sluoksniavimą), gramteigiamų bakterijų sienose neaptikta. Tikriausiai visos šios medžiagos yra labai glaudžiai tarpusavyje susijusios.

Gramneigiamų bakterijų sienelės yra sudėtingesnės cheminės sudėties, jose yra daug lipidų (riebalų), susijusių su baltymais ir cukrumi, į sudėtingus kompleksus - lipoproteinus ir lipopolisacharidus. Gramneigiamų bakterijų ląstelių sienelėse paprastai yra mažiau mureino nei gramteigiamų bakterijų. Gramneigiamų bakterijų sienelių struktūra taip pat yra sudėtingesnė. Naudojant elektroninį mikroskopą, nustatyta, kad šių bakterijų sienelės yra daugiasluoksnės (6 pav.).

Vidinis sluoksnis susideda iš mureino. Virš jo yra platesnis laisvai supakuotų baltymų molekulių sluoksnis. Šis sluoksnis savo ruožtu yra padengtas lipopolisacharido sluoksniu. Viršutinį sluoksnį sudaro lipoproteinai.

Ląstelės sienelė yra pralaidi: per ją į ląstelę laisvai patenka maistinės medžiagos, o medžiagų apykaitos produktai išeina į aplinką. Didelės molekulės, turinčios didelę molekulinę masę, nepraeina pro apvalkalą.

Kapsulė. Daugelio bakterijų ląstelės sienelę iš viršaus gaubia gleivinės medžiagos sluoksnis – kapsulė (7 pav.). Kapsulės storis gali būti daug kartų didesnis nei pačios ląstelės skersmuo, o kartais ji būna tokia plona, kad ją galima pamatyti tik per elektroninį mikroskopą – mikrokapsulę.

Kapsulė nėra esminė ląstelės dalis, ji susidaro priklausomai nuo sąlygų, kuriose atsiduria bakterijos. Jis tarnauja kaip apsauginis ląstelės apvalkalas ir dalyvauja vandens apykaitoje, saugo ląstelę nuo išsausėjimo.

Kapsulių cheminė sudėtis dažniausiai yra polisacharidai. Kartais jie susideda iš glikoproteinų (sudėtingų cukrų ir baltymų kompleksų) ir polipeptidų (bacillus genties), retais atvejais - iš skaidulų (Acetobacter genties).

Gleivinės medžiagos, kurias kai kurios bakterijos išskiria į substratą, sukelia, pavyzdžiui, sugedusio pieno ir alaus gleivinę-styguotą konsistenciją.

Citoplazma. Visas ląstelės turinys, išskyrus branduolį ir ląstelės sienelę, vadinamas citoplazma. Skystoje, bestruktūriškoje citoplazmos (matricos) fazėje yra ribosomų, membraninių sistemų, mitochondrijų, plastidžių ir kitų struktūrų, taip pat rezervinių maistinių medžiagų. Citoplazma turi itin sudėtingą, smulkią struktūrą (sluoksniuota, granuliuota). Elektroninio mikroskopo pagalba buvo atskleista daug įdomių ląstelės sandaros detalių.

Ypatingų fizinių ir cheminių savybių turintis bakterijų protoplasto išorinis lipoprotoidinis sluoksnis vadinamas citoplazmine membrana (2, 15 pav.).

Citoplazmos viduje yra visos gyvybiškai svarbios struktūros ir organelės.

Labai svarbų vaidmenį atlieka citoplazminė membrana – ji reguliuoja medžiagų patekimą į ląstelę ir medžiagų apykaitos produktų išskyrimą į išorę.

Per membraną maistinės medžiagos gali patekti į ląstelę dėl aktyvaus biocheminio proceso, kuriame dalyvauja fermentai. Be to, membranoje vyksta kai kurių ląstelių komponentų, daugiausia ląstelės sienelės ir kapsulės komponentų, sintezė. Galiausiai svarbiausi fermentai (biologiniai katalizatoriai) yra citoplazminėje membranoje. Tvarkingas fermentų išsidėstymas ant membranų leidžia reguliuoti jų veiklą ir užkirsti kelią kai kurių fermentų sunaikinimui kitų. Su membrana yra susijusios ribosomos – struktūrinės dalelės, ant kurių sintetinamas baltymas. Membrana susideda iš lipoproteinų. Jis yra pakankamai tvirtas ir gali užtikrinti laikiną ląstelės egzistavimą be apvalkalo. Citoplazminė membrana sudaro iki 20% sausos ląstelės masės.

Elektroninėse plonų bakterijų dalių nuotraukose citoplazminė membrana atrodo kaip ištisinė maždaug 75 A storio grandinė, susidedanti iš šviesaus sluoksnio (lipidų), įterpto tarp dviejų tamsesnių (baltymų). Kiekvieno sluoksnio plotis yra 20-30A. Tokia membrana vadinama elementaria (30 lentelė, 8 pav.).

Tarp plazminės membranos ir ląstelės sienelės yra jungtis desmosų – tiltelių pavidalu. Citoplazminė membrana dažnai sukelia invaginacijas – invaginacijas į ląstelę. Šios invaginacijos sudaro specialias membranines struktūras citoplazmoje, vadinamą mezosomos. Kai kurios mezosomų rūšys yra kūnai, atskirti nuo citoplazmos savo membrana. Daugybė pūslelių ir kanalėlių yra susikaupę šių membraninių maišelių viduje (2 pav.). Šios struktūros bakterijose atlieka įvairias funkcijas. Kai kurios iš šių struktūrų yra mitochondrijų analogai. Kiti atlieka endoplazminio tinklo arba Golgi aparato funkcijas. Invaginuojant citoplazminę membraną, susidaro ir bakterijų fotosintezės aparatas. Po citoplazmos įsiskverbimo membrana toliau auga ir formuojasi krūvelės (30 lentelė), kurios pagal analogiją su augalų chloroplastų granulėmis vadinamos tilakoidų krūvelėmis. Šiose membranose, kurios dažnai užpildo didžiąją bakterijų ląstelės citoplazmos dalį, yra lokalizuoti pigmentai (bakteriochlorofilas, karotenoidai) ir fermentai (citochromai), kurie vykdo fotosintezės procesą.

Bakterijų citoplazmoje yra ribosomų, baltymus sintezuojančių dalelių, kurių skersmuo 200A. Narvelyje jų yra daugiau nei tūkstantis. Ribosomos susideda iš RNR ir baltymų. Bakterijose daugelis ribosomų yra laisvai išsidėstę citoplazmoje, kai kurios iš jų gali būti susijusios su membranomis.

Ribosomos yra baltymų sintezės centrai ląstelėje. Tuo pačiu metu jie dažnai jungiasi vienas su kitu, sudarydami agregatus, vadinamus poliribosomomis arba polisomomis.

Bakterijų ląstelių citoplazmoje dažnai būna įvairių formų ir dydžių granulių. Tačiau jų buvimo negalima laikyti kažkokiu nuolatiniu mikroorganizmo požymiu, dažniausiai tai daugiausia susiję su fizinėmis ir cheminėmis aplinkos sąlygomis. Daugelis citoplazminių inkliuzų yra sudaryti iš junginių, kurie yra energijos ir anglies šaltinis. Šios rezervinės medžiagos susidaro, kai organizmas aprūpinamas pakankamu kiekiu maistinių medžiagų, ir, atvirkščiai, panaudojamos, kai organizmas atsiduria mažiau palankiose mitybos požiūriu.

Be įvairių struktūrinių komponentų, citoplazmą sudaro skystoji dalis – tirpi frakcija. Jame yra baltymų, įvairių fermentų, t-RNR, kai kurių pigmentų ir mažos molekulinės masės junginių – cukrų, aminorūgščių.

Dėl mažos molekulinės masės junginių buvimo citoplazmoje susidaro skirtumas tarp ląstelių turinio ir išorinės aplinkos osmosinio slėgio, kuris skirtingiems mikroorganizmams gali skirtis. Didžiausias osmosinis slėgis stebimas gramteigiamų bakterijų - 30 atm gramneigiamų bakterijų jis yra daug mažesnis - 4-8 atm.

Branduolinis aparatas. Branduolinė medžiaga dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) yra lokalizuota centrinėje ląstelės dalyje.

Bakterijos neturi tokio branduolio kaip aukštesni organizmai (eukariotai), tačiau turi analogą - „branduolinį ekvivalentą“ - nukleoidas(žr. 2, 8 pav.), kuri yra evoliuciniu požiūriu primityvesnė branduolinės medžiagos organizavimo forma. Mikroorganizmai, neturintys tikrojo branduolio, bet turintys jo analogą, priskiriami prokariotams. Visos bakterijos yra prokariotai. Daugumos bakterijų ląstelėse didžioji dalis DNR yra sutelkta vienoje ar keliose vietose. Eukariotinėse ląstelėse DNR yra specifinėje struktūroje – branduolyje. Šerdį supa apvalkalas membrana.

Bakterijose DNR yra ne tokia sandari, kaip tikrieji branduoliai; Nukleoidas neturi membranos, branduolio ar chromosomų rinkinio. Bakterijų DNR nėra susijusi su pagrindiniais baltymais – histonais – ir yra nukleoide fibrilių pluošto pavidalu.

Flagella. Kai kurios bakterijos turi priedų struktūras ant paviršiaus; Labiausiai paplitę iš jų yra žvyneliai – bakterijų judėjimo organai.

Žiedynas tvirtinamas po citoplazmine membrana naudojant dvi poras diskų. Bakterijos gali turėti vieną, dvi arba daug žvynelių. Jų vieta yra skirtinga: viename ląstelės gale, dviejuose, per visą paviršių ir kt. (9 pav.). Bakterijų žvyneliai yra 0,01–0,03 mikrono skersmens, jų ilgis gali būti daug kartų didesnis už ląstelės ilgį. Bakterijų žvyneliai susideda iš baltymo – flagelino – ir yra susukti spiraliniai siūlai.

Kai kurių bakterijų ląstelių paviršiuje yra plonų gaurelių - fimbriae.

Augalų gyvenimas: 6 tomai. - M.: Švietimas. Redagavo A. L. Takhtadzhyan, vyriausiasis redaktorius, narys korespondentas. SSRS mokslų akademijos prof. A.A. Fiodorovas. 1974 .

Kalbėdami apie bakterijas dažniausiai įsivaizduojame ką nors neigiamo. Ir vis dėlto apie juos žinome labai mažai. Bakterijų struktūra ir veikla gana primityvi, tačiau, pasak kai kurių mokslininkų, jos yra seniausios Žemės gyventojos, tiek metų neišnykusios ir neišnykusios. Daugelį tokių mikroorganizmų rūšių žmonės naudoja savo naudai, o kiti sukelia rimtas ligas ir net epidemijas. Tačiau kai kurių bakterijų žala kartais nėra proporcinga kitų naudai. Pakalbėkime apie šiuos nuostabius mikroorganizmus ir susipažinkime su jų sandara, fiziologija ir klasifikacija.

Bakterijų karalystė

Tai yra be branduolių, dažniausiai vienaląsčiai mikroorganizmai. Jų atradimas 1676 m. yra olandų mokslininko A. Leeuwenhoeko, kuris pirmasis mikroskopu pamatė mažytes bakterijas, nuopelnas. Tačiau prancūzų chemikas ir mikrobiologas Louisas Pasteuras pirmą kartą pradėjo tyrinėti jų prigimtį, fiziologiją ir vaidmenį žmogaus gyvenime 1850 m. Bakterijų struktūra buvo pradėta aktyviai tirti atsiradus elektroniniams mikroskopams. Jo ląstelė susideda iš citoplazminės membranos, ribosomos ir nukleotido. Bakterijos DNR yra sutelkta vienoje vietoje (nukleoplazmoje) ir yra plonų siūlų rutulys. Citoplazma yra atskirta nuo ląstelės sienelės citoplazmine membrana, kurioje yra nukleotidas, įvairios membranos sistemos ir ląstelių intarpai. Bakterijų ribosomą sudaro 60% RNR, likusią dalį sudaro baltymai. Žemiau esančioje nuotraukoje parodyta salmonelių struktūra.

Ląstelės sienelė ir jos komponentai

Bakterijos turi ląstelinę struktūrą. Ląstelės sienelė yra apie 20 nm storio ir, skirtingai nei aukštesni augalai, neturi fibrilinės struktūros. Jo tvirtumą užtikrina specialus užvalkalas, vadinamas maišeliu. Jį daugiausia sudaro polimerinė medžiaga - mureinas. Jo komponentai (subvienetai) tam tikra seka yra sujungti į specialias poliglikanų grandines. Kartu su trumpais peptidais jie sudaro makromolekulę, panašią į tinklą. Tai yra mureino maišelis.

Judėjimo organai

Šie mikroorganizmai gali aktyviai judėti. Tai atliekama dėl plazminių žvynelių, turinčių spiralinę struktūrą. Bakterijos gali judėti iki 200 mikronų per sekundę greičiu ir apsisukti aplink savo ašį 13 kartų per sekundę. Žuvų gebėjimą judėti užtikrina specialus susitraukiantis baltymas – flagellinas (raumenų ląstelėse esančio miozino analogas).

Jų matmenys yra tokie: ilgis - iki 20 mikronų, skersmuo - 10-20 nm. Kiekvienas žiuželis kyla iš bazinio kūno, kuris yra įterptas į bakterijos ląstelės sienelę. Judėjimo organai gali būti pavieniai arba išsidėstę ištisomis kekėmis, kaip, pavyzdžiui, spirilėje. Žvynelių skaičius gali priklausyti nuo aplinkos sąlygų. Pavyzdžiui, Proteus vulgaris, prastai maitinantis, turi tik dvi subpolines žiuželes, o normaliomis vystymosi sąlygomis jų gali būti nuo 2 iki 50 ryšuliuose.

Mikroorganizmų judėjimas

Bakterijos struktūra (diagrama žemiau) yra tokia, kad ji gali gana aktyviai judėti. Judėjimas daugeliu atvejų atsiranda dėl varymo ir daugiausia vyksta skystoje arba drėgnoje aplinkoje. Priklausomai nuo aktyvaus veiksnio, kitaip tariant, išorinio dirgiklio tipo, jis gali būti:

chemotaksis – tai nukreiptas bakterijų judėjimas link maistinių medžiagų arba, atvirkščiai, tolyn nuo bet kokių toksinų;
aerotaksas – judėjimas link deguonies (aerobuose) arba nuo jo (anaerobuose);
fototaksė - reakcija į šviesą, pasireiškianti judesiu, būdinga pirmiausia fototrofams;
magnetotaksis - reakcija į magnetinio lauko pokyčius, paaiškinama specialių dalelių (magnetosomų) buvimu kai kuriuose mikroorganizmuose.

Vienu iš išvardintų būdų bakterijos, kurių struktūrinės ypatybės leidžia joms judėti, gali susidaryti sankaupas vietose, kuriose yra optimalios sąlygos joms gyventi. Be žvynelių, kai kurios rūšys turi daug plonesnių gijų - jos vadinamos „fimbrija“ arba „pili“, tačiau jų funkcija dar nėra pakankamai ištirta. Bakterijos, neturinčios specialių žvynelių, gali slysti, nors jai būdingas labai mažas greitis: maždaug 250 mikronų per minutę.

Antroji nedidelė bakterijų grupė yra autotrofai. Jie gali sintetinti organines medžiagas iš neorganinių medžiagų, gali iš dalies sugerti atmosferos anglies dioksidą, yra chemotrofai. Šios bakterijos gamtoje užima labai svarbią vietą cheminių elementų cikle.

Taip pat yra dvi tikrų fototrofų grupės. Šios kategorijos bakterijų struktūriniai bruožai yra tai, kad jose yra medžiaga (pigmentas) bakteriochlorofilas, kuris savo prigimtimi yra panašus į augalų chlorofilą, o kadangi joms trūksta II fotosistemos, fotosintezė vyksta be deguonies išsiskyrimo.

Dauginimas dalijant

Pagrindinis dauginimosi būdas – pirminės motininės ląstelės dalijimasis į dvi dalis (amitozė). Formose, kurios turi pailgą formą, tai visada vyksta statmenai išilginei ašiai. Bakterijos struktūroje vyksta trumpalaikiai pakitimai: nuo ląstelės krašto iki vidurio susidaro skersinė pertvara, pagal kurią vėliau dalijasi motinos organizmas. Tai paaiškina senąjį karalystės pavadinimą - Drobyanki. Po dalijimosi ląstelės gali likti sujungtos nestabiliomis, laisvomis grandinėmis.

Tai yra tam tikrų tipų bakterijų, pavyzdžiui, streptokokų, išskirtinės struktūrinės savybės.

Sporuliacija ir lytinis dauginimasis

Antrasis dauginimosi būdas yra sporuliacija. Jis tiesiogiai susijęs su noru prisitaikyti prie nepalankių sąlygų ir yra skirtas jas išgyventi. Kai kuriose lazdelės formos bakterijose sporos susidaro endogeniškai, tai yra ląstelės viduje. Jie labai atsparūs karščiui ir gali būti konservuojami net ir ilgai verdant. Sporų susidarymas prasideda nuo įvairių cheminių reakcijų motininėje ląstelėje, kurių metu suyra apie 75% visų jos baltymų. Tada įvyksta padalijimas. Tokiu atveju susidaro dvi dukterinės ląstelės. Vienas iš jų (mažesnis) yra padengtas storu apvalkalu, kuris gali užimti iki 50% tūrio - tai yra sporos. Jis išlieka gyvybingas ir pasirengęs dygti 200-300 metų.

Kai kurios rūšys gali lytiškai daugintis. Šis procesas pirmą kartą buvo atrastas 1946 m., kai buvo ištirta Escherichia coli bakterijos ląstelės struktūra. Paaiškėjo, kad galimas dalinis genetinės medžiagos perkėlimas. Tai yra, DNR fragmentai perkeliami iš vienos ląstelės (donoro) į kitą (recipientą) konjugacijos proceso metu. Tai atliekama naudojant bakteriofagus arba transformuojant.

Bakterijos struktūra ir fiziologijos ypatumai yra tokie, kad idealiomis sąlygomis dalijimosi procesas vyksta nuolat ir labai greitai (kas 20-30 minučių). Tačiau natūralioje aplinkoje jį riboja įvairūs veiksniai (saulės šviesa, maistinė terpė, temperatūra ir kt.).

Šių mikroorganizmų klasifikacija grindžiama skirtinga bakterijų ląstelės sienelės sandara, kuri lemia anilino dažų išsaugojimą ląstelėje arba jo išplovimą. Tai atrado H. K. Gramas, o vėliau, remiantis jo vardu, buvo nustatyti du dideli mikroorganizmų skyriai, kuriuos aptarsime toliau.

Gramteigiamos bakterijos: struktūros ypatybės ir gyvybinės funkcijos

Šie mikroorganizmai turi daugiasluoksnį mureino dangą (30-70% visos sausos ląstelės sienelės masės), dėl kurios anilino dažai nėra išplaunami iš ląstelių (nuotrauka viršuje kairėje rodo gramo struktūrą). teigiama bakterija, o dešinėje - gramneigiama). Jų ypatumas tas, kad diaminopimelio rūgštis dažnai pakeičiama lizinu. Baltymų kiekis yra daug mažesnis, o polisacharidų nėra arba jie yra susieti kovalentiniais ryšiais. Visos šio skyriaus bakterijos skirstomos į kelias grupes:

Gram-teigiami kokai. Tai pavienės ląstelės arba grupės iš dviejų, keturių ar daugiau ląstelių (iki 64), kurias kartu laiko celiuliozė. Pagal mitybos tipą tai paprastai yra privalomi arba pasirenkami anaerobai, pavyzdžiui, pieno rūgšties bakterijos iš streptokokų šeimos, tačiau gali būti ir aerobų.
Sporų nesudarančios lazdelės. Pagal pavadinimą jau galite suprasti bakterinės ląstelės struktūrą. Šiai grupei priklauso anaerobinės arba fakultatyviai aerobinės pieno rūgšties rūšys iš Lactobacillus šeimos.
Sporas formuojantys strypeliai. Jiems atstovauja tik viena šeima - Clostridia. Tai yra privalomi anaerobai, galintys formuoti sporas. Daugelis jų sudaro būdingas atskirų ląstelių grandines arba siūlus.
Korinemorfiniai mikroorganizmai.Šios grupės bakterijų ląstelės išorinė struktūra gali labai pasikeisti. Taigi, strypai gali tapti kuolo formos, trumpomis, kokcinėmis ar silpnai šakotomis formomis. Jie nesudaro endosporų. Tai yra propiono rūgštis, streptomicetų bakterijos ir kt.
Mikoplazmos. Jei atkreipsite dėmesį į bakterijos struktūrą (diagrama paveikslėlyje žemiau – rodyklė rodo į DNR grandinę), galite pastebėti, kad ji neturi ląstelės sienelės (vietoj citoplazminės membranos) ir todėl nėra nudažytas anilino dažais, todėl jo negalima priskirti šiam skyriui pagal dažymą pagal gramą. Tačiau naujausių tyrimų duomenimis, mikoplazmos atsirado iš gramteigiamų mikroorganizmų.

Gramneigiamos bakterijos: funkcijos, struktūra

Tokiuose mikroorganizmuose mureino tinklas yra labai plonas, jo dalis visos ląstelės sienelės sausoje masėje yra tik 10%, likusi dalis yra lipoproteinai, lipopolisacharidai ir tt Medžiagos, gautos dažant Gramu, lengvai išplaunamos. Pagal mitybos tipą gramneigiamos bakterijos yra fototrofai arba chemotrofai, kai kurios rūšys gali fotosintezuoti. Klasifikacija katedroje formuojasi į 12 grupių, atsižvelgiant į morfologijos, medžiagų apykaitos ir kitus veiksnius.

Bakterijų svarba žmogui

Nepaisant iš pažiūros nematomumo, bakterijos žmogui yra labai svarbios – tiek teigiamos, tiek neigiamos. Daugelio maisto produktų gamyba neįmanoma be atskirų šios karalystės atstovų dalyvavimo. Bakterijų struktūra ir veikla leidžia gauti daug pieno produktų (sūrių, jogurtų, kefyro ir daug daugiau). Šie mikroorganizmai dalyvauja marinavimo ir fermentacijos procesuose.

Daugybė bakterijų rūšių yra gyvūnų ir žmonių ligų sukėlėjai, pvz., juodligė, stabligė, difterija, tuberkuliozė, maras ir kt. Tačiau tuo pat metu mikroorganizmai dalyvauja įvairioje pramoninėje gamyboje: genų inžinerijoje, antibiotikų, fermentų gamyboje. ir kiti baltymai, dirbtinis atliekų skaidymas (pavyzdžiui, nuotekų skaidymas metanu), metalų sodrinimas. Kai kurios bakterijos auga ant substratų, kuriuose gausu naftos produktų, ir tai tarnauja kaip indikatorius ieškant ir plėtojant naujus telkinius.