Особенности строения бактериальной клетки. Основные органеллы и их функции

Особенности строения бактериальной клетки.
Основные органеллы и их функции

Отличия бактерий от других клеток
1. Бактерии относятся к прокариотам, т. е. не имеют обособ-
ленного ядра.
2. В клеточной стенке бактерий содержится особый пептидо-
гликан — муреин.
3. В бактериальной клетке отсутствуют аппарат Гольджи, эндо-
плазматическая сеть, митохондрии.
4. Роль митохондрий выполняют мезосомы — инвагинации
цитоплазматической мембраны.
5. В бактериальной клетке много рибосом.
6. У бактерий могут быть специальные органеллы движения —
жгутики.
7. Размеры бактерий колеблются от 0,3—0,5 до 5—10 мкм.
По форме клеток бактерии подразделяются на кокки, палочки
и извитые.
В бактериальной клетке различают:
1) основные органеллы:
а) нуклеоид;
б) цитоплазму;
в) рибосомы;
г) цитоплазматическую мембрану;
д) клеточную стенку;
2) дополнительные органеллы:
а) споры;
б) капсулы;
в) ворсинки;
г) жгутики.
Цитоплазма представляет собой сложную коллоидную систе-
му, состоящую из воды (75%), минеральных соединений, белков,
8
РНК и ДНК, которые входят в состав органелл нуклеоида, рибо-
сом, мезосом, включений.
Нуклеоид — ядерное вещество, распыленное в цитоплазме
клетки. Не имеет ядерной мембраны, ядрышек. В нем локализует-
ся ДНК, представленная двухцепочечной спиралью. Обычно замк-
нута в кольцо и прикреплена к цитоплазматической мембране.
Содержит около 60 млн пар оснований. Это чистая ДНК, она не
cодержит белков гистонов. Их защитную функцию выполняют
метилированные азотистые основания. В нуклеоиде закодирована
основная генетическая информация, т. е. геном клетки.
Наряду с нуклеоидом в цитоплазме могут находиться авто-
номные кольцевые молекулы ДНК с меньшей молекулярной мас-
сой — плазмиды. В них также закодирована наследственная ин-
формация, но она не является жизненно необходимой для
бактериальной клетки.
Рибосомы представляют собой рибонуклеопротеиновые части-
цы размером 20 нм, состоящие из двух субъединиц — 30 S и 50 S.
Рибосомы отвечают за синтез белка. Перед началом синтеза бел-
ка происходит объединение этих субъединиц в одну — 70 S. В от-
личие от клеток эукариотов рибосомы бактерий не объединены
в эндоплазматическую сеть.
Мезосомы являются производными цитоплазматической мемб-
раны. Мезосомы могут быть в виде концентрических мембран,
пузырьков, трубочек, в форме петли. Мезосомы связаны с нуклео-
идом. Они участвуют в делении клетки и спорообразовании.
Включения являются продуктами метаболизма микроорганиз-
мов, которые располагаются в их цитоплазме и используются
в качестве запасных питательных веществ. К ним относятся
включения гликогена, крахмала, серы, полифосфата (волютина)
и др.
2. Строение клеточной стенки
и цитоплазматической мембраны

Клеточная стенка — упругое ригидное образование толщи-
ной 150—200 ангстрем. Выполняет следующие функции:
1) защитную, осуществление фагоцитоза;
2) регуляцию осмотического давления;
3) рецепторную;
4) принимает участие в процессах питания деления клетки;
9
5) антигенную (определяется продукцией эндотоксина — ос-
новного соматического антигена бактерий);
6) стабилизирует форму и размер бактерий;
7) обеспечивает систему коммуникаций с внешней средой;
8) косвенно участвует в регуляции роста и деления клетки.
Клеточная стенка при обычных способах окраски не видна, но
если клетку поместить в гипертонический раствор (при опыте
плазмолиза), то она становится видимой.
Клеточная стенка вплотную примыкает к цитоплазматической
мембране у грамположительных бактерий, у грамотрицательных
бактерий клеточная стенка отделена от цитоплазматической мемб-
раны периплазматическим пространством.
Клеточная стенка имеет два слоя:
1) наружный — пластичный;
2) внутренний — ригидный, состоящий из муреина.
В зависимости от содержания муреина в клеточной стенке раз-
личают грамположительные и грамотрицательные бактерии (по
отношению к окраске по Грамму).
У грамположительных бактерий муреиновый слой состав-
ляет 80% от массы клеточной стенки. По Грамму, они окрашива-
ются в синий цвет. У грамположительных бактерий муреиновый
слой составляет 20% от массы клеточной стенки, по Грамму, они
окрашиваются в красный цвет.
У грамположительных бактерий наружный слой клеточной
стенки содержит липопротеиды, гликопротеиды, тейхоевые кис-
лоты, у них отсутствует липополисахаридный слой. Клеточная
стенка выглядит аморфной, она не структурирована. Поэтому при
разрушении муреинового каркаса бактерии полностью теряют
клеточную стенку (становятся протопластами), не способны
к размножению.
У грамотрицательных бактерий наружный пластический
слой четко выражен, содержит липопротеиды, липополисахарид-
ный слой, состоящий из липида А (эндотоксина) и полисахарида
(О-антигена). При разрушении грамотрицательных бактерий об-
разуются сферопласты — бактерии с частично сохраненной кле-
точной стенкой, не способные к размножению.
К клеточной стенке прилегает цитоплазматическая мембрана.
Она обладает избирательной проницаемостью, принимает участие
в транспорте питательных веществ, выведении экзотоксинов,
энергетическом обмене клетки, является осмотическим барьером,
10
участвует в регуляции роста и деления, репликации ДНК, являет-
ся стабилизатором рибосом.
Имеет обычное строение: два слоя фосфолипидов (25—40%)
и белки.
По функции мембранные белки разделяют на:
1) структурные;
2) пермиазы — белки транспортных систем;
3) энзимы — ферменты.
Липидный состав мембран непостоянен. Он может меняться
в зависимости от условий культивирования и возраста культуры.
Разные виды бактерий отличаются друг от друга по липидному
составу своих мембран.

3. Дополнительные органеллы бактерий
Ворсинки (пили, фимбрии) — это тонкие белковые выросты на
поверхности клеточной стенки. Функционально они различны. Раз-
личают комон-пили и секс-пили. Комон-пили отвечают за адгезию
бактерий на поверхности клеток макроорганизма. Они характерны
для грамположительных бактерий. Секс-пили обеспечивают кон-
такт между мужскими и женскими бактериальными клетками
в процессе конъюгации. Через них идет обмен генетической ин-
формацией от донора к реципиенту. Донор — мужская клетка —
обладает секс-пили. Женская клетка — реципиент — не имеет
секc-пили. Белок секс-пили колируется генами F-плазмиды.
Жгутики — органеллы движения. Есть у подвижных бакте-
рий. Это особые белковые выросты на поверхности бактериаль-
ной клетки, содержащие белок — флагелин. Количество и распо-
ложение жгутиков может быть различным.
Различают:
1) монотрихи (имеют один жгутик);
2) лофотрихи (имеют пучок жгутиков на одном конце клет-
ки);
3) амфитрихи (имеют по одному жгутику на каждом конце);
4) перитрихи (имеют несколько жгутиков, расположенных по
периметру).
О подвижности бактерий судят, рассматривая живые микро-
организмы, либо косвенно — по характеру роста в среде Пешко-
ва (полужидком агаре). Неподвижные бактерии растут строго по
уколу, а подвижные дают диффузный рост.
11
Капсулы представляют собой дополнительную поверхност-
ную оболочку. Они образуются при попадании микроорганизма
в макроорганизм. Функция капсулы — защита от фагоцитоза
и антител.
Различают макро- и микрокапсулы. Макрокапсулу можно вы-
явить, используя специальные методы окраски, сочетая позитив-
ные и негативные методы окраски. Микрокапсула — утолщение
верхних слоев клеточной стенки. Обнаружить ее можно только
при электронной микроскопии. Микрокапсулы характерны для
вирулентных бактерий.
Среди бактерий различают:
1) истиннокапсульные бактерии (род Klebsiella) — сохраняют
капсулообразование и при росте на питательных средах, а не
только в макроорганизме;
2) ложнокапсульные — образуют капсулу только при попада-
нии в макроорганизм.
Капсулы могут быть полисахаридными и белковыми. Они
играют роль антигена, могут быть фактором вирулентности.
Споры — это особые формы существования некоторых бакте-
рий при неблагоприятных условиях внешней среды. Спорообра-
зование присуще грамположительным бактериям. В отличие от
вегетативных форм споры более устойчивы к действию химиче-
ских, термических факторов.
Чаще всего споры образуют бактерии рода Bacillus и Clostridium.
Процесс спорообразования заключается в утолщении всех
оболочек клетки. Они пропитываются солями дипикалината каль-
ция, становятся плотными, клетка теряет воду, замедляются все
ее пластические процессы. При попадании споры в благоприят-
ные условия она прорастает в вегетативную форму.
У грамотрицательных бактерий также обнаружена способ-
ность сохраняться в неблагоприятных условиях в виде некульти-
вируемых форм. При этом нет типичного спорообразования, но
в таких клетках замедлены метаболические процессы, невозмож-
но сразу получить рост на питательной среде. Но при попадании
в макроорганизм они превращаются в исходные формы.