Строение бактериальной клетки

Строение бактериальной клетки

1. Капсула.

Капсула - слизистая структура, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая четко очерченные внешние границы. Обычно капсула состоит из полисахаридов. Капсула участвует в адгезии (прикреплении к субстратам) и защищает бактерий от фагоцитоза и антител, именно поэтому капсула рассматривается как один из факторов патогенности, который делает возбудителей тяжелых инфекционных заболеваний практически недоступным для фагоцитов и антител.

Капсула присуща только определенным видам бактерий, у других она отсутствует. У некоторых бактерий капсула образуется только при попадании в организм человека.

Капсула выявляется в световой микроскоп при специальных методах окраски (например, по методу Бурри-Гинса – бактерии окрашивают красителем фуксином в красный цвет, при этом капсула не окрашивается и становится заметной на красном фоне).

2. Клеточная стенка и цитоплазматическая мембрана.

Цитоплазматическая мембрана прилегает к внутренней поверхности клеточной стенки бактерий и окружает наружную часть цитоплазмы.

Строение цитоплазматической мембраны

Основу цитоплазматической мембраны составляет двойной слой фосфолипидов. Фосфолипиды – это органические вещества, относящиеся к классу жиров. Они являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина, высших жирных карбоновых кислот (ВЖК) и фосфорной кислоты. Глицерин и остаток фосфорной кислоты представляют собой гидрофильную (растворимую в воде) часть молекулы, которую изображают обычно в виде шара. Два остатка высших жирных карбоновых кислот представляют гидрофобную (нерастворимую в воде) часть молекулы, которую изображают в виде двух длинных хвостов (так как молекулы ВЖК имеют очень длинные радикалы, состоящие из 13-21 атомов углерода).

Фосфолипиды в мембране всегда располагаются гидрофобными хвостами друг к другу, а гидрофильными головками наружу, так как цитоплазма и межклеточное вещество содержат воду и к ним должна быть обращена гидрофильная часть молекулы.

Помимо молекул фосфолипидов в мембране также имеются молекулы белков. Белки мембраны делятся на 3 типа:

а). Внешние (периферические) белки – стабилизируют положение погруженных белков. б). Погруженные белки – выполняют функцию ферментов.

в). Пронизывающие (интегральные) белки – участвуют в транспорте веществ через мембрану. Также на мембране могут содержаться молекулы углеводов и липидов.

Клеточная стенка – прочная, упругая структура, придающая бактерии определенную форму и вместе с подлежащей цитоплазматической мембраной сдерживающая высокое осмотическое давление в бактериальной клетке. Она защищает клетку от действия вредных факторов внешней среды, участвует в процессе ее деления и транспорте продуктов обмена веществ.

Основным компонентом клеточной стенки бактерий является многослойный сложный углевод (пептидогликан) – муреин. В зависимости от особенностей строения и толщины клеточной стенки все бактерии делятся на 3 группы:

а). Грамположительные (Гр+). б). Грамотрицательные (Гр-).

в). Микоплазмы – не имеют клеточной стенки, а следовательно и постоянной формы.

Разделение бактерий на грамположительные и грамотрицательные проводится на основании окраски их по методу Грама.

Особенности строения клеточной стенки грамположительных и грамотрицательных бактерий

Методы окрашивания бактерий:

Все методы окраски бактерий делятся в зависимости от количества используемых в них красителей на простые (используется 1 краситель) и сложные (используется 2 и более красителей).

Примером простых методов окраски является окраска красителями метиленовый синий (окрашивает в синий цвет), фуксин (окрашивает в красный цвет). Примером сложных методов окраски является окраска по Граму, окраска по Цилю-Нильсену.

Этапы окрашивания бактерий по методу Грама:

1.Мазок бактерий окрашивают красителем генциановый фиолетовый в течение 1-2 минут.

2.Обрабатывают мазок раствором Люголя (раствор I2 в йодиде калия) в течение 1 минуты.

3.Препарат промывают спиртом.

4.Промывают препарат водой (для удаления спирта и избытка красителя).

5.Препарат окрашивают фуксином в течение 1-2 минут.

Краситель генциановый фиолетовый окрашивает бактерии в сине-фиолетовый цвет. Пептидогликан клеточной стенки бактерий взаимодействует с красителем генциановым фиолетовым в комплексе с йодом. Обработка спиртом вызывает сужение пор в пептидогликане, и, тем самым, задержку красителя в клеточной стенке, если пептидогликана в ней много (как у грамположительных бактерий). Если пептидогликана в клеточной стенке мало, то значительного сужения пор не происходит и краситель вымывается из клеточной стенки при промывании препарата спиртом (как у грамотрицательных бактерий). В результате после промывания спиртом грамположительные бактерии так и остаются синефиолетовыми, а грамотрицательные обесцвечиваются. При окраске препарата фуксином цвет грамположительных бактерий не изменяется, так как фуксин окрашивает бактерий в красный цвет, который не виден на фоне более темного сине-фиолетового. Обесцвеченные же спиртом грамотрицательные бактерии окрашиваются в красные цвет. В результате после окраски по Граму грамположительные бактерии имеют сине-фиолетовую окраску, а грамотрицательные – красную.

3. Цитоплазма.

Цитоплазма – внутренняя полужидкая часть бактериальной клетки, в которой находится большинство органоидов.

4. Мезосомы.

При избыточном росте (по сравнению с ростом клеточной стенки) цитоплазматическая мембрана образует впячивания в виде сложно закрученных мембранных структур, называемых мезосомами. На мезосомах находятся ферменты, участвующие в процессе клеточного дыхания, таким образом, можно сказать, что мезосомы выполняют в клетках бактерий функцию митохондрий.

5. Нуклеоид.

Бактерии относятся к прокариотам – организмам, не имеющим ядра. При этом бактерии, как и другие живые организмы, имеют в клетке наследственную информацию, заключенную в молекуле ДНК.

Нуклеоид (или бактериальная хромосома) – это аналог ядра у бактерий. Он расположен в цитоплазме и представляет собой двуцепочечную ДНК, замкнутую в кольцо и плотно уложенную в виде клубка. В отличие от эукариот, ДНК бактерий не покрыта ядерной оболочки и не накручивается на белкигистоны.

Гены в нуклеоиде расположены плотно, некодирующих участков нет. Часто гены даже накладываются друг на друга и окончание одного гена служит началом следующего. Такое плотное расположение наследственной информации приводит к тому, что любые мутагенные факторы влекут за собой ее изменение. Но за счет достаточно простого устройства бактерий, такие мутации не всегда приводят к гибели клетки, часто они позволяют бактериям приобрести новые, полезные свойства и дают начало новым штаммам (подвидам) бактерий.

При делении бактериальной клетки происходит репликация ДНК нуклеоида (ее удвоение), в результате каждая из дочерних клеток получает бактериальную хромосому материнской клетки.

6 Плазмиды.

Кроме нуклеоида в бактериальной клетке могут находиться внехромосомные факторы наследственности – плазмиды. Плазмиды представляют собой небольшие, замкнутые в кольца молекулы ДНК, которые способны к удвоению независимо от нуклеоида.

Плазмиды часто содержат очень полезные для жизнедеятельности бактерий гены, позволяющие им перерабатывать различные химические вещества, в том числе антибиотики. Наличие таких плазмид в клетке обусловливает устойчивость бактерий к определенным видам антибиотиков.

Плазмиды могут передаваться от одной клетки к другой через пили. Таким образом, бактерии могут «делиться» устойчивостью к антибиотикам друг с другом.

7. Рибосомы.

Рибосомы – это многочисленные мелкие гранулы в цитоплазме клетки, выполняющие функцию синтеза белка. Они состоят из двух субъединиц – большой и малой, между которыми помещается молекула иРНК.

8. Включения.

Включение находятся в цитоплазме клетки. Они могут представлять собой гранулы гликогена, полисахаридов, жирных кислот и полифосфатов (волютин). Включения накапливаются при избытке пищи и выполняют роль запасных веществ для питания и энергетических потребностей.

Гранулы волютина выявляются с помощью специальных методов окраски (например, окраска по Нейссеру) и являются диагностическим признаком для обнаружения некоторых бактерий, например, дифтерийной палочки (коринебактерий).

Коринебактерии имеют характерный булавовидный вид за счет образования на одном или обоих концах их клеток гранул волютина. При окрашивании эти гранулы интенсивно прокрашиваются, что позволяет легко отличить коринебактерий на микропрепаратах от других видов бактерий.

9. Пили.

Пили (фимбрии, ворсинки) – это нитевидные образования, более тонкие и короткие, чем жгутики. Пили отходят от поверхности клетки и состоят из белка пилина. Обычно на одной клетке образуется несколько сотен пилей.

Различают пили, ответственные за адгезию, то есть за прикрепление бактерий к поражаемой клетке, а также пили, ответственные за питание, водно-солевой обмен и половые пили (F-пили). Половых пилей обычно бывает 1-3 на клетку. Они образуются только так называемыми «мужскими» клеткамидонорами, содержащими особые виды плазмид. Через пили происходит обмен плазмидами между клетками бактерий.

10. Жгутики.

Жгутики у бактерий являются органоидами передвижения. Они представляют собой тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны, и имеют большую длину, чем сама клетка. Жгутики прикрепляются к цитоплазматической мембране и клеточной стенке специальными дисками.

Основу жгутиков составляет белок флагеллин (от flagellum - жгутик), закрученный в виде спирали. Жгутики выявляют в световой микроскоп специальными методами увеличивающими их толщину,

например, серебрением.

Количество жгутиков у разных видов бактерий различно. У некоторых бактерий жгутики вообще отсутствуют (шаровидные бактерии). В зависимости от расположения жгутиков бактерии делят на 4 типа:

а). Монотрихи – имеют один жгутик (например, холерный вибрион).

б). Лофотрихи – имеют пучок жгутиков на одном из концов клетки (например, helicobacter pylori - возбудитель язвы желудка).

в). Амфитрихи – имеют по одному жгутику или пучку жгутиков на противоположных концах клетки.

г). Перитрихи – имеют жгутики по всему периметру клетки (например, кишечная палочка, сальмонелла).