Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Люди — редкое исключение в мире бактерий.

Бактерии (греч. bakterion — палочка) — простые одноклеточные микроскопические организмы, принадлежащие к прокариотам. В пищевых цепях они играют важнейшую роль редуцентов: разлагают органические вещества мертвых животных и растений.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Бактерии обладают исключительной устойчивостью: их можно обнаружить даже на стенках ядерного реактора. Такая способность связана с их быстрым размножением — при благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. При изменении условий внешней среды (за счет мутаций) выживают и размножаются те формы, которые устойчивы к действию того или иного фактора (к примеру, радиации).

Строение бактерий

Бактерии имеют клеточную стенку, состоящую из муреина (пептидогликана) и выполняющую защитную функцию. У бактерий (прокариот, доядерных) отсутствуют мембранные органоиды. В их клетке можно найти только немембранные: рибосомы, жгутики, пили. Пили — поверхностные структуры, которые служат для прикрепления бактерии к субстрату.

Наследственный материал находится прямо в цитоплазме (не в ядре, как у эукариот) в виде нуклеоида. Нуклеоид (лат. nucleus — ядро + греч. eidos вид) — одна сложная кольцевидная молекула ДНК, не ограниченная мембранами от остальной части клетки.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Долгое время выделяли «особый органоид» бактерий — мезосомы, считали, что они могут участвовать в некоторых клеточных процессах.

Спешу сообщить, что на данный момент установлено однозначно: мезосомы это складки цитоплазматический мембраны, образующиеся только лишь при подготовке бактерий к электронной микроскопии (это артефакты, в живой бактерии их нет).

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

При наступлении неблагоприятных для жизни условий бактерии образуют защитную оболочку — спору. При образовании споры клетка частично теряет воду, уменьшаясь при этом в объеме. В таком состоянии бактерии могут сохраняться тысячи лет!

В состоянии споры бактерии очень устойчивы к изменениям температуры, механическим и химическим факторам. При изменении условий среды на благоприятные, бактерии покидают спору и приступают к размножению.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Энергетический обмен бактерий

Бактерии получают энергию за счет окисления веществ. Существуют аэробные бактерии, живущие в воздушной среде, и анаэробные бактерии, которые могут жить только в условиях отсутствия кислорода.

К аэробным бактериям относят многочисленных редуцентов, которые разлагают органические вещества мертвых растений и животных. Анаэробные бактерии составляют микрофлору нашего кишечника — бескислородную среду обитания.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Получают энергию бактерии путем хемо- или фотосинтеза. Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии.

  • Важно заметить, что клубеньковые бактерии (азотфиксирующие) не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам.
  • Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями (сине-зеленым водорослям). Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания (поглощение кислорода), которым мы сейчас с вами пользуемся 🙂
  • Что касается бактерий гетеротрофов, то их способ питания основан на разложении останков животных и растений — сапротрофы (редуценты), либо же они питаются органами и тканями животных и растений — паразиты.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Биотехнология

Бактерии широко применяются в направлении биотехнологии — генной инженерии. Их используют для получения различных химических веществ (белков).

В ДНК бактерии вставляют нужный ген (к примеру, ген, кодирующий белковый гормон — инсулин), бактерия принимает новый участок гена за свой собственный, в результате чего начинает синтезировать белок с данного участка. На рибосомах подобных бактерий синтезируется инсулин, который человек собирает, обрабатывает и использует как лекарство.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Бактерии используются для получения антибиотиков (тетрациклина, стрептомицина, грамицидина), широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков.

Классификация бактерий по форме

При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий.

По форме бактериальные клетки подразделяются на:

  • Стафилококки — их скопления похожи на виноградные грозди
  • Диплококки — округлой формы, расположенные попарно
  • Стрептококки — объединяются в цепочки, напоминающие нити жемчуга
  • Палочки
  • Вибрионы — изогнутые в виде запятой
  • Спириллы — спирально извитые палочки
  • Спирохеты — сильно извитые (до 10-15 витков) палочки

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Размножение бактерий

Бактерии, как прокариоты (доядерные организмы), не могут делиться митозом, так как основное условие митоза — наличие ядра. Бактерии делятся бинарным делением клетки.

В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии.

При размножении в лабораторных условиях бактерии образуют колонии. Колонии — видимые невооруженным глазом скопления клеток, образуемые в процессе роста и размножения микроорганизмов на питательном субстрате. Колонии выращиваются в чашках Петри.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Бактериальные инфекции

Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека. На настоящий момент при бактериальных инфекциях применяются антибиотики, дающие хороший эффект.

От некоторых болезней: дифтерия, коклюш и т.д. разработаны вакцины, дающие стойкий пожизненный иммунитет. После вакцинации образуются антитела к возбудителю, вследствие чего организм становится защищен от подобных инфекций: при встрече с возбудителем человек не заболевает, или переносит болезнь в легкой форме.

К бактериальным инфекциям относятся: чума, дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, брюшной тиф, сальмонеллез, дизентерия, холера. Ниже вы можете видеть возбудителей данных заболеваний и место их локализации в организме.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Для борьбы с бактериями, вирусами и грибами в медицинских учреждениях (уже часто и в домашних условиях) используется кварцевание. Кварцевание — процесс обеззараживания помещения, суть которого в лампе, испускающей ультрафиолетовое излучение, губительное для микроорганизмов.

При проведении медицинских процедур локального кварцевания (облучения УФ отдельных участков) тела следует надевать защитные очки для избежания ожога сетчатки глаза. При кварцевании помещений следует покинуть их по той же причине.

Клеточная стенка — строение, состав и основные функции

Жесткий слой, окружающий клетки бактерий, архей, грибов и растений, называется клеточной стенкой. Стенка находится вне пределов цитоплазмической мембраны (клеточной мембраны) и выполняет целый ряд функций. У животных и большинства простейших клеточной стенки не наблюдается. 

В данной статье охарактеризована клеточная стенка (строение и функции), кратко для каждого вида клеток.

Клеточные стенки высших растений

Растительная клеточная оболочка, строение и функции которой здесь рассматриваются, имеет многослойную структуру. 

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Это внешний слой (средняя пластинка), первичная клеточная стенка и вторичная клеточная стенка. Вторичная клеточная стенка имеется не у всех растений.

  1. Внешний слой, называемый средней пластинкой, содержит полисахариды — пектины, помогающие связывать стенки соседних клеток друг с другом.
  2. Первичная клеточная стенка размещается между средней пластинкой и плазматической мембраной и состоит из целлюлозных микрофибрилл, которые содержатся в матрице. Эта стенка обуславливает прочность, столь нужную при росте клеток.
  3. В некоторых видах растительных клеток между первичной клеточной стенкой и плазматической мембраной образуется еще один слой — вторичная клеточная стенка. Она очень крепкая и поддерживает клетку. Состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина (он усиливает клетки и обеспечивает водопроводимость).

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Основная функция клеточной стенки состоит вформировании каркаса клетки ипредотвращении еерасширения. Кроме того, клеточная стенка:

  • обеспечивает механическую прочность структуры клетки;
  • контролирует направление роста клеток;
  • помогает выдерживать силу воздействия протопласта (содержимого клетки) на стенки — в результате растение остается прямостоящим;
  • регулирует рост клеток;
  • регулирует диффузию (клеточная стенка пропускает некоторые необходимые вещества, препятствуя проникновению других);
  • защищает клетку от воздействия опасных веществ и микроорганизмов;
  • предотвращает потерю влаги;
  • способствует взаимодействию клеток между собой;
  • сохраняет углеводы, используемые для роста растения.

Клеточные стенки водорослей

Как и клетки высших растений, клетки водорослей имеют соответствующие стенки. Они содержат целлюлозу и другие гликопротеины.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

В клеточных стенках зеленых и некоторых видов красных водорослей встречаются манозиловые микроволокна. А в клеточных стенках бурых водорослей встречается альгиновая кислота. 

Агарозы, карагинан, порфиран, фурселеран и фуноран встречаются практически во всех видах водорослей. Группа диатомовых водорослей синтезирует свою клеточную стенку из кремнезема, что в какой-то мере способствует быстрому росту водорослей.

Клеточные стенки грибов

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Клеточную стенку имеют невсе грибы. Клеточная стенка грибов состоит из углерода, хитина, глюкозамина. Функции стенки аналогичны функциям стенок растений. 

Грибная клеточная стенка меняет свой состав, свойства и форму по мере роста гриба.

Клеточные стенки бактерий

Бактериальные клеточные стенки, как и у растений, в первую очередь защищают ячейку отвнутреннего тургора. У прокариот клеточная стенка отличается составом основного компонента — он состоит из пептидогликана, размещающегося сразу за цитоплазматической мембраной.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Различают два вида бактериальных клеточных стенок, по этому признаку бактерии делятся на грамотрицательные и грамположительные.

Вграмположительных бактериях клеточная стенка имеет толстый слой пептидогликана. Такая стенка имеется у определенного типа организмов, в клетках которых формируется липотейхоевая кислота, благодаря наличию фосфодиестерных связей между мономерами которой клетка получает отрицательный электрический заряд.

  • Соответственно грамотрицательные бактерии имеют очень тонкий слой пептидогликана клеточной стенки и имеют вторую, внешнюю, мембрану, находящуюся снаружи от клеточной стенки и компонующую фосфолипиды и липополисахариды на своей внешней стороне.
  • Уважаемые читатели, хотелось бы знать была ли вам полезна информация, описывающая строение и функции клеточной оболочки, кратко, но емко характеризующая разные виды клеток.

Лекция № 9. Строение прокариотической клетки. Вирусы

К прокариотам относятся архебактерии, бактерии и синезеленые водоросли. Прокариоты — одноклеточные организмы, у которых отсутствуют структурно оформленное ядро, мембранные органоиды и митоз.

Читайте также:  Миоклонический статус. Миоклония. Лечение эпистатуса.

Строение бактериальной клетки

Размеры — от 1 до 15 мкм. Основные формы: 1) кокки (шаровидные), 2) бациллы (палочковидные), 3) вибрионы (изогнутые в виде запятой), 4) спириллы и спирохеты (спирально закрученные).

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Формы бактерий: 1 — кокки; 2 — бациллы; 3 — вибрионы; 4—7 — спириллы и спирохеты.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Строение бактериальной клетки:1 — цитоплазматическая мемб­рана; 2 — клеточ­ная стенка; 3 — слизис­тая кап­сула; 4 — цито­плазма; 5 — хромо­сомная ДНК; 6 — рибосомы; 7 — мезо­сома; 8 — фото­синтети­ческие мемб­раны; 9 — вклю­чения; 10 — жгу­тики; 11 — пили.

Бактериальная клетка ограничена оболочкой. Внутренний слой оболочки представлен цитоплазматической мембраной (1), над которой находится клеточная стенка (2); над клеточной стенкой у многих бактерий — слизистая капсула (3).

Строение и функции цитоплазматической мембраны эукариотической и прокариотической клеток не отличаются. Мембрана может образовывать складки, называемые мезосомами (7).

Они могут иметь разную форму (мешковидные, трубчатые, пластинчатые и др.).

На поверхности мезосом располагаются ферменты. Клеточная стенка толстая, плотная, жесткая, состоит из муреина (главный компонент) и других органических веществ. Муреин представляет собой правильную сеть из параллельных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими белковыми цепочками.

В зависимости от особенностей строения клеточной стенки бактерии подразделяются на грамположительные (окрашиваются по Граму) и грамотрицательные (не окрашиваются). У грамотрицательных бактерий стенка тоньше, устроена сложнее и над муреиновым слоем снаружи имеется слой липидов.

Внутреннее пространство заполнено цитоплазмой (4).

Генетический материал представлен кольцевыми молекулами ДНК. Эти ДНК можно условно разделить на «хромосомные» и плазмидные.

«Хромосомная» ДНК (5) — одна, прикреплена к мембране, содержит несколько тысяч генов, в отличие от хромосомных ДНК эукариот она не линейная, не связана с белками. Зона, в которой расположена эта ДНК, называется нуклеоидом.

Плазмиды — внехромосомные генетические элементы. Представляют собой небольшие кольцевые ДНК, не связаны с белками, не прикреплены к мембране, содержат небольшое число генов. Количество плазмид может быть различным.

Наиболее изучены плазмиды, несущие информацию об устойчивости к лекарственным препаратам (R-фактор), принимающие участие в половом процессе (F-фактор). Плазмида, способная объединяться с хромосомой, называется эписомой.

В бактериальной клетке отсутствуют все мембранные органоиды, характерные для эукариотической клетки (митохондрии, пластиды, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы).

В цитоплазме бактерий находятся рибосомы 70S-типа (6) и включения (9). Как правило, рибосомы собраны в полисомы. Каждая рибосома состоит из малой (30S) и большой субъединиц (50S). Функция рибосом: сборка полипептидной цепочки. Включения могут быть представлены глыбками крахмала, гликогена, волютина, липидными каплями.

У многих бактерий имеются жгутики (10) и пили (фимбрии) (11). Жгутики не ограничены мембраной, имеют волнистую форму и состоят из сферических субъединиц белка флагеллина.

Эти субъединицы расположены по спирали и образуют полый цилиндр диаметром 10–20 нм. Жгутик прокариот по своей структуре напоминает одну из микротрубочек эукариотического жгутика. Количество и расположение жгутиков может быть различным.

Пили — прямые нитевидные структуры на поверхности бактерий. Они тоньше и короче жгутиков. Представляют собой короткие полые цилиндры из белка пилина. Пили служат для прикрепления бактерий к субстрату и друг к другу.

Во время конъюгации образуются особые F-пили, по которым осуществляется передача генетического материала от одной бактериальной клетки к другой.

Спорообразование у бактерий — способ переживания неблагоприятных условий. Споры формируются обычно по одной внутри «материнской клетки» и называются эндоспорами. Споры обладают высокой устойчивостью к радиации, экстремальным температурам, высушиванию и другим факторам, вызывающим гибель вегетативных клеток.

Размножение. Бактерии размножаются бесполым способом — делением «материнской клетки» надвое. Перед делением происходит репликация ДНК.

Редко у бактерий наблюдается половой процесс, при котором происходит рекомбинация генетического материала. Следует подчеркнуть, что у бактерий никогда не образуются гаметы, не происходит слияние содержимого клеток, а имеет место передача ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту. Различают три способа передачи ДНК: конъюгация, трансформация, трансдукция.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Конъюгация — однонаправленный перенос F-плазмиды от клетки-донора в клетку-реципиента, контактирующих друг с другом. При этом бактерии соединяются друг с другом особыми F-пилями (F-фимбриями), по каналам которых фрагменты ДНК и переносятся.

Конъюгацию можно разбить на следующие этапы: 1) раскручивание F-плазмиды, 2) проникновение одной из цепей F-плазмиды в клетку-реципиента через F-пилю, 3) синтез комплементарной цепи на матрице одноцепочечной ДНК (происходит как в клетке-доноре (F+), так и в клетке-реципиенте (F-)).

Трансформация — однонаправленный перенос фрагментов ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту, не контактирующих друг с другом. При этом клетка-донор или «выделяет» из себя небольшой фрагмент ДНК, или ДНК попадает в окружающую среду после гибели этой клетки. В любом случае ДНК активно поглощается клеткой-реципиентом и встраивается в собственную «хромосому».

Трансдукция — перенос фрагмента ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью бактериофагов.

Вирусы

Вирусы открыты в 1892 г. Д.И. Ивановским при изучении мозаичной болезни табака (пятнистость листьев). Вирусы — неклеточные формы жизни. Проявляют признаки, характерные для живых организмов, только во время паразитирования в клетках других организмов.

Вирусы являются внутриклеточными паразитами, но, в отличие от других паразитов, они паразитируют на генетическом уровне (ультрапаразиты).

Существует несколько точек зрения на происхождение вирусов: 1) вирусы возникли в результате дегенерации клеточных организмов; 2) вирусы можно рассматривать как группу «потерявшихся», вышедших из-под контроля клетки генов («осколок генома»); 3) вирусы произошли от клеточных органоидов и др.

Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белков, образующих оболочку вокруг этой нуклеиновой кислоты, т.е. представляют собой нуклеопротеидный комплекс.

В состав некоторых вирусов входят липиды и углеводы. Вирусы содержат всегда один тип нуклеиновой кислоты — либо ДНК, либо РНК.

Причем каждая из нуклеиновых кислот может быть как одноцепочечной, так и двухцепочечной, как линейной, так и кольцевой.

Размеры вирусов — 10–300 нм. Форма вирусов: шаровидная, палочковидная, нитевидная, цилиндрическая и др.

Капсид — оболочка вируса, образована белковыми субъединицами, уложенными определенным образом. Капсид защищает нуклеиновую кислоту вируса от различных воздействий, обеспечивает осаждение вируса на поверхности клетки-хозяина.

Суперкапсид характерен для сложноорганизованных вирусов (ВИЧ, вирусы гриппа, герпеса).

Возникает во время выхода вируса из клетки-хозяина и представляет собой модифицированный участок ядерной или наружной цитоплазматической мембраны клетки-хозяина.

Если вирус находится внутри клетки-хозяина, то он существует в форме нуклеиновой кислоты. Если вирус находится вне клетки-хозяина, то он представляет собой нуклеопротеидный комплекс, и эта свободная форма существования называется вирионом. Вирусы обладают высокой специфичностью, т.е. они могут использовать для своей жизнедеятельности строго определенный круг хозяев.

Вирусы, паразитирующие в бактериальных клетках, называются бактериофагами.

Бактериофаг состоит из головки, хвостика и хвостовых отростков, с помощью которых он осаждается на оболочке бактерий. В головке содержится ДНК или РНК.

Фаг частично растворяет клеточную стенку и мембрану бактерии и за счет сократительной реакции хвостика «впрыскивает» свою нуклеиновую кислоту в ее клетку.

Только паразитируя в клетке-хозяине, вирус может репродуцироваться, воспроизводить себе подобных.

В цикле репродукции вируса можно выделить следующие стадии.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

  1. Осаждение на поверхности клетки-хозяина.
  2. Проникновение вируса в клетку-хозяина (могут попасть в клетку-хозяина путем: а) «инъекции», б) растворения оболочки клетки вирусными ферментами, в) эндоцитоза; попав внутрь клетки вирус переводит ее белок-синтезирующий аппарат под собственный контроль).
  3. Встраивание вирусной ДНК в ДНК клетки-хозяина (у РНК-содержащих вирусов перед этим происходит обратная транскрипция — синтез ДНК на матрице РНК).
  4. Транскрипция вирусной РНК.
  5. Синтез вирусных белков.
  6. Синтез вирусных нуклеиновых кислот.
  7. Самосборка и выход из клетки дочерних вирусов. Затем клетка либо погибает, либо продолжает существовать и производить новые поколения вирусных частиц.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Вирусы способны паразитировать в клетках большинства существующих живых организмов, вызывая различные заболевания (грипп, коревая краснуха, полиомиелит, СПИД, оспа, бешенство и др.). Возбудитель СПИДа — вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) — относится к ретровирусам. Имеет сферическую форму, диаметром 100–150 нм.

Наружная оболочка вируса состоит из мембраны, образованной из клеточной мембраны клетки-хозяина. В мембрану встроены рецепторные «грибовидные» образования. Под наружной оболочкой располагается сердцевина вируса, имеющая форму усеченного конуса и образованная особыми белками. Внутри сердцевины располагаются две молекулы вирусной РНК.

Каждая молекула РНК содержит 9 генов ВИЧ и фермент (обратная транскриптаза), осуществляющий синтез вирусной ДНК на матрице вирусной РНК.

Вирус иммунодефицита человека поражает главным образом CD4-лимфоциты (хелперы), на поверхности которых есть рецепторы, способные связываться с поверхностным белком ВИЧ.

Кроме того, ВИЧ проникает в клетки ЦНС, нейроглии, кишечника. Иммунная система организма человека утрачивает свои защитные свойства и оказывается не в состоянии противостоять возбудителям различных инфекций.

Средняя продолжительность жизни инфицированного человека составляет 7–10 лет.

Читайте также:  Феминал для лечения осложнений менопаузного периода или климакса у женщин: формы выпуска (капсулы или таблетки 160 мг), инструкция по применению и отзывы, аналоги

Источником заражения служит только человек — носитель вируса иммунодефицита. СПИД передается половым путем, через кровь и ткани, содержащие вирус иммунодефицита, от матери к плоду.

Структура клетки микроорганизмов, их характеристика и особенности

Обязательный компонент структуры почти всех прокариот — клеточная стенка. Она находится прямо под слизистым чехлом или капсулой и может напрямую вступать в контакт с окружающей средой. Клеточная стенка — это от 5 до 50% сухой массы клетки.

Для определения вида прокариотического организма смотрят на строение клеточной стенки и ее химический состав.

С учетом строения клеточной стенки выделяют 2 группы эубактерий:

  1. Грамположительные виды. Если обработать спиртом специально окрашенный комплекс, то он сохраняет свой цвет. Толщина таких видов не превышает 80 нм.
  2. Грамотрицательные виды. После обрабатывания спиртом комплекс не сохраняет свой цвет. Внутренний пептидогликановый слой равен 2-3 нм, а наружный — 8-10 нм.

Химический состав клеточных стенок грамотрицательных и грамположительных видов удобнее всего сравнивать в таблице.

Строение бактерий. Клеточная стенка бактерий.

Расшифровка:

  • (-) — нет;
  • (+) — есть;
  • (-+) — есть не у всех.

Функции клеточной стенки

Клеточная стенка характеризуется рядом функций. Это:

  • механическая защита клетки;
  • поддержание внешней формы клетки;
  • обеспечение транспорта веществ;
  • предотвращение попадания в клетку токсических веществ;
  • способствование появлению периплазматического пространства, в котором находятся транспортные белки и гидролитические ферменты;
  • содержание на внешней стороне специфических рецепторов для колицинов и фагов, макромолекулы и антигены, которые принимают участие в процессах конъюгации и обеспечивают взаимодействие тканей высших организмов с болезнетворными бактериями.

Капсулы, чехлы и слизистые слои

Определение 1

Капсула — слизистое образование, которое покрывает клетку, обеспечивает связь с клеточной стенкой и характеризуется аморфным строением.

Наличие или отсутствие капсулы зависит от штамма и условий, в которых культивируется микроорганизм.

Капсула — необязательный компонент структуры. Все потому, что у бактерий есть способность в определенных условиях совершать переход от капсульных форм к бескапсульным.

Химический состав капсулы определяется родом и видом бактерии. Среди основных химических компонентов стоит выделить полисахариды гомо- и гетерополимерной природы.

Нужна помощь преподавателя? Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

У чехлов достаточно тонкая структура. Они могут содержать в себе оксиды металлов и состоять из нескольких слоев. Кроме сахаров в их составе могут быть белки, фосфор, липиды и пр.

У слизистых слоев бесструктурный аморфный вид и каждый из них достаточно легко отделяется от поверхности клетки.

Функции капсул, слизистых веществ и чехлов следующие:

  • защита клетки от механических повреждений и высыхания;
  • создание преград для попадания в клетку бактериофагов;
  • создание дополнительного осмотического барьера;
  • используются в качестве источника запасных питательных веществ;
  • служат средством связи между клетками в колониях;
  • создание условий для прикрепления клеток к субстратам.

Жгутики и механизмы движения

Определение 2

Жгутики представляют собой структуры клетки, которые обеспечивают ее способность передвигаться в жидкой среде.

По количеству, размерам и расположению жгутиков определяют вид.

Замечание 1

Стадия жизненного цикла и условия культивирования влияют на количество жгутиков.

Расположение жгутиков бывает:

  • полярным или субполярным, если они находятся в полярной области клетки или у полюсов;
  • латеральным, если располагаются вдоль боковой поверхности.

С учетом нахождения на поверхности клетки и количества жгутиков выделяют:

  • монополярные политрихи. В этом случае на одном полюсе клетки находится один пучок жгутиков;
  • биполярные политрихи. На каждом полюсе находится по почку жгутиков;
  • перитрихи. В такой ситуации жгутиков много. Они размещаются либо вдоль боковой поверхности клетки, либо по всей поверхности клетки.

Замечание 2

В большинстве случаев толщина жгутика — от 10 до 20 нм, а длина — от 3 до 15 мкм.

Жгутик является достаточно жесткой спиралью — чаще всего она закручена против часовой стрелки. Скорость вращения жгутика — 40-60 оборотов в секунду.

Ворсинки

Определение 3

Ворсинки — структурные образования подвижных и неподвижных форм.

По-другому ворсинки называются пили или фимбрии. В каждой клетки количество ворсинок варьируется от нескольких десятков до нескольких тысяч.

  • Расположение ворсинок в клетке — полярное или перитрихальное.
  • Длина ворсинок составляет 0,2-2,0 мкм, а диаметр — от 5 до 10 нм.
  • Ворсинки выполняют следующие функции:
  • обеспечение способности к гидрофобности;
  • помогают прикрепляться к разнообразным поверхностям;
  • участвуют в транспорте метаболитов.

Клеточная стенка бактерии | справочник Пестициды.ru

Клеточная стенка – обязательный структурный элемент бактериальной клетки, за исключением микоплазм и L-форм. У большинства бактерий клеточная стенка невидима в обычный микроскоп без специальной обработки.

У крупных форм, в частности, у серобактерий, стенки заметны отчетливо. При помещении клеток в 1–2 %-ный гипертонический раствор NaCl или раствор глюкозы, происходит пазмолиз и контуры клеточной стенки приобретают четкость.

В этом случае она хорошо видна при фазово-контрастной микроскопии[2][1].

Основной компонент клеточной стенки большинства бактерий – муреин. Он относится к классу пептидогликанов[1].

Муреин – это гетерополимер. Его основа – неразветвленные гетерополимерные цепочки, состоящие из чередования остатков N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, которые соединены между собой β-1,4-гликозидными связями[1].

Остатки N-ацетилмурамовой кислоты лактильными группами соединены при помощи пептидной связи с аминокислотами. В составе муреина обнаружены следующие аминокислоты: L-аланин, мезо-диаминопимелиновая кислота и D-аланин, D-глутаминовая кислота. Диаминопимелиновая кислота находится в мезоформе[1].

У некоторых бактерий мезо-диаминопимелиновая кислота может быть заменена на L- или D-орнитин, или 2,4-диаминомасляную кислоту, или гомосерин, или гидроксилизин.

Все аминокислоты, включая мезо-диаминопимелиновую, играют важную роль в формировании межмолекулярных сшивок, поскольку в образовании пептидных связей принимают участие обе аминогруппы.

Таким образом, две гетерополимерные цепи муреина связываются между собой и образуют мешкообразную гигантскую молекулу – муреиновы мешок. Эта молекула выполняет функцию опорного каркаса клеточной стенки[1].

Строение клеточной стенки и ее химический состав являются постоянной характеристикой для определенного вида бактерий. Эти характеристики служат важным диагностическим признаком, использующимся для идентификации бактерий[1].

Клеточные стенки бактерий, в отличие от клеточных стенок эукариот содержат особые структурные элементы:

  • чередующиеся последовательности N-ацетилглюказамина и N-ацетилмурамовой кислоты;
  • мезо-диаминопимелиновая кислота, D-формы аланина и гутаминовой кислоты[1].

Данные структурные элементы являются слабым местом бактерий и используются в борьбе с вызываемыми ими инфекциями. Для этого применяют лекарственные препараты, воздействующие только на клеточные стенки бактерий или на процесс их синтеза, но не оказывающие влияния на клетки растений, человека и животных[1].

Клеточная стенка бактерии выполняет ряд важных функций:

  • механическая защита от воздействия негативных факторов окружающей среды;
  • обеспечивает форму клетки;
  • обеспечивает возможность существования клетки в гипотонических растворах;
  • обеспечивает осуществление транспорта веществ и ионов, что характерно для грамотрицательных бактерий с наружной мембраной, являющейся дополнительным барьером для их поступления. При этом основной барьер – цитоплазматическая мембрана;
  • препятствует проникновению в бактериальную клетку токсических веществ, что также характерно для грамотрицательных бактерий с наружной мембраной;
  • клеточная стенка является местом расположения рецепторов, на которых адсорбируются бактериоцины и бактериофаги;
  • в клеточной стенке содержаться антигены (липополисахариды у грамотрицательных бактерий и тейховые кислоты у грамположительных бактерий);
  • на клеточной стенке расположены рецепторы, которые отвечают за взаимодействие клеток донора и реципиента при конъюгации бактерий[1].

Одновременно отмечается, что клеточная стенка у бактерий не является жизненно важной структурой, поскольку может быть удалена в определенных условиях. В этом случае бактериальные клетки существуют в виде сферопластов и протопластов[1].

Составитель: Григоровская П.И.

Страница внесена: 10.12.20 13:31

Клеточная стенка бактерий, её строение и функции

Клеточная стенка является обязательным структурным элементом бактериальной клетки, исключение составляют микоплазмы и L-формы.

На долю клеточной стенки приходится от 5 до 50 % сухих веществ клетки.

По строению и химическому составу клеточная стенка прокариот отличается от таковой эукариотических организмов.

Основным компонентом клеточной стенки большинства бактерий является муреин, относящийся к классу пептидогликанов.

Муреин – гетерополимер, построенный из цепочек, в которых чередуются остатки N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, соединенные между собой β-1,4-гликозидными связями

Основу  муреина составляют амк-аланин,D-глутаминовая кислота, мезо-диаминопимелиновая кислота

У некоторых бактерий вместо мезо-диаминопимелиновой кислоты встречаются L-лизин, либо 2,4-диаминомасляная кислота.

В зависимости от строения клеточной стенки бактерии делятся на две большие группы: грамположительные и грамотрицательные. Существует метод окраски, позволяющий разделить бактерии на эти две группы. Он был предложен в 1884 г. датским ученым Х. Грамом.

Этот метод основан на различной способности микроорганизмов удерживать в клетке красители трифенилметанового ряда – кристаллический фиолетовый или генциановый фиолетовый, что в свою очередь зависит от химического состава и ультраструктуры клеточной стенки бактерий.

  • Клеточная стенка грамположительных бактерий под электронным микроскопом выглядит как гомогенный плотный слой, толстый, химически однородный, толщина которого колеблется для разных видов от 20 до 80 нм.
  • 95% пептидогликан и 2,5% липиды, тейхоевые кислоты более 50% (полимеры глицерина и рибозы)
  • К грамположительным бактериям относятся следующие: Bacillus subtilis, Sarcina ventriculi, Streptococcus lactis, Staphylocoсcus aureus, Clostridium perfringens, Micrococcus luteus и др.

Клеточная стенка грамотрицательных бактерий многослойна, тонкая, толщина ее составляет 14–17 нм (рис. 13). Внутренний слой клеточной стенки представлен муреином, на долю которого приходится 1–10 % ее сухой массы

Внешний слой клеточной стенки (наружная или внешняя мембрана) образован фосфолипидами, липопротеинами и белками. По строению наружная мембрана имеет типичную организацию, характерную для элементарных мембран. Основной фракцией наружной мембраны являются липиды, составляющие в среднем 22 % сухой массы клеточной стенки.

Наружная мембрана выполняет не только механические, но и физиологические функции. В ней находятся трансмембранные белки, которые насквозь пронизывают мембрану. Они представляют собой заполненные водой каналы или гидрофильные поры в липофильной мембране, их называют поринами.

Существует несколько различных типов поринов, которые осуществляют транспорт через мембрану гидрофильных низкомолекулярных веществ.

Нет тейхоевых кислот.

Читайте также:  Для чего сохранять природу?

Компоненты клеточной стенки у грамотрицательных бактерий разделены электронно-прозрачным слоем, а также четко отделены от цитоплазматической мембраны. Пространство между цитоплазматической и наружной мембраной получило название периплазматического.

В периплазматическом пространстве находятся белки, такие как протеиназы, нуклеазы, периферические белки цитоплазматической мембраны, рестриктазы и, так называемые, связующие белки, которые участвуют в переносе некоторых субстратов в цитоплазму – пермеазы.

К грамотрицательным бактериям относятся Escherichia coli, Erwinia carotovora, Proteus vulgaris, Yersinia pestis, Pseudomonas aeruginosa

Ф-ции: защитный барьер, регидность (упругость), наружный не основной осмотический барьер

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы. Расчет стоимостиГарантииОтзывы

  1. Клеточная стенка бактерий выполняет следующие функции:
  2. • механическую защиту клетки от воздействий факторов окружающей среды;
  3. • обеспечивает поддержание формы бактериальной клетки;
  4. • дает возможность клетке существовать в гипотонических растворах;
  5. • осуществляет транспорт веществ и ионов (характерно для грамотрицательных бактерий, имеющих наружную мембрану, которая является дополнительным барьером для их поступления; основным барьером служит цитоплазматическая мембрана);
  6. • препятствует проникновению в клетку токсических веществ (также более характерно для грамотрицательных бактерий, имеющих наружную мембрану);
  7. • на клеточной стенке находятся рецепторы, на которых адсорбируются бактериофаги и бактериоцины;
  8. • в клеточной стенке находятся антигены (липополисахариды у грамотрицательных бактерий и тейховые кислоты у грамположительных бактерий);
  9. • на клеточной стенке находятся рецепторы, ответственные за взаимодействие клеток донора и реципиента при конъюгации бактерий.
  10. Вместе с тем следует отметить, что клеточная стенка не является жизненно важной структурой, так как в определенных условиях она может быть удалена и бактериальные клетки при этом существуют в виде протопластов или сферопластов.

Протопластами называют клетки округлой формы, полностью лишенные остатков клеточной стенки и окруженные только цитоплазматической мембраной. Их образование характерно чаще для грамположительных бактерий. Сферопласты отличаются от протопластов тем, что у них сохраняются остатки клеточной стенки, а образуются они преимущественно из клеток грамотрицательных бактерий.

Строение клеточной стенки бактерий: особенности, структура, функции

Уникальная по своему строению клеточная стенка разных бактерий обеспечивает их разнообразие и особенности жизнедеятельности.

Современная микробиология для изучения и классификации использует следующие отличительные особенности бактерий:

  1. Морфологическое клеточное строение:
    • шаровидные «кокки»;
    • палочковидные «бациллы»;
    • спиралевидные «спирохеты»;
    • извитой формы «вибрионы».
  2. Дыхание:
    • дышат кислородом «аэробные»;
    • бескислородные «анаэробные».
  3. Способ питания:
    • автотрофные «самостоятельные» – способны синтезировать органические вещества из неорганических с помощью энергии химических реакций или фотосинтеза (к примеру, сине-зеленые водоросли);
    • гетеротрофные – преобразовывают и перерабатывают готовые органические вещества, полученные в результате жизнедеятельности других организмов, сюда относятся патогенные (болезнетворные), и симбиотические (полезные) микроорганизмы, а также бактерии, живущие за счет процессов брожения, гниения и т.д.
  4. Среда обитания:
    • внешняя среда (почва, вода и т.д.);
    • внутри живых организмов;
    • мертвая органика (трупы, отложения, продукты жизнедеятельности).
  5. Способ распространения и выживания (образовывают ли клеточные споры, чехлы, слизь).
  6. Реакция на тест по Граму (разделение по особенностям состава и строения стенок, ключевая классификация в разрезе темы строения клеточной стенки):
  • грамположительные – окрашиваются во время проведения процедуры окрашивания по Граму (оболочка проницаема для анилинового красителя (кристаллвиолет, метиловый фиолетовый и др.));
  • грамотрицательные – не окрашиваются во время проведения процедуры окрашивания по Граму (клеточная оболочка непроницаема для красителя).

Особенности клеточной оболочки грамположительных бактерий

Суть проведения теста (предложен Г.К.Грамом в 1884 году) состоит в процедуре обработки образца бактериальной культуры анилиновым красителем (кристаллвиолет, кристаллический фиолетовый). При последующей промывке спиртом, Грам (+) виды микроорганизмов сохраняют синюю окраску, другие же обесцвечиваются.

Способность клеточной оболочки фиксировать краситель определяется составом и строением клеточной стенки. Классификация одноклеточных по типу структуры клеточной стенки, поддающейся окраске или нет с помощью метода Грама, является одной из ключевых.

На практике результаты грам-теста помогают диагностировать инфекционные заболевания изучать биохимические свойства микроорганизмов.

Окрашивание по Граму. Кокки (шаровидные) – грамположительные и бациллы (палочки) – грамотрицательные

Большинство грамположительных бактерий имеют массивную однослойную оболочку, проницаемую для анилинового красителя.

Состав стенки включает в себя сложные органические молекулы, основу механической жесткости придает муреин (гетерополимер), гликопептиды, мукопептиды.

Строение стенки определяет форму микроорганизма и является чем-то вроде внешнего скелета, с пористой структурой, толщиной порядка 40 молекул гликопептида. Кроме пептидогликановой основы, в состав оболочки входят тейхоевые кислоты и полисахариды.

Несмотря на общую реакцию на краситель, среди грамположительных можно встретить организмы, принадлежащие к самым разным подвидам, разных форм, размеров, среды обитания и способа питания.

Большинство патогенных для человека бактерий являются граположительными, среди которых, к примеру, возбудители таких инфекционных заболеваний:

  • столбняк (Clostridium tetani),
  • ботулизм (Clostridium botulinum),
  • сибирская язва (Bacillus anthracis),
  • стрептококки,
  • стафилококки (Staphylococcus aureus), обладающие высокой устойчивостью к температуре и действию лекарственных препаратов.

Кислотоустойчивые виды бактерий, благодаря особому многослойному строению оболочки (в нее входят воски, полисахариды и белки), как правило, не окрашиваются по методу Грама. Для них применяют специальный метод Циля-Нельсена. Но некоторые дают положительный результат по методу Грама в случае очень высокой концентрации красителя или повышенной температуры во время проведения процедуры.

Кислотоустойчивые одноклеточные сохраняют жизнеспособность в кислых и щелочных средах, хотя нормальная для их развития и роста среда – нейтральная. Кислотоустойчивые микроорганизмы обычно классифицируются как грамположительные.

Опасными для людей и животных представителями этой группы являются возбудители таких болезней, как туберкулез и проказа.

Также кислотоустойчивыми являются некоторые грунтовые бактерии, способные к фиксации атмосферного азота и являющиеся симбионтами растений.

Особенности оболочки грамотрицательных бактерий

Несмотря на то, что толщина мукопептидной стенки у них намного меньше, стенка является непроницаемой для кристаллического фиолетового красителя. Все дело в принципиально ином строении и химическом составе клеточной оболочки грамотрицательных бактерий. Оболочка имеет многослойную структуру и состоит из:

  • внешней оболочки (мембаны), основной ее состав – липосахариды и белки;
  • периплазматического пространства;
  • внутреннего слоя (муреин пептидогликановый), его состав аналогичен, как и у стенок грамположительных бактерий, но как правило, более чем в два раза тоньше.

Благодаря более сложной структуре некоторые представители этой группы имеют повышенную устойчивость к антителам и антибиотикам.

С усложнением клеточной стенки появились новые функции и возможности. Некоторые виды бактерий, живущие на твердых поверхностях, приобрели возможность менять форму клетки (стенки «скелета» стали пластичными). Это важно при скольжении и перемещении по неровностям твердой среды обитания.

Периплазматическое пространство приобрело функцию изолированного места хранения некоторых гидролизующих ферментов, необходимых для жизнедеятельности клетки, но в то же время способных расщепить и полимерные молекулы самой бактерии.

Благодаря гидролизу попадающих извне полимерных молекул живая клетка расширяет круг пригодных для питания веществ, в то же время непроницаемая для ферментов внутренняя оболочка препятствует «самоперевариванию» бактериальной клетки.

В структуру внешней мембраны входят белки, способные образовывать гидрофильные поры, через которые внутрь клетки могут проходить некоторые макромолекулы (сахара и аминокислоты), необходимые для питания бактерии.

К данному классу бактерий относятся многие бактерии, способные менять химический состав среды обитания (бактерии уксусного и спиртового брожения); симбиотические – кишечная палочка (E coli), многие патогенные (болезнетворные) организмы, такие как менингококк (Neisseria meningitidis); легионелла (Legionella pneumophila), и знаменитая Helicobacter pylori вызывающая язвенную болезнь и обладающая высокой кислотоустойчивостью.

Использование человеком особенностей строения бактерий

Первыми микроорганизмами, которые были использованы человеком для своих нужд, были молочнокислые и бактерии спиртового брожения. Именно они готовили для нас и готовят до сих пор сыр, хлеб и вино. Причем пользоваться продуктом их работы люди начали задолго до открытия бактерий и начала изучения строения и состава продуктов их жизнедеятельности.

В настоящее время биологические методы очистки сточных и фекальных вод стали доступны не только муниципальным предприятиям, но и частным домовладельцам.

Спящие культуры входят в состав современных препаратов для выгребных ям и локальных канализаций.

Фермерские хозяйства часто используют кислотоустойчивые штаммы бактерий для скоростной переработки компоста и животноводческих отходов на удобрения и для многих других целей.

Также многие генетически модифицированные бактерии участвуют в процессах производства лекарственных препаратов, синтеза новых видов полимеров и других материалов с уникальными химическими свойствами и сложным строением.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector