Клетка кишечной палочки на рисунке
Организм бактерии представлен одной единственной клеткой. Формы бактерий разнообразны. Строение бактерий отличается от строения клеток животных и растений.
В клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды. Носитель наследственной информации ДНК, расположена в центре клетки в свернутом виде. Микроорганизмы, которые не имеют настоящего ядра, относятся к прокариотам. Все бактерии — прокариоты.
Предполагается, что на земле существует свыше миллиона видов этих удивительных организмов. К настоящему времени описано около 10 тыс. видов.
Бактериальная клетка имеет стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с включениями и нуклеотид. Из дополнительных структур некоторые клетки имеют жгутики, пили (механизм для слипания и удержания на поверхности) и капсулу. При неблагоприятных условиях некоторые бактериальные клетки способны образовывать споры. Средний размер бактерий 0,5-5 мкм.
Внешнее строение бактерий
Рис. 1. Строение бактериальной клетки.
Клеточная стенка
- Клеточная стенка бактериальной клетки является для нее защитой и опорой. Она придает микроорганизму свою, специфическую форму.
- Клеточная стенка проницаема. Через нее проходят питательные вещества внутрь и продукты обмена (метаболизма) наружу.
- Некоторые виды бактерий вырабатывают специальную слизь, которая напоминает капсулу, предохраняющую их от высыхания.
- У некоторых клеток имеются жгутики (один или несколько) или ворсинки, которые помогают им передвигаться.
- У бактериальных клеток, которые при окрашивании по Граму приобретают розовую окраску (грамотрицательные), клеточная стенка более тонкая, многослойная. Ферменты, благодаря которым происходит расщепление питательных веществ, выделяются наружу.
- У бактерий, которые при окрашивании по Граму приобретают фиолетовую окраску (грамположительные), клеточная стенка толстая. Питательные вещества, которые поступают в клетку, расщепляются в периплазматическом пространстве (пространство между клеточной стенкой и мембраной цитоплазмы) гидролитическими ферментами.
- На поверхности клеточной стенки имеются многочисленные рецепторы. К ним прикрепляются убийцы клеток — фаги, колицины и химические соединения.
- Липопротеиды стенки у некоторых видов бактерий являются антигенами, которые называются токсинами.
- При длительном лечении антибиотиками и по ряду других причин некоторые клетки теряют оболочку, но сохраняют способность к размножению. Они приобретают округлую форму — L-форму и могут длительно сохраняться в организме человека (кокки или палочки туберкулеза). Нестабильные L-формы обладают способностью принимать первоначальный вид (реверсия).
Рис. 2. На фото строение бактериальной стенки грамотрицательных бактерий (слева) и грамположительных (справа).
Капсула
При неблагоприятных условиях внешней среды бактерии образуют капсулу. Микрокапсула плотно прилегает к стенке. Ее можно увидеть только в электронном микроскопе. Макрокапсулу часто образуют патогенные микробы (пневмококки). У клебсиеллы пневмонии макрокапсула обнаруживаются всегда.
Рис. 3. На фото пневмококк. Стрелками указана капсула (электронограмма ультратонкого среза).
Капсулоподобная оболочка
Капсулоподобная оболочка представляет собой образование, непрочно связанное с клеточной стенкой. Благодаря бактериальным ферментам капсулоподобная оболочка покрывается углеводами (экзополисахаридами) внешней среды, благодаря чему обеспечивается слипание бактерий с разными поверхностями, даже совершенно гладкими.
Например, стрептококки, попадая в организм человека, способны слипаться с зубами и сердечными клапанами.
Функции капсулы многообразны:
- защита от агрессивных условий внешней среды,
- обеспечение адгезии (слипанию) с клетками человека,
- обладая антигенными свойствами, капсула оказывает токсический эффект при внедрении в живой организм.
Рис. 4. Стрептококки способны слипаться с эмалью зубов и вместе с другими микробами являются причиной кариеса.
Рис. 5. На фото поражение митрального клапана при ревматизме. Причина — стрептококки.
Жгутики
- У некоторых бактериальных клеток имеются жгутики (один или несколько) или ворсинки, которые помогают передвигаться. В составе жгутиков находится сократительный белок флагелин.
- Количество жгутиков может быть разным — один, пучок жгутиков, жгутики на разных концах клетки или по всей поверхности.
- Движение (беспорядочное или вращательное) осуществляется в результате вращательного движения жгутиков.
- Антигенные свойства жгутиков оказывают токсический эффект при заболевании.
- Бактерии, не имеющие жгутиков, покрываясь слизью, способны скользить. У водных бактерий содержатся вакуоли в количестве 40 — 60, наполненные азотом.
Они обеспечивают погружение и всплытие. В почве бактериальная клетка передвигается по почвенным каналам.
Рис. 6. Схема прикрепления и работы жгутика.
Рис. 7. На фото разные типы жгутиковых микробов.
Рис. 8. На фото разные типы жгутиковых микробов.
Пили
- Пили (ворсинки, фимбрии) покрывают поверхность бактериальных клеток. Ворсинка представляет собой винтообразно скрученную тонкую полую нить белковой природы.
- Пили общего типа обеспечивают адгезию (слипание) с клетками хозяина. Их количество огромно и составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч. С момента прикрепления начинается любой инфекционный процесс.
- Половые пили способствуют переносу генетического материала от донора реципиенту. Их количество от 1 до 4-х на одну клетку.
Рис. 9. На фото кишечная палочка. Видны жгутики и пили. Фото сделано при помощи туннельного микроскопа (СТМ).
Рис. 10. На фото видны многочисленные пили (фимбрии) у кокков.
Рис. 11. На фото бактериальная клетка с фимбриями.
Цитоплазматическая мембрана
- Цитоплазматическая мембрана располагается под клеточной стенкой и представляет собой липопротеин (до 30% липидов и до 70% протеинов).
- У разных бактериальных клеток разный липидный состав мембран.
- Мембранные белки выполняют множество функций. Функциональные белки представляют собой ферменты, благодаря которым на цитоплазматической мембране происходит синтез разных ее компонентов и др.
- Цитоплазматическая мембрана состоит из 3-х слоев. Двойной фосфолипидный слой пронизан глобулинами, которые обеспечивают транспорт веществ в бактериальную клетку. При нарушении ее работы клетка погибает.
- Цитоплазматическая мембрана принимает участие в спорообразовании.
Рис. 12. На фото отчетливо видна тонкая клеточная стенка (КС), цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) и нуклеотид в центре (бактерия Neisseria catarrhalis).
к содержанию ↑
Внутреннее строение бактерий
Рис. 13. На фото строение бактериальной клетки. Строение клетки бактерии отличается от строения клеток животных и растений — в клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды.
Цитоплазма
Цитоплазма на 75% состоит из воды, остальные 25% приходится на минеральные соединения, белки, РНК и ДНК. Цитоплазма всегда густая и неподвижная. В ней содержатся ферменты, некоторые пигменты, сахара, аминокислоты, запас питательных веществ, рибосомы, мезосомы, гранулы и всевозможные другие включения. В центре клетки концентрируется вещество, которое несет наследственную информацию — нуклеоид.
Гранулы
Гранулы состоят из соединений, которые являются источником энергии и углерода.
Мезосомы
Мезосомы — производные клетки. Имеют разную форму — концентрические мембраны, пузырьки, трубочки, петли и др. Мезосомы имеют связь с нуклеоидом. Участие в делении клетки и спорообразовании — их основное предназначение.
Нуклеоид
Нуклеоид является аналогом ядра. Он расположен в центре клетки. В нем локализована ДНК — носитель наследственной информации в свернутом виде. Раскрученная ДНК достигает в длину 1 мм. Ядерное вещество бактериальной клетки не имеет мембраны, ядрышка и набора хромосом, не делится митозом. Перед делением нуклеотид удваивается. Во время деления число нуклеотидов увеличивается до 4-х.
Рис. 14. На фото срез бактериальной клетки. В центральной части виден нуклеотид.
Плазмиды
Плазмиды представляют собой автономные молекулы, свернутые в кольцо, двунитевой ДНК. Их масса значительно меньше массы нуклеотида. Несмотря на то, что в ДНК плазмид закодирована наследственная информация, они не являются жизненно важными и необходимыми для бактериальной клетки.
Рис. 15. На фото бактериальная плазмида. Фото сделано с помощью электронного микроскопа.
Рибосомы
Рибосомы бактериальной клетки участвуют в синтезе белка из аминокислот. Рибосомы бактериальных клеток не объединены в эндоплазматическую сеть, как у клеток, имеющих ядро. Именно рибосомы часто становятся «мишенью» для многих антибактериальных препаратов.
Включения
Включения — продукты метаболизма ядерных и безъядерных клеток. Представляют собой запас питательных веществ: гликоген, крахмал, сера, полифосфат (валютин) и др. Включения часто при окраске приобретают иной вид, чем цвет красителя. По валютину можно диагностировать дифтерийную палочку.
к содержанию ↑
Формы бактерий
Форма бактериальной клетки и ее размер имеет большое значение при их идентификации (распознании). Самые распространенные формы — шаровидная, палочковидная и извитая.
Таблица 1. Основные формы бактерий.
Шаровидные бактерии
Шаровидные бактерии называют кокками (от греческого coccus — зерно). Располагаются по одному, по двое (диплококки), пакетами, цепочками и как гроздья винограда. Данное расположение зависит от способа деления клетки. Самые вредные микробы — стафилококки и стрептококки.
Рис. 16. На фото микрококки. Бактерии круглые, гладкие, имеют белую, желтую и красную окраску. В природе микрококки распространены повсеместно. Живут в разных полостях человеческого организма.
Рис. 17. На фото бактерии диплококки — Streptococcus pneumoniae.
Рис. 18. На фото бактерии сарцины. Кокковидные бактерии соединяются в пакеты.
Рис. 19. На фото бактерии стрептококки (от греческого «стрептос» — цепочка).
Располагаются цепочками. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.
Рис. 20. На фото бактерии «золотистые» стафилококки. Располагаются, как «гроздья винограда». Скопления имеют золотистую окраску. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.
Палочковидные бактерии
Палочковидные бактерии, образующие споры, называются бациллами. Они имеют цилиндрическую форму. Самым ярким представителем этой группы является бацилла сибирской язвы. К бациллам относятся чумные и гемофильные палочки. Концы палочковидных бактерий могут быть заострены, закруглены, обрублены, расширены или расщеплены. Форма самих палочек может быть правильной и неправильной. Они могут располагаться по одной, по две или образовывать цепочки. Некоторые бациллы называют коккобациллами, так как они имеют округлую форму. Но, все же, их длина превышает ширину.
Диплобациллы — сдвоенные палочки. Сибиреязвенные палочки образовывают длинные нити (цепочки).
Образование спор изменяет форму бацилл. В центре бацилл споры образуются у маслянокислых бактериях, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах бацилл, придавая им вид барабанных палочек.
Рис. 21. На фото бактериальная клетка палочковидной формы. Видны множественные жгутики. Фото сделано с помощью электронного микроскопа. Негатив.
Рис. 22. На фото бактерии палочковидной формы, образующие цепочки (сибиреязвенные палочки).
Рис. 23. На фото клетка бактерии палочковидной формы рода протей.
Рис. 24. У маслянокислых бацилл споры образуются в центре, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах, придавая им вид барабанных палочек.
Извитые бактерии
Не более одного оборота имеют изгиб клетки холерных вибрионов. Несколько (два, три и более) — кампилобактерии. Спирохеты имеют своеобразный вид, который отображен в их названии — «спира» — изгиб и «хатэ» — грива. Лептоспиры («лептос» — узкий и «спера» — извилина) представляют собой длинные нити с тесно расположенными завитками. Бактерии напоминают извитую спираль.
Рис. 25. На фото холерный вибрион.
Рис. 26. На фото бактерии спирохеты. Они имеют своеобразный вид, который отображен в их названии — «спира» — изгиб и «хатэ» — грива.
Рис. 27. На фото бактериальная клетка спиралеподобной формы — возбудитель «болезни укуса крыс».
Рис. 28. На фото бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний.
Рис. 29. На фото бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний.
Булавовидные
Булавовидную форму имеют коринебактерии — возбудители дифтерии и листериоза. Такую форму бактерии придает расположение метахроматических зерен на ее полюсах.
Рис. 30. На фото коринебактерии.
Подробно о бактерияx читай в статьях:
«Рост и размножение бактерий»,
«Споры и спорообразование в жизни бактерий»,
«Как питаются и дышат бактерии? Зачем бактериям ферменты и пигменты?».
Бактерии живут на планете Земля более 3,5 млрд. лет. За это время они многому научились и ко многому приспособились. Суммарная масса бактерий огромна. Она составляет около 500 миллиардов тонн. Бактерии освоили практически все известные биохимические процессы. Формы бактерий разнообразны. Строение бактерий за миллионы лет достаточно усложнилось, но и сегодня они считаются наиболее просто устроенными одноклеточными организмами.
Статьи раздела “Бактерии”
Самое популярное
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ?
Подпишитесь на нашу рассылку!
Источник
Клетки прокариот не имеют ядерной оболочки (греч. «про» — до, «карион» — ядро), отличаются мелкими размерами (обычно 1 — 5 мкм) и простотой строения.
поверхностный аппарат
Все клетки, в том числе и клетки прокариот, окружены цитоплазматической мембраной. Она изолирует содержимое клетки от окружающей среды, осуществляет транспорт веществ из клетки и в клетку, воспринимает сигналы из окружающей среды. Таким образом, мембрана обеспечивает поддержание постоянства внутриклеточной среды.
Поверх мембраны у прокариот (за исключением некоторых паразитических групп) находится клеточная стенка. Она выполняет функцию механической защиты клетки от внешних повреждений и давления воды изнутри клетки (в результате осмоса). У настоящих бактерий в основе клеточной стенки лежит муреин. Муреин — пептидогликан, который представляет собой длинные полисахаридные цепи, сшитые короткими пептидными мостиками. В результате формируется непрерывная молекулярная сетка, окружающая всю бактериальную клетку.
По строению поверхностного аппарата бактерии делятся на две большие группы — грамположительные (грам+) и грамотрицательные (грам–). Эти названия даны из-за разной способности таких клеток окрашиваться по Граму (определенный метод окрашивания).
У грамположительных бактерий муреиновый слой достаточно толстый. Также в их клеточной стенке содержатся особые соединения — тейхоевые кислоты.
У грамотрицательных бактерий тонкий муреиновый слой сверху покрыт второй мембраной. Между мембранами имеется периплазматическое пространство.
Рис. 1. Строение поверхности грам+ и грам– бактерий
У некоторых видов бактерий поверх клеточной стенки имеется дополнительный внешний слой, называемый капсулой. В отличие от стенки, он неплотный, прозрачный. Он состоит из непрочно связанных между собой полисахаридов и защищает клетку от механических повреждений, а в случае болезнетворных бактерий — от защитных систем организма-хозяина.
Рис. 2. Капсула бактерии. Раскрашенная электронная микрофотография
Рис. 3. Строение бактериальной клетки
внутреннее строение
На электронной микрофотографии внутри бактериальной клетки в электронный микроскоп можно увидеть области разной плотности.
Рис. 4
Более прозрачная для электронов (светлая) часть содержит ДНК и называется нуклеоидом (греч. «нуклеус» — ядро, «ойдес» — подобный). Она не отделена от остальной части клетки, называемой цитоплазмой, и имеет примерно такой же состав. ДНК у прокариот представлена, как правило, одной кольцевой молекулой, в определенной точке прикрепленной к цитоплазматической мембране.
По всему внутреннему пространству клетки бактерий разбросаны рибосомы, количество которых может достигать 10 000 на клетку. Из-за этого цитоплазма выглядит на электронной микрофотографии более темной, гранулярной. Кроме этого, внутри клетки имеются немногочисленные впячивания цитоплазматической мембраны, называемые мезосомами. Ранее считалось, что они являются местом синтеза АТФ; согласно новым данным, скорее всего, это артефакты фиксации, и дыхание происходит и в других участках мембраны.
Иногда в клетках некоторых бактерий наблюдаются гранулы каких-либо веществ. Они могут содержать запасные питательные вещества (полисахариды, капли жира, полифосфаты) или отходы обмена веществ, которые клетки не могут вывести наружу (сера, окислы железа и др.). Такие гранулы называются включениями (см. рис. 5).
Рис. 5
Снаружи от оболочки бактериальной клетки могут располагаться длинные нитевидные структуры двух типов. Первые из них — жгутики — представляют собой белковые спирали, способные вращаться относительно мембраны бактериальной клетки и обеспечивать движение бактерий за счет «ввинчивания» бактерии в среду. Жгутики есть не у всех бактерий. Вторая группа нитей — пили — не способна к движению, но обеспечивает прикрепление бактерий к другим клеткам.
Клеточная стенка придает бактериям постоянную форму. По форме клеток бактерии делятся на:
Палочковидные (бациллы), к которым относятся бактерии, вызывающие гниение продуктов, возбудители туберкулеза (палочка Коха), чумы (чумная палочка), гангрены (клостридии), а также кишечная палочка (обычный симбионт кишечника человека).
Шаровидные (кокки), например: золотистый стафилококк, вызывающий нагноение ран, и стрептококки, вызывающие ангины.
Имеющие форму запятой (вибрионы), например, возбудитель холеры — холерный вибрион.
Спиральные — спириллы, например: азоспириллы, обеспечивающие фиксацию атмосферного азота на рисовых полях, и спирохеты, например трепонема бледная — возбудитель сифилиса.
Рис. 6
спорообразование
Некоторые бактерии способны образовывать споры. Споры у бактерий служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий. Спора образуется внутри клетки (одна в каждой клетке). В ее состав обязательно входит генетический материал бактерии. Спора одевается плотной оболочкой, после чего все оставшиеся внешние части клетки отмирают.
Рис. 7. Споры в клетках возбудителя сибирской язвы
Споры бактерий, как правило, выдерживают кипячение. Уничтожить их можно только путем автоклавирования (обработка паром под давлением, обычно при температуре 120о С), прокаливания. Уничтожение всех бактерий и их спор называется стерилизацией.
ЭКОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ
Бактерии способны существовать в самых разнообразных условиях. Их находят в атмосфере на высоте нескольких километров и на дне океанов. Некоторые виды бактерий живут даже на глубине нескольких километров под землей в нефтяных и угольных пластах.
Бактерии, несмотря на свои малые размеры, осуществляют крупномасштабные процессы в биосфере.
1. Бактерии являются одной из важнейших групп редуцентов — организмов, осуществляющих разложение мертвого органического вещества.
2. Многие бактерии способны осуществлять образование органических веществ из неорганических, то есть являются автотрофами. Они могут делать это за счет фотосинтеза с использованием энергии света (фотоавтотрофы, прежде всего цианобактерии — зеленые, содержат хлорофилл, являются предками хлоропластов) или хемосинтеза — окисления неорганических веществ (хемоавтотрофы).
Рис. 8. Цианобактерии (фотосинтетики)
Таким образом, прокариоты могут являться производителями биомассы — продуцентами, в некоторых биоценозах важнейшими или единственными. Так, бактерии-хемосинтетики, прежде всего, окисляющие сероводород, являются единственными продуцентами в глубоководных экосистемах черных и белых курильщиков — океанических геотермальных источников.
Рис. 9
3. Только бактерии способны превращать молекулярный азот атмосферы в азот органических соединений, т. е. осуществлять азотфиксацию. Фиксируют азот, например, клубеньковые бактерии — симбионты бобовых растений, а также цианобактерии.
БАКТЕРИИ И ЧЕЛОВЕК
Бактерии играют важную роль в жизни человека.
Прежде всего надо сказать о болезнетворных бактериях, вызывающих различные заболевания человека, домашних животных и культурных растений (см. тему «Бактериальные и вирусные заболевания человека»).
Кроме того, бактерии вызывают порчу продуктов питания и разрушение различных материалов.
Ряд бактерий используется человеком в его хозяйственной деятельности. Бактерии используются в пищевой промышленности для получения йогуртов, простокваши, сыров и ряда других молочнокислых продуктов. Благодаря бактериям осуществляются процессы квашения капусты, засолки огурцов, силосования кормов.
Осуществляемые бактериями процессы брожения являются промышленным источником ряда веществ, таких как ацетон, молочная и масляная кислота.
Некоторые бактерии и близкие к ним актиномицеты вырабатывают антибиотики, используемые в медицине. Бактерии являются источником для получения ряда ферментов, используемых в пищевой промышленности, медицине и других отраслях.
АРХЕИ
Безъядерные, то есть прокариотные, клетки, имеет и совершенно особая группа живых организмов, отличающаяся и от бактерий, и от эукариот, — археи (см. тему «Основные царства живых организмов»). По размерам и строению клетки архей очень похожи на клетки бактерий, но сильно отличаются по биохимическим и молекулярно-биологическим признакам. Например, у части архей мембрана совершенно не похожа на мембраны всех остальных организмов — она состоит не из фосфолипидов, а из простых эфиров полиизопреноидных спиртов (то есть спиртов, образованных единицами изопрена, как, например, натуральный каучук). Клеточная стенка архей состоит либо из псевдомуреина, напоминающего муреин, либо из белков, что также не встречается у других организмов. Археи, в отличие от других бактерий, никогда не образуют спор.
Рис. 10. Клетки метаногенных архей (раскрашенная электронная микрофотография)
Рис. 11. Редвуд-Сити, Калифорния. Вид с воздуха. В соленых водоемах живут пурпурные археи
Изначально считалось, что все археи — экстремофилы, то есть обитают в экстремальных условиях. Археи живут в насыщенных солью озерах, таких как Мертвое море. Также они обитают в горячих источниках, где температура может превышать 100о С. Однако впоследствии археи были обнаружены и в других местообитаниях, включая почву, океаны, болота и толстую кишку человека. Многочисленны археи среди океанического планктона. Археи играют важную роль в круговоротах углерода и азота. Ни один из известных представителей архей не является паразитом или болезнетворным организмом, однако для них часто характерен симбиоз или комменсализм. Метанообразующие археи обитают в пищеварительном тракте человека и жвачных, где многочисленны и участвуют в процессах пищеварения. Метаногенные археи используются в производстве биогаза и очистке канализационных сточных вод. Ферменты архей-экстремофилов, сохраняющие активность при высоких температурах и в контакте с органическими растворителями, находят свое применение в биотехнологии.
Источник