Ультраструктура бактериальной клетки

Прокариоты отличаются от эукариот по ряду основных признаков:

Главное отличие:

У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид).

У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой).

Дополнительные отличия

1) У прокариот из органоидов имеются только рибосомы, а у эукариот кроме рибосом имеется множество других органоидов: митохондрии, эндоплазматическая сеть, клеточный центр.

2) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз.

Обязательными органоидами являются: ядерный аппарат, цитоплазма, цитоплазматическая мембрана, клеточная стенка.

Необязательными (второстепенными) структурными элементами являются: капсула, споры, ворсинки (пили), жгутики.

В центре бактериальной клетки находится нуклеоид- ядерное образование, представленное чаще всего одной хромосомой кольцевидной формы. Состоит из двухцепочечной нити ДНК. Нуклеоид не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной. В молекуле ДНК закодирована генетическая информация клетки.

Цитоплазма- сложная коллоидная система, содержащая различные включения метаболического происхождения (зерна волютина, гликогена, гранулезы ), рибосомы и другие элементы белоксинтезирующей системы, плазмиды (вненуклеоидное ДНК), мезосомы (образуются в результате инвагинации цитоплазматической мембраны в цитоплазму, участвуют в энергетическом обмене, спорообразовании, формировании межклеточной перегородки при делении).

Цитоплазматическая мембрана - прилегает к внутренней поверхности стенки и состоит из трех слоев: липидного, протеинового и полисахаридного. Выполняет ряд важнейших функций - барьерную (создает и поддерживает осмотическое давление), энергетическую (содержит многие ферментные системы- дыхательные, окислительно- восстановительные, осуществляет перенос электронов), транспортную (перенос различных веществ в клетку и из клетки).

Клеточная стенка- присуща большинству бактерий (кроме микоплазм). Она обладает рядом функций, прежде всего, обеспечивает механическую защиту и постоянную форму клеток, принимает участие в росте и делении клетки. С ее наличием в значительной степени связаны антигенные свойства бактерий. В составе - два основных слоя, из которых наружный - более пластичный, внутренний- ригидный.

Основное химическое соединение клеточной стенки, которое специфично только для бактерий - пептидогликан (муреиновые кислоты). От структуры и химического состава клеточной стенки бактерий зависит важный для систематики признак бактерий - отношение к окраске по Граму. В соответствии с ним выделяют две большие группы - грамположительные (“грам+”) и грамотрицательные (“грам - “) бактерии. Стенка грамположительных бактерий после окраски по Граму сохраняет комплекс йода с генциановым фиолетовым (окрашены в сине- фиолетовый цвет), грамотрицательные бактерии теряют этот комплекс и соответствующий цвет после обработки и окрашены в розовый цвет за счет докрашивания фуксином.

Особенности клеточной стенки грамположительных бактерий: мощная, толстая, в составе которой преобладают пептидогликан и тейхоевые кислоты, нет липополисахаридов (ЛПС).

Особенности клеточной стенки грамотрицательных бактерий: клеточная стенка значительно тоньше, чем у грамположительных бактерий, содержит ЛПС, липопротеины, фосфолипиды. Устроена более сложно - имеется внешняя мембрана, поэтому клеточная стенка трехслойная.

К поверхностным структурам бактерий (необязательным), относятся капсула, жгутики, микроворсинки.

Капсула- или слизистый слой окружает оболочку ряда бактерий. Выделяют микрокапсулу, выявляемую при электронной микроскопии в виде слоя микрофибрилл, и макрокапсулу, обнаруживаемую при световой микроскопии. Капсула является защитной структурой (прежде всего от высыхания), у ряда микробов- фактором патогенности, препятствует фагоцитозу. У сапрофитов капсулы образуются во внешней среде, у патогенных м/о - чаще в организме хозяина. Существует ряд методов окраски капсул в зависимости от их химического состава. Капсула чаще состоит из полисахаридов (наиболее распространенная окраска- по Гинсу), реже- из полипептидов.

Жгутики.

Подвижные бактерии могут быть скользящие (передвигаются по твердой поверхности в результате волнообразных сокращений) или плавающие, передвигающиеся за счет нитевидных спирально изогнутых белковых образований- жгутиков. По составу жгутики состоят из белка флагеллина.

По расположению и количеству жгутиков выделяют ряд форм бактерий.

1.Монотрихи - имеют один полярный жгутик (холерный вибрион, синегнойная палочка).

2.Лофотрихи - имеют полярно расположенный пучок жгутиков.

3.Амфитрихи - имеют жгутики по диаметрально противоположным полюсам.

4.Перитрихи - имеют жгутики по всему периметру бактериальной клетки (Е. coli, сальмонеллы брюшного тифа, паратифов А и В).

Способность к целенаправленному движению у бактерий генетически детерминирована.

Фимбрии (пили, ворсинки) - короткие нити, в большом количестве окружающую бактериальную клетку, с помощью которых бактерии прокрепляются к субстратам. Фимбрии являются факторами адгезии и колонизации. По составу состоят из белка пилина.

F- пили (фактор фертильности) – при помощи них происходит передача генетической информации от клети к клетке. Имеют белковую структуру.

Спорообразование- способ сохранения определенных видов бактерий в неблагоприятных условиях среды. Эндоспоры образуются в цитоплазме, представляют собой клетки с низкой метаболической активностью и высокой устойчивостью (резистентностью) к высушиванию, действию химических факторов, высокой температуры и других неблагоприятных факторов окружающей среды. При световой микроскопии часто используют метод выявления спор по Ожешко. Споры отличаются по форме, размерам и расположению в клетки. Располагаются центрально — возбудитель сибирской язвы, субтерминально — ближе к концу (возбудитель ботулизма, анаэробной инфекции), терминально — на конце палочки (возбудитель столбняка).