2 МОРФОЛОГИЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

2. МОРФОЛОГИЯ И СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

1. Морфология бактерий • Для бактерий характерны три основные формы клеток: – шаровидная (сферическая), или кокковидная (от греч. kokkos - зерно), – цилиндрическая (палочковидная) и – извитая.

1. Морфология бактерий

1. Морфология бактерий • Кокковидные бактерии имеют форму – правильного шара диаметром 1. 0 - 2. 0 мкм. – овальные, – эллипсоидные, – бобовидные. • Кокковидные бактерии способны делиться в нескольких плоскостях, при этом после деления клетки могут не расходиться и формировать различного вида скопления.

1. Морфология бактерий Типы скоплений кокковидных клеток: • А — дитококки; Б – стрептококки; В – стафилококки; • Г – тетракокки; Д – сарцины.

Палочковидные (цилиндрические) клетки • поодиночке – монобактерии, • парами – диплобактерии • цепочки – стрептобактерии

1. Морфология бактерий Типы расположение палочковидных клеток: • А — монобактерии • Б -диплобактерии • В - стрептобактерии

1. Морфология бактерий Типы извитых клеток: • А - вибрионы • Б - спириллы • В - спирохеты

1. Морфология бактерий Типы клеток • клетки с выростами • булавовидной формы • веретенообразные • ланцетовидные • разветвленные и неразветвленные нитчатые формы • имеющие вид кольца, замкнутого или разомкнутого в зависимости от стадии роста • ветвящиеся • напоминающие шестиугольную звезду • пластинкообразные; в виде кусочков битого стекла, квадратиков и т. д.

1. Морфология бактерий • Форма клеток большинства бактерий является устойчивым видовым признаком. • Однако существуют бактерии, обладающие морфологической изменчивостью (плеоморфизмом) в зависимости от условий имеющие вид палочек, кокков или обнаруживающие слабое ветвление. • У некоторых видов бактерий при прохождении цикла развития также наблюдается изменение формы клеток.

прокариотическая клетка имеет • • • цитоплазма, цитоплазматическая мембрана протопласт клеточная стенка капсулы чехлы слизистые слои жгутики ворсинки и т. д.

2. Структурная организация бактериальной клетки

2. Структурная организация бактериальной клетки • Клеточная стенка грамотрицательных бактерии • многослойна, – толщина ее составляет от 14 до 17 нм. • Внутренний слой клеточной стенки представлен пептидогликаном муреином. – от 1 до 10% ее сухой массы. • Структурные микрофибриллы пептидогликана грамотрицательных бактерий сшиты менее компактно, поэтому поры в их пептидогликановом слое значительно шире, чем в молекулярном каркасе грамположительных бактерий.

2. Структурная организация бактериальной клетки • Внешний слой клеточной стенки (наружная или внешняя мембрана) образован фосфолипидами. липопротеинами и белками. – липиды составляют 22% сухой массы клеточной стенки – выполняет не только механические, но и важные физиологические функции. • Во внешней мембране находятся трансмембранные белки, которые насквозь пронизывают мембрану и представляют собой заполненные водой каналы или гидрофильные поры, их называют поринами. – осуществляют транспорт через мембрану гидрофильных низкомолекулярных веществ.

Схематическое строение клеточной стенки грамотрицательных бактерий

• отличительная особенность грамотрицательных бактерий – отсутствие в клеточной стенке тейхоевых кислот. • 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.

Грамотрицательные бактерии Pseudomonas aeruginosa

2. Структурная организация бактериальной клетки • Клеточная стенка бактерий выполняет следующие функции: – механически защищает клетку от воздействий факторов окружающей среды – обеспечивает поддержание формы бактериальной клетки – дает возможность клетке существовать в гипотонических растворах – осуществляет транспорт веществ и ионов

2. Структурная организация бактериальной клетки – препятствует проникновению в клетку токсических веществ – на клеточной стенке находятся рецепторы, на которых адсорбируются бактериофаги и бактериоцины – в клеточной стенке находятся антигены – на клеточной стенке находятся рецепторы, ответственные за взаимодействие клеток донора и реципиента при конъюгации бактерий.

2. Структурная организация бактериальной клетки • Протопласты - клетки округлой формы, полностью лишенные остатков клеточной стенки и окруженные только цитоплазматической мембраной. – Иx образование характерно чаще для грамположительных бактерий. • Сферопласты отличаются от протопластов тем, что у них сохраняются остатки клеточной стенки, – образуются они преимущественно из клеток грамотрицательных бактерий.

2. Структурная организация бактериальной клетки • L-формы - бактерии, частично или полностью лишенные клеточной стенки, но сохранившие способность к развитию. – Буква L - первая буква названия Листеровского института в Лондоне, где впервые обратили внимание на развитие морфологически весьма необычных клеток в культуре бактерий Streptococcus moniliformis, выделенной из жидкости уха крысы.

2. Структурная организация бактериальной клетки • Цитоплазматическая мембрана – составляет 8 - 15% сухой массы клетки. • Химический состав цитоплазматической мембраны представлен белково-липидным комплексом, – на долю белков приходится 50 - 75%. – на долю липидов - 15 - 50%.

2. Структурная организация бактериальной клетки • Цитоплазматическая мембрана бактерий по химическому составу в целом сходна с мембранами эукариотических клеток, • но мембраны – бактерий богаче белками, – содержат необычные жирные кислоты – в основном, не имеют стеринов.

2. Структурная организация бактериальной клетки Структура цитоплазматической мембраны: А - белки, погруженные в бислой мембраны В - поверхностные белки С - белки, пронизывающие мембрану насквозь

2. Структурная организация бактериальной клетки • Функции цитоплазматической мембраны: – поддержание внутреннего постоянства цитоплазмы клетки – транспорт веществ в клетку и вывод их наружу; – электронтранспортная цепь и ферменты окислительного фосфорилирования: – синтез клеточной стенки и капсулы – закрепление жгутиков – энергетическое обеспечение движения жгутиков

2. Структурная организация бактериальной клетки • Мезосомы – образуются при впячивании цитоплазматической мембраны в цитоплазму. – разнообразны по форме, размерам и локализации в клетке – Выделяют три основных типа мезосом: • ламеллярные (пластинчатые), • везикулярные (имеющие форму пузырьков) • тубулярные (трубчатые).

2. Структурная организация бактериальной клетки – Фотосинтетические мембраны – • производные цитоплазматической мембраны, возникшие в результате ее разрастания и глубокого впячивания (инвагинации) в цитоплазму • Фотосинтетические мембраны образуют – хроматофоры – тилакоиды – ламеллы.

2. Структурная организация бактериальной клетки Транспорт веществ в клетку бактерий • Способы поступления веществ в клетку бактерий: – простая или пассивная диффузия, – облегченная диффузия, – активный транспорт, – транслокация групп.

2. Структурная организация бактериальной клетки – Простая или пассивная диффузия – • неспецифическое поступление веществ в клетку за счет разницы концентраций. – транспорт низкомолекулярных веществ, • кислорода, • липофильных соединений (спирты, жирные кислоты), • воды, • ядов и других чуждых клетке веществ, • удаление продуктов обмена. – Скорость перемещения невелика. – Процесс не связан с затратой энергии.

2. Структурная организация бактериальной клетки – Перенос веществ при облегченной диффузии происходит по градиенту их концентрации. – Скорость транспорта зависит от концентрации субстрата в среде. – Этот процесс не требует затраты энергии и осуществляется с участием субстратспецифических пермеаз.

2. Структурная организация бактериальной клетки – Активный транспорт – • основной механизм избирательного переноса веществ через цитоплазматическую мембрану в клетку против градиента концентрации. – протекает при участии переносчиков белковой природы - пермеаз. – необходима затрата энергии либо в виде АТФ, либо за счет протондвижущей силы энергизованной мембраны. – От активного транспорта зависит сродство клеток к субстрату.

2. Структурная организация бактериальной клетки – При транслокации групп происходит химическая модификация переносимых молекул. – Так происходит поступление в клетку многих прокариот углеводов, в процессе которого они фосфорилируются. – Источником фосфатной группы служит фосфоенолпируват.

2. Структурная организация бактериальной клетки

2. Структурная организация бактериальной клетки • Секреция продуктов жизнедеятельности • Секреция – белков в периплазматическое пространство через цитоплазматическую мембрану – белков непосредственно в культуральную среду

2. Структурная организация бактериальной клетки • Модели, объясняющие механизм, посредством которого сигнальный (лидерный) пептид обеспечивает секрецию белка-предшественника через циитоплазматическую мембрану в периплазматическое пространство. – Модель прямого транспорта – Сигнальная гипотеза

2. Структурная организация бактериальной клетки • Цитоплазма и внутрицитоплазматические включения • Цитоплазма - это содержимое клетки, окруженное цитоплазматической мембраной. • Фракция цитоплазмы, имеющая гомогенную консистенцию и содержащая набор растворимых РНК, ферментных белков, продуктов и субстратов метаболических реакций, получила название цитозоля.

2. Структурная организация бактериальной клетки • Другая часть цитоплазмы представлена структурными элементами: – рибосомами, – внутрицитоплазматическими включениями, – нуклеоидом, – мембранными структурами.

2. Структурная организация бактериальной клетки • Рибосомы прокариот имеют константу седиментации 70 S. – Они образованы двумя субъединицами 30 S и 50 S. – По величине и некоторым другим особенностям рибосомы бактерий сходны с рибосомами митохондрий и хлоропластов. – Меньшая субъединица 30 S содержит 1 молекулу 16 Sp. PHK и, в большинстве случаев, по одной молекуле белков 21 вида. – 50 S -субъединица состоит из двух молекул р. РНК (23 S и 5 S) и около 35 молекул различных белков, представленных одной копией.

2. Структурная организация бактериальной клетки • Бактериальная клетка содержит от 5 до 50 тыс. рибосом, число их тем больше, чем больше скорость роста клетки. • Рибосомы служат местом синтеза белка. . • Различия между рибосомами бактерий (70 S) и эукариот (80 S) имеют решающее значение для борьбы с инфекционными заболеваниями, – так как некоторые антибиотики частично или полностью подавляют синтез белка, протекающий на рибосомах 70 S типа, но не затрагивают функционирования рибосом 80 S типа.

2. Структурная организация бактериальной клетки – Внутрицитоплазматические включения 1. активно функционирующие структуры • газовые вакуоли, или аэросомы, обнаруженные у бактерий, обитающих в воде. – Аэросомы • снижают удельную массу бактериальной клетки и благодаря этому поддерживают ее во взвешенном состоянии в водоеме. • скопление газовых пузырьков (везикул).

– Хлоросомы зеленых бактерий и фикобилисомы цианобактерий. – Карбоксисомы или полиэдрические тела содержатся в клетках некоторых автотрофных бактерий. – Магнитосомы содержат водные бактерии, способные ориентироваться в магнитном поле и перемещаться в направлении линий магнитного поля.

2. продукты клеточного метаболизма, не выделяющиеся наружу из клетки, а откладывающиеся внутри клетки. – – полифосфаты, полисахариды, жиры, сера.

2. Структурная организация бактериальной клетки • Жгутики и движение бактерий – монотрихи имеют один жгутик • Caulo-bacter и Vibrio – лофотрихи имеют на одном или на обоих полюсах клетки пучок жгутиков • Pseudomonas, Chromatiurri); – амфитрихи имеют по жгутику на обоих полюсах клетки • бактерии рода Spirillum – перитрихи большое количество жгутиков, располагающихся по всей поверхности клетки • бактерии вида Escherichia coli

Типы жгутикования у бактерий

Жгутики и движение бактерий • Жгутик состоит из трех частей: – нити – крюка – базального тельца – С помощью базального тельца, жгутик закреплен в цитоплазматической мембране и клеточной стенке • центральный стержень • кольца

Жгутики и движение бактерий

Жгутики и движение бактерий • У грамотрицательных бактерии имеется 4 кольца: L. P. S. М. – L и Р - наружная пара колец – S и М - внутренняя пара колец. • • L-кольцо расположено в наружной мембране. Р - в пептидогликановом слое клеточной стенки. S - в периплазматическом пространстве, М - в цитоплазматпческой мембране.

Жгутики и движение бактерий • У грамположительных бактерий – базальное тельце состоит только из двух колец: S и М. • в цитоплазматической мембране и клеточной стенке.

Жгутики и движение бактерий

Жгутики и движение бактерий • Для подвижных бактерий характерны таксисы, – направленная двигательная реакция в ответ на определенный фактор. • Различают – – хемотаксис, фототаксис, магнитотаксис и вискози-таксис.

Жгутики и движение бактерий • Хемотаксис – – движение бактерий относительно источника химического вещества. • Для каждого микроорганизма все химические вещества в этом плане могут быть разделены на две группы: – инертные – вызывающие таксисы, или эффекторы. • Среди эффекторов выделяют: – аттрактанты - вещества, которые притягивают бактерии: – репелленты - вещества, которые отпугивают бактерии.

Жгутики и движение бактерий • Фототаксис – – движение к источнику света или от него, свойственное фототрофным бактериям. • Магнитотаксис – – способность бактерий передвигаться по силовым линиям магнитного поля Земли или магнита.

Жгутики и движение бактерий • Вискозитаксис – – способность реагировать на изменение вязкости раствора и передвигаться в направлении ее увеличения или уменьшения.

Ворсинки (или фимбрии) • Ворсинки – – поверхностные структуры белковой природы, состоящие из белка пилина и не выполняющие функции движения. • Число фимбрий на поверхности клетки – от 1 - 2 до нескольких тысяч. • Различают два типа фимбрий: – общие – специфические

Ворсинки (или фимбрии) • Фимбрии общего типа – выполняют функцию прикрепления клетки к поверхности субстрата. – принимают участие в поступлении крупномолекулярных соединений в цитоплазму. • Специфические ворсинки – – половые пили.

Капсулы, слизи и чехлы • Микрокапсула – толщины слизистого слоя до 0. 2 мкм. • Макрокапсула – слой слизи толщиной более 0. 2 мкм. – Слизь • слизистое вещество, окружающее клетку, имеющее аморфный, бесструктурный вид и • легко отделяющее от поверхности бактериальной клетки, • по толщине часто превосходящее ее диаметр.

Капсулы, слизи и чехлы • Капсула может быть образована – полисахаридами – полипептидами, • представленных полимерами, в которых содержится много D- и L- форм глутаминовой кислоты. – целлюлозой

Капсулы, слизи и чехлы • Слизи по химической природе являются полисахаридами. • Особенно обильное их образование наблюдается у многих микроорганизмов при выращивании на среде с сахарозой.

Капсулы, слизи и чехлы • Функции – защитная – фактор вирулентности – препятствуют адсорбции на клетках бактериофагов – капсульная слизь является источником запасных питательных веществ – объединение клеток в цепочки, колонии – обеспечение прикрепления клеток к поверхности субстрата.

Спасибо!