Введение в микробиологию Структурно-функциональная организация клеток прокариот Оболочка

Введение в микробиологию Структурно-функциональная организация клеток прокариот. Оболочка и надоболочечные структуры клеток прокариот

Микробиология – наука, u изучающая строение, систематику, физиологию, биохимию, генетику и экологию организмов, имеющих малые размеры и невидимых невооруженным глазом. u Эти организмы получили название микроорганизмов или микробов (от греч. micros – малый).

Положение микроорганизмов в общей системе живого мира

Э. Геккель в 1866 г. впервые высказал мысль о выделении третьего царства – протист. К этому царству он отнес все организмы, имеющие малые размеры и относительно простую биологическую организацию: грибы, водоросли, простейшие и бактерии. Традиционно протистов подразделяют на простейших (Protozoa), во дорослей (Algae) и грибоподобных организмов; все эти группы имеют полифилетическую природу и не используются в качестве таксонов.

По источнику используемой энергии выделяются фототрофы и хемотрофы; u по отношению к кислороду – облигатные аэробы и анаэробы; u по источнику углерода – автотрофы и гетеротрофы. u

Отличия прокариот от эукариот u. Наличие единственной цитоплазматической мембраны, ограничивающей содержимое клетки. u. Отсутствие органоидов, ограниченных мембраной. u. Отсутствие ядерной оболочки. Ядерный материал в виде кольцевидной хромасомы или нуклеоида. u. ДНК хромасомы стабилизирована не гистонами, а полиаминами. u. Характерно наличие автономных внехромасомных единиц наследственности – плазмид. u. Клеточная стенка содержит пептидогликан – муреин и другие специфические вещества. u. В цитоплазме присутствуют рибосомы 70 -S типа. u. В основе размножения лежит простое деление, митоз не характерен. u. Отсутствуют фагоцитоз и пиноцитоз. u Не происходит движение цитоплазмы. u Возможно формироваие эндоспор как типа покоящихся клеток для перенесения неблагоприятных условий. u Наличие особых запасных веществ: волютина, гранулезы, других органических и неорганических веществ (серы, углекислого кальция). u Наличие надоболочечных структур клетки: капсул, фимбрий, жгутиков. u Возможность формирования простек.

u Среди структур бактериальной клетки различают: основные структуры – клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с различными цитоплазматическими включениями и нуклеоид; u временные структуры – капсулу, жгутики, фимбрии, у некоторых представителей бактерий – эндоспоры. u

Структуры прокариотной клетки Комбинированное изображение прокариотной клетки: А - поверхностные клеточные структуры и внеклеточные образования: 1 - клеточная стенка ; 2 - капсула ; 3 - слизистые выделения; 4 - чехол ; 5 -жгутики ; 6 - ворсинки ; Б - цитоплазматические клеточные структуры: 7 - ЦПМ ; 8 - нуклеоид ; 9 - рибосомы ; 10 - цитоплазма ; 11 хроматофоры ; 12 - хлоросомы ; 13 - пластинчатые тилакоиды ; 14 - фикобилисомы ; 15 - трубчатые тилакоиды; 16 - мезосома ; 17 - аэросомы (газовые вакуоли) ; 18 - ламеллярные структуры ; В - запасные вещества: 19 - полисахаридные гранулы; 20 - гранулы поли-Р-оксимасляной кислоты; 21 - гранулы полифосфата; 22 - цианофициновые гранулы ; 23 - карбоксисомы (полиэдральные тела) ; 24 - включения серы; 25 - жировые капли; 26 - углеводородные гранулы.

Особенности строения бактериальной клетки, обусловленные пептидогликаном Разрушение связей 1. Лизоцим разрушает бэтта гликозидные связи между N-ацетил-N 1. Лизоцим разрушает бэтта гликозидные связи между глюкозамином и N-ацетилмурамовой кислоты. и 2. Эндопептидаза разрушает межпептидные связи. 3. Бэтта-лактамные антибиотики (пенициллин) блокируют синтез клеточной стенки. Иммунобиологические свойства пептидогликана 1. Несет видовые антигены (в межпептидных мостиках) и родовые (в остове и боковых цепях). 2. Запускает оба пути активации комплемента. 3. Тормозит фагоцитарную активность и угнетает миграцию макрофагов. 4. Оказывает противоопухолевое и пирогенное действие на организм. Расположение жгутиков как важный признак для идентификации 1. Монотрихи – один полярный жгутик (пример – холерный вибрион). 2. Лофотрихи – пучок жгутиков на одном конце (псевдомонады). 3. Амфитрихи – пучки на обоих концах (Spirillum volutans). 4. Перитрихи – множество жгутиков, которые расположены вокруг клетки (кишечная палочка).

По содержанию муреина и специфике дополнительных компонентов, включенных в муреиновую сеть, все бактерии подразделяются на две группы: грамположительные (фирмакутные) и грамотрицательные (грациликутные) u По химическому составу клеточная стенка прокариот коренным образом отличается от оболочки клеток эукариот. u

u. Муреин – гетерополимер, образованный чередующимися остатками N-ацетил-N-глюкозамина и N -ацетилмурамовой кислоты, соединенными -1, 4 гликозидными связями. Nацетилмурамовая кислота соединена с пептидом, в состав которого входят 4– 6 различных аминокислот. u. Основу пептидного компонента муреина составляют тетрапептиды, образованные обычно Lаланином, D-глутаминовой кислотой, специфической для прокариот мезодиаминопимелиновой кислотой (мезо- ДАП) и Dаланином. У некоторых бактерий мезодиаминопимелиновая кислота замещена на Lлизин, либо L- или Dорнитин, либо на 2, 4 диаминомасляную кислоту.

Клеточная стенка грамположительных (А) и грамотрицательных (Б) эубактерий: 1 - цитоплазматическая мембрана ; 2 - пептидогликан ; 3 - периплазматическое пространство ; 4 - наружная мембрана; 5 - цитоплазма, в центре которой расположена ДНК.

Схема строения клеточной стенки грамотрицательных бактерий

Пептидные мостики между гетерополимерными цепочками Г - N-ацетилглюкозамин; М - N-ацетилмурамовая кислота; ала - аланин; глу - глутаминовая кислота; лиз - лизин; ДАП - диаминопимелиновая кислота; глиглицин. Стрелками обозначено место действия пенициллина.

Клеточная стенка грамположительных бактерий

Отличительные черты клеточных оболочек микобактерий Микобактерии характеризуются усложненными структурами оболочек. Относятся к фирмакутным бактериям. В оболочках выделяют 4 компонента: u 1) скелет оболочек, образованный муреином, связанным ковалентно с миколатом арабиногалактана; u 2) свободные липиды; u 3) пептиды; u 4) глюкан. u

Схема строения жгутика Бактерия Esherichia Coli

u Видеофайл

Кишечная палочка с фимбриями, окрашенными голубым. Pseudomonas aeruginosa и её волосовидные пили

Микроорганизмы, перерабатывающие токсичные металлы, способны выращивать электропроводящие нити из своих клеточных мембран. Отмечается, что у металлоперерабатывающих бактерий могут вырастать "микроскопические провода" - фимбрии.