ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ У БАКТЕРИЙ.

Популяция – совокупность особей одного вида, длительно обитающих на определенной территории – в биотопе. Может представлять собой как небольшую группу клонов – микропопуляция, так и крупную – макропопуляцию.

Классификация бактерий

В основу классификации бактерий положены следующие показатели:

1. Фенотипические показатели – окраска по Граму, химический состав клеточной стенки, морфологические, культуральные, ферментативные свойства, антибиотикограмма, фаготипирование и др.

2. Генотипические показатели – соотношение G+C (гуанин + цитозин), гибридизация ДНК, молекулярное зондирование, плазмидный анализ и др.

3. Филогенетические показатели: анализ рРНК-последовательности,

РНК-РНК-гибридизация и др.

Таксоны для бактерий: вид, род, семейство, порядок, класс, отдел, царство.

Вид -эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющая единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными признаками –

морфологическими, физиологическими, биохимическими, молекулярно- генетическими и др.

Для видового названия бактерий используется бинарная номенклатура: первое слово пишется с прописной буквы и обозначает род, а второе – со строчной и обозначает вид.

Согласно последнему изданию руководства Берджи прокариоты включают 2 домена:

- Домен «Archaea». Архебактерии являются наиболее древними, не содержат

пептидогликан в клеточной стенке. Имеют особые рибосомы и рРНК. Не

включает патогенных видов. Это метан - и сульфатредуцирующие бактерии.

- Домен «Bacteria»(настоящие бактерии), который включает:

1.Грамположительные бактерии - с толстой клеточной стенкой (большинство кокков, некоторые палочки, бациллы, клостридии, актиномицеты, коринебактерии, микобактерии и бифидобактерии).

2.Грамотрицательные бактерии - с тонкой клеточной стенкой

(большинство палочек, некоторые кокки, вибрионы, спирохеты,

риккетсии и хламидии).

3.Эубактерии – бактерии без клеточной стенки ( микоплазмы -

класс Моllicutes).

Большинство Гр- бактерий объеденены в отдел Протеобактерий на основе сходства рРНК ( риккетсии, бруцеллы, энтеробактерии, кампило- и хеликобактерии и др.) Они произошли от общего фотосинтетического предка.

Гр+ бактерии на основе рРНК являются отдельной филогенетической группой с двумя большими подотделами – с высоким и низким соотношением G+C (генетическое сходство). Большинство Гр+ бактерий входят в отдел Firmicutes.

В домен «Bacteria» входят 23 отдела, из которых медицинское значение

имеют 7. Некоторые из них имеют особенности строения и размножения:

Спирохеты. Представляют собой крупные грамотрицательные извитые подвижные микроорганизмы, некоторые из них образуют цисты в организме. Занимают промежуточное положение между бактериями и простейшими.

Риккетсии и хламидии. Неподвижные мелкие полиморфные микроорганизмы, обязательные внутриклеточные паразиты. Занимают промежуточное положение между вирусами и бактериями.

Актинобактерии.Крупные ветвящиеся грамположительные микроорганизмы, образующие споры для размножения, а не как у собственно бактерий - для переживания неблагоприятных условий. В связи с этим занимают промежуточное положение между бактериями и грибами.

МОРФОЛОГИЯ И УЛЬТРАСТРУКТУРА БАКТЕРИЙ

Бактерии – одноклеточные безъядерные микроорганизмы,размножающиеся бесполым путем ( бинарное деление). Существуют в гаплоидном состоянии, становясь диплоидными непосредственно перед делением или образованием спор.

По форме различают бактерии:

а) шаровидные или кокки ( стафилококки, стрептококки, сарцины )

б) палочковидные (дифтерийная, кишечная палочки )

в) извитые (холерный вибрион, спирохеты, спириллы)

По размерамбактерии могут быть: мелкие – до 1,5 мкм, средние – 1,5 – 3 мкм и крупные – более 3мкм.

Форма и размеры - относительно стабильные признаки в строго определенных условиях культивирования, вследствие чего являются важными критериями при идентификации бактерий.

Ультраструктура

Бактерии намного проще устроены, чем эукариотные клетки: у них отсутствует истинное ядро и большинство органоидов. Состоят из: 1) оболочки, 2) цитоплазмы с рибосомами, мезосомами и включениями и 3) нуклеоида – кольцевой молекулы ДНК. Некоторые виды имеют жгутики, микроворсинки (фимбрии, пили), образуют споры и капсулы.

Оболочкабактерий состоит из клеточной стенки (КС) и плазматической мембраны ( ПМ).

КС располагается над ПМ, имеет толщину 10 – 60 нм и массу 10 – 15 % от сухого веса бактерии. Построена из биополимеров или их блоков. Главный компонент, придающий эластичность и ригидность (прочность) КС – муреин = пептидогликан (ПГ). Его молекула представляет собой правильную сеть из параллельно расположенных полисахаридных (гликановых ) цепей, сшитых друг с другом короткими цепями пептидов. У Гр(+) бактерий, которые в отличие от Гр(-) прочно удерживают анилиновые красители и не обесцвечиваются спиртом КСтолстая – до 60 нм, но однородная, на 90% состоит из ПГ. Он связан с тейхоевымикислотами, за счет чего приобретает многослойную структуру и лучше удерживает красители. У Гр(- ) бактерий КСтонкая – 10-20 нм, но сложнее устроена,т.к. состоит из трёхразных слоёв: 1.один слой ПГ( 5-10%) без тейхоевых кислот, выполняет функцию каркаса, 2. наружная мембрана(НМ), устроенная подобно ПМ, имеет мозаичное строение, состоит из липопротеидов, пронизана белками–поринами для транспорта необходимых веществ, полупроницаема. Выполняет баръерную функцию, препятствуя проникновению в клетку крупных молекул. Этим объясняется высокая устойчивость Гр(-) бактерий к антибиотикам. 3.липополисахариды, придают клетке токсические (эндотоксин) и антигенные свойства.

Т.о. функции КС:

1. Наружный скелет клетки, т.к. придает ей определенную форму.

2. Защитная – от неблагоприятных факторов внешней среды, в т. ч. от осмотического шока.

3. Участвует в обмене веществ, делении и росте клетки.

4. Рецепторная – за счет наличия рецепторов к фагам, колицинам и др. химическим соединениям.

5. Токсическая – оказывает повреждающее действие на организм хозяина (эндотоксины, ферменты агрессии).

6. Придает клетке антигенные свойства – О-Аг ( соматический ) и вызывает иммуный ответ.

Синтез разных компонентов КС происходит на поверхности ПМ. Между КСи ПМ находится периплазматическое пространство.

ПГ(муреин) клеточной стенки являетсямишенью для действия антибиотиков - пенициллинов и фермента лизоцима (обладают разным механизмом действия: пенициллин блокирует биосинтез ПГ, а лизоцим вызывает его гидролиз). При обработке этими препаратами растущих бактериальных культур образуются следующие формы:

1. Протопласты- Гр(+ )бактерии, полностью лишенные КС.

2. Сферопласты – Гр (– )бактерии, частично лишенные КС. Из трех слоев у

них сохраняется только наружная мембрана.

И те и др. приобретают сферическую форму из–-за отсутствия ПГ. Существуют только в гипртонической среде (раствор сахарозы и хлорида натрия), сохраняя слабую метаболическую активность. Утрачивают способность к размножению.

3. L- формы –сферической формы бактерии, полностью или частично

утратившие КС,но сохранившие способность расти и размножаться как на плотных питательных средах, так и в организме человека.

Они устойчивы к действию лизоцима и антибиотиков, за исключением эритромицина. Могут возникать в естественных условиях в организме человека в результате длительного лечения антибиотиками.

Различают 2 варианта L-форм 1. нестабильные – способны к реверсии в исходный вид, т.к. восстанавливают способность синтезировать ПГ при устранении причины( антибиотика). Могут вызвать рецидив и развитие

хронических инфекций. 2.стабильные – не способны к восстановленнию, по своим свойствам сходны с микоплазмами.

Плазматическая мембрана (ПМ)– полупроницаемая липопротеидная структура, расположенная под КСи ограничивающая ЦП. Толщина – 5-7,5 нм. По химическому составу, структуре и функциям сходна с ПМэукариот. Имеет жидкостно – мозаичное строение: глобулиновые белки погружены на разную глубину в бислой фосфолипидов. Состав: 15-30% липидов (фосфо- гликолипиды, нейтральные липиды), 50-70% белков (структурные – белки-порины, осуществляющие транспорт веществ в клетку и функциональные – разнообразные ферменты), 2-5% углеводов и незначительное количество РНК.

ПМвыполняет жизненно важные функции:

1. отграничительная

2. рецепторная

3. транспортная – осуществляет активный и пассивный транспорт

4. участвует в метаболизме клетки, являясь местом локализации ферментов (осуществляют биосинтез токсинов, компонентов КСи ПМ).

5. участвует в спорообразовании

Мезосомы – производные ПМ–ее инвагинации, самой разнообразной формы

( в виде пузырьков, трубочек, петель). Различают 2 вида по функциональному значению: 1. латеральные – выполняют функции недостающих мембранных органоидов – мтх у аэробных бактерий, хлп – у фотосинтезирующих бактерий,

2. септальные – связаны с нуклеоидом и выполняют следующие функции: 1)участвуют в процессе деления клетки а) разделении двух молекул ДНК («клеточный центр»), б) цитокинезе – разделении ЦП и образовании перегородки между дочерними клетками, 2) участвуют в спорообразовании.

Цитоплазма (ЦП)– сходна с таковой у эукариот, представляет собой сложную коллоидную систему, состоящую из воды (75- 85%), белков, углеводов, нуклеиновых кислот и минеральных солей. У Гр(+) бактерий количество белков и РНК больше, чем у Гр(- ). В отличие от растительных клеток ЦП бактерий

неподвижна.

Функции: 1.среда, в которой протекают основные процессы обмена веществ

2.связующая – объединяет в единое целое все компоненты клетки.

Нуклеоид –примитивный аналог ядра. Содержит только одну, кольцевую молекулу ДНК, небольшое количество РНК и белка. В отличие от ядра эукариот нуклеоид:

1.Не имеет ядерной оболочки, т.е. расположен в виде клубка непосредственно в ЦП.

2.Не имеет ядрышек.

3.Не содержит истинных хромосом, т.к. во-первых, ДНК не линейная, а кольцевая, и, во-вторых, отсутствуют белки-гистоны.

4.Не делится митозом.

5.Одним концом связан с септальной мезосомой, что облегчает процесс деления клетки

6.Гаплоиден, удвоение ДНК происходит только перед делением или образованием спор.

ММ ДНК 2-3 х 10 в 9 степени Д (дальтон).

Функции:

1) Хранение, воспроизведение и передача генетической наследственной информации. При этом объем её сильно варьирует, так в нуклеоиде кишечной палочки закодировано около 4тыс. различных белков.

2) Регуляция обмена веществ в клетке.

Плазмиды – кольцевые автономные молекулы ДНК с меньшей, чем у нуклеоида ММ. Несут генетическую информацию, не являющуюся жизненно необходимой для клетки. Например: R-плазмиды – обуславливают устойчивость бактерий к антибиотикам, F- плазмиды – фертильность и наличие фактора пола, Tox-плазмиды – синтез токсинов и т.д. Различают 2 вида плазмид: 1) трансмиссивные – могут самостоятельно передаваться другим особям своего вида в процессе коньюгации и 2) нетрансмиссивные – не обладают такой способностью, но могут передаваться с первыми или с помощью бактериофагов в процессе трансдукции.

Рибосомы –немембранные органоиды, по химическому составу рибонуклеопротеиды ( 65% РНК и 35% белка). Размер 16-20 нм. Состоят из 2 субъединиц – большой (50 S ) и малой (30 S), которые объединяются перед началом синтеза белка ( основная функция рибосом ) в одну –70 S ( у эукариот рибосомы более крупные – 80 S ). Рибосомы являются прекрасной мишенью для многих антибиотиков.

Включения– не являются органоидами клетки, непостоянные компоненты ЦП.Представляют собой конечные продукты метаболизма или запасные питательные вещества в виде зерен( крахмал, сера, полифосфат, белок и др.) или капель жира. В ряде случаев имеют дифференциально - диагностическое значение: у дифтерийной палочки в отличие от непатогенных представителей рода по полюсам клетки при специальной окраске по Нейссеру обнаруживаются зерна волютина – запас фосфора.

Жгутики– органоиды движения. Имеются не у всех видов. Представляют собой длинные полые цилиндры 10-15 мкм длиной и 20-30 нм в диаметре, стенки которых состоят из глобулярного белка флагеллина с ММ 40 тыс Д. По структуре сходен с сократительным белком миозином. По количеству жгутиков бактерии могут быть:

1) монотрихи, имеют 1 жгутик, самые подвижные, достигают скорости 50-60 мкм в сек.,

2) лофотрихи – 1 пучок жгутиков,

3) амфитрихи – 2 жгутика или 2 пучка жгутиков на противоположенных полюсах,

4) перитрихи – жгутики располагаются по всей поверхности, скорость небольшая.

Каждый жгутик прикрепляется к клетке с помощью базального тельца – несколько пар дисков, вмонтированных в ПМ и КС. Активная подвижность бактерий обусловлена вращательными движениями жгутиков. Наряду с хаотическими существуют направленные движения – таксисы (хемо-, аэро-, фототаксисы и др.)

Функции:

1.локомоторная

2.придает клетке антигенные свойства ( Н-АГ).

Жгутики выявляют:

1) прямым путем – с помощью а)электронного микроскопа, б) светового - после специальной окраски по методу Грея,

2) косвенным путем а) по движению бактерий в препаратах «раздавленная» или «висячая» капля, б) бактериологическим методом - по диффузному помутнению полужидкой среды, в) серологическим методом - путем обнаружения Н-Аг с помощью РА.

Пили– микроворсинки, фимбрии. Полые белковые цилиндры, которые короче и тоньше жгутиков ( 0,3 – 10 мкм длиной и 10 нм в диаметре). Не участвуют в движении, по функциональному значению подразделяются на 2 типа:

пили 1 типа – адгезивные, служат для прикрепления к субстрату, в т. ч. к определенным клеткам организма хозяина. Их количество велико – от нескольких сот до нескольких тысяч;

пили 2 типа – коньюгативные или Эф- пили. Служат для формирования ЦП- мостика между коньюгирующими бактериями. Их мало – 1-4 на клетку, имеются только у F( + )бактерий.

Капсула– структура бактериальной клетки, расположенная поверх КС.Имеется не у всех бактерий. 2 варианта по степени выраженности:микрокапсула – тонкий слой из мукополисахаридов, видимый только в электронный микроскоп и макрокапсула– толстый слизистый слой из полисахаридов, реже – полипептидов (сибирская язва), видимый в световой микроскоп.

Как правило макрокапсулу патогенные бактерии синтезируют при попадании в макроорганизм, но у клебселл она присутствует постоянно.

Функции капсулы: 1.защитная, 2. адгезивная – способствует прилипанию к рецепторам клетки - хозяина, 3. обуславливают антигенные свойства ( К- АГ) 4. признак патогенности у некоторых батерий

Капсульное вещество обладает выраженными протективными свойствами и обязательно включается в состав вакцин. Капсулы плохо воспринимают красители. Их обнаруживают путем окрашивания препаратов по Бурри - Гинсу.

Споры – покоящиеся формы жизненного цикла у некоторых бактерий. Образуются в ЦП вегетативных клеток. Служат не для размножения, а для переживания неблагоприятных условий внешней среды. Признаки отличия от вегетативных форм:

- репрессия генома, анабиоз,

- минимальное содержание свободной воды в ЦП,

- высокая устойчивость к физическим и химическим факторам за счет образования дополнительных оболочек.

Споры образуются за 18 – 20 часов при плюсовых температурах от 10 до 43 градусов. Различают 4 стадии спорогенеза:

1.Подготовительная – образуется дополнительный нуклеоид, т. е. клетка становится диплоидной. Нуклеоиды расходятся к полюсам, вокруг одного ЦП уплотняется.

2.Стадия предспоры (проспоры) - в ПМ возникают инвагинация (септальныая мезосома), которая разделяют клетку на 2 неравные части. Из меньшей формируется предспора.

4. Стадия образования дополнительных оболочек– предспора покрывается второй ПМ. Между ними формируется кортекс( особый ПГ). Снаружи образуется экзоспорица - гидрофобная и термостойкая толстая оболочка липопротеиновой природы, содержащая кальций и дииколиновую кислоту.

5. Стадия созревания – происходит аутолизвегетативной клетки и образование зрелой споры.

При благоприятных условиях споры прорастают за 4 – 5 ч. Этому предшествует набухание и активирование ферментов. Оболочки споры разрушаются, из нее выходит ростовая трубка, происходит синтез КСи сформировавшаяся вегетативная клетка начинает делиться.

По форме споры могут быть: овальные, круглые, палочковидные, звездчатые.

По размерам – меньше диаметра материнской клетки – у бацилл и больше – у клостридий.

По расположению в клетке – центральное, конечное (терминальное) и предконечное( субтерминальное)

Форма, размеры и расположение спор вклетке – важный таксономический признак. Уничтожение спор производят автоклавированием, обработкой в печи Пастера и спороцидными химическими веществами.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ У БАКТЕРИЙ.

Самостоятельно по рекомендуемой литературе.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: