Структура и химический состав бактериальной клетки

микроорганизм бактерия инфекционный Основными структурами бактериальной клетки являются: клеточная стенка, ЦПМ, цитоплазма с включениями и ядро, называемое нуклеоидом. Бактерии могут иметь и дополнительные структуры: капсулу, микрокапсулу, слизь, жгутики, фимбрии, пили; некоторые бактерии способны образовывать споры.

Размеры бактерий измеряются в мкм. Один мкм равен 1000 нм. В нм измеряются отдельные компоненты бактерий.

Клеточная стенка (КС) представляет биогетерополимер сложного химического состава.

Клеточная стенка у бактерий выполняет многочисленные функции:

• — придает клетке определенную форму;
• — защищает ее от воздействия окружающей среды;
• — несет на своей поверхности разнообразные рецепторы;
• — через КС в клетку поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена.
• — пептидогликан придает эластичность и ригидность КС.

Пептидогликан КС является «мишенью» для действия некоторых антибиотиков, главным образом пенициллинов и фермента лизоцима. При действии пенициллина на растущую бактериальную клетку образуются безоболочные формы бактерий, лишенные КС. Их называют протопластами, сферопластами и L-формами. Первые полностью лишены КС, вторые — частично. Они приобретают сферическую форму вследствие отсутствия пептидогликана.

Бактерии, полностью или частично утратившие КС, но сохранившие способность к размножению, получили название L-форм в честь института им. Листера (Англия). Независимо от формы исходной клетки (кокки, палочки) Lформы этих бактерий морфологически неразличимы и представляют сферические образования. L-формы могут возникать в естественных условиях в организме человека в результате длительного лечения антибиотиками, чаще всего пенициллином.

Различают нестабильные и стабильные Lформы бактерий.

• — первые способны к реверсии в исходный вид при устранении причины, вызвавшей их образование. Они восстанавливают способность синтезировать пептидогликан КС.
• — Вторые, как правило, не способны к реверсии.

L-формы бактерий играют существенную роль в патогенезе многих инфекционных заболеваний.

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) является жизненно необходимым структурным компонентом бактерий. Располагается под КС. Является трехслойной структурой. Состоит из двойного слоя липидов, главным образом фосфолипидов со встроенными поверхностными и интегральными белками, как бы насквозь пронизывающими структуру мембраны. Некоторые из них являются пермеазами, участвующими в транспорте веществ. ЦПМ является динамической структурой с подвижными компонентами, поэтому ее представляют как мобильную, текучую структуру. ЦПМ выполняет жизненно важные функции:

• — участвует в регуляции осмотического давления,
• — транспорте веществ,
• — энергетическом метаболизме клетки,
• — у ряда бактерий в спорообразовании.

Цитоплазма у прокариот, так же как и у эукариот, представляет сожную коллоидую систему, состоящую из воды (около 75%), минеральных соединений, белков, нуклеоида, рибосом, мезосом, включений.

Нуклеоид является эквивалентом ядра у эукариот. Он лишен ядерной оболочки, нет белковгистонов. Содержится одна хромосома, представленная замкнутой в кольцо молекулой ДНК.

В цитоплазме могут находиться автономные кольцевые молекулы ДНК с меньшей молекулярной массой — плазмиды, где закодирована наследственная информаия. Плазмиды не являются жизненно необходимыми для клетки.

Мезосомы являются производными ЦПМ. Имеют разную форму: пузырьков, трубочек. Мезосомы связаны с нуклеоидом, Участвуют в делении клетки и спорообразовании. Характерны в основном для Грбактерий.

Рибосомы представляют собой рибонуклеопротеиновые частицы размером 20 нм, состоящие из 2-х субединиц. Участвуют в синтезе белков.

Включения являются продуктами метаболизма и используются в качестве запасных питательных веществ. К ним относятся включения гликогена, крахмала, серы, полифосфата (волютина и др). Например у дифтерийной палочки, включения волютина имеют дифференциально-диагностическое значение.

Дополнительные структуры: капсула, микрокапсула, слизь, жгутики, фимбрии, пили; некоторые бактерии способны образовывать споры.

Капсулы в зависимости от степени выраженности подразделяют на микрои макрокапсулы. Микрокапсулы обнаруживаются только при электронномикроскопическом исследовании в виде микрофибрилл из мукополисахаридов, которые тесно прилегаю к КС. Макрокапсулы представляют собой выраженный слизистый слой, снаружи, покрывающий КС. Он состоит из полисахаридов и редко из полипептидов (например, у сибиреязвенных бактерий). Макрокапсулу образуют некоторые виды патогенных бактерий при неблагоприятных условиях среды, например, в организме человека или животных (например, пневмококки и др). У некоторых видов (клебсиеллы пневмонии) макрокапсула обнаруживается постоянно. Капсула выполняет многообразные функции:

• — защитная,
• — адгезивная, способствующая прилипанию к поверхности (рецепторам) клетки хозяина,
• — связаны патогенные и антигенные свойства.

Жгутики обеспечивают подвижность бактерий. Состоят из белка флагеллина. Прикрепляются к базальному телу (диску), вмонтированному в ЦПМ и КС. Количество и расположение у разных бактерий неодинаково (монотрихи, перитрихи, лофотрихи — пучок жгутиков, амфитрихи — на обоих полюсах клетки).

Пили (синоним ворсинки, фимбрии) — тонкие полые нити белковой природы. В отличие от жгутиков не являются органами движения.

Споры и спорообразование. Споры бактерий можно рассматривать как форму сохранения наследственной информации бактериальной клетки в неблагоприятных условиях внешней среды. Внутри одной бактерии образуется одна спора. Спорообразование характерно для Гр+ бактерий. Споры обладают высокой термоустойчивостью, низким содержанием воды, повышенной концентрацией кальция.

Строение клеточной стенки. Особенности строения грамположительных и грамотрицательных бактерий Клеточная стенка (КС) представляет биогетерополимер сложного химического состава. Состав у разных бактерий не одинаков.

В конце Х1Х в. датским ученым Грамом была предложена дифференциальная окраска, благодаря которой бактерии были разделены на 2 группы, названные грамположительные (Гр+) и грамотрицательными (Гр-). Гр+ бактерии прочно удерживаю анилиновые красители и не обесцвечиваются спиртом, вследствие чего они окрашиваются генцианвиолетом в фиолетовый цвет. Это связано с образованием нерастворимого в спирте комплекса генциан-виолета с йодом. Грбактерии после обесцвечивания спиртом докрашиваются водным раствором фуксина в розовый цвет.

Основу клеточной стенки всех бактерий составляет мукопептид (синонимы: муреин, пептидогликан,), обеспечивающий ригидность и эластичность КС. Структура пептидогликана представлена паралллельными полисахаридными (гликановыми) цепями.

У грамположительных бактерий пептидогликан связан с тейхоевыми и липотейхоевыми кислотами за счет чего они имеют многослойную структуру. Тейхоевые кислоты являются производными риботола или глицерина и пронизывают пептидогликан насквозь.

У грамотрицательных бактерий пептидогликан однослойный и покрыт наружной мембраной с мозаичным строением. Наружная мембрана имеет трехслойную структуру (сходную с ЦПМ). Основным компонентом этих мембран является бимолекулярный (двойной) слой липидов. В состав наружной мембраны входят фосфолипиды, липополисахариды (ЛПС), белки. Наружная мембрана пронизана белкамипоринами — своеобразными выводными каналами, которые обеспечивают диффузию химических веществ из внешней среды в микробную клетку.

Особое значение имеет ЛПС, содержащийся в значительном количестве в составе КС грамотрицательных бактерий. ЛПС обладает антигенными и токсическими свойствами, поэтому его часто называют эндотоксином.

У грамотрицательных бактерий между КС и ЦПМ расположено периплазматическое пространство, заполненное гидролитическими ферментами, где происходит расщепление большинства питательных веществ, поступающих в бактериальную клетку.

У граположительных бактерий упомянутые ферменты выделяются в окружающую среду.

Морфологические особенности актиномицет и микоплазм Микоплазмы — бактерии утратившие клеточную стенку в процесс эволюции.

Они представляют собой мелкие сферические или овоидные клетки диаметром 0,2 мкм. Из-за отсутствия клеточной стенки могут иметь разнообразную форму: кокковидную, нитевидную, колбовидну. Существуют патогенные — Mycoplasma pneumoniae — вызывает заболевание по типу острой респираторной инфекции и непатогенные представители.

— Актиномицеты — ветвящиеся Гр+ бактери. Свое название (от греч. Actisлуч, myces-гриб) они получили в связи с образованием в пораженных тканях друз-гранул из плотно переплетенных нитей в виде лучей, отходящих от центра и заканчиваются колбовидными утолщениями. Акиномицеты, как и грибы, образуют мицелий — нитевидные переплетающиеся клетки (гифы), образующийся в результате врастания мицелия в питательную среду, и воздушный, растущий на поверхности среды. На воздушных гифах могут образовываться споры. Споры не термостойки.

Подавляющее большинство актиномицетов являются свободноживущими сапрофитными микроорганизмами. Патогенные виды встречаются среди представителей родов Actinomyces и Nocardia. Представители рода Nocardia напоминают микобактерии, но отличаются от них нитевидной формой. Патогенные актиномицеты вызывают актиномикозы, а нокардии — нокардиозы.

Многие актиномицеты, средой обитания которых является почва. Образуют антибиотики.