Бактерии

    Помимо  цитоплазматической мембраны, в клетке бактерии имеются система внутренних мембран, получивших название мезосом, которые, вероятно, являются производственными  цитоплазматической мембраны; их строение варьирует у разных видов бактерий. Наиболее развиты мезосомы у грамположительных  бактерий. Строение мезосом неоднотипно, их полиморфизм отмечаются даже у  одного и того же вида бактерий. Внутренние мембран структуры могут быть представлены простыми инвагинациями  цитоплазматической мембраны, образованиями  в виде пузырьков или петель (чаще у грамотрицательных бактерий) в  виде вакуялярных, ламелярных, тубулярных образований. Мезосомы чаще всего локализованы у клеточной перегородки, отмечается также их связь с нуклеоидом. Поскольку  в мезосомах обнаружены дыхания  и окислительного фосфорилирования, многие считают их аналогами митохондрий. Клеток высших. Предполагается, что  мезосомы принимают участие в  делении клетки, распределении дочерних хромосом в разделяющиеся клетки и спорообразовании. С мембранным аппаратом клетки связано также функции фиксации азота, хемо- и фотосинтеза. Следовательно можно полагать, что мембрана клетки играет своего рода координирующую роль в пространственной организации в пространственной координации ряда ферментных систем и органелл клетки.

    Цитоплазма  и включения.

    Внутреннее  содержание клетки состоит из цитоплазмы, представляющей собой сложную смесь  различных органических соединений, находящихся в коллоидном состоянии. На ультратонких срезах цитоплазмы можно  обнаружить большое количество зерен, значительная часть которых является рибосомами. В цитоплазме бактерии могут содержаться клеточные  включения в виде гранул гиксогена, крахмала, жировых веществ. У ряда бактерий в цитоплазме находятся  гранулы волютина, состоящих из  неорганических полифосфатов, метафосфатов и соединений близких к нуклеиновым  кислотам. Роль волютина до конца не ясна. Некоторые авторы на основании  его исчезновения при голодании  клеток рассматривают валютин как  запасные питательные вещества. Валютин  обладает средством к основным красителям, проявляя хромофильность метохрамазию, легко вживляется в клетках в  виде крупных гранул, особенно при  специальных метолах окраски.

    Рибосомы  бактерии являются местом синтеза белков в клетке в процессе которого образуются структуры, состоящие из большого числа  рибосом, называемые полирибосомами или  чаще пелисомами. В образовании полисом  принимает участие м-РНК. По окончании  синтеза данного белка полисомы вновь распадаются на одиночные  рибосомы, или субъединицы. Рибосомы могут располагаться свободно в  цитоплазме, но значительная их часть  связана с мембранами клетки. На ультратонких срезах большинства бактерий рибосомы обнаруживаются в цитоплазме в виде гранул диаметром около 20 нм.

    Наследственный  материал.

    Бактерии  обладают дискретной ядерной структурой, в связи со своеобразием строения, получившей название нуклоида неклеоиды  бактерии. Содержат основное количество ДНК клетки. Они окрашиваются методом  Фейльгена. Хорошо видны при окраске  по романовскому-Шице, после кислотного гидролиза или в живом состоянии  при фазово-контрастной микроскопии, а также на ультратонких срезах в  электронном микроскопе. Нуклеоид определяется в виде компактного одиночного или  двойного образования. У растущих культур  нуклеоиды часто выглядят в виде раздвоенных образований, что отражает их деление. Митотического деления  ядерных структур у бактерий не обнаружено. Форма нуклеоидов и их распределение  в клетке весьма изменчивы и зависят  от ряда причин, в том числе и  от возраста культуры. На электронных  микрофотографиях в местах расположения нуклеоидов видны светлые участки  меньшей оптической плотности. Ядерная  вакуоль не отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой. Форма вакуоли  не постоянна. Ядерные участки заполнены  пучками тонких нитей, образующих сложное  переплетение. В составе ядерных  структур бактерий не обнаружены гистоны, предполагают, что их роль у бактерий выполняют полиамины. Ядра бактерий не похожи на ядра других организмов. Это  послужило основой для выделения  бактерий в группу прокариотов, в  отличии от эукариотов, обладающих ядром, содержащим хромосомы, оболочку и делящиеся путем митоза. Нуклеоид бактерии соединен с мезосомой. Характер связи пока не известен. Хромосома  бактерии имеет циркулярно-замкнутую  структуру. Подсчитано, что длина  замкнутой в кольцо ДНК клетки составляет 1100-1400мкм, а молекулярный вес 2,8*10 .

    Жгутики и ворсинки

    На  поверхности некоторых бактерий имеются органы движения – жгутики. Их можно обнаружить с помощью  особых методов окраски, микрокопирования в темном поле или в электронном  микроскопе. Жгутики имеют спиралевидную  форму, причем шаг спирали специфичен для каждого вида бактерий. На основании  количества жгутиков и их расположения на поверхности клетки различают  следующие группы подвижных микробов: монотрихи, амфитрихи, лофотрихи и  перетрихи. Монотрихи имеют один жгутик, расположенный на одном из полюсов клетки и реже субполярно или катерально. У амфитрихов на каждом полюсе клетки расположено по одному жгутики. Лофотрихи имеют  пучок жгутиков на одном или двух полюсах клетки. У перетрихов жгутики  расположены без определенного  порядка по всему телу клетки.

    На  поверхности некоторых бактерий (энтеробактерий), кроме жгутиков, имеются  ворсинки (фимбрий, пили), видимые только под электронным микроскопом. Различают  несколько морфологических типов  ворсинок. Наиболее изучен первый тип (общий) и ворсинки существующие только при наличие в клетке половых  факторов. Ворсинки общего типа покрывают  всю поверхность клетки, состоят  из белка; половых ворсинок приходится 1-4 на клетку и те и другие обладают антигенной активностью.

    Физиология.

    По  химическому составу бактерии не отличаются от других организмов.

    В состав бактерии входят углерод, азот, водород, кислород, фосфор, сера, кальций, калий, магний, натрий, хлор и железо. Их содержание зависит от вида бактерии и условий культивирования. Обязательным химическим компонентом клеток бактерии, как и других организмов, является вода, представляющая собой универсальную  дисперсионную среду живой материи. Основная часть воды находится в свободном состоянии; ее содержание различно у разных бактерий и составляет 70-85% влажного веса бактерии. Кроме свободной, имеется ионная фракция воды и вода, связанная с коллоидными веществами. По составу органических компонентов клетки бактерий сходны с клетками других организмов, отличаясь однако наличием некоторых соединений. В состав бактерий входят белки, нуклеиновые кислоты, жиры, моно-, ди- и полисахариды, аминосахара и др. У бактерий имеются необходимые аминокислоты: диалициопимелиновая (содержащая еще сине-зеленых водоросли и риккетсий); N-метиллизин, входящий в состав флагеллина некоторых бактерий; D-изомеры некоторых аминокислот. Содержание нуклеиновых кислот зависит от условий культивирования, фаз роста, физиологического и функционального состояния клеток. Содержание ДНК в клетке более постоянно, нежели РНК. Нуклеотидный состав ДНК не изменяется в процессе развития бактерии, видоспецифичен и используется как один из важнейших таксономических признаков. Бактериальные липиды разнообразны. Среди них встречаются жирные кислоты, фосфолипиды, воски, стероиды. Некоторые бактерии образуют пигменты с интенсивностью, которая широко варьируется у одного и того же вида и зависит от условий выращивания.

    Твердые питательные среды более благоприятны для образования пигментов. По химическому  строению различают каратиноидные, хиновые, меланиновые и другие пигменты, которые могут быть красного, оранжевого, желтого, коричневого, черного, синего или зеленого цвета. Чаще пигменты нерастворимы в питательных средах и окрашивают только клетки. Пигменты, растворимые  в воде (пиоцианин), диффундируют в  среду, окрашивая ее. К пигментам  бактерий относятся также бактериохларофилл,  придающий фиолетовую или зеленую  окраску некоторым фотосинтезирующим  бактериям.

    Ферменты  бактерий делятся на функционирующие  только внутри клетки (эндоферменты) и  только вне клетки (экзоферменты). Эндоферменты в основном катализируют синтетические  процессы, дыхание и т.п. Эндоферменты катализируют главным образом гидролиз высокомолекулярных субстратов до  соединения с более низким молекулярным весом, способных проникать внутрь клетки.

    В клетке ферменты связаны с соответствующими структурами и органеллами. Например, аутолитические ферменты связаны с  клеточной стенкой, окислительно-восстановительные  ферменты с цитоплазматической мембраной, ферменты, связанные с репликацией  ДНК с мембраной или нуклеоидом.

    Активность  ферментов зависит от ряда условий, в первую очередь от температуры  выращивания бактерий и pH среды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Процессы  жизнедеятельности  бактерии

Питание

    Используют  питательные вещества только в относительно небольших молекул, проникающих  внутрь клетки. Такой способ питания, характерный для всех организмов растительного происхождения, называют голофитным. Сложные органические вещества (белок, полисахариды, клетчатка и  т.д.) могут служить источником питания  и энергии только после их предварительного гидролиза до более простых соединений, растворимых в воде либо в липоидах. Способность различных соединений проникать в цитоплазму в клетку зависит от проницаемости цитоплазматической мембраны и химической структуры  питательного вещества.

    Вещества, которые служат источником питания  бактерии, поразительно разнообразны. Важнейшим элементом, необходимым  для живых организмов, является углерод. Одни виды бактерий (аутотрофы) могут  использовать неорганический углерод  из углекислоты и ее солей, другие (гетеротрофы) только из органических соединений. Подавляющее большинство  бактерий, относятся к гетеротрофам. Для усвоения углерода требуется  посторонний источник энергии. Немногочисленные виды бактерий, обладающие фотосинтетическими пигментами, используют энергию солнечного света. Эти бактерии называются фотосинтезирующими. Среди них имеются аутотрофы (зеленые  и пурпурные серобактерии) и гетеротрофы (несерные пурпурные бактерии) их называют также, соответственно, фотолитотрофами  и фотоорганотрофами. Большинство  же бактерий используют энергию химических реакций и называются хемосинтезирующими. Хемосинтезирующие аутотрофы называются хемолитотрофами, а гетеротрофы  – хемоорганотрофами.

    Гетеротрофные бактерии усваивают углерод усваивают  углерод из органических соединений различной химической природы, легко  усваивают вещества, содержащие ненасыщенные связи или атомы углерода с  частично окисленными валентностями. В связи с этим наиболее доступными источниками углерода, являются сахара, многоатомные спирты и др. некоторые  гетеротрофы наряду с усвоением  органического углерода могут усваивать  и неорганический углерод.

    Отношение бактерий к источникам азота также  различно. Существуют бактерии, усваивающие  минеральный и даже атмосферный  азот.  Другие бактерии неспособны синтезировать  белковые молекулы или некоторые  аминокислоты из простейших соединений азота. В этой группе имеются формы, использующие азот из отдельных аминокислот, из пептонов, сложных белковых веществ  и из минеральных источников азота  с добавлением несинтезируемых  ими аминокислот. К этой группе принадлежат  многие виды патогенных бактерий.

    Кроме источников азота и углерода, бактерии нуждаются в фосфоре, сере, калии, магнии, железе, микроэлементах, а также  в дополнительных факторах роста. 

      Размножение

    Бактериальная клетка начинает делиться после завершения последовательных реакций, связанных  с воспроизведением ее компонентов.

    У быстро растущих культур имеется  несколько репликационных точек. Процесс  репликации ДНК сопровождается сегрегацией  синтезирующих цепей ДНК клетки. В разделении нитей ДНК большую  роль играют мезосомы клетки.

    Во  время деления рост клетки замедляется  и начинается вновь после деления.

    Окончание репликации ДНК является моментом, инициирующим деление клетки. Угнетение  синтеза до окончания репликации приводит к нарушению процесса деления: клетка перестает делится и растет в длину. На примере E. Coli показано, что для начала деления требуется наличие термолабильного белка и такое состояние между отдельными полиаминами в клетке, при котором количество путресцина должно превышать количество спермидина. Имеются данные о значении фосфолипидов и аутолизинов для процесса деления клеток.

    Механизм  воспроизведения мезосом, как и  мембранного аппарата клетки, еще  не ясен. Предполагают, что при росте  бактериальной клетки мезосомы постепенно разделяются.

    При росте бактериальной клетки клеточная  перегородка формируется рядом  с мезосомой. Образование перегородки  приводит к делению клетки. Вновь  образованные дочерние клетки отделяются друг от друга. У некоторых бактерий образование перегородки не приводит к разделению клеток: образуются многокамерные  клетки.