Строение и структура клетки бактерии

Несмотря на высокий уровень развития науки, для нее остается еще много неизведанного. В мире существует огромное количество бактерий, но никто точно не может назвать их количество. Часть бактерий остается нераскрытыми и сегодня. Описано чуть больше десяти тысяч разновидностей бактерий.

Загадка для ученых
До сих пор ученые не могут назвать сколько существует в мире древнейших уникальных живых организмов – бактерий

 

Понятие бактерии

Бактерия – это уникальный живой организм, который имеет свою структуру. Внутри клетки бактерии протекают процессы жизнедеятельности. Клетки бактерий отличаются разнообразием форм. Можно выделить: звездчатую, сферическую, кубическую и палочковидную формы. Не меньше влияет на жизнедеятельность бактерий и форма клетки, она бывает согнутой или завивающейся. Это помогает бактерии крепиться к поверхности определенным образом. Размер бактерии может колебаться от 0,5 мкм до 5,0 мкм. Бактерии являются самыми мелкими живыми организмами, известными научному миру.

Чаще всего бактерии бывают одноклеточными. Они не имеют ядра в своей структуре. Поэтому отнесены к прокариотам. Ядро в клетке бактерии занимают нуклеоиды. Многоклеточность не свойственна бактериям. Тем не менее некоторые из них могут соединяться с другими бактериями, тем самым образуя многоклеточную структуру.

Передвигаются бактерии, как правило, при помощи жгутиков методом скольжения или извиваясь. Есть и неподвижные бактерии, но есть и бактерии которые способны передвигаться не имея жгутиков. Они двигаются по поверхности воды.

Общие сведения о бактериях
Бактерии – относительно просто устроенные живые организмы, которые не имеют ядра

Бактерии могут размножаться при помощи деления, почкования, некоторые используют половые процессы. Редким видом является множественное деление бактерий. При этом используется ряд бинарных делений. Это позволяет бактериям быстро размножаться. При половом процессе не происходит слияния клеток.

Не все бактерии патогенны для человека. Многие из них участвуют в ежедневной жизнедеятельности человека, принося пользу. К ним относятся, например, молочнокислые бактерии, используемые при создании сыров, йогуртов, сметаны и прочего.

Бактерии появились на Земле приблизительно четыре миллиарда лет назад. Изучает бактерии микробиология, точнее, ее подраздел – бактериология.

Клеточная структура бактерий

Строение клетки бактерии сильно отличается от остальных клеток, животных или растительных.

Структура бактериальной клетки включает в себя: лизосомы, внутриклеточные мембраны, дифференцированное ядро, митохондрии. Кроме этого клетки бактерий имеют постоянные и непостоянные компоненты. К первым относятся: цитоплазма, плазмолемма, нуклеоид и клеточные стенки. К непостоянным относят такие элементы, как жгутики, пили, капсула, плазмиды, споры, ворсинки, фимбрии.

Плазмолемма

Чаще всего плазмолемму называют цитоплазматическая мембрана. Она окружает любую бактериальную клетку и состоит из трех слоев. Главной функцией плазмолеммы является транспортировка различных субстанций внутрь клетки.

Цитоплазматическая мембрана ответственна за выполнение функций:

  • энергетическая, которая заключается в переносе энергии при помощи нескольких белков;
  • механическая, обеспечивающая функционирование бактерий и всех ее элементов в автономном режиме;
  • рецепторная. При помощи рецепторов, мембрана передает клетке сигналы.

Если плазмолемма функционирует неправильно, то бактерия погибает.

Окружение клетки бактерии
Плазмолемма является постоянным компонентом клетки бактерии и выполняет жизненноважные для клетки функции

Цитоплазма

Цитоплазма представляет собой специфический водный раствор, который включает такие компоненты, как:

  1. Рибосомы – это мелкие частицы круглой формы, расположенные в цитоплазме. Размер может быть от 15 до 20 нм. Основной функцией для рибосомы является синтезирование белка из аминокислот. Кроме основной функции рибосома выполняет ряд вспомогательных функций, так, она соединяет белоксинтезирующую систему и транспортирует РНК (рибонуклеиновую кислоту).
  2. Гранулы. Выступают в качестве дополнительного источника энергии для клеток бактерии. Состоят гранулы из полисахаридов, небольшого количества жира и крахмала. Форму могут принимать любую.
  3. Мезосомы – это мембранная структура, характерная прокариотам (в т. ч. бактериям). Основной функцией является создание энергии, ее генерация. Также, мезосомы активно участвуют в делении бактериальной клетки и в образовании спор. Чаще всего встречаются мезосомы в форме трубочек, пузыречков или небольших петелек.
Жидкая среда клетки
В вязком жидком растворе клетки – цитоплазме находятся все другие компоненты клетки и протекают важнейшие биохимические процессы

 

Плазмиды

Плазмиды похожи на молекулы ДНК, отличие составляет отсутствие хромосомных факторов наследственности. Как правило, основной функцией плазмидов является способность передавать свои свойства другим микроорганизмам. Кроме того, плазмиды обладают способностью сохранять генетически устойчивость к антибиотикам, обеспечивают устойчивость к ультрафиолетовому излучению и тяжелым металлам. Размер малых плазмид может доходить до тысячи пар оснований, в то время, как у крупных встречаются сотни тысяч оснований. Форма плазмид чаще всего имеет кольцевую форму, но встречаются организмы с линейной формой.

Генетические образования клетки
Плазмиды – дополнительные факторы наследственности клетки бактерии, которые придают сил бактерии в случае её попадания в неблагоприятную среду

Нуклеоид

По своей сути, нуклеоиды схожи с ядром клетки. В нуклеоиде хранится основная часть клеточной информации бактерии. Месторасположение: середина клетки. Свойства схожи со свойствами ядра. Внешне представляет собой кольцо из молекулы ДНК. Эта молекула способна сохранять до 1 тыс. признаков, длина составляет около 1 мкм. При помощи нуклеоидов бактерии передают свои признаки и свойства потомству.

Молекула ДНК
Нуклеоид представляет собой генетический аппарат, расположенный в середине бактериальной клетки

Клеточная стенка

Наличие такой стенки – отличительная особенность бактериальной клетки. Ее можно описать как жесткую оболочку. Она располагается над мембраной.

У стенки есть две главные функции: сохранять жесткую структуру и защищать клетку. Кроме того, стенка проницаема, то есть она способна пропускать внутрь клетки необходимые вещества и выводить ненужные. Клеточная стека участвует в процессе деления, так как способна к передаче наследственной информации.

Толщина 0,01-0,04 мкм. Стенка клетки способна расти вместе с ростом клетки.

Капсула

Представляет собой, связанную со стенкой клетки, слизистую структуру. Границы капсулы четко видны при изучении световым микроскопом. Заметно, как капсула окружает клетку.

Капсула более чем на 95% состоит из обычной воды.

Состоит капсула преимущественно из полисахаридов.

  1. Основная функция капсулы – защитная. Она способна предотвращать проникновение фагов в клетку. Бактерии могут создавать капсулу самостоятельно при воздействии негативных факторов среды, окружающий их. Таких как ядовитые вещества, уровень облучения, повышение содержания кислорода в воздухе.
  2. Капсула отвечает за способность бактерии прикрепляться к поверхностям, как жидким, так и твердым. Так, стрептококковая бактерия способна прикрепляться к зубной эмали и, в комплексе с другими бактериями вызывать кариес.
  3. Капсула является ответственной за водный обмен. Эта функция призвана защитить клетки от высыхания.
  4. Создание осмотического барьера. Осмос – это специфическое движение сквозь клеточную мембрану.
Внешняя оболочка клетки
Поверхность бактериальной клетки защищена слизистым образованием – капсулой, которая не даёт клетке засохнуть

Капсула состоит из двух слоев: внутреннего и наружного. Первый является составляющей частью мембраны, а второй – это своеобразный продукт выделительной функции самой бактерии.

По своему строению капсулу можно разделить на следующие виды:

  • нормального строения (при таком строении капсула окружает равномерно стенку клетки бактерии);
  • прерывистая (это вид капсулы, при котором она неравномерно окружает клетку бактерии);
  • капсулы, которые сдержат поперечно-полосатые фибриллы (фибриллы представляют собой целлюлозные нити);
  • сложные (такие капсулы состоят из нескольких участков полипептидов и полисахаридов).

Капсулы можно различать и по ее толщине:

  • микрокапсула. Толщина такой капсулы может быть менее 0,2 мкм. Ее можно рассмотреть только при помощи электрического микроскопа;
  • макрокапсула. Ее толщина колеблется от 0,2 мкм до 10,0 мкм. Такая капсула видна даже под световым микроскопом;
  • слизистый слой. Его толщина значительно превышает толщину самой клетки.

Жгутики

Многие бактериальные клетки снабжены такой структурой, как жгутики. Они находятся на поверхности клетки. Жгутики предназначены для того, чтобы бактерия могла свободно передвигаться в жидкости или по твердой поверхности. Это обеспечивает ей поиск наилучших условий для жизни. Жгутики бактерий, как и других прокариотов, состоят из нескольких подструктур:

  • базальное тело – это своеобразный мотор между мембранами;
  • филамент представляет собой белковую нить, которая внутри полая;
  • крюк – это чуть более плотное, чем филамент образование.
Движение бактериальной клетки
Клетка бактерии постоянно перемещается с помощью специальных органов движения – жгутиков

Количество жгутиков может быть разное. В зависимости от количества жгутиков и их расположения выделяют следующие виды бактерий:

  1. Атрихи – это бактерии без жгутиков.
  2. Монотрихи. У них есть всего один жгутик, при помощи которого они передвигаются.
  3. Перетрихи – это бактерии, жгутики у которых располагаются равномерно по всей длине бактерии. Они позволяют передвигаться бактерии плавно, без рывков.
  4. Амфитрихи – это бактерии, у которых жгутики расположены только с двух краев.
  5. Лофотрихи. Для таких бактерий характерно расположение жгутиков только в одной части бактерии.

Споры

Являются структурой непостоянной. Они могут образовываться в виде защитной реакции клетки на негативные воздействия извне. К таким можно отнести недостаток воды, недостаток веществ, пригодных для питания бактерии.

В зависимости от местонахождения спор в клетке их подразделяют на:

  1. Центральные. В данном случае споры располагаются в самом центре. Такое расположение характерно для палочки сибирской язвы и некоторых других бактерий.
  2. Субтерминальные. В данном случае споры расположены в конце палочки. Такое расположение спор встречается гораздо реже.

Сама форма спор может быть двух геометрических видов: овальная или круглая.

Непостоянный элемент клетки бактерии
Форма, размер и расположение – это видовое свойство бактериальной клетки при попадании её в неблагоприятные условия

Цикл жизни спор состоит из этапов:

  1. Подготовительная стадия. В этот момент изменяется метаболизм в клетке, завершается процесс возобновления ДНК. Клетка при этом имеет минимум два нуклеоида. Один из нуклеоидов попадает в спорогенную зону.
  2. Стадия переспоры. В результате процессов, происходящих в мембране, нуклеоид отделяется от остальной клетки. Вместе с мембраной они образуют параспору.
  3. Образование оболочек. В этом периоде вокруг параспоры образуется мембрана.
  4. Созревание споры. В этот период полностью завершается образование споры и всех ее структур. Определяется ее положение в клеточной структуре.

Спора большей частью состоит из белковых структур. Оболочка обеспечивает споре высокую выживаемость.

Пили

Кроме жгутиков у клеток бактерии наблюдаются и другие внеклеточные образования. Эти части называют ворсинками или фимбриями. Эти названия на данный момент встречаются редко. Чаще всего можно услышать термин «пили», объединяющий эти понятия.

Внешне ворсинки представляют собой отростки, которые покрывают бактерию сверху. В отличие от жгутиков ворсинки меньше. Их количество на клетке может насчитывать несколько тысяч. Эти пили отвечают за питание, половые функции и регуляцию водно – солевого баланса.

Непостоянный элемент бактериальной клетки
Различные полые нитевидные ворсинки на поверхности клетки бактерии называют общим понятием “пили”

Для пилий характерна форма ворсинок, полых изнутри. Они не обязательны для клетки, поэтому не редки случаи, когда они отсутствуют на бактериальной клетке.

Фимбрии, в отличие от ворсинок, покрывают одну сторону. Они более толстые и плотные, нежели жгутики и не участвуют в процессе движения бактерии, но способны прикрепляться к поверхностям.

Ссылка на основную публикацию