Строение бактериальной клетки

Клетка прокариотных организмов, к которым относятся бактерии, обладает принципиальными особенностями ультраструктуры. Клеточная стенка (оболочка)- важный структурный элемент большинства бактерий. На долю клеточ­ной стенки приходится от 5 до 20% сухих веществ клетки. Она обладает эластичностью, служит механическим барье­ром между протопластом и окружающей средой, придает клетке определенную форму. В состав клеточной стенки вхо­дит специфическое для прокариотных клеток гетерополимерное соединение - пептидогликан (муреин), отсутству­ющий в клеточных стенках эукариотных организмов. По методу окраски, предложенному датским физиком X. Грамом (1884 г.), бактерии делятся на две группы: грам положительные и грамотрицателъные. Грамположительные клетки удерживают краску, а грамотрицателъные не удер­живают ее, что обусловлено различиями в химическом со­ставе и ультраструктуре их клеточных стенок. У грамположительных бактерий клеточные стенки более толстые, амор­фные, в них содержится большое количество муреина (от 50 до 90% сухой массы клеточной стенки) и тейхоевые кис­лоты. Клеточные стенки грамотрицательных бактерий бо­лее тонкие, слоистые, в них содержится много липидов, мало муреина (5—10%) и отсутствуют тейхоевые кислоты.

Клеточная стенка бактерий часто бывает покрыта сли­зью. Слизистый слой может быть тонким, едва различимым, но может быть и значительным, может образовывать кап­сулу. Нередко по размеру капсула намного пре­вышает бактериальную клетку. Ослизнение клеточных сте­нок иногда бывает настолько сильным, что капсулы отдель­ных клеток сливаются в слизистые массы (зоогели), в кото­рые вкраплены бактериальные клетки. Образуемые некото­рыми бактериями слизистые вещества не удерживаются в виде компактной массы вокруг клеточной стенки, а диф­фундируют в окружающую среду. При быстром размноже­нии в жидких субстратах слизеобразующие бактерии могут превратить их в сплошную слизистую массу. Такое явление наблюдается иногда в сахаристых экстрактах из свеклы при производстве сахара. За короткое время сахарный сироп может превратиться в тягучую слизистую массу. Ослизнению подвергаются мясо, колбасы, творог; наблюдается тя­гучесть молока, рассолов, квашеных овощей, пива, вина. Интенсивность слизеобразования и химический состав сли­зи зависят от вида бактерий и условий культивирования. Капсула обладает полезными свойствами, слизь предох­раняет клетки от неблагоприятных условий — у многих бак­терий в таких условиях усиливается слизеобразование. Кап­сула защищает клетку от механических повреждений и вы­сыхания, создает дополнительный осмотический барьер, служит препятствием для проникновения фагов, антител, иногда она является источником запасных питательных ве­ществ. Цитоплазматическая мембрана отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. Это обязательная струк­тура любой клетки. При нарушении целостности цитоплазматической мембраны клетка теряет жизнеспособность. На долю цитоплазматической мембраны приходится 8—15% су­хого вещества клетки. В мембране содержится до 70—90% липидов клетки, толщина ее 7—10 нм¹. На срезах клеток в электронном микроскопе она видна в виде трехслойной струк­туры — одного липидного слоя и двух примыкающих к нему с обеих сторон белковых слоев. Цитоплазматическая мемб­рана местами впячивается внутрь клетки, образуя всевоз­можные мембранные структуры. В ней находятся различ­ные ферменты; она полупроницаема, играет важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. Цитоплазма бактериальной клетки представляет собой полужидкую, вязкую, коллоидную систему. Мес­тами она пронизана мембранными структурами — мезосомами, которые произошли от цитоплазматической мембра­ны и сохранили с ней связь. Мезосомы выполняют различные функции; в них и в связанной с ними цитоплазматической мембране имеются ферменты, участвующие в энергетических процес­сах — в снабжении клетки энергией. Хорошо развитые мезосомы обнаружены только у грамположительных бактерий, у грамотрицательных они развиты слабо и имеют более про­стое строение. В цитоплазме содержатся рибосомы, ядерный аппарат и различные включения. Рибосомы рассеяны в цитоплазме в виде гра­нул размером 20—30 нм; рибосомы состоят примерно на 60% из рибонуклеиновой кислоты (РНК) и на 40% из белка. Рибо­сомы ответственны за синтез белка клетки. В бактериальной клетке в зависимости от ее возраста и условий жизни мо­жет быть 5—50 тыс. рибосом. Ядерный аппарат бактерий называют нуклеоидом или нуклеотидом. Электронная микроскопия ультратонких срезов клетки бактерий позволила установить, что носителем генетической информации клетки является молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). ДНК имеет форму двойной спиральной нити, замкнутой в кольцо; ее еще называют "бактериальная хромосома". Она расположена в определенном участке цитоплазмы, но не отделена от нее собственной мембраной.

Цитоплазматические включения бактериальной клет­ки разнообразны, в основном это запасные питательные ве­щества, которые откладываются в клетках, когда они раз­виваются в условиях избытка питательных веществ в среде, и потребляются, когда клетки попадают в условия голода­ния. В клетках бактерий откладываются полисахариды: гли­коген, крахмалоподобное вещество гранулеза, которые ис­пользуются в качестве источника углерода и энергии. Липи-ды обнаруживаются в клетках в виде гранул и капелек. Жир служит хорошим источником углерода и энергии. У многих бактерий накапливаются полифосфаты; они содержатся в волютиновых гранулах и используются клетками как источ­ник фосфора и энергии. В клетках серных бактерий откла­дывается молекулярная сера.

Подвижность бактерий. Шаровидные бактерии, как правило, неподвижны. Палочковидные бактерии бывают как подвижные, так и неподвижные. Изогнутые и спиралевид­ные бактерии подвижны. Некоторые бактерии перемещаются путем скольжения. Движение большинства бактерий осуществляется с помощью жгутиков. Жгутики — это тонкие, спирально закрученные нити белковой природы, которые могут осуществлять вращатель­ные движения. Длина жгутиков различна, а толщина так мала (10—20 нм), что в световой микроскоп их можно уви­деть только после специальной обработки клетки. Наличие, число и расположение жгутиков - постоянные для вида признаки и имеют диагностическое значение. Бактерии с од­ним жгутиком на конце клетки получили название монотрихов; с пучком жгутиков - лофотрихов', с пучком жгу­тиков на обоих концах клетки - амфитрихов; бактерии, у которых жгутики находятся на всей поверхности клетки, называются перитрихами. Скорость передвижения бактерий ве­лика: за секунду клетка со жгутиками может пройти рас­стояние в 20—50 раз больше, чем длина ее тела. При небла­гоприятных условиях жизни, при старении клетки, при ме­ханическом воздействии подвижность может быть утрачена. Кроме жгутиков, на поверхности некоторых бактерий име­ются в большом количестве нитевидные образования, зна­чительно тоньше и короче, чем жгутики - фимбрии (или пили).