Bacteriile, în ciuda simplității lor aparente, au o structură celulară bine dezvoltată, care este responsabilă pentru multe dintre proprietățile lor biologice unice. Multe detalii de proiectare sunt unice pentru bacterii și nu sunt găsite printre arheii sau eucariote. Cu toate acestea, în ciuda simplității relative a bacteriilor și a ușurinței tulpinilor individuale în creștere, multe bacterii nu pot crește în laborator, iar structurile lor sunt adesea prea mici pentru a studia. Prin urmare, deși unele principii ale structurii celulare bacteriene sunt bine studiate și chiar aplicate altor organisme, majoritatea caracteristicilor și structurilor unice ale bacteriilor sunt încă necunoscute.
morfologie celulară
Cele mai multe bacterii au o formă sferică sau o așa-numită coca (de la cuvântul grecesc Kokkos - cereale sau boabe) sau în formă de tijă așa-numita Bacillus (de la cuvântul latin bacilul - bacilul). Unele bacterii în formă de tijă (vibrios) sunt oarecum îndoite, în timp ce altele formează bucle spirală (spirochete). Toată această varietate de forme bacteriene este determinată de structura peretelui lor celular și a citoscheletului. Aceste forme sunt importante pentru funcționarea bacteriilor, deoarece ele pot afecta capacitatea bacteriilor de a primi substanțe nutritive, se atașează la suprafețe, se mișcă și scapă de prădători.
Dimensiunea bacteriilor
Bacteriile pot avea un set mare de forme și dimensiuni (sau morfologie). Fit celulele bacteriene de obicei, de 10 ori mai puțin, decât celulele eucariote, de a avea desigur numai 0,5-5,0 microni cea mai mare dimensiune sa, cu toate că bacteriile gigant precum Thiomargarita namibiensis și Epulopiscium fishelsoni, poate crește până la 0,5 mm dimensiunea și să fie vizibile cu ochiul liber. Cel mai puțin bacterii care trăiesc liber sunt micoplasmele, membre ale genului Mycoplasma, cu o lungime de numai 0,3 μm, aproximativ egale cu cele mai mari virusuri.
Dimensiunea mică este importantă pentru bacterii, deoarece duce la un raport mare între aria suprafeței și volum, contribuie la transportul rapid al substanțelor nutritive și al deșeurilor. Un raport redus de suprafață la volum, dimpotrivă, limitează viteza metabolismului microbian. Motivul pentru existența celulelor mari nu este cunoscut, deși se pare că un volum mare este utilizat în principal pentru a stoca nutrienți suplimentari. Cu toate acestea, există și cea mai mică dimensiune a unei bacterii libere. Conform calculelor teoretice, o celulă sferică cu un diametru mai mic de 0,15-0,20 μm devine incapabilă de reproducere independentă, deoarece nu se potrivește fizic tuturor biopolimerilor și structurilor necesare în cantități suficiente. Recent, s-au descris nanobacterii (și nanobes similare și ultramicrobacterii) care sunt mai mici decât "admisibile", deși existența unor astfel de bacterii este încă în discuție. Ei, spre deosebire de viruși, sunt capabili de creștere și reproducere independentă, dar necesită primirea unui număr de elemente nutritive pe care nu le pot sintetiza din celula gazdă.
Structura membranei celulare
Ca și în cazul altor organisme, peretele celular bacterian asigură integritatea structurală a celulei. În prokariote, funcția primară a peretelui celular este de a proteja celulele de turgorul intern cauzate de concentrații mult mai mari de proteine și alte molecule din celulă în comparație cu altele. Peretele celular bacterian este diferit de toate celelalte organisme de perete prezența peptidoglican (rol-N-acetilglucozamină și acid N-atsetomuramieva), care este dispusă imediat în afara tsitoplazmitichnoi membranei. Peptidoglicanul este responsabil pentru rigiditatea peretelui celular bacterian și parțial pentru determinarea formei celulei. Este relativ poros și nu se opune penetrării moleculelor mici. Cele mai multe bacterii au pereți celulari (cu câteva excepții, de exemplu micoplasma și bacteriile conexe), dar nu toți pereții celulari au aceeași structură. Există două tipuri principale de pereți de celule bacteriene, în bacterii Gram-pozitive și gram-negative, care diferă prin colorarea Gram.
Peretele celular al bacteriilor gram-pozitive
Peretele celular al bacteriilor gram-negative
Spre deosebire de bacterii Gram-pozitive, bacteriile Gram-negative conțin un strat foarte subțire de peptidoglican, este responsabil pentru incapacitatea celulei pereților conțin un violet cristal colorant, pentru procedura de colorație Gram. În plus față de stratul de peptidoglican, bacteriile Gram-negative au un al doilea așa-numita membrană externă situată în exterior din peretele celular și asamblează fosfolipide și Lipopolysaccharide la partea sa exterioară. Debitul lipopolizaharidic încărcat negativ oferă de asemenea celulei o sarcină electrică negativă. Structura chimică a membranei exterioare Lipopolysaccharide adesea unic pentru tulpini de bacterii individuale și este adesea responsabil pentru reacția cu antigeni ai acestor tulpini.
membrana exterioară
Ca orice strat dublu de fosfolipide, membrana exterioară este destul de impermeabilă pentru toate moleculele încărcate. Cu toate acestea, canalele de proteine (dip) sunt prezente în membrana exterioară, permit transportul pasiv al multor ioni, zaharuri și aminoacizi prin membrana exterioară. Astfel, aceste molecule sunt prezente în stratul periplasmic între membranele exterioare și citoplasmatice. Periplasmicul conține un strat de peptidoglican și multe proteine și este responsabil de hidroliza și recepția semnalelor extracelulare. Se citește că perivolasma este asemănătoare gelului și nu este lichidă, datorită conținutului ridicat de proteină și peptidoglicană. Semnalele și branhiile de substanțe cu periplasmică cad în citoplasmă a celulei utilizând proteine de transport în membrana citoplasmatică.
Membrana citoplasmatică bacteriană
membrană tsioplazmatichna bacteriană este compus dintr-un strat dublu de fosfolipide și, prin urmare, are toate funcțiile generale ale membranei citoplasmatice, care acționează ca o barieră de permeabilitate la majoritatea moleculelor de incorporare si proteine de transport, molecule de transport de reglementare în celule. În plus față de aceste funcții, reacțiile ciclului de energie se produc, de asemenea, pe membranele citoplasmatice bacteriene. Spre deosebire de eucariote, membranele bacteriene (cu câteva excepții, cum ar fi micoplasmele și metanotrofii), în general, nu conțin steroli. Cu toate acestea, multe bacterii conțin compuși înrudiți structural, așa-numitele hopanoide, probabil că au aceeași funcție. Spre deosebire de eucariote, bacteriile pot avea o mare varietate de acizi grași în membranele lor. Împreună cu acizii grași saturați și nesaturați tipici, bacteriile pot conține acizi grași cu grupări suplimentare metil, hidroxi sau chiar ciclice. Proporțiile relative ale acestor acizi grași pe care bacteria le poate regla pentru a menține fluiditatea optimă a membranei (de exemplu, cu schimbări de temperatură).
Structurile de suprafață ale bacteriilor
Vorsinki și pili
Vorsils și pili, fimbriae, sunt structuri de suprafață orientale ale bacteriilor. La început, acești termeni au fost introduși separat, dar acum astfel de structuri sunt clasificate ca vilii de tip I, IV și vilii sexuale, însă multe alte tipuri rămân neclasificate.
Viliile genitale sunt foarte lungi (5-20 microni) și prezente pe o celulă bacteriană într-o cantitate mică. Ele sunt folosite pentru schimbul de ADN în conjugarea bacteriană.
Vulcanii sau cosurile de tip I - scurte (1-5 microni), care se întind de la membrana exterioară în multe direcții, au o formă tubulară prezentă în membrane bagatoe, cum ar fi Proteobacteria. Aceste vilii sunt de obicei utilizate pentru a se atașa la suprafață.
Vorsinki sau cosuri de tip IV - lungime medie (aproximativ 5 microni), localizat la poli de bacterii. Tipurile de tip IV ajută la atașarea pe suprafețe (de exemplu, la formarea de biofilme) sau la alte celule (de exemplu celulele animale în timpul patogenezei)). Unele bacterii (de exemplu, Myxococcus) utilizează vilii de tip IV ca mecanism de mișcare.
Pe suprafață, în afara stratului peptidiglican sau a membranei exterioare, stratul proteic S este adesea localizat. Deși funcția acestui strat nu este complet cunoscută, se crede că acest strat asigură protecție chimică și fizică a suprafeței celulare și poate servi ca o barieră macromoleculară. Se crede, de asemenea, că straturile S pot avea alte funcții, de exemplu, ele pot servi drept factori de patogenitate în Campylobacter și conțin enzime externe în Bacillus stearothermophilus.
Capsule și mucus
Multe bacterii eliberează polimeri extracelulare în afara pereților lor celulari. Acești polimeri sunt de obicei compuși din polizaharide și uneori proteine. Capsulele sunt structuri relativ impermeabile care nu pot fi vopsite cu multe coloranți. Acestea sunt utilizate în general pentru atașarea bacteriilor la alte celule sau suprafețe ne-vii atunci când formează biofilme. Ele au o structură diferită de stratul morgos neorganizat al polimerilor celulari în capsule cu membrane foarte structurate. Uneori, aceste structuri sunt implicate în protejarea celulelor de absorbție prin celule eucariote, de exemplu prin macrofage. De asemenea, secreția de mucus are o funcție de semnalizare pentru bacteriile în mișcare lentă și, probabil, este utilizată direct pentru mișcarea bacteriilor.
Poate că cele mai ușor de recunoscut structuri extracelulare ale unei celule bacteriene sunt flagella. Bastoanele bacteriene sunt structuri filamentoase, se rotesc activ în jurul axei lor cu ajutorul unui motor flagelar și sunt responsabile de mișcarea multor bacterii într-un mediu lichid. Localizarea flagelui depinde de tipul de bacterie și poate fi de mai multe tipuri. Celulele flagelare sunt structuri complexe compuse din mai multe proteine. Firele foarte compuse includ flagelină (FlaA), care formează un filament tubular. Motorul bazal este un complex proteic mare care acoperă peretele celular și ambele membrane (dacă există), formând un motor rotativ. Acest motor se mișcă din cauza potențialului electric de pe membrana citoplasmatică.
sisteme de secreție
În plus, sistemele specializate de secreție sunt localizate în membrana citoplasmatică și în membrana celulară, structura căreia depinde de speciile bacteriei.
Structura internă
În comparație cu eucariotele, structura intracelulară a unei celule bacteriene este oarecum mai simplă. Bacteriile aproape nu conțin organele membranare, cum ar fi eucariotele. Desigur, cromozomii și ribozomii sunt singurele structuri intracelulare ușor vizibile găsite în toate bacteriile. Deși unele grupuri de bacterii conțin structuri complexe intracelulare specializate, unele dintre acestea sunt discutate mai jos.
Citoplasma și citoscheletul
Întreaga parte internă a celulei bacteriene din membrana interioară se numește citoplasmă. fracțiune omogenă a citoplasmei care conține un set de ARN, proteine solubile, substraturi și produse rezultate din citosol reacțiilor metabolice naziaetsya. O altă parte a citoplasmei sunt reprezentate de elemente structurale diferite care cuprind Cromozomul, ribozomi, bacterii si alte citoscheletului. Până de curând, se credea ca bacteriile nu au citoscheletului, dar acum in bacteriile gasite ortologi sau Omologii tuturor tipurilor de filamente eucariote: microtubuli (de FtsZ), actină (MreB și parm) și filamentele intermediare (crescentin). Citoscheletul îndeplinește multe funcții, adesea răspunzând pentru forma celulei și pentru transportul intracelular.
Cromozom bacterian și plasmide
Spre deosebire de eucariotele, cromozomul bacterian nu este acolo, în interiorul membranei limitate nucleu, dar este în citoplasmă. Aceasta înseamnă că transferul de informații prin intermediul procesului de transmisie celulară, transkliptsii și replicarea are loc în același compartiment și componentele sale pot interacționa cu celelalte structuri ale citoplasmei, în special ribozomi. Cromozom bacterian fără ambalaje folosind histone, ca în eucariote, dar există în schimb ca o structură compactă super-răsucită, numită nucleoid. Cromozomii bacterieni înșiși sunt circulari, deși există exemple de cromozomi liniari (de exemplu, în Borrelia burgdorferi). Impreuna cu ADN-ul cromozomal, cele mai multe bacterii conțin, de asemenea piese independente mici ale ADN-ului, numite plasmide sunt frecvent codifica anumite proteine care sunt benefice, dar nu contează cu adevărat pentru bacteria gazdă. Plasmidele pot fi ușor achiziționate sau pierdute de o bacterie și pot fi transferate între bacterii ca formă de transfer de gene orizontală.
Ribozomi și complexe proteice
În cele mai multe bacterii, numeroase structuri intracelulare ale ribozomului, locul sintezei proteinelor în toate organismele vii. Ribozomii bacteriilor diferă, de asemenea, într-o oarecare măsură de ribozomii eucariotelor și arhaidelor și au o constantă de sedimentare de 70S (spre deosebire de 80S în eucariote). Deși ribozomii sunt cel mai răspândit complex proteic intracelular în bacterii, uneori alte complexe mari sunt observate folosind microscopia electronică, deși în majoritatea cazurilor scopul lor este necunoscut.
membranelor interne
Una dintre principalele diferențe față de celulele bacteriene, celule eucariote este lipsa unei membrane nucleare, și adesea nu toate membranele din cadrul tsitoplizmy. Multe reacții biochimice importante, de exemplu, reacțiile ciclului energetic, apar datorită gradientilor ionici prin membrane, creând o diferență de potențial ca o baterie. Lipsa de membrane interne în bacterii înseamnă că aceste reacții, de exemplu, reacțiile de transfer de electroni în lanțul de transport de electroni are loc prin membrana citoplasmatică, între citoplasmă și periplasmă. Cu toate acestea, în unele bacterii fotosintetice există o rețea dezvoltată de derivați ai membranelor fotosensibile citoplasmatice. In bacteriile purpurii (de exemplu, Rhodobacter) au păstrat contactul cu membrana citoplasmatică, este ușor de detectat pe secțiuni sub microscop electronic, dar această relație cianobacterii sau viraje dificile sau pierdute în timpul evoluției.
Unele bacterii formează granule intracelulare pentru a depozita substanțe nutritive cum ar fi glicogen, polifosfat, sulf sau polihidroxialcanoați, ceea ce permite bacteriilor să stocheze aceste substanțe pentru utilizare ulterioară.
vezicule de gaze
Veziculele de gaz sunt structuri în formă de ax care se găsesc în unele bacterii de plancton care asigură flotabilitate celulelor acestor bacterii, reducând densitatea globală. Ele constau dintr-o coajă de proteine, foarte impermeabilă la apă, dar care penetrează în cele mai multe gaze. Prin reglarea cantității de gaz prezente în veziculele sale de gaz, bacteria poate crește sau descrește densitatea totală și astfel se poate deplasa în sus sau în jos în coloana de apă, menținându-se într-un mediu optim pentru creștere.
Carboxysome
Carboxysome - structuri intracelulare gasite in multe bacterii autotrofe, de exemplu Cyanobacteria, bacterii azotoase și Nitrobacteria. Aceste structuri de proteine, care amintește de capete morfologia particulelor virale și conțin enzima de fixare a dioxidului de carbon în aceste organisme (în special karboksilasa ribulozo-bicfosfat / oxigenazei, RuBisCo și anhidraza carbonică). Se crede că o concentrație locală ridicată de enzimă cu o conversie rapidă de bicarbonat la anhidrazei carbonice acid carbonic permite fixarea rapidă și eficientă a dioxidului de carbon decât este posibil în interiorul citoplasmei.
Este cunoscut faptul că astfel de structuri conțin coenzimă care conțin glicerol B12-dehidraza, o fermentație enzimă cheie de glicerol la 1,3-propandiol în unii reprezentanți ai familia Enterobacteriaceae (de exemplu, Salmonella).
magnetozomi
clasă cunoscută de organite bacterii membrana care seamănă cu organite eucariote, dar poate, de asemenea, asociate cu membrana citoplasmatică, magnetozomii este prezent în bacterii magnetotaktichnih.
Bacteriile din gospodărie
Cu participarea bacteriilor, produsele de lapte acru (brânza de kefir) sunt preparate pentru acidul ozotovic. Anumite grupe de bacterii sunt folosite pentru a face antibiotice și vitamine. Aplicată pentru varză acră și bronzare a pielii. Și în agricultură, buckterii este folosit pentru a face și a depozita hrana pentru animale verzi.
Îmi pare rău pentru fermă
Bacteriile pot strica hrana. Stabilind în produsele pe care le produc substanțe otrăvitoare atât pentru om cât și pentru animale. Dacă nu este oportun să utilizați serul și preparatele otrăvite, o persoană poate muri! Prin urmare, înainte de consum, asigurați-vă că ați spălat legume și fructe!
Sporii și forme inactive de bacterii
Unele bacterii de tip Firmicutes capabilă să formeze endospori, permițându-le să reziste la condițiile de mediu extreme și chimice (de exemplu, gram-pozitive Bacillus, Anaerobacter, Heliobacterium și Clostridium). În aproape toate cazurile, o endosprora format, deci nu este procesul de reproducere, deși Anaerobacter poate genera până la șapte endosporilor în celulă. Endosporii au un nucleu central compus din ce conține ADN și ribozomi înconjurate și protejate de un strat de plută înveliș impermeabil și rigid citoplasmei. Endosporii arată nici metabolismul și poate rezista la o presiune extremă fizicochimice astfel de niveluri ridicate de radiații ultraviolete, radiații gamma, detergenți, dezinfectanți, căldură, presiune și visushivannya. Într-o astfel de stare inactivă, aceste organisme, în unele cazuri, ar trebui să rămână viabile de milioane de ani și să supraviețuiască chiar și în spațiul cosmic. Endosporele pot provoca boli, de exemplu, antraxul poate fi cauzat de inhalarea endosporelor de Bacillus anthracis.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: