Organizm bakteryjny jest reprezentowany przez jedną pojedynczą komórkę. Formy bakterii są różnorodne. Budowa bakterii różni się od budowy komórek zwierzęcych i roślinnych.
Komórka nie ma jądra, mitochondriów i plastydów. Nośnik informacji dziedzicznej DNA znajduje się w środku komórki w postaci złożonej. Mikroorganizmy, które nie mają prawdziwego jądra, są klasyfikowane jako prokarioty. Wszystkie bakterie są prokariotami.
Szacuje się, że na Ziemi żyje ponad milion gatunków tych niesamowitych organizmów. Do chwili obecnej opisano około 10 tysięcy gatunków.
Komórka bakteryjna ma ścianę, błonę cytoplazmatyczną, cytoplazmę z wtrąceniami i nukleotyd. Spośród dodatkowych struktur niektóre komórki mają wici, pilusy (mechanizm przylegania i zatrzymywania na powierzchni) i torebkę. W niesprzyjających warunkach niektóre komórki bakteryjne są zdolne do tworzenia zarodników. Średnia wielkość bakterii wynosi 0,5-5 mikronów.
Struktura zewnętrzna bakterii
Ryż. 1. Budowa komórki bakteryjnej.
Ściana komórkowa
Ściana komórkowa komórki bakteryjnej jest jej ochroną i wsparciem. Nadaje mikroorganizmowi własny, specyficzny kształt.
Ściana komórkowa jest przepuszczalna.Składniki odżywcze przedostają się do wewnątrz, a produkty przemiany materii przez nie.
Niektóre rodzaje bakterii wytwarzają specjalny śluz przypominający kapsułkę, która chroni je przed wysychaniem.
Niektóre komórki mają wici (jeden lub więcej) lub kosmki, które pomagają im się poruszać.
Komórki bakteryjne zabarwione na różowo metodą Grama (Gram-ujemne), ściana komórkowa jest cieńsza i wielowarstwowa. Uwalniane są enzymy, które pomagają rozkładać składniki odżywcze.
Bakterie, które w barwieniu metodą Grama wydają się fioletowe (Gram-dodatnie), ściana komórkowa jest gruba. Składniki odżywcze dostające się do komórki są rozkładane w przestrzeni peryplazmatycznej (przestrzeni między ścianą komórkową a błoną cytoplazmatyczną) przez enzymy hydrolityczne.
Na powierzchni ściany komórkowej znajduje się wiele receptorów. Przyłączone są do nich zabójcy komórek – fagi, kolicyny i związki chemiczne.
Lipoproteiny ścienne niektórych typów bakterii to antygeny zwane toksynami.
Przy długotrwałym leczeniu antybiotykami i z wielu innych powodów niektóre komórki tracą błony, ale zachowują zdolność do reprodukcji. Przybierają zaokrąglony kształt - kształt litery L i mogą utrzymywać się w organizmie człowieka przez długi czas (cocci lub prątki gruźlicy). Niestabilne formy L mają zdolność powrotu do pierwotnej formy (rewersja).
Ryż. 2. Zdjęcie przedstawia strukturę ściany bakteryjnej bakterii Gram-ujemnych (po lewej) i bakterii Gram-dodatnich (po prawej).
Kapsuła
W niesprzyjających warunkach środowiskowych bakterie tworzą otoczkę. Mikrokapsułka ściśle przylega do ścianki.Można go zobaczyć tylko w mikroskopie elektronowym. Makrokapsułkę często tworzą drobnoustroje chorobotwórcze (pneumokoki). U Klebsiella pneumoniae zawsze występuje makrokapsułka.
Otoczka przypominająca kapsułkę jest formacją luźno związaną ze ścianą komórkową. Dzięki enzymom bakteryjnym otoczka przypominająca kapsułkę pokryta jest węglowodanami (egzopolisacharydami) ze środowiska zewnętrznego, co zapewnia przyczepność bakterii do różnych powierzchni, nawet całkowicie gładkich.
Na przykład paciorkowce, dostając się do ludzkiego ciała, mogą przyklejać się do zębów i zastawek serca.
Funkcje kapsułki są zróżnicowane:
ochrona przed agresywnymi warunkami środowiska,
zapewnienie adhezji (przyklejania) do komórek ludzkich,
Kapsułka posiadająca właściwości antygenowe działa toksycznie po wprowadzeniu do organizmu żywego.
Ryż. 4. Streptococci mogą przyklejać się do szkliwa zębów i wraz z innymi drobnoustrojami powodować próchnicę.
Ryż. 5. Zdjęcie przedstawia uszkodzenie zastawki mitralnej na skutek reumatyzmu. Przyczyną są paciorkowce.
Wici
Niektóre komórki bakteryjne mają wici (jeden lub więcej) lub kosmki, które pomagają im się poruszać. Wici zawierają kurczliwe białko flagelinę.
Liczba wici może być różna - jedna, wiązka wici, wici na różnych końcach komórki lub na całej powierzchni.
Ruch (losowy lub obrotowy) odbywa się w wyniku ruchu obrotowego wici.
Właściwości antygenowe wici mają działanie toksyczne w chorobie.
Bakterie nieposiadające wici, pokryte śluzem, potrafią się ślizgać.Bakterie wodne zawierają 40-60 wakuoli wypełnionych azotem.
Zapewniają nurkowanie i wynurzanie. W glebie komórka bakteryjna przemieszcza się kanałami glebowymi.
Ryż. 6. Schemat mocowania i działania wici.
Ryż. 7. Zdjęcie przedstawia różne rodzaje wiciowców.
Ryż. 8. Zdjęcie przedstawia różne rodzaje wiciowców.
Pił
Pili (kosmki, fimbrie) pokrywają powierzchnię komórek bakteryjnych. Kosmek to spiralnie skręcona, cienka, pusta nić o charakterze białkowym.
Typ ogólny pił zapewniają adhezję (przyklejanie) do komórek gospodarza. Ich liczba jest ogromna i waha się od kilkuset do kilku tysięcy. Od momentu przywiązania rozpoczyna się każdy proces zakaźny.
Pił seksualnie ułatwić transfer materiału genetycznego od dawcy do biorcy. Ich liczba wynosi od 1 do 4 na komórkę.
Ryż. 9. Na zdjęciu E. coli. Widoczne są wici i pilusy. Zdjęcie wykonano przy użyciu mikroskopu tunelowego (STM).
Ryż. 10. Na zdjęciu liczne pilis (fimbrie) ziarniaków.
Ryż. 11. Zdjęcie przedstawia komórkę bakteryjną z fimbriami.
Błona cytoplazmatyczna
Błona cytoplazmatyczna znajduje się pod ścianą komórkową i jest lipoproteiną (do 30% lipidów i do 70% białek).
Różne komórki bakteryjne mają różny skład lipidów błonowych.
Białka błonowe pełnią wiele funkcji. Białka funkcjonalne to enzymy, dzięki którym synteza różnych jego składników itp. zachodzi na błonie cytoplazmatycznej.
Błona cytoplazmatyczna składa się z 3 warstw. Podwójna warstwa fosfolipidów jest przesiąknięta globulinami, które zapewniają transport substancji do komórki bakteryjnej. Jeśli jej funkcja zostanie zakłócona, komórka umiera.
Błona cytoplazmatyczna bierze udział w sporulacji.
Ryż. 12. Zdjęcie wyraźnie pokazuje cienką ścianę komórkową (CW), błonę cytoplazmatyczną (CPM) i nukleotyd w środku (bakteria Neisseria catarrhalis).
Ryż. 13. Zdjęcie przedstawia budowę komórki bakteryjnej. Budowa komórki bakteryjnej różni się od budowy komórek zwierzęcych i roślinnych – komórka nie posiada jądra, mitochondriów i plastydów.
Cytoplazma
Cytoplazma składa się w 75% z wody, pozostałe 25% to związki mineralne, białka, RNA i DNA. Cytoplazma jest zawsze gęsta i nieruchoma. Zawiera enzymy, niektóre pigmenty, cukry, aminokwasy, zapas składników odżywczych, rybosomy, mezosomy, granulki i wszelkiego rodzaju inne wtrącenia. W centrum komórki koncentruje się substancja niosąca informację dziedziczną - nukleoid.
Granulki
Granulki zbudowane są ze związków będących źródłem energii i węgla.
Mezosomy
Mezosomy są pochodnymi komórek. Mają różne kształty - koncentryczne błony, pęcherzyki, rurki, pętle itp. Mezosomy mają połączenie z nukleoidem. Ich głównym celem jest udział w podziale komórek i sporulacji.
Nukleoid
Nukleoid jest analogiem jądra. Znajduje się w centrum komórki. Zawiera DNA, nośnik informacji dziedzicznej w złożonej formie. Nienawinięty DNA osiąga długość 1 mm. Substancja jądrowa komórki bakteryjnej nie ma błony, jąderka ani zestawu chromosomów i nie dzieli się na drodze mitozy. Przed podziałem nukleotyd ulega podwojeniu. Podczas podziału liczba nukleotydów wzrasta do 4.
Ryż. 14. Zdjęcie przedstawia wycinek komórki bakteryjnej. W części środkowej widoczny jest nukleotyd.
Plazmidy
Plazmidy to autonomiczne cząsteczki zwinięte w pierścień dwuniciowego DNA. Ich masa jest znacznie mniejsza niż masa nukleotydu. Pomimo faktu, że informacje dziedziczne są zakodowane w DNA plazmidów, nie są one istotne i niezbędne dla komórki bakteryjnej.
Ryż. 15. Zdjęcie przedstawia plazmid bakteryjny. Zdjęcie zostało wykonane przy użyciu mikroskopu elektronowego.
Rybosomy
Rybosomy komórki bakteryjnej biorą udział w syntezie białka z aminokwasów. Rybosomy komórek bakteryjnych nie są zjednoczone w retikulum endoplazmatycznym, jak w przypadku komórek posiadających jądro. To właśnie rybosomy często stają się „celem” wielu leków przeciwbakteryjnych.
Inkluzje
Inkluzje są produktami metabolizmu komórek jądrowych i niejądrowych. Stanowią źródło składników odżywczych: glikogenu, skrobi, siarki, polifosforanu (walutyny) itp. Inkluzje często po pomalowaniu przyjmują inny wygląd niż kolor barwnika. Waluty można używać do diagnozowania prątka błonicy.
W ich identyfikacji (rozpoznaniu) ogromne znaczenie ma kształt komórki bakteryjnej oraz jej wielkość. Najpopularniejsze kształty to kulisty, prętowy i zawiły.
Tabela 1. Główne formy bakterii.
Bakterie kuliste
Kuliste bakterie nazywane są ziarniniakami (od greckiego coccus - ziarno). Są ułożone jeden po drugim, dwa po dwa (diplokoki), w paczkach, w łańcuchach i jak kiście winogron. Lokalizacja ta zależy od sposobu podziału komórki. Najbardziej szkodliwymi drobnoustrojami są gronkowce i paciorkowce.
Ryż. 16. Na zdjęciu mikrokoki. Bakterie są okrągłe, gładkie i mają kolor biały, żółty i czerwony. W naturze mikrokoki są wszechobecne. Żyją w różnych jamach ludzkiego ciała.
Ryż. 18. Na zdjęciu bakteria Sarcina. Bakterie kokoidowe skupiają się w pakietach.
Ryż. 19. Zdjęcie przedstawia bakterie paciorkowcowe (od greckiego „streptos” - łańcuch).
Ułożone w łańcuchy. Są przyczyną wielu chorób.
Ryż. 20. Na zdjęciu bakterie to „złote” gronkowce. Ułożone jak „kiście winogron”. Grona mają złoty kolor. Są przyczyną wielu chorób.
Bakterie w kształcie pręta
Bakterie w kształcie pałeczek, które tworzą zarodniki, nazywane są pałeczkami. Mają cylindryczny kształt. Najwybitniejszym przedstawicielem tej grupy jest prątek wąglika. Do prątków zalicza się dżumę i Haemophilus influenzae. Końce bakterii w kształcie pręcików mogą być spiczaste, zaokrąglone, odcięte, rozszerzone lub rozdzielone. Kształt samych pałeczek może być regularny lub nieregularny. Można je układać pojedynczo, po dwa lub tworzyć łańcuchy. Niektóre pałeczki nazywane są coccobacilli, ponieważ mają okrągły kształt. Niemniej jednak ich długość przekracza szerokość.
Diplobacillus to podwójne pręty. Prątki wąglika tworzą długie nitki (łańcuchy).
Tworzenie się zarodników zmienia kształt prątków. W środku prątków tworzą się zarodniki bakterii kwasu masłowego, nadając im wygląd wrzeciona. W pałeczkach tężca - na końcach pałeczek, nadając im wygląd podudzi.
Ryż. 21. Zdjęcie przedstawia komórkę bakteryjną w kształcie pręcika. Widoczne liczne wici. Zdjęcie zostało wykonane przy użyciu mikroskopu elektronowego. Negatywny.
Ryż. 22. Zdjęcie przedstawia bakterie tworzące łańcuchy w kształcie pałeczek (pałeczki wąglika).
Ryż. 23. Zdjęcie przedstawia komórkę bakterii w kształcie pałeczki z rodzaju Proteus.
Ryż. 24.W pałeczkach kwasu masłowego zarodniki tworzą się w środku, nadając im wrzecionowaty wygląd. W paluszkach tężca - na końcach, nadając im wygląd podudzi.
Skręcone bakterie
Komórki Vibrio cholerae mają zagięcie nie większe niż jeden obrót. Kilka (dwa, trzy lub więcej) to Campylobacter. Krętki mają osobliwy wygląd, co znajduje odzwierciedlenie w ich nazwie - „spira” - zgięcie i „nienawiść” - grzywa. Leptospira („leptos” - wąskie i „spera” - zakręt) to długie włókna z blisko rozmieszczonymi lokami. Bakterie przypominają skręconą spiralę.
Ryż. 25. Na zdjęciu Vibrio cholerae.
Ryż. 26. Na zdjęciu bakterie krętkowe. Mają osobliwy wygląd, co znajduje odzwierciedlenie w ich nazwie - „spira” - zgięcie i „nienawiść” - grzywa.
Ryż. 27. Na zdjęciu spiralna komórka bakteryjna jest czynnikiem wywołującym „chorobę ukąszenia szczura”.
Ryż. 28. Na zdjęciu bakterie Leptospira są przyczyną wielu chorób.
Ryż. 29. Na zdjęciu bakterie Leptospira są przyczyną wielu chorób.
Klubowy
Corynebacteria, czynniki wywołujące błonicę i listeriozę, mają kształt maczugi. Ten kształt bakterii wynika z ułożenia ziaren metachromatycznych na jej biegunach.
Bakterie żyją na planecie Ziemia od ponad 3,5 miliarda lat. W tym czasie wiele się nauczyli i wiele przystosowali. Całkowita masa bakterii jest ogromna. Jest to około 500 miliardów ton. Bakterie opanowały prawie wszystkie znane procesy biochemiczne. Formy bakterii są różnorodne. Struktura bakterii stała się dość złożona przez miliony lat, ale nawet dzisiaj uważa się je za organizmy jednokomórkowe o najprostszej budowie.
