Bakterije imajo nukleoid. Razlike med prokarionti in evkarionti. Dodatne strukture prokariontov

Sprva so bakterije obravnavali med najpreprostejšimi oblikami življenja in jih uvrščali med živali. Šele s pojavom izboljšanih mikroskopov in novih raziskovalnih tehnik so znanstveniki lahko v celoti pregledali bakterijske celice in ugotovili biološko vlogo vsake celične strukture. Ugotoviti je bilo mogoče, da imajo bakterijske celice urejeno strukturo in je vsaka od bakterij ločen posameznik, ki nima osnovnih podobnosti z živalmi.

Možno je razlikovati med stalnimi in začasnimi celičnimi strukturami. Glavne, od katerih jih je veliko tudi v živalskih celicah, so:

• celična stena;
• citoplazemska membrana;
• citoplazma;
• nukleoid (jedrski aparat);
• vključki;
• ribosomi.

Med začasne spadajo:

• mezosoma;
• maščobne kapljice;
• pili (resice);
• tilakoidi;
• bički;
• kromatoforji;
• polisaharidi.

Med membrano, ki je prisotna tudi pri živalih, in kapsulo je celična stena. Zaradi svoje gostote deluje kot skelet. Brez posebnega mikroskopa je neviden. Celice morajo ohraniti svojo stalno obliko. Na primer, jasno je vidna pri tako veliki bakteriji, kot je Beggiatoa mirabilis. Bakterije v obliki črke L in mikoplazme nimajo takšne stene, druge vrste pa jo imajo. Zavzema 20% celotne teže mikroorganizma, njegova debelina je približno 50 nm.

Celična stena je potrebna, da bakterije:

• zaščita pred negativnimi okoljskimi dejavniki;
• sodelovanje v presnovnih procesih;
• postopek delitve;
• transport metabolitov;
• selektivna oskrba s hranili.

Po preučevanju odsekov so znanstveniki ugotovili, da je prežet s porami, skozi katere hranila vstopajo vanj in se odstranjujejo iz celice. Sama stena je plastna, gostota in debelina pa sta enaki po celi celici.

Plazmalema ločuje citoplazmo od celične stene. To je polprepustna struktura, sestavljena iz treh plasti. Predstavlja 8-15 % celotne suhe snovi. Njegova sestava je v glavnem sestavljena iz beljakovin (50-70%) in lipidov (20-50%).

V življenju celice so njene funkcije naslednje:

• igra vlogo ovire;
• sodeluje pri presnovnih procesih;
• ima selektivno prepustnost;
• sodeluje pri rasti celic.

Ko celica raste, citoplazemska membrana ustvari posebne izbokline, imenovane mezosomi. Njihova funkcija še ni povsem ugotovljena, vendar mnogi znanstveniki menijo, da so potrebni za dihalne in presnovne procese.

citoplazma

Glavnino celotne bakterije zavzema citoplazma, ki jo najdemo tudi pri živalih, ki je poltekoča masa, ki vsebuje približno 90% vode. Citoplazma je sestavljena iz citosola in vključuje naslednje komponente:

• ribosomi;
• različne vključitve;
• encimi;
• notranje membrane;
• jedrska komponenta;
• topni elementi RNA;
• presnovni produkti.

Ustvarja notranjo votlino celice in zagotavlja medsebojno povezavo med vsemi njenimi komponentami.

Nukleoid

Živali in vsi evkarionti imajo jedro, bakterije pa ne. Nukleoid je prototip jedra. Je dvoverižna DNK, zložena v kroglo in prosto nameščena v osrednjem območju.

Za razliko od živalskih celic bakterije nimajo jasno definiranega jedra. Nukleoid nima jedrc, jedrske membrane ali bazičnih beljakovin, živalske celice pa jih imajo.

Kljub dejstvu, da nukleoid nima veliko značilnosti jedra, ga običajno obravnavamo kot ločeno celično strukturo. Pogosto je nukleoid sestavljen iz ločenih delov. Ta lastnost je razložena z dejstvom, da je nosilec genetske informacije in kako pride do same delitve celic. Številne vrste prokariotov imajo poleg nukleoida, ki opravlja funkcijo jedra, plazmide, ki so molekule DNA in za katere je značilna sposobnost obnavljanja.

Ribosomi

Ribosomi so ribonukleinski delci, ki so sferične oblike in imajo premer od 15 do 20 nm. Celice mnogih bakterij imajo 5-20 tisoč ribosomov. Ena molekula RNK vsebuje več ribosomov, ki so med seboj povezani kot kroglice na kosu nakita. Tako združene ribosome imenujemo polisomi. Glavna naloga ribosomov je sinteza beljakovin, ki je najpomembnejši proces v življenju bakterij in živali.

Kapsula

Kapsula je sluznica, ki ima jasne razmejitve od okolja in je tesno povezana s celično steno. V živalskih celicah takega organela ni. Vidimo ga lahko le pod posebnim svetlobnim mikroskopom z barvanjem. Ni organel celice, ki tvori življenje; če se izgubi, mikroorganizem ne izgubi sposobnosti preživetja. Pri bakteriji, kot je levkonostok, ena kapsula vsebuje več kot eno mikrobno celico. Kapsula vsebuje antigene, ki določajo lastnosti, virulentnost in sposobnost sprožitve imunskega odziva bakterij.

Prav tako ščiti mikroorganizem pred naslednjimi negativnimi učinki:

• sušenje;
• mehanski vpliv;
• okužba.

Pri mnogih vrstah je pritrditev mikroorganizma na hranilni medij nujna brez njega.

Organoidi gibanja

Za gibanje imajo bakterije posebne organele ─ flagele, ki jih najdemo tudi pri praživalih. Sestavljeni so iz beljakovinskih molekul in izgledajo kot tanke, nitaste, podolgovate strukture. Dolžina samega bička je nekajkrat daljša od dolžine mikroorganizma. Bički imajo dolžino od 3 do 12 µm in debelino od 12 do 20 nm. S posebnimi diski so pritrjeni na citoplazemsko membrano. Videti jih je mogoče le pod elektronskim mikroskopom ali po predobdelavi z barvili pod svetlobnim mikroskopom. Ne zagotavljajo življenja mikroorganizma, njihovo število pri različnih posameznikih pa se lahko razlikuje od 1 do 50. Glede na to, kje so flagele pritrjene, jih ločimo:

• monotrihi z enim bičkom;
• amfitrihi, ki imajo dva ali več kosov, zbranih v šopku, ki se nahajajo polarno drug proti drugemu;
• lophotrichs, imajo čop na eni strani;
• peritrihous, imajo flagele po celotni dolžini celice;
• atrichia, sploh nimajo bičkov.

Najdemo jih predvsem v mikroorganizmih z zavito obliko, ki živijo v tekočem okolju, z izjemo kokov. Gibanje bakterij je praviloma naključno, vendar pod vplivom zunanjih dejavnikov naredijo gibanje, ki ima določeno smer, imenovano taksi.

Obstaja več vrst namenskega gibanja:

• kemotaksija ─ ko je v zunanjem okolju drugačna nasičenost s kemikalijami;
• aerotaksija ─ različno kopičenje kisika;
• fototaksija ─ različne stopnje osvetlitve;
• magnetotaksis ─ sposobnost odzivanja na magnetno polje.

Villi

Resice so nekoliko krajše od flagel in so prisotne tako v gibljivih kot v negibljivih mikroorganizmih. Pregledati jih je mogoče le pod elektronskim mikroskopom. Na površju jih je lahko od tisoč do več sto tisoč. Obstajajo dve vrsti: običajni in spolni. Navadne resice so odgovorne za pritrditev, adhezijo in izmenjavo vode in soli. Za prenos dednih informacij sta odgovorna spola.

Polemika

Te formacije, ki niso značilne za živalske celice, so ovalne oblike in velikosti od 0,8 do 1,5 mikronov. Obstajata dve vrsti spor: spore, ki ne presegajo velikosti same bakterije ─ bacili, in tiste, ki so večje od same bakterije ─ klostridije. Lahko so v osrednjem delu celice, proti koncu in čisto na koncu. Vse bakterije imajo enako zasnovo trosov. V središču je sporoplazma, ki vsebuje beljakovine in nukleinske kisline. Vsebuje nosilec dednih informacij, ribosome in slabo izraženo membrano. Večplastna lupina ščiti spore pred negativnimi učinki in jih naredi stabilne. Glavni namen spore je ohraniti življenje bakterije, kljub tako neugodnim pogojem, kot sta visoka temperatura in obdelava s kemikalijami. V stanju mirovanja lahko ležijo več sto let.

Poglobljena študija strukture bakterijskih celic je človeštvu omogočila boj proti številnim boleznim in njihovo uporabo na različnih področjih svojega delovanja.

CITOPLAZMA (CP)

Sodelujte pri nastajanju spor.

MEZOZOMA

S prekomerno rastjo v primerjavi z rastjo CS CPM tvori invaginacije (invaginacije) - mezosomi. Mezosomi so središče energetske presnove prokariontske celice. Mezosomi so analogi evkariontskih mitohondrijev, vendar so enostavnejši po zgradbi.

Za Gram+ bakterije so značilni dobro razviti in kompleksno organizirani mezosomi. Pri bakterijah Gram so mezosomi manj pogosti in so preprosto organizirani (v obliki zanke). Polimorfizem mezosomov opazimo celo pri isti vrsti bakterij. Rikecije nimajo mezosomov.

Mezosomi se razlikujejo po velikosti, obliki in lokaciji v celici.

Mezosomi so razvrščeni glede na njihovo obliko:

– - lamelni (lamelni),

– – vezikularne (v obliki mehurčkov),

– - cevaste (cevaste),

– – mešano.

Mezosomi so razvrščeni glede na njihovo lokacijo v celici:

– – nastane v coni celične delitve in tvorbe prečnega septuma,

– - na katerega je pritrjen nukleoid;

– - nastane kot posledica invaginacije perifernih območij CPM.

Funkcije mezosomov:

1. Okrepite energijsko presnovo celic, saj povečajo celotno "delovno" površino membran.

2. Sodelujte v sekretornih procesih(v nekaterih Gram+ bakterijah).

3. Sodelujte pri delitvi celic. Med razmnoževanjem se nukleoid premakne v mezosom, prejme energijo, se podvoji in deli z amitozo.

Identifikacija mezosomov:

1. Elektronska mikroskopija.

Struktura. Citoplazma (protoplazma) je vsebina celice, obdana s CPM in zavzema glavni volumen bakterijske celice. CP je notranje okolje celice in je kompleksen koloidni sistem, ki ga sestavljajo voda (približno 75%) in različne organske spojine (beljakovine, RNA in DNA, lipidi, ogljikovi hidrati, minerali).

Plast protoplazme, ki se nahaja pod CPM, je gostejša od preostale mase v središču celice. Frakcija citoplazme, ki ima homogeno konsistenco in vsebuje nabor topne RNA, encimskih beljakovin, produktov in substratov presnovnih reakcij, se imenuje citosol. Drugi del citoplazme predstavljajo različni strukturni elementi: nukleoidi, plazmidi, ribosomi in vključki.

Funkcije citoplazme:

1. Vsebuje celične organele.

Odkrivanje citoplazme:

1. Elektronska mikroskopija.

Struktura. Nukleoid - enakovreden jedru evkariontov, čeprav se od njega razlikuje po zgradbi in kemični sestavi. Nukleoid ni ločen od CP z jedrno membrano, nima nukleolov in histonov, vsebuje en kromosom, ima haploiden (enoten) nabor genov in ni sposoben mitotične delitve.

Nukleoid se nahaja v središču bakterijske celice in vsebuje dvoverižno molekulo DNK, majhno količino RNK in beljakovine. V večini bakterij je dvoverižna molekula DNA s premerom približno 2 nm, dolžino približno 1 m z molekulsko maso 1–3x10 9 Da zaprta v obroču in tesno zapakirana kot žoga. Mikoplazme imajo najmanjšo molekulsko maso DNA za celične organizme (0,4–0,8x10 9 Da).

DNK prokariontov je zgrajena enako kot evkariontov (slika 25).

riž. 25. Struktura prokariontske DNA:

A- fragment verige DNK, ki nastane z menjavanjem ostankov deoksiriboze in fosforne kisline. Na prvi ogljikov atom deoksiriboze je vezana dušikova baza: 1 - citozin; 2 - gvanin.

B- dvojna vijačnica DNK: D- deoksiriboza; F - fosfat; A - adenin; T - timin; G - gvanin; C - citozin

Molekula DNA nosi veliko negativnih nabojev, ker vsak fosfatni ostanek vsebuje ionizirano hidroksilno skupino. Pri evkariontih se negativni naboji nevtralizirajo s tvorbo kompleksa DNA z glavnimi proteini - histoni. V prokariontskih celicah ni histonov, zato se naboji nevtralizirajo z interakcijo DNA s poliamini in ioni Mg 2+.

Po analogiji z evkariontskimi kromosomi se bakterijska DNK pogosto imenuje kromosom. V celici je predstavljen v ednini, saj so bakterije haploidne. Pred delitvijo celice pa se število nukleoidov podvoji, med delitvijo pa naraste na 4 ali več. Zato izraza "nukleoid" in "kromosom" nista vedno enaka. Ko so celice izpostavljene določenim dejavnikom (temperatura, pH, ionizirajoče sevanje, soli težkih kovin, nekateri antibiotiki itd.), nastane več kopij kromosoma. Ko se vpliv teh dejavnikov izloči, pa tudi po prehodu v stacionarno fazo se v celicah nahaja ena kopija kromosoma.

Dolgo časa je veljalo, da ni vzorca v porazdelitvi verig DNK na bakterijskem kromosomu. Posebne študije so pokazale, da so prokariontski kromosomi visoko urejena struktura. Del DNK v tej strukturi predstavlja sistem 20–100 neodvisno superzvitih zank. Superzvite zanke ustrezajo regijam DNA, ki so trenutno neaktivne in se nahajajo v središču nukleoida. Vzdolž periferije nukleoida so despiralizirana področja, kjer se sintetizira messenger RNA (mRNA). Ker potekata proces transkripcije in prevajanja v bakterijah sočasno, je lahko ista molekula mRNA istočasno povezana z DNK in ribosomi.

Poleg nukleoida lahko citoplazma bakterijske celice vsebuje plazmidi - dejavniki ekstrakromosomske dednosti v obliki dodatnih avtonomnih krožnih molekul dvoverižne DNA z manjšo molekulsko maso. V plazmidih je zapisana tudi dedna informacija, ki pa za bakterijsko celico ni bistvena.

Nukleidne funkcije:

1. Shranjevanje in prenos dednih informacij, vključno s sintezo dejavnikov patogenosti.

Odkrivanje nukleoida:

1. Elektronska mikroskopija: v elektronskih difrakcijskih vzorcih ultratankih rezov je nukleoid videti kot svetlobna območja nižje optične gostote s fibrilarnimi, nitastimi strukturami DNK (slika 26). Kljub odsotnosti jedrske membrane je nukleoid precej jasno razmejen od citoplazme.

2. Fazno kontrastna mikroskopija nativnih preparatov.

3. Svetlobna mikroskopija po barvanju z DNA specifičnimi metodami po Feulgenu, po Pashkovu oz. po Romanovsky-Giemsa:

– zdravilo se fiksira z metilnim alkoholom;

– barvilo Romanovsky-Giemsa (mešanica enakih delov treh barvil - azura, eozina in metilen modrega, raztopljenih v metanolu) nalijemo na fiksiran preparat za 24 ur;

– barvo odlijemo, preparat speremo z destilirano vodo, posušimo in mikroskopiramo: nukleoid je obarvan vijolično in se nahaja difuzno v citoplazmi, obarvan bledo rožnato.

1. Za prokariontsko celico je značilna prisotnost
A) ribosomi
B) mitohondrije
B) oblikovano jedro
D) plazemska membrana
D) endoplazmatski retikulum
E) ena krožna DNK

Odgovori

2. Prokariontske celice se razlikujejo od evkariontskih celic
A) prisotnost ribosomov
B) odsotnost mitohondrijev
B) pomanjkanje oblikovanega jedra
D) prisotnost plazemske membrane
D) odsotnost gibalnih organelov
E) prisotnost enega obročnega kromosoma

Odgovori

3. Vzpostavite ujemanje med strukturo celic in njihovim tipom: 1-prokariontski, 2-evkariontski
A) nimajo oblikovanega jedra
B) imajo jedrsko membrano
B) diploiden ali haploiden
D) vedno haploiden
D) nimajo mitohondrijev ali Golgijevega kompleksa
E) vsebujejo mitohondrije, Golgijev kompleks

Odgovori

A1 B2 C2 D1 D1 E2

4. Zakaj bakterije uvrščamo med prokarionte?
A) vsebujejo jedro v celici, ločeno od citoplazme
B) sestoji iz številnih diferenciranih celic
B) imajo en obročasti kromosom
D) nimajo celičnega središča, Golgijevega kompleksa in mitohondrijev
D) nimajo jedra, izoliranega od citoplazme
E) imajo citoplazmo in plazemsko membrano

Odgovori

5. Bakterijska celica spada v skupino prokariontskih celic, saj je
A) nima jedra, prekritega z lupino
B) ima citoplazmo
B) ima eno molekulo DNA potopljeno v citoplazmo
D) ima zunanjo plazemsko membrano
D) nima mitohondrijev
E) ima ribosome, kjer poteka biosinteza beljakovin

Odgovori

6. Celice evkariontskih organizmov imajo za razliko od prokariontskih
A) citoplazma
B) jedro prekrito z lupino
B) Molekule DNK
D) mitohondrije
D) gosta lupina
E) endoplazmatski retikulum

Odgovori

7. Vzpostavite ujemanje med značilnostmi celice in njenim tipom: 1-prokariontski, 2-evkariontski
A) Membranskih organelov ni
B) Celična stena je iz mureina
B) Dedni material predstavlja nukleoid
D) Vsebuje samo majhne ribosome
D) Dedni material predstavlja linearna DNK
E) Celično dihanje poteka v mitohondrijih

Odgovori

A1 B1 C1 D1 D2 E2

8. Prokariontske celice se razlikujejo od evkariontskih celic
A) prisotnost nukleoida v citoplazmi
B) prisotnost ribosomov v citoplazmi
B) Sinteza ATP v mitohondrijih
D) prisotnost endoplazmatskega retikuluma
D) odsotnost morfološko ločenega jedra
E) prisotnost invaginacij plazemske membrane, ki opravljajo funkcijo membranskih organelov

Nukleoid je jedrski aparat bakterij. Predstavljena z molekulo DNA, ki ustreza enemu kromosomu. Je krožno zaprt, nahaja se v jedrski vakuoli in nima membrane, ki bi jo omejevala od citoplazme, in nima mitotičnega aparata.

Majhna količina RNK in RNK polimeraze je povezana z DNK. DNK je zložena okoli osrednjega jedra iz RNK in je visoko urejena kompaktna struktura. Kromosomi večine prokariontov imajo molekulsko maso v območju 1-3x10 9, sedimentacijsko konstanto 1300-2000 S. Molekula DNA vključuje 1,6x10 7 nukleotidnih parov. Razlike v genetskem aparatu prokariontskih in evkariontskih celic so določene z njegovim imenom: prve imajo nukleoid (strukturo, podobno jedru), v nasprotju z jedrom v slednjih.

Nukleoid bakterij vsebuje osnovne dedne informacije, ki se realizirajo pri sintezi specifičnih proteinskih molekul. Sistemi podvajanja, popravljanja, prepisovanja in prevajanja so povezani z DNK bakterijske celice.

Nukleoid v prokariontski celici je mogoče identificirati v obarvanih preparatih s svetlobnim ali fazno kontrastnim mikroskopom. Za barvanje jedrske snovi se uporablja Feulgenovo barvilo, ki specifično obarva DNK.

Feulgenova metoda obarvanja DNK

Bris bakterijske kulture fiksiramo z metilnim alkoholom 2-3 minute in ga za 1 minuto postavimo v hladno 1% HCl.

Hidroliziramo pri 60 0 C v 1% HCl 5-10 minut in speremo z destilirano vodo.

Bris položite v Schiffov reagent za 40-60 minut, izpirajte v vodi iz pipe 2 minuti.

Kot posledica interakcije prostih aldehidnih skupin z brezbarvno fuksinozno kislino se pojavi vijolična barva, značilna za bazični fuksin.

Pri številnih bakterijah se v citoplazmi nahajajo ekstrakromosomski genetski elementi – plazmidi. So dvoverižna DNK, zaprta v obroče, sestavljena iz 1500-40.000 nukleotidnih parov in vsebuje do 100 genov.

Plazmidi lahko obstajajo v celici in v integriranem stanju z bakterijskim kromosomom, hkrati pa ohranijo sposobnost prehoda v avtonomijo.

12Zgradba peptidoglikana v gram-pozitivnih in gram-negativnih bakterijah. Njegove biološke lastnosti in pomen za bakterijske celice.

Celična stena

Celična stena je zunanja struktura bakterij, debela 30-35 nm, katere glavna sestavina je peptidoglikan (murein). Peptidoglikan je strukturni polimer, sestavljen iz izmenjujočih se podenot α-acetilglukozamina in α-acetilmuramske kisline, povezanih z glikozidnimi vezmi (slika 2).

Vzporedne polisaharidne (glikanske) verige so med seboj povezane s prečnimi peptidnimi mostovi (slika 3).

Polisaharidno ogrodje zlahka uniči lizocim, antibiotik živalskega izvora. Peptidne vezi so tarče penicilina, ki zavira njihovo sintezo in preprečuje tvorbo celične stene. Kvantitativna vsebnost peptidoglikana vpliva na sposobnost bakterij za barvanje po Gramu. Bakterije z veliko debelino mureinske plasti (90-95%) so obstojno modro-vijolično obarvane z encijan vijolično in jih imenujemo gram-pozitivne bakterije. Gramnegativne bakterije s tanko plastjo peptidoglikana (5-10%) v celični steni po izpostavljenosti alkoholu izgubijo encijan vijolično barvo in se dodatno obarvajo magenta roza. Celične stene gram-pozitivnih in gram-negativnih prokariontov se močno razlikujejo tako po kemični sestavi (tabela 1) kot po ultrastrukturi (slika 4).

Celična stena gram-pozitivnih bakterij vsebuje poleg peptidoglikana teihojske kisline (TA), v manjših količinah pa lipide, polisaharide in beljakovine.

Struktura katerega koli organizma (in mimogrede tudi mehanizem) je neposredno odvisna od opravljenih funkcij. Na primer, za človeka se najlažje giblje hoja, zato imamo noge, avto je narejen za vožnjo, zato ima kolesa namesto nog. Na enak način funkcije bakterijske celice določajo njeno strukturo. In vsaka njegova notranja struktura natančno ustreza svojim funkcijam.

Bakterije so bile izvor življenja na našem planetu. Njihov prispevek k nastanku mineralov in rodovitnih tal je težko preceniti. Ohranjajo ravnovesje med ogljikovim dioksidom in kisikom v ozračju. Njihova sposobnost uničevanja odmrlih organizmov omogoča vrnitev potrebnih hranil v naravo. V človeškem telesu številni procesi, na primer prebava, ne morejo potekati brez njihovega sodelovanja. Toda iste bakterijske celice, ki pomagajo telesu preživeti, lahko pod določenimi pogoji povzročijo bolezen ali smrt.

Glede na namen se bakterije razlikujejo po zgradbi. Tako morajo imeti mikroorganizmi, ki proizvajajo kisik, kloroplaste; celice, ki so sposobne gibanja, so vedno opremljene z bički; bakterije, ki preživijo v agresivnem okolju, ne morejo brez zaščitne kapsule itd. Nekateri strukturni elementi celice obstajajo nenehno, medtem ko se drugi sestavni deli pojavljajo po potrebi ali pa so edinstveni za nekatere vrste bakterij. Toda vsak element njegove strukture je primer idealne skladnosti strukture z opravljenimi funkcijami.

Kako deluje bakterija?

Bakterijski organizem je samo ena celica. Namesto običajnih organov, odgovornih za določene funkcije, ima samo posebne vključke, imenovane organele. Njihov niz se lahko razlikuje glede na vrsto celice ali pogoje njenega obstoja, vendar je v bakteriji stalno prisoten določen obvezen niz notranjih struktur. So tisto, kar označuje celico kot bakterijsko.

Bakterijska celica spada med prokarionte - enocelične organizme brez jedra. To pomeni, da v njegovi strukturi manjka membrana, ki ločuje jedro od citoplazme. Vlogo jedra pri bakterijah opravlja nukleoid (zaprta molekula DNK). Prokariontska celica ima primarne in sekundarne organele (strukture). Njegove glavne strukture vključujejo:

• nukleoid;
• celična stena (gram-pozitivna ali gram-negativna zaščitna plast);
• citoplazemska membrana (tanka plast med celično steno in citoplazmo);
• citoplazmo, ki vsebuje nukleoid in ribosome (molekule RNA).

Celica v neugodnih razmerah pridobi dodatne organele (organele). Lahko se pojavijo in izginejo, odvisno od okolja. Neobvezne celične strukture vključujejo kapsule, pili, spore, različne vključke, kot so plazmidi ali volutinska zrna.

Jedro v celici brez jedra

Nukleoid ("jedru podoben") je eden najpomembnejših organelov v prokariontski celici, ki opravlja funkcije jedra. Odgovoren je za shranjevanje in prenos genskega materiala. Nukleoid je molekula DNA, zaprta v obroč, ki ustreza enemu kromosomu. Ta obročasta molekula je videti kot naključen preplet niti. Vendar pa na podlagi njegovih funkcij (natančne porazdelitve genov med hčerinskimi organizmi) postane jasno, da ima bakterijski kromosom zelo urejeno strukturo.

Ta organela praviloma nima stalne zunanje oblike, vendar jo je mogoče zlahka razlikovati na ozadju gelaste citoplazme v elektronskem mikroskopu. Pri pregledu z običajnim svetlobnim mikroskopom je treba bakterijo predhodno obarvati, saj so bakterije v svojem naravnem stanju prozorne in nevidne na ozadju stekelca. Po posebnem barvanju postane območje bakterijske jedrske vakuole jasno vidno.

Molekula DNA (nukleoid) je sestavljena iz 1,6 x 107 parov nukleotidov. Nukleotid je ločen "gradnik", člen, iz katerega so sestavljene vse jedrske nukleinske kisline (DNK, RNK). Tako je nukleotid le en sam majhen del nukleoida. Dolžina razvite molekule DNK je lahko tisočkrat večja od dolžine same bakterijske celice.

Nekatere bakterijske celice vsebujejo dodatno skladišče dednih informacij – plazmide. To so zunajkromosomski genetski elementi, sestavljeni iz dvoverižne DNA. So veliko manjši od nukleoida in vsebujejo »le« 1500–40.000 baznih parov. Takšni plazmidi lahko vsebujejo do sto genov. Njihov obstoj je lahko povsem avtonomen, čeprav se pod določenimi pogoji dodatni geni zlahka vključijo v glavno verigo DNK.

Ogrodje za enocelične organizme

Celična stena opravlja oblikotvorno funkcijo, to pomeni, da hkrati deluje kot »okostje« celice in nadomešča njeno kožo. Ta trda zunanja lupina:

• ščiti bakterijsko "notranjost";
• odgovoren za obliko bakterij;
• transportira hranila noter in odpade.

Obstajajo bakterijske celice, ki so okrogle (koki), vijugaste (vibriosi, spirile) in paličaste. Obstajajo mikroorganizmi, ki izgledajo kot stožci, zvezde, kocke ali imajo obliko črke C.

Mehanske in fiziološke funkcije (zaščita in transport) bakterijske celične stene so odvisne od njene strukture. Priročno je preučevati strukturo celične stene z metodo po Gramu. Ta Danec je predlagal metodo za barvanje bakterij z anilinskimi barvili. Glede na reakcijo celične membrane na barvo obstajajo:

1. Gram-pozitivne (obarljive) bakterije. Njihova lupina je sestavljena iz ene plasti; zunanje membrane ni.
2. Gramnegativne bakterije imajo lupino, ki ne zadržuje barvila (stena se po pranju obarva). Njihova zunanja lupina je veliko tanjša kot pri gram-pozitivnih in ima dve plasti - zunanjo membrano in bakterijsko steno, ki se nahaja pod njo.

To ločevanje bakterij je zelo pomembno v medicinskih raziskavah - najpogosteje imajo patogeni mikrobi gram-pozitivno steno. Če analiza razkrije gram-pozitivne bakterije, potem obstaja razlog za skrb. Gramnegativne celice so veliko varnejše. Nekateri med njimi so stalno prisotni v telesu in lahko predstavljajo nevarnost le v primeru nenadzorovanega razmnoževanja. To so tako imenovane oportunistične bakterije.

Zunanja membrana gram-negativnih bakterij razširi funkcije bakterijske stene. Spremenijo se njegova prepustnost in transportne lastnosti. Zunanja membrana ima različne kanale (pore), ki selektivno prepuščajo snovem v celico – koristne snovi prosto prehajajo, toksine pa zavrača. To pomeni, da zunanja plast gram-negativne celice deluje kot "sito" za molekule. To lahko pojasni večjo odpornost gramnegativnih organizmov na neugodne razmere: vse vrste strupov, kemikalij, encimov, antibiotikov.

V biologiji se "plastna pogača" celične stene in citoplazemske membrane imenuje celična membrana.

Kaj so CPM in mezosomi?

Med celično steno in citoplazmo je še en organel - citoplazemska membrana (CPM). Njegove funkcije vključujejo omejevanje notranje vsebine celice, ohranjanje njene oblike, zaščito pred prodiranjem agresivnih dejavnikov in neoviran vnos hranil. V bistvu je to še eno molekularno "sito".

Elektroni (energija) in transport snovi, potrebnih za obstoj celice, prosto prehajajo skozi citoplazmatsko membrano. Skozi membrano potekata dva aktivna procesa:

• endocitoza - prodiranje snovi v bakterijo;
• eksocitoza – odstranjevanje odpadkov.

Med procesom endocitoze membrana tvori notranje gube, ki se nato spremenijo v vezikle (vakuole). Glede na opravljene funkcije ločimo dve vrsti endocitoze:

1. Fagocitoza ("prehranjevanje"). Ta funkcija je na voljo nekaterim vrstam bakterij, imenujemo jih fagociti. Takšne celice iz citoplazemske membrane ustvarijo nekakšno vrečko, ki ovije absorbirani delec (fagocitozna vakuola). Primer so krvni levkociti, ki "jedo" tuje delce ali bakterije.
2. Pinocitoza ("pitje") je absorpcija tekočine. V tem primeru se oblikujejo mehurčki različnih velikosti, včasih zelo majhni.

Eksocitoza (odstranitev) deluje v nasprotni smeri. Z njegovo pomočjo se iz celice odstranijo neprebavljeni ostanki in celični izločki.

Poleg tega citoplazemska membrana:

• uravnava pritisk tekočine v celici;
• sprejema in obdeluje kemične informacije od zunaj;
• sodeluje v procesu delitve celic;
• odgovoren za rast flagel in njihovo gibanje;
• uravnava sintezo celične stene.

Notranja bakterijska membrana, odvisno od funkcij, ki jih opravlja celica, tvori mezosome (notranje gube). Primer so lamele in tilakoidi v enoceličnih organizmih, ki živijo s fotosintezo. Tilakoidi so nizi ploščatih vrečk, ki jih tvorijo notranje gube membrane (mezosomi), v katerih poteka fotosinteza, lamele pa so enaki podolgovati mezosomi, ki povezujejo nize tilakoidov.

Pri gram-pozitivnih bakterijah so mezosomi dobro razviti in precej zapleteno organizirani, v nasprotju z gram-pozitivnimi bakterijami. Obstajajo tri vrste mezosomov:

• lamelni (lamele);
• vezikule (mehurčki, ki vsebujejo hranila);
• cevke (tubularni mezosomi).

Mikrobiologi še niso prišli do dokončne ugotovitve - ali so mezosomi glavna struktura bakterijske celice ali samo krepijo funkcije, ki jih opravlja.

Ribosomi so osnova življenja beljakovin

Bakterijska citoplazma je notranja poltekoča (koloidna) komponenta celice, ki vsebuje vse organele (nukleoid, plazmide, mezosome in druge vključke). Ena od glavnih funkcij citoplazme je ustvariti udobne pogoje za ribosome.

Ribosom je najpomembnejši nemembranski celični organel, sestavljen iz dveh delov: velike in male podenote (polipeptidov, ki tvorijo proteinski kompleks). Funkcija ribosomov je sinteza beljakovin v celici. Ribosomi so ribonukleoproteinski delci, veliki do približno 20 nm. V celici jih je lahko od 5.000 do 90.000 hkrati. To so najmanjši in najštevilčnejši organeli prokariontov. Večina bakterijske RNK se nahaja v ribosomih, poleg tega vsebujejo beljakovine.

Ribosomi so odgovorni za sintezo beljakovin iz aminokislin. Proces poteka po shemi, ki je vgrajena v genetske informacije RNA. Domneva se, da se je razvoj ribosomov začel v obdobju pred beljakovinami. Sčasoma se je aparat za biosintezo izboljšal, vendar glavno funkcijo v njem še vedno igra RNA. Tako se ribosomi - dobavitelji glavne sestavine življenjske aktivnosti beljakovinskih oblik - sami zanašajo na RNA in ne na beljakovinsko komponento.

Problem nastanka življenja na Zemlji predstavlja svojevrsten paradoks - DNK (deoksiribonukleinska kislina), ki je nosilec genetske informacije, se ne more sama razmnoževati, potrebuje nekakšen katalizator, beljakovine, odličen katalizator, pa brez DNK ne morejo nastati. Pojavi se paradoks: piščanec in jajca ali "kaj je bilo prej?"

Izkazalo se je, da je bila na začetku RNA (ribonukleinska kislina)! Vse ključne faze biosinteze beljakovin (prenos informacij, delo katalizatorja, transport aminokislin) je prevzela RNA, ki je osnova ribosomov. To je služilo kot eden od dokazov o obstoju življenja "pred DNK". Hipoteza o "svetu RNA" še ni našla eksperimentalne potrditve, vendar raziskave nukleinske kisline ostajajo eno "najbolj vročih" področij znanosti.

Dodatne strukture prokariontov

Kot vsako živo bitje se bakterijska celica skuša zaščititi z ustvarjanjem različnih dodatnih elementov. Površinske strukture vključujejo:

1. Kapsula. To je površinska plast sluznice, ki se oblikuje okoli celice kot reakcija na okolje. Kapsula ne samo, da daje bakterijam dodatno zaščito, ampak lahko vsebuje tudi rezervo hranil "za deževen dan".
2. Flagella. Dolge (daljše od same celice), zelo tanke niti, pritrjene na CPM in steno, delujejo kot motor za prosto gibanje bakterij. Bakterije se lahko nahajajo po celotni površini ali rastejo v šopkih ob njenih robovih.
3. Pili (resice). Od bičkov se razlikujejo po velikosti (tanjši in precej krajši). Funkcije pilijev ne vključujejo gibanja, ampak so odgovorni za pritrjevanje (vezavo) bakterij na druge mikroorganizme ali površine. Sodelujejo tudi pri presnovi vode in soli ter prehranjevanju.
4. Polemika. To je zagotovilo, da mikroorganizmi preživijo vse neugodne dejavnike (pomanjkanje vode ali hrane, agresivno okolje). Nastajajo znotraj bakterij, večinoma gram-pozitivnih. Vendar ta metoda zagotavlja le preživetje, ne pa tudi razmnoževanje (kot pri sporah gliv).

Notranji dodatni vključki so lahko aktivni (klorosomi fotosintetskih celic) ali pasivni (zaloge hranil). Bakterije, ki živijo v vodi, imajo plinske vakuole, drobne zračne mehurčke, ki so odgovorni za njihovo plovnost.

Hranila iz bakterij se odlagajo v različnih zrncih (lipidi, volutin). Lipidi zagotavljajo bakteriji rezervo ogljika, ki zagotavlja energijo v odsotnosti drugih virov. Volutin (zrna, ki vsebujejo polifosfate) postane vir fosforja, ko ga v okolju ni dovolj. Zaloge volutina lahko služijo tudi kot vir energije, čeprav njihova vloga ni tako pomembna. Dodatne strukture cianobakterij so rezerve dušika, za žveplove bakterije pa depoziti molekularnega žvepla. Glavna značilnost vseh vključkov z rezervo "deževnega dne" je, da so nujno izolirani od citoplazme in v normalnih pogojih ne morejo vplivati ​​na celico. V nasprotnem primeru lahko pride do prevelikega odmerka kemičnih elementov in bakterije bodo trpele.

Strukture bakterijske celice, tako osnovne kot dodatne, jasno opravljajo svoje funkcije, ohranjajo in podaljšujejo njeno sposobnost preživetja. Podatki, ki jih vsebujeta RNA in DNA prokariontov, omogočajo celici, da se hitro odzove na spreminjajoče se življenjske razmere in sprejme potrebne ukrepe za ohranitev mikroorganizma in uspešno opravljanje vseh funkcij, ki so mu lastne po naravi.