Když mluvíme o bakteriích, často si vybavíme něco negativního. A přesto o nich víme velmi málo. Struktura a životně důležitá aktivita bakterií je spíše primitivní, ale podle předpokladů některých vědců jsou to nejstarší obyvatelé Země a po mnoho let nezmizeli ani nevymřeli. Mnoho druhů takových mikroorganismů využívá člověk pro své dobro, jiné jsou příčinou vážných nemocí a dokonce i epidemií. Ale poškození některých bakterií někdy není úměrné výhodám jiných. Pojďme si o těchto úžasných mikroorganismech povědět a seznámit se s jejich strukturou, fyziologií a klasifikací.
Jedná se o nejaderné, nejčastěji jednobuněčné mikroorganismy. O jejich objev v roce 1676 se zasloužil nizozemský vědec A. Leeuwenhoek, který poprvé spatřil drobné bakterie pod mikroskopickou lupou. Ale francouzský chemik a mikrobiolog Louis Pasteur začal poprvé studovat jejich povahu, fyziologii a roli v lidském životě v 50. letech 19. století. Struktura bakterií se začala aktivně zkoumat s příchodem elektronových mikroskopů. Jeho buňka se skládá z cytoplazmatické membrány, ribozomu a nukleotidu. Bakteriální DNA je soustředěna na jednom místě (nukleoplazmě) a je to spleť tenkých vláken. Cytoplazma je oddělena od buněčné stěny cytoplazmatickou membránou, obsahuje nukleotid, různé membránové systémy a buněčné inkluze. Ribozom bakterií tvoří 60 % RNA, zbytek tvoří bílkoviny. Níže uvedená fotografie ukazuje strukturu salmonely.
Bakterie mají buněčnou strukturu. Buněčná stěna je silná asi 20 nm a na rozdíl od vyšších rostlin nemá fibrilární strukturu. Jeho pevnost zajišťuje speciální obal zvaný vak. Skládá se převážně z polymerní látky – mureinu. Jeho složky (podjednotky) jsou spojeny ve specifické sekvenci do speciálních polyglykanových vláken. Spolu s krátkými peptidy tvoří makromolekulu, která připomíná síť. Tohle je murein taška.
Tyto mikroorganismy jsou schopné aktivního pohybu. Provádí se díky plazmatickým bičíkům, které mají spirálovitou strukturu. Bakterie se mohou pohybovat rychlostí až 200 mikronů za sekundu a otočit se kolem své osy 13krát za sekundu. Schopnost bičíků pohybovat se zajišťuje speciální kontraktilní protein - flagellin (analog myosinu ve svalových buňkách).
Mají následující rozměry: délka - až 20 mikronů, průměr - 10-20 nm. Každý bičík vystupuje z bazálního tělíska, které je ponořeno do bakteriální buněčné membrány. Pohybové orgány mohou být jednotlivé nebo uspořádané v celých svazcích, jako např. u spirilly. Počet bičíků může záviset na podmínkách prostředí. Například Proteus vulgaris má při špatné stravě pouze dva subpolární bičíky, zatímco za normálních podmínek vývoje jich může být ve svazcích 2 až 50.
Struktura bakterie (diagram níže) je taková, že se může poměrně aktivně pohybovat. Pohyb ve většině případů probíhá tlačením a je prováděn převážně v kapalném nebo vlhkém prostředí. V závislosti na působícím faktoru, jinými slovy - typu vnějšího podnětu, to může být:
Jedna z těchto metod, bakterie, jejichž strukturní rysy buněk jim umožňují pohyb, mohou vytvářet shluky v místech s optimálními podmínkami pro svůj život. Některé druhy mají kromě bičíků četná tenčí vlákna – říká se jim „fimbria“ nebo „pili“, ale jejich funkce není dosud dostatečně objasněna. Bakterie, které nemají speciální bičíky, jsou schopné klouzavého pohybu, vyznačuje se však velmi nízkou rychlostí: asi 250 mikronů za minutu.
Druhou malou skupinou bakterií jsou autotrofy. Jsou schopni syntetizovat organické látky z anorganických látek, mohou částečně asimilovat atmosférický oxid uhličitý a jsou chemotrofy. Tyto bakterie zaujímají velmi důležité místo v koloběhu chemických prvků v přírodě.
Existují také dvě skupiny skutečných fototrofů. Strukturálními znaky bakterií této kategorie je, že obsahují látku (pigment) bakteriochlorofyl, který je v přírodě příbuzný rostlinnému chlorofylu, a jelikož jim chybí fotosystém II, probíhá fotosyntéza bez uvolňování kyslíku.
Hlavním způsobem reprodukce je rozdělení původní mateřské buňky na dvě části (amitóza). U forem, které mají podlouhlý tvar, k tomu dochází vždy kolmo k podélné ose. Struktura bakterie v tomto případě prochází krátkodobými změnami: od okraje buňky ke středu se vytvoří příčná přepážka, podél níž je pak rozdělen mateřský organismus. To vysvětluje staré jméno království - Drobyanka. Po rozdělení mohou buňky zůstat spojené v nestabilních, volných řetězcích.
To jsou charakteristické rysy struktury bakterií některých druhů, například streptokoků.
Druhým způsobem rozmnožování je sporulace. Je přímo spojena s touhou přizpůsobit se nepříznivým podmínkám a je zaměřena na jejich prožívání. U některých tyčinkovitých bakterií se spory tvoří endogenně, tedy uvnitř buňky. Jsou velmi odolné vůči teplu a lze je skladovat i při delším varu. Tvorba spór začíná různými chemickými reakcemi v mateřské buňce a asi 75 % všech jejích bílkovin se rozloží. Poté dojde k rozdělení. V tomto případě se vytvoří dvě dceřiné buňky. Jeden z nich (ten menší) je pokryt tlustou skořápkou, která podle objemu může zabírat až 50% - to je spor. Zůstává životaschopný a připravený ke klíčení po dobu 200-300 let.
Některé druhy jsou schopné pohlavního rozmnožování. Tento proces byl poprvé objeven v roce 1946, kdy byla studována buněčná struktura bakterie Escherichia coli. Ukázalo se, že částečný přenos genetického materiálu je možný. To znamená, že fragmenty DNA jsou během konjugace přeneseny z jedné buňky (dárce) do druhé (příjemce). To se děje pomocí bakteriofágů nebo transformací.
Struktura bakterie a rysy její fyziologie jsou takové, že za ideálních podmínek dochází k procesu dělení neustále a velmi rychle (každých 20-30 minut). Ale v přirozeném prostředí je limitován různými faktory (sluneční záření, živné médium, teplota atd.).
Klasifikace těchto mikroorganismů vychází z odlišné struktury buněčné stěny bakterií, která rozhoduje o zachování anilinového barviva v buňce nebo o jeho vyplavování. To odhalil H.K.Gram a následně byly v souladu s jeho jménem rozlišeny dvě velké divize mikroorganismů, o kterých budeme hovořit níže.
Tyto mikroorganismy mají vícevrstvý mureinový obal (30-70% celkové suché hmoty buněčné stěny), díky kterému nedochází k vyplavování anilinového barviva z buněk (foto výše schematicky znázorňuje strukturu grampozitivní bakterie vlevo a gramnegativní vpravo). Jejich rysem je, že kyselina diaminopimelová je často nahrazena lysinem. Obsah bílkovin je mnohem menší a polysacharidy chybí nebo jsou spojeny kovalentními vazbami. Všechny bakterie v tomto oddělení jsou rozděleny do několika skupin:
U takovýchto mikroorganismů je mureinová síť velmi tenká, její podíl na suché hmotě celé buněčné stěny je pouze 10 %, zbytek tvoří lipoproteiny, lipopolysacharidy apod. Látky přijaté při Gramově barvení se snadno vymývají. Podle typu výživy jsou gramnegativní bakterie fototrofní nebo chemotrofní, některé druhy jsou schopné fotosyntézy. Klasifikace v rámci oddělení je v procesu utváření, různé rodiny jsou sloučeny do 12 skupin na základě charakteristik morfologie, metabolismu a dalších faktorů.
Navzdory své zdánlivé neviditelnosti mají bakterie pro člověka velký význam, a to jak pozitivní, tak negativní. Výroba mnoha potravinářských výrobků je nemožná bez účasti jednotlivých zástupců tohoto království. Struktura a životní funkce bakterií nám umožňují přijímat mnoho mléčných výrobků (sýry, jogurty, kefíry a mnoho dalšího). Tyto mikroorganismy se účastní procesů fermentace a fermentace.
Četné druhy bakterií jsou původci nemocí zvířat i lidí, např. antrax, tetanus, záškrt, tuberkulóza, mor atd. Ale zároveň se mikroorganismy zabývají různými průmyslovými odvětvími: genetickým inženýrstvím, získáváním antibiotik, enzymů a jiné bílkoviny, umělý rozklad odpadu (např. rozklad odpadních vod metanem), obohacování kovy. Některé bakterie rostou na substrátech bohatých na ropné produkty a to slouží jako indikátor při hledání a rozvoji nových ložisek.
Hlavní rozdíly mezi prokaryotickou (bakteriální) buňkou a eukaryotickou jsou: nepřítomnost vytvořeného jádra (tj. jaderné membrány), nepřítomnost intracelulárních membrán, jadérek, Golgiho komplexu, lysozomů, mitochondrií.
Hlavní struktury bakteriální buňky jsou:
Nukleoid - je dědičný (genetický) materiál bakteriální buňky, reprezentovaný 1 molekulou DNA, uzavřenou v prstenci a nadšroubovicovou (stáčenou do volné kuličky). Délka DNA je asi 1 mm. Množství informací je asi 1000 genů (vlastností). Nukleoid není oddělen od cytoplazmy membránou.
Cytoplazma je koloid, tzn. vodný roztok bílkovin, sacharidů. Lipidy, minerály, což jsou ribozomy, inkluze, plazmidy.
Biosyntéza bílkovin probíhá na ribozomech. Ribozomy prokaryot se od eukaryotických liší menšími velikostmi (70 S).
Inkluze jsou rezervní živiny bakteriální buňky, stejně jako akumulace pigmentů. Mezi rezervní živiny patří: granule volutinu (anorganický polyfosfát), glykogen, granulóza, škrob, kapky tuku, nahromaděné pigmenty, síra, vápník. Inkluze se zpravidla tvoří, když bakterie rostou na bohatém živném médiu a mizí během půstu.
Buněčná membrána – omezuje cytoplazmu. Skládá se z dvojité vrstvy fosfolipidů a vložených membránových proteinů. Kromě bariérových a transportních funkcí plní KM roli centra metabolické aktivity (na rozdíl od eukaryotické buňky). Membránové proteiny odpovědné za přenos esenciálních látek do buňky se nazývají permeázy. Na vnitřním povrchu KM se nacházejí enzymová uskupení, tj. uspořádané shluky molekul enzymů odpovědné za syntézu nosičů energie - molekul ATP. BM může tvořit invaginace do cytoplazmy, které se nazývají mesozomy. Existují dva typy mesozomů:
Přepážka – tvoří příčná přepážka při dělení buněk.
Laterální – slouží ke zvětšení povrchu BM a zvýšení rychlosti metabolických procesů.
Nukleoid, CP a CM tvoří protoplast.
Jednou z charakteristických vlastností bakterií je velmi vysoký intracelulární osmotický tlak (od 5 do 20 atm), který je výsledkem intenzivního metabolismu. Proto je pro ochranu před osmotickým šokem bakteriální buňka obklopena silnou buněčnou stěnou.
Podle stavby buněčné stěny se všechny bakterie dělí do 2 skupin: S jednovrstvou buněčnou stěnou - Gram-pozitivní. Mít dvouvrstvou buněčnou stěnu - Gram-negativní. Jména Gram + a Gram- mají svou vlastní prehistorii. V roce 1884 dánský mikrobiolog Hans Christian Gram vyvinul originální metodu barvení mikrobů, v důsledku čehož byly některé bakterie zbarveny modře (gram +) a jiné červeně (gram-). Chemický základ různého zbarvení bakterií Gramovou metodou byl objeven poměrně nedávno - asi před 35 lety. Ukázalo se, že G- a G + bakterie mají odlišnou strukturu buněčné stěny. Struktura buněčné stěny G + bakterií. Základem buněčné stěny G + bakterií jsou 2 polymery: peptidoglykan a kyseliny teichoové. Peptidoglykan je lineární polymer, ve kterém se střídají zbytky kyseliny muramové a acetylglukosaminu. Tetrapeptid (protein) je kovalentně vázán na kyselinu muramovou. Peptidoglykanové řetězce jsou propojeny prostřednictvím peptidů a tvoří pevnou kostru – základ buněčné stěny. Mezi peptidoglykanovými řetězci je další polymer - kyseliny teichoové (glycerol TC a ribitol TC) - polymer polyfosfátů. Teichoové kyseliny se objevují na povrchu buněčné stěny a jsou hlavními AG bakterií G +. Kromě toho složení buněčné stěny G + bakterií zahrnuje Mg ribonukleát. Stěna G-bakterií se skládá ze 2 vrstev: vnitřní vrstva je reprezentována mono- nebo dvojvrstvou peptidoglykanu (tenká vrstva). Vnější vrstva se skládá z lipopolysacharidů, lipoproteinu, proteinů, fosfolipidů. LPS všech G-bakterií mají toxické a prahové vlastnosti a nazývají se endotoxiny.
Při vystavení určitým látkám, jako je penicilin, je narušena syntéza peptidoglykanové vrstvy. V tomto případě je protoplast vytvořen z bakterií G + a sféroplast z G + (protože vnější vrstva buněčné stěny je zachována).
Za určitých podmínek kultivace si buňky bez buněčné stěny zachovávají schopnost růstu a dělení a takové formy se nazývají L-formy (podle názvu Listerova institutu, kde byl tento jev objeven). V některých případech, po eliminaci faktoru, který inhibuje syntézu buněčné stěny, mohou být L-formy převedeny na své původní formy.
Mnoho bakterií syntetizuje slizovou látku skládající se z mukopolysacharidů, která se ukládá na vnější straně buněčné stěny a obklopuje bakteriální buňku sliznicí. Toto je kapsle. Funkcí pouzdra je chránit bakterie před fázovou cytózou.
Povrchové struktury bakteriální buňky.
Orgány přichycení k substrátu (adheze) - pila (fimbrie) nebo řasinky. Vycházejí z buněčné membrány. Skládá se z pilinového proteinu. Počet pil může být až 400 na čtverec.
Orgány přenosu dědičné informace - F-pil nebo sex-pil. F-pili se tvoří pouze tehdy, je-li buňka lichá s plazmidem, protože Proteiny F-pili kódují plazmidovou DNA. Jsou tenkou, dlouhou trubicí, která se připojuje k jiné bakteriální buňce. Prostřednictvím vytvořeného kanálu prochází plazmid do sousední bakteriální buňky.
Orgány pohybu - bičíky - jsou spirálové závity. Jejich délka může přesahovat jejich průměr 10krát i vícekrát. Bičíky jsou složeny z proteinu flagellin. Báze bičíku je spojena s buněčnou membránou přes bazální tělísko. Bazální těleso tvoří soustava prstenců, které při rotaci přenášejí rotační pohyb bičíku. Podle umístění bičíku se bakterie dělí na mono-, lopho-, amfi-, peritrichní.
Bakterie ("tyčinka" ze staré řečtiny) představují království (skupinu) nejaderných (prokaryotických) mikroorganismů, zpravidla jednobuněčných. Dnes je známo a popsáno asi deset tisíc jejich druhů. Vědci odhadují, že jich je více než milion.
Může být kulatý, zkroucený, tyčovitý. Ve vzácných případech existují kubické, čtyřstěnné, hvězdicovité a také O- nebo C-tvary. určuje schopnosti, které má bakteriální buňka. Například v závislosti na formě mají mikroorganismy jeden nebo jiný stupeň mobility, schopnost přichytit se k povrchu, tak či onak absorbovat sloučeniny živin.
Bakteriální buňka obsahuje tři povinné struktury: cytoplazmatickou membránu, ribozomy a nukleoid.
Z vnější strany membrány je několik vrstev. Zejména se jedná o sliznici, pouzdro, buněčnou stěnu. Kromě toho se zvenčí vyvíjejí různé povrchové struktury: klky, bičíky. Cytoplazma a membrána jsou spojeny do konceptu "protoplastu".
Bakteriální buňka s celým svým obsahem je omezena od vnějšího prostředí pomocí membrány. Uvnitř, v homogenní frakci cytoplazmy, jsou proteiny, rozpustná RNA, substráty metabolických reakcí a různé sloučeniny. Zbytek obsahuje různé konstrukční prvky.
Neobsahuje jaderné membrány a žádné další intracytoplazmatické membrány, které nejsou odvozeny z cytoplazmatické membrány. Některá prokaryota se přitom vyznačují lokálními „výběžky“ hlavní schránky. Tyto „výběžky“ – mesozomy – plní různé funkce a rozdělují bakteriální buňku na funkčně odlišné části.
Všechna data nezbytná pro život jsou obsažena v jedné DNA. Chromozom, který bakteriální buňka obsahuje, má obvykle formu kruhu, kovalentně uzavřeného. V jednom bodě je DNA připojena k membráně a umístěna do samostatné struktury, která však není oddělena od cytoplazmy. Tato struktura se nazývá "nukleoid". V rozvinutém stavu je bakteriální chromozom dlouhý více než milimetr. Zpravidla se předkládá v jednom exempláři. Jinými slovy, prakticky všechna prokaryota jsou haploidní. Za určitých specifických podmínek však může bakteriální buňka obsahovat kopie svého chromozomu.
Zároveň tento konstrukční prvek není vyžadován. V laboratorních podmínkách byly získány některé formy prokaryot, u kterých stěna zcela nebo částečně chyběla. Tyto bakterie mohly existovat za normálních podmínek, ale v některých případech ztratily schopnost se dělit. V přírodě existuje skupina prokaryot, která ve své struktuře neobsahují stěny.
Na vnějším povrchu stěny může být umístěna amorfní vrstva - kapsle. Slizniční vrstvy se od mikroorganismu oddělují celkem snadno, nemají žádnou spojitost s buňkou. Kryty mají také tenkou strukturu, nejsou amorfní.
Reprodukce bakterií některých forem se provádí pomocí stejného, binárního křížového dělení nebo pučení. Různé skupiny mají různé varianty dělení. Takže například u sinic dochází k rozmnožování několika způsoby - několika po sobě jdoucími binárními děleními. V důsledku toho se tvoří čtyři až tisíc nových mikroorganismů. Mají speciální mechanismy, jejichž prostřednictvím je zajištěna plasticita genotypu, která je nezbytná pro adaptaci na proměnlivé vnější prostředí a evoluci.
Bakterie jsou mikroskopické, jednobuněčné organismy. Struktura bakteriální buňky má vlastnosti, které jsou důvodem pro oddělení bakterií do samostatného království živého světa.
Většina bakterií má tři skořápky:
Přímo s obsahem buňky – cytoplazmou, se buněčná membrána dostává do kontaktu. Je hubená a měkká.
Buněčná stěna je hustá, silnější membrána. Jeho funkcí je chránit a podporovat klec. Buněčná stěna a membrána mají póry, kterými se do buňky dostávají potřebné látky.
Mnoho bakterií má slizniční pouzdro, které má ochrannou funkci a přilne k různým povrchům.
TOP-4 článkykteří čtou spolu s tímto
Právě díky sliznici streptokoky (jeden z druhů bakterií) přilnou k zubům a způsobují kazy.
Cytoplazma je vnitřním obsahem buňky. Skládá se ze 75 % z vody. V cytoplazmě jsou inkluze - kapky tuku a glykogenu. Jsou zásobními živinami buňky.
Rýže. 1. Schéma struktury bakteriální buňky.
Nukleoid znamená „jako jádro“. Bakterie nemají skutečné, nebo, jak se říká, vytvořené jádro. To znamená, že nemají jaderný obal a jaderný prostor, jako buňky hub, rostlin a zvířat. DNA se nachází přímo v cytoplazmě.
Funkce DNA:
Absence skutečného jádra je nejdůležitější charakteristikou bakteriální buňky.
Na rozdíl od rostlinných a živočišných buněk nemají bakterie membránové organely.
Ale buněčná membrána bakterií na některých místech proniká do cytoplazmy a vytváří záhyby zvané mesozomy. Mezozom se účastní reprodukce buněk a výměny energie a jakoby nahrazuje membránové organely.
Jediný organoid nalezený v bakteriích je ribozom. Jedná se o malá tělíska, která se nacházejí v cytoplazmě a syntetizují proteiny.
Mnoho bakterií má bičík, který jim pomáhá pohybovat se v kapalném prostředí.
Buněčný tvar bakterií je odlišný. Bakterie ve tvaru koule se nazývají koky. Ve formě čárky - vibrios. Tyčinkovité bakterie jsou bacily. Spirilly mají vzhled vlnovky.
Rýže. 2. Formy bakteriálních buněk.
Bakterie lze vidět pouze pod mikroskopem. Průměrná velikost buněk je 1-10 mikronů. Existují bakterie o délce až 100 mikronů. (1 μm = 0,001 mm).
Při nepříznivých podmínkách přechází bakteriální buňka do klidového stavu, který se nazývá spor. Příčiny sporulace mohou být:
Přechod nastává rychle, během 18-20 hodin, a buňka může být ve stavu spor stovky let. Když se obnoví normální podmínky, bakterie vyroste ze spory za 4-5 hodin a jde do normálního života.
Rýže. 3. Schéma vzniku kontroverze.
Bakterie se množí štěpením. Doba od narození buňky do jejího rozdělení je 20-30 minut. Proto jsou bakterie na Zemi rozšířené.
Dozvěděli jsme se, že obecně jsou bakteriální buňky podobné rostlinným a živočišným buňkám, mají membránu, cytoplazmu a DNA. Hlavním rozdílem mezi bakteriálními buňkami je absence vytvořeného jádra. Proto se bakterie nazývají prenukleární organismy (prokaryota).
Průměrné hodnocení: 4.1. Celková obdržená hodnocení: 295.
Povinné a volitelné strukturální složky bakteriální buňky, jejich funkce. Rozdíl ve struktuře buněčné stěny grampozitivních a gramnegativních bakterií. L-formy a nekultivované formy bakterií
Bakterie jsou prokaryota a výrazně se liší od rostlinných a živočišných buněk (eukaryot). Patří k jednobuněčným organismům a skládají se z buněčné stěny, cytoplazmatické membrány, cytoplazmy, nukleoidu (základní součásti bakteriální buňky). Některé bakterie mohou mít bičíky, tobolky, spory (volitelné součásti bakteriální buňky).
V prokaryotické buňce se struktury umístěné mimo cytoplazmatickou membránu nazývají povrchové (buněčná stěna, pouzdro, bičíky, klky).
Buněčná stěna je důležitým strukturálním prvkem bakteriální buňky, nachází se mezi cytoplazmatickou membránou a pouzdrem; u bakterií bez kapslí je to vnější membrána buňky. Plní řadu funkcí: chrání bakterie před osmotickým šokem a jinými škodlivými faktory, určuje jejich tvar, podílí se na metabolismu; u mnoha typů patogenních bakterií je toxický, obsahuje povrchové antigeny a na povrchu také nese specifické receptory pro fágy. V buněčné stěně bakterií jsou póry, které se podílejí na transportu exotoxinů a dalších exoproteinů bakterií.
Hlavní složkou bakteriální buněčné stěny je peptidoglykan neboli murein (latinsky murus - stěna), podpůrný polymer, který má retikulární strukturu a tvoří tuhou (tuhou) vnější kostru bakteriální buňky. Peptidoglykan má páteř (páteř) sestávající ze střídajících se zbytků N-acetyl-M-glukosaminu a N-acetylmuramové kyseliny spojených 1,4-glykosidovými vazbami, identických tetrapeptidových postranních řetězců připojených k molekulám N-acetylmuramové kyseliny a krátkých příčných peptidových můstků spojujících polysacharidové řetězce.
Podle tinktoriálních vlastností jsou všechny bakterie rozděleny do dvou skupin: grampozitivní a gramnegativní. Gram-pozitivní bakterie pevně fixují komplex genciánové violeti a jódu, nepodléhají bělení etanolem a nevnímají proto doplňkové barvivo fuchsin, zůstává zbarven do fialova. U gramnegativních bakterií se tento komplex snadno vymyje z buňky ethanolem a při dodatečné aplikaci fuchsinu zčervenají. U některých bakterií je pozitivní Gramovo barvení pozorováno pouze ve fázi aktivního růstu. Schopnost prokaryot barvit se podle Gramovy metody nebo bělit ethanolem je dána specifiky chemického složení a ultrastruktury jejich buněčných stěn. bakteriální chlamydiový trachom
L-formy bakterií jsou fenotypové modifikace nebo mutanty bakterií, které částečně nebo úplně ztratily schopnost syntetizovat peptidoglykan z buněčné stěny. L-formy jsou tedy bakterie defektní podél buněčné stěny. Tvoří se při vystavení L-transformačním činidlům - antibiotikům (penicilin, polymyxin, bacitracin, vencomycin, streptomycin), aminokyselinám (glycin, methionin, leucin atd.), enzymu lysozym, ultrafialovému a rentgenovému záření. Na rozdíl od protoplastů a sféroplastů mají L-formy relativně vysokou životaschopnost a výraznou schopnost reprodukce. Z hlediska morfologických a kulturních vlastností se výrazně liší od původních bakterií, což je způsobeno úbytkem buněčné stěny a změnami metabolické aktivity. Buňky L-formy mají dobře vyvinutý systém intracytoplazmatických membrán a struktur podobných myelinu. V důsledku defektu v buněčné stěně jsou osmoticky nestabilní a lze je kultivovat pouze na speciálních médiích s vysokým osmotickým tlakem; procházejí bakteriálními filtry. Existují stabilní a nestabilní L-formy bakterií. První z nich jsou zcela bez pevné buněčné stěny; jsou velmi zřídka obráceny ke svým původním bakteriálním formám. Posledně jmenované mohou mít prvky buněčné stěny, ve kterých vykazují podobnosti se sféroplasty; v nepřítomnosti faktoru, který způsobil jejich vznik, jsou obráceny do původních buněk.
Proces tvorby L-forem se nazývá L-transformace nebo L-indukce. Schopnost L-transformace mají téměř všechny druhy bakterií, včetně patogenních (původci brucelózy, tuberkulózy, listerie aj.).
L-formy mají velký význam při rozvoji chronických recidivujících infekcí, přenášení patogenů a jejich dlouhodobém přetrvávání v organismu. Infekční proces způsobený L-formami bakterií se vyznačuje atypickostí, délkou průběhu, závažností onemocnění, obtížnou chemoterapií.
Kapsle je slizniční vrstva umístěná nad bakteriální buněčnou stěnou. Látka kapsle je jasně vymezena vůči okolí. Pouzdro není povinnou strukturou bakteriální buňky: jeho ztráta nevede ke smrti bakterie.
Látka kapslí se skládá z vysoce hydrofilních micel, ale jejich chemické složení je velmi různorodé. Hlavními složkami většiny prokaryotických tobolek jsou homo- nebo hetropolysacharidy (entrobakterie atd.). U některých druhů bacilů je pouzdro zkonstruováno z polypeptidu.
Kapsle zajišťují přežití bakterií, chrání je před mechanickým poškozením, vysycháním, infekcí fágy, toxickými látkami a v patogenních formách - před působením ochranných sil makroorganismu: zapouzdřené buňky jsou špatně fagocytovány. U některých typů bakterií, včetně patogenních, podporuje přichycení buněk k substrátu.
Bičíky jsou organely pohybu bakterií, reprezentované tenkými, dlouhými, vláknitými strukturami bílkovinné povahy.
Bičík se skládá ze tří částí: spirální vlákno, háček a bazální tělísko. Háček je zakřivený proteinový válec, který působí jako pružné spojení mezi bazálním tělískem a tuhým vláknem bičíku. Bazální těleso je složitá struktura sestávající z centrální tyče (osy) a prstenců.
Bičíky nejsou životně důležité struktury bakteriální buňky: u bakterií existují fázové variace, kdy v jedné fázi vývoje buňky jsou přítomny, ve druhé chybí.
Počet bičíků a místo jejich lokalizace u bakterií různých druhů nejsou stejné, ale u jednoho druhu jsou stabilní. V závislosti na tom se rozlišují tyto skupiny bičíkových bakterií: myotriches - bakterie s jedním polarizovaným bičíkem; amphitrichs - bakterie se dvěma polarizovanými bičíky nebo se svazkem bičíků na obou koncích; lofotrichi - bakterie, které mají na jednom konci buňky svazek bičíků; peritrichózní - bakterie s mnoha bičíky umístěnými po stranách buňky nebo na celém jejím povrchu. Bakterie, které nemají bičíky, se nazývají atrichie.
Jako orgány pohybu jsou bičíky typické pro plovoucí tyčinkovité a svinuté formy bakterií a pouze v ojedinělých případech se vyskytují u koků. Poskytují účinný pohyb v kapalných médiích a pomalejší pohyb po povrchu pevných substrátů.
Pili (fimbrie, klky) - rovné, tenké, duté proteinové válečky vybíhající z povrchu bakteriální buňky. Tvořené specifickým proteinem - pilinem, pocházejí z cytoplazmatické membrány, nacházejí se v mobilních i nepohyblivých formách bakterií a jsou viditelné pouze v elektronovém mikroskopu. Na povrchu buňky může být od 1-2, 50-400 a více pili až po několik tisíc.
Existují dvě třídy pili: sexuální (sexpili) a obecný typ pili, které se častěji nazývají fimbrie. Stejné bakterie mohou mít nápoj jiné povahy. Pohlavní pili vznikají na povrchu bakterií během konjugace a fungují jako organely, kterými se genetický materiál (DNA) přenáší z dárce na příjemce.
Pili se podílejí na adhezi bakterií do aglomerátů, ulpívání mikrobů na různých substrátech včetně buněk (adhezivní funkce), na transportu metabolitů a také přispívají k tvorbě filmů na povrchu kapalných médií; způsobit aglutinaci červených krvinek.
Cytoplazmatická membrána (plasmolemma) je semipermeabilní lipoproteinová struktura bakteriálních buněk, která odděluje cytoplazmu od buněčné stěny. Je to obligátní multifunkční součást buňky. Destrukce cytoplazmatické membrány vede ke smrti bakteriální buňky.
Cytoplazmatická membrána je chemicky protein-lipidový komplex sestávající z proteinů a lipidů. Většina membránových lipidů jsou fosfolipidy. Je postaven ze dvou monomolekulárních proteinových vrstev, mezi nimiž je lipidová vrstva, skládající se ze dvou řad správně orientovaných lipidových molekul.
Cytoplazmatická membrána slouží jako osmotická bariéra buňky, řídí vstup živin do buňky a uvolňování metabolických produktů ven, obsahuje substrátově specifické enzymy permeázy, které aktivně selektivně přenášejí organické a anorganické molekuly.
V procesu buněčného růstu tvoří cytoplazmatická membrána četné invagináty, které tvoří intracytoplazmatické membránové struktury. Místní invagináty membrány se nazývají mesozomy. Tyto struktury jsou dobře vyjádřeny u grampozitivních bakterií, hůře u gramnegativních bakterií a špatně u rickettsie a mykoplazmat.
Mezozomy, stejně jako cytoplazmatická membrána, jsou centry respirační aktivity bakterií, proto se jim někdy říká mitochondriální analogy. Význam mezozomů však dosud nebyl definitivně objasněn. Zvětšují pracovní povrch membrán, případně plní pouze strukturální funkci, rozdělují bakteriální buňku do relativně izolovaných kompartmentů, což vytváří příznivější podmínky pro enzymatické procesy. U patogenních bakterií zajišťují transport proteinových molekul exotoxinů.
Cytoplazma - obsah bakteriální buňky, ohraničený cytoplazmatickou membránou. Skládá se z cytosolu - homogenní frakce, která zahrnuje rozpustné složky RNA, substrátové látky, enzymy, metabolické produkty a strukturní prvky - ribozomy, intracytoplazmatické membrány, inkluze a nukleoid.
Ribozomy jsou organely, které provádějí biosyntézu bílkovin. Skládají se z proteinu a RNA, spojených do komplexu vodíkovými a hydrofobními vazbami.
V cytoplazmě bakterií jsou detekovány různé typy inkluzí. Mohou být pevné, kapalné a plynné, s proteinovou membránou nebo bez ní a nejsou trvale přítomny. Významnou část z nich tvoří rezervní živiny a produkty buněčného metabolismu. Mezi rezervní živiny patří: polysacharidy, lipidy, polyfosfáty, sirné depozity aj. Z inkluzí polysacharidové povahy se častěji nachází glykogen a škrobu podobná látka granulózy, které slouží jako zdroj uhlíku a energetický materiál. Lipidy se hromadí v buňkách ve formě granulí a tukových kapiček. Mykobakterie hromadí vosky jako rezervní látky. Buňky některých spiril a jiných obsahují volutinová granula tvořená polyfosfáty. Vyznačují se metachromázií: toluidinová modř a methylenová modř je zbarvují do fialovočervena. Granule Volutinu fungují jako zásobárny fosfátů. Mezi inkluze obklopené membránou patří také plynové vakuoly neboli aerosomy, snižují měrnou hmotnost buněk a nacházejí se u vodních prokaryot.
Nukleoid je jádro prokaryot. Skládá se z jednoho dvouvláknového řetězce DNA uzavřeného v kruhu, který je považován za jediný bakteriální chromozom nebo genofor.
Nukleoid u prokaryot není od zbytku buňky ohraničen membránou – nemá jaderný obal.
Struktura nukleoidu zahrnuje RNA polymerázu, bazické proteiny a žádné histony; chromozom je fixován na cytoplazmatickou membránu a u grampozitivních bakterií na mezozom. Nukleoid nemá mitotický aparát a divergence dceřiných jader je zajištěna růstem cytoplazmatické membrány.
Bakteriální jádro je diferencovaná struktura. V závislosti na stupni vývoje buňky může být nukleoid diskrétní (nespojitý) a sestávat z oddělených fragmentů. Je to dáno tím, že k dělení bakteriální buňky v čase dochází po dokončení replikačního cyklu molekuly DNA a vytvoření dceřiných chromozomů.
Nukleoid obsahuje většinu genetické informace bakteriální buňky.
Kromě nukleoidu byly v buňkách mnoha bakterií nalezeny extrachromozomální genetické elementy - plazmidy, reprezentované malými kruhovými molekulami DNA schopnými autonomní replikace
Některé bakterie mohou tvořit spory na konci období jejich aktivního růstu. Tomu předchází vyčerpání živin v médiu, změna jeho pH a hromadění toxických produktů metabolismu.
Z hlediska chemického složení je rozdíl mezi sporami a vegetativními buňkami pouze v kvantitativním obsahu chemických sloučenin. Spory obsahují méně vody a více lipidů.
Ve sporovém stavu jsou mikroorganismy metabolicky neaktivní, odolávají vysokým teplotám (140-150 °C), působení chemických dezinfekčních prostředků a dlouhodobě přetrvávají v prostředí. Vysoká teplotní odolnost je dána velmi nízkým obsahem vody a vysokým obsahem kyseliny dipikolinové. Jakmile se spory dostanou do těla lidí a zvířat, vyklíčí do vegetativních buněk. Spory se barví speciální metodou, která zahrnuje předběžné zahřátí spóry a také vystavení koncentrovaným roztokům barev při vysokých teplotách.
Mnoho druhů gramnegativních bakterií, včetně patogenních (Shigella, Salmonella, Vibrio cholerae aj.), má speciální adaptivní, geneticky regulovaný stav, fyziologicky ekvivalentní cystám, do kterého mohou pod vlivem nepříznivých podmínek přejít a zůstat životaschopné až několik let. Hlavním rysem tohoto stavu je, že se takové bakterie nemnoží, a proto netvoří kolonie na hustém živném médiu. Takové nemnožící se, ale životaschopné buňky se nazývají nekultivované formy bakterií (NPB). Buňky NPB v nekultivovaném stavu mají aktivní metabolické systémy, včetně systémů přenosu elektronů, biosyntézy proteinů a nukleových kyselin a zachovávají si virulenci. Jejich buněčná membrána je viskóznější, buňky mají obvykle formu koků a jsou výrazně zmenšené. NPB mají vyšší stabilitu ve vnějším prostředí, a proto v něm mohou dlouhodobě přežívat (např. Vibrio cholerae ve znečištěném vodním útvaru), přičemž si udržují endemický stav této oblasti (vodní útvar).
K detekci NPP se používají molekulárně genetické metody (DNA - DNA hybridizace, CPR), ale i jednodušší metoda přímého počítání životaschopných buněk.
Pro tyto účely lze využít i metody cytochemické (tvorba formazanu) nebo mikroautoradiografie. Genetické mechanismy odpovědné za přechod bakterií do NS a jejich zvrat z něj nejsou jasné.
