Kaasaegse teaduse seisukohalt on prokarüootidel primitiivne struktuur. Kuid just see "nõudmatus" aitab neil ellu jääda ka kõige ootamatumates tingimustes. Näiteks vesiniksulfiidi allikates või tuumakatsetuskohtades. Teadlased on välja arvutanud, et kõigi maismaa mikroorganismide kogumass on 550 miljardit tonni.
Bakterid on üherakulised. Kuid see ei tähenda, et bakterirakud annaksid järele looma- või taimerakkudele. Mikrobioloogial on juba teadmised sadade tuhandete mikroorganismide liikide kohta. Sellegipoolest avastavad teaduse esindajad iga päev oma uusi tüüpe ja omadusi.
Pole ime, et Maa pinna täielikuks arenguks peavad mikroorganismid võtma mitmesuguseid vorme:
Bakterite suurust mõõdetakse nanomeetrites ja mikromeetrites. Nende keskmine väärtus on 0,8 µm. Kuid nende hulgas on hiiglaslikke prokarüoote, mis ulatuvad 125 mikronini ja rohkem. Tõelised hiiglased kääbuste seas on 250 mikroni pikkused spiroheedid. Nüüd võrrelge nendega väikseima prokarüootse raku suurust: mükoplasmad "kasvavad" üsna palju ja ulatuvad 0,1-0,15 mikronini.
Tasub öelda, et bakterihiiglastel pole keskkonnas nii lihtne ellu jääda. Neil on raske leida enda jaoks piisavalt toitaineid, et oma ülesannet edukalt täita. Kuid teisest küljest pole nad kerge saak kiskjabakteritele, kes toituvad oma kolleegidest - üherakulistest mikroorganismidest, mis "voogavad" ringi ja söövad neid.
Ebasoodsates keskkonnatingimustes moodustavad bakterid kapsli. Mikrokapsel kleepub tihedalt seina külge. Seda saab näha ainult elektronmikroskoobiga. Makrokapsli moodustavad sageli patogeensed mikroobid (pneumokokid). Klebsiella kopsupõletiku korral leitakse alati makrokapsel.
Kapslitaoline kest on rakuseinaga lõdvalt seotud moodustis. Tänu bakteriaalsetele ensüümidele on kapslitaoline kest kaetud väliskeskkonna süsivesikutega (eksopolüsahhariididega), mis tagab bakterite nakkumise erinevatele pindadele, ka täiesti siledatele. Näiteks inimkehasse sisenevad streptokokid on võimelised hammaste ja südameklappidega kokku kleepuma.
Kapsli funktsioonid on mitmekesised:
Need pakuvad sukeldumist ja tõusu. Mullas liigub bakterirakk läbi mullakanalite.
Kogu raku sisu, välja arvatud tuum ja rakuseina, nimetatakse tsütoplasmaks. Tsütoplasma (maatriksi) vedel, struktuurita faas sisaldab ribosoome, membraanisüsteeme, mitokondreid, plastiide ja muid struktuure, aga ka varutoitaineid. Tsütoplasma on äärmiselt keerulise peene struktuuriga (kihiline, teraline). Elektronmikroskoobi abil on selgunud palju huvitavaid detaile raku ehitusest.
Bakteriaalse protoplasti välimine lipoprotektiivne kiht, millel on eriline füüsiline ja keemilised omadused nimetatakse tsütoplasmaatiliseks membraaniks. Tsütoplasma sees on kõik elutähtsad struktuurid ja organellid. Tsütoplasmaatilisel membraanil on väga oluline roll – see reguleerib ainete voolu rakku ja ainevahetusproduktide väljutamist väljapoole. Läbi membraani saavad toitained rakku siseneda aktiivse biokeemilise protsessi tulemusena, milles osalevad ensüümid.
Lisaks sünteesib membraan mõnda koostisosad rakud, peamiselt rakuseina ja kapsli komponendid. Lõpuks asuvad kõige olulisemad ensüümid (bioloogilised katalüsaatorid) tsütoplasmaatilises membraanis. Ensüümide korrapärane paigutus membraanidel võimaldab reguleerida nende aktiivsust ja vältida mõne ensüümi hävitamist teiste poolt. Ribosoomid on kinnitatud membraanile, ehitusplokkideks, millel valk sünteesitakse. Membraan koosneb lipoproteiinidest. See on piisavalt tugev ja suudab tagada raku ajutise eksisteerimise ilma kestata. Tsütoplasmaatiline membraan moodustab kuni 20% raku kuivmassist.
peal elektroonilised fotod Bakterite õhukestes osades näib tsütoplasmaatiline membraan pideva umbes 75 Å paksuse ahelana, mis koosneb kahe tumedama (valgu) vahele jäävast heledast kihist (lipiidid). Iga kihi laius on 20-30A. Sellist membraani nimetatakse elementaarseks.
Bakterirakkude tsütoplasma sisaldab sageli erineva kuju ja suurusega graanuleid. Nende esinemist ei saa aga pidada mingiks mikroorganismi püsivaks tunnuseks, tavaliselt on see suuresti seotud keskkonna füüsikaliste ja keemiliste tingimustega.
Paljud tsütoplasmaatilised inklusioonid koosnevad ühenditest, mis toimivad energia- ja süsinikuallikana. Need varuained tekivad siis, kui keha on varustatud piisava koguse toitainetega, ja vastupidi, kasutatakse siis, kui keha satub toitumise seisukohalt ebasoodsamatesse tingimustesse.
Paljudes bakterites koosnevad graanulid tärklisest või muudest polüsahhariididest, nagu glükogeen ja granuloos. Mõnel bakteril on suhkrurikkal söötmel kasvatamisel rakus rasvapiisad. Teine laialt levinud granuleeritud inklusioonide tüüp on volutiin (metakromatiini graanulid). Need graanulid koosnevad polümetafosfaadist (varuaine, sealhulgas fosforhappejäägid). Polümetafosfaat on keha jaoks fosfaatrühmade ja energia allikas. Bakterid kogunevad volutiini sagedamini ebatavalistes toitumistingimustes, näiteks söötmel, mis ei sisalda väävlit. Väävlipisad leidub mõne väävlibakteri tsütoplasmas.
Plasmamembraani ja rakuseina vahel on ühendus desmooside - sildade kujul. Tsütoplasmaatiline membraan annab sageli rakku invaginatsioone - eendeid. Need invaginatsioonid moodustavad tsütoplasmas spetsiaalsed membraanstruktuurid, mida nimetatakse mesosoomideks.
Teatud tüüpi mesosoomid on kehad, mis on tsütoplasmast eraldatud omaenda membraaniga. Sellistesse kilekottidesse on pakitud arvukalt vesiikuleid ja torukesi. Need struktuurid täidavad bakterites mitmesuguseid funktsioone. Mõned neist struktuuridest on mitokondrite analoogid.
Teised täidavad endoplasmaatilise retikulumi või Golgi aparaadi funktsioone. Tsütoplasmamembraani invagineerimisel moodustub ka bakterite fotosünteesiaparaat. Pärast tsütoplasma invagineerimist jätkab membraan kasvamist ja moodustab virnad, mida analoogselt taimede kloroplasti graanulitega nimetatakse tülakoidide virnadeks. Need membraanid, mis sageli täidavad suurema osa bakteriraku tsütoplasmast, sisaldavad pigmente (bakterioklorofüll, karotenoidid) ja ensüüme (tsütokroomid), mis teostavad fotosünteesi protsessi.
Bakteritel ei ole sellist tuuma nagu kõrgematel organismidel (eukarüootidel), kuid neil on selle analoog - "tuumaekvivalent" - nukleoid, mis on tuumaaine evolutsiooniliselt primitiivsem organiseerimisvorm. See koosneb ühest kaheahelalisest 1,1–1,6 nm pikkusest DNA ahelast, mis on suletud rõngasse, mida peetakse üheks bakteriaalseks kromosoomiks ehk genofooriks. Prokarüootides olev nukleoid ei ole ülejäänud rakust membraaniga piiritletud – sellel puudub tuumamembraan.
Nukleoidstruktuuride hulka kuuluvad RNA polümeraas, aluselised valgud ja puuduvad histoonid; kromosoom on fikseeritud tsütoplasmaatilisel membraanil ja grampositiivsete bakterite puhul - mesosoomidel. Bakteri kromosoom replitseerub polükonservatiivsel viisil: DNA lähte-DNA kaksikheeliks kerib lahti ja iga polünukleotiidahela matriitsile koguneb uus komplementaarne ahel. Nukleoidil puudub mitootiline aparaat ning tütartuumade lahknemise tagab tsütoplasmaatilise membraani kasv.
Bakterituum on diferentseeritud struktuur. Sõltuvalt raku arengustaadiumist võib nukleoid olla diskreetne (katkestav) ja koosneda eraldi fragmentidest. See on tingitud asjaolust, et bakteriraku jagunemine ajas toimub pärast DNA molekuli replikatsioonitsükli lõppemist ja tütarkromosoomide moodustumist.
Nukleoid sisaldab suuremat osa bakteriraku geneetilisest teabest. Lisaks nukleoidile leidub paljude bakterite rakkudes kromosoomiväliseid geneetilisi elemente, plasmiide, mida esindavad väikesed ringikujulised autonoomseks replikatsiooniks võimelised DNA molekulid.
Plasmiidid on autonoomsed molekulid, mis on keerdunud kaheahelalise DNA rõngasse. Nende mass on palju väiksem kui nukleotiidi mass. Vaatamata sellele, et pärilik informatsioon on kodeeritud plasmiidide DNA-sse, ei ole need bakteriraku jaoks elutähtsad ja vajalikud.
Bakterite tsütoplasmas on ribosoomid – valke sünteesivad osakesed läbimõõduga 200A. Neid on ühes puuris üle tuhande. Ribosoomid koosnevad RNA-st ja valgust. Bakterites paiknevad paljud ribosoomid vabalt tsütoplasmas, osa neist võib olla seotud membraanidega.
Ribosoomid on rakus valkude sünteesi keskused. Samal ajal ühinevad nad sageli üksteisega, moodustades agregaate, mida nimetatakse polüribosoomideks või polüsoomideks.
Inklusioonid on tuuma- ja mittetuumarakkude ainevahetusproduktid. Need esindavad toitainete pakkumist: glükogeen, tärklis, väävel, polüfosfaat (valutiin) jne. Värvimisel omandavad kandmised sageli erineva välimuse kui värvaine värv. Valuuta järgi saate diagnoosida difteeriabatsilli.
Kuna bakter on prokarüootne mikroorganism, puuduvad bakterirakkudes alati paljud organellid, mis on iseloomulikud eukarüootsetele organismidele:
Samuti tasub meeles pidada, et bakteritel ei ole rakuseina, mistõttu ei saa toimuda sellised protsessid nagu pinotsütoos ja fagotsütoos.
Kuna bakterid on erilised mikroorganismid, on nad kohanenud eksisteerima tingimustes, kus hapnik võib puududa. Ja sama hingamine neis toimub mesosoomide tõttu. Väga huvitav on ka see, et rohelised organismid on võimelised fotosünteesima täpselt samamoodi nagu taimed. Kuid on oluline arvestada asjaoluga, et taimedes toimub fotosünteesi protsess kloroplastides, bakterites aga membraanidel.
Bakterirakus toimub paljunemine kõige primitiivsemal viisil. Küps rakk jaguneb kaheks, mõne aja pärast jõuab küpsuseni ja seda protsessi korratakse. Soodsate tingimuste korral võib ööpäevas toimuda 70-80 põlvkonna vahetust. Oluline on meeles pidada, et bakteritel ei ole oma struktuuri tõttu juurdepääsu sellistele paljunemismeetoditele nagu mitoos ja meioos. Need on ainulaadsed eukarüootsetele rakkudele.
On teada, et eoste moodustumine on üks paljudest seente ja taimede paljunemise viisidest. Kuid bakterid võivad moodustada ka eoseid, mida teevad vähesed nende liigid. Neil on see võime ellu jääda eriti ebasoodsates tingimustes, mis võivad olla eluohtlikud.
On liike, mis suudavad ellu jääda isegi kosmosetingimustes. Seda ei saa korrata ükski elusorganism. Bakteritest said oma ehituse lihtsuse tõttu elu eellased Maal. Kuid fakt, et need eksisteerivad tänaseni, näitab, kui olulised nad meid ümbritsevale maailmale on. Nende abil saavad inimesed võimalikult lähedale vastata küsimusele elu tekke kohta Maal, pidevalt baktereid uurida ja midagi uut õppida.
Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) on tavaline bakteriliik, mis nakatab umbes 30 protsenti kõigist inimestest. Mõnel inimesel on see osa mikrobiomist (mikrofloorast) ja seda leidub nii kehas kui ka nahal või suuõõnes. Kuigi on olemas kahjutuid stafülokokkide tüvesid, põhjustavad teised, nagu metitsilliiniresistentne Staphylococcus aureus (metitsilliiniresistentne Staphylococcus aureus), tõsiseid terviseprobleeme, sealhulgas nahainfektsioone, südame-veresoonkonna haigusi, meningiiti ja seedesüsteemi haigusi.
Vanderbilti ülikooli teadlased leidsid, et stafülokokkbakterid eelistavad inimese verd loomaverele. Need bakterid on osa rauast, mida leidub punastes verelibledes leiduvas hemoglobiinis. Staphylococcus aureus rebib vererakud laiali, et pääseda nende sees oleva raua juurde. Arvatakse, et hemoglobiini geneetilised variatsioonid võivad muuta mõned inimesed stafülokokkbakterite suhtes ihaldusväärsemaks kui teised.
Teadlased on leidnud, et atmosfääri bakterid võivad mängida rolli vihma ja muude sademete tekkes. See protsess algab siis, kui tuul puhub taimede bakterid atmosfääri. Kõrgusel tekib nende ümber jää ja nad hakkavad kasvama. Kui külmunud bakterid jõuavad teatud kasvuläveni, hakkab jää sulama ja naaseb vihmana maapinnale. Liigi Psuedomonas syringae baktereid on leitud isegi suurte raheosakeste keskelt. Nad toodavad spetsiifilist valku rakumembraanid, mis võimaldab unikaalsel viisil vett siduda, soodustades jää teket.
Teadlased on leidnud, et teatud aknet põhjustavate bakterite tüved võivad tegelikult aidata aknet vältida. Aknet põhjustav bakter Propionibacterium acnes elab meie naha poorides. Kui need bakterid kutsuvad esile immuunvastuse, paisub nahapiirkond ja tekivad vistrikud.
Siiski on leitud, et teatud bakteritüved põhjustavad aknet vähem. Need tüved võivad olla põhjuseks, miks terve nahaga inimestel tekib harva aknet. Uurides akne ja terve nahaga inimestelt kogutud Propionibacterium acnes tüvede geene, tuvastasid teadlased tüve, mida levitati puhas nahk ja harva näha aknele kalduval nahal. Tulevased uuringud hõlmavad katseid välja töötada ravim, mis tapab ainult aknet põhjustavaid bakteri Propionibacterium acnes tüvesid.
Kes oleks võinud arvata, et regulaarne hammaste pesemine võib aidata ennetada südamehaigusi? Varasemad uuringud on leidnud seose igemehaiguste ja südame-veresoonkonna haiguste vahel. Nüüd on teadlased leidnud nende haiguste vahel konkreetse seose.
Oletatakse, et nii bakterid kui ka inimesed toodavad teatud tüüpi valke, mida nimetatakse stressivalkudeks. Need valgud moodustuvad siis, kui rakud kogevad erinevat tüüpi stressirohked tingimused. Kui inimesel on igemepõletik, hakkavad immuunsüsteemi rakud baktereid ründama. Bakterid toodavad rünnaku korral stressivalke ja valged verelibled ründavad ka stressivalke.
Probleem on selles, et valged verelibled ei suuda teha vahet bakterite toodetud stressivalkude ja keha poolt toodetud valkude vahel. Selle tulemusena ründavad immuunsüsteemi rakud ka keha toodetud stressivalke, mis põhjustab valgete vereliblede kogunemist arteritesse ja põhjustab ateroskleroosi. Lupjunud süda on südame-veresoonkonna haiguste peamine põhjus.
Kas teadsite, et aias või aias veedetud aeg aitab teil paremini õppida? Teadlaste sõnul võib mullabakter Mycobacterium vaccae parandada imetajate õppimisvõimet.
On tõenäoline, et need bakterid satuvad meie kehasse allaneelamise või hingamise kaudu. Arvatakse, et bakter Mycobacterium vaccae parandab õppimist, stimuleerides aju neuronite kasvu, mis suurendab serotoniini taset ja vähendab ärevust.
Uuring viidi läbi hiirtega, keda toideti elusate Mycobacterium vaccae bakteritega. Tulemused näitasid, et bakteritega toidetud hiired navigeerisid labürindis palju kiiremini ja väiksema ärevusega kui hiired, kes seda ei teinud. Teadlased viitavad sellele, et Mycobacterium vaccae mängib rolli probleemide lahendamise parandamisel ja stressitaseme vähendamisel.
Argonne'i riikliku labori teadlased avastasid, et bakteril Bacillus subtilis on võime pöörata väga väikeseid käike. Need bakterid on aeroobsed, mis tähendab, et nad vajavad kasvamiseks ja arenemiseks hapnikku. Kui need asetada mikroõhumullidega lahusesse, ujuvad bakterid hammasratta hammastes ja panevad selle teatud suunas pöörama.
Käigu pööramise käivitamiseks on vaja mitusada bakterit, mis töötavad koos. Samuti on leitud, et bakterid võivad pöörata mitut omavahel ühendatud hammasratast. Uurijad suutsid kontrollida kiirust, millega bakterid hammasrattaid keerasid, reguleerides lahuses sisalduva hapniku kogust. Hapnikuhulga vähenemine tõi kaasa bakterite aeglustumise. Hapniku eemaldamine lõpetab nende liikumise täielikult.
Vaatamata näilisele lihtsusele on bakterid keerulised organismid. Bakterirakud koosnevad protoplastist ja membraanist.
Bakteriraku peamised struktuurikomponendid on: rakusein, tsütoplasmaatiline membraan, tsütoplasma koos lisanditega ja tuum, mida nimetatakse nukleoidiks. Bakteritel võivad olla ka lisastruktuurid: kapsel, mikrokapsel, lima, lipud. Paljud bakterid on võimelised moodustama eoseid.
Rakusein on tugev elastne struktuur, mis annab bakteritele teatud kuju ja hoiab kinni kõrgest osmootsest rõhust seinas. See osaleb rakkude jagunemise protsessis ja metaboliitide transpordis. Bakterite rakusein sisaldab vähesel määral polüsahhariide, lipiide ja valke. Bakterite rakusein täidab mitmeid funktsioone: see on raku välimine barjäär, luues kontakti mikroorganismi ja keskkonna vahel; millel on kõrge tugevus, talub see hüpotoonilises lahuses oleva protoplasti siserõhku.
Tsütoplasmaatiline membraan on kolmekihiline struktuur ja ümbritseb bakteriaalse tsütoplasma välimist osa. See on raku oluline polüfunktsionaalne struktuurielement. Tsütoplasmaatiline membraan moodustab 8-15% raku kuivmassist. Ta osaleb osmootse rõhu reguleerimises, ainete transpordis ja raku energiavahetuses (tänu elektronide transpordiahela ensüümidele, ATPaasile jne). Oksüdatiivsed ensüümid ja elektronide transpordi ensüümid paiknevad membraanil. Keemiline koostis Tsütoplasma membraani esindab valgu-lipiidide kompleks, milles valgud moodustavad 50-70%, lipiidid - 15-50%. Mõnede bakterite tsütoplasmaatilisest membraanist leiti väike kogus süsivesikuid. Fosfolipiidid on membraani peamine lipiidkomponent. Tsütoplasmaatilise membraani valgufraktsiooni esindavad ensümaatilise aktiivsusega struktuurvalgud.
Membraanide vedelik-mosaiikmudel kuulub bakterite tsütoplasmaatilise membraani struktuuri. Selle mudeli järgi moodustab membraan lipiidide vedelast biokihist, mis sisaldab asümmeetriliselt paigutatud valgumolekule.
Bakterite tsütoplasma hõivab suurema osa rakust ja koosneb lahustuvatest valkudest. Tsütoplasmat esindavad struktuurielemendid: ribosoomid, inklusioonid ja nukleoid. Prokarüootide ribosoomide settimiskonstant on 70S. Ribosoomi läbimõõt on 15-20 nm. Ribosoomide arv bakterirakus võib olla erinev. Seega on kiiresti kasvavas Escherichia coli rakus umbes 15 000 ribosoomi. Valkude biosünteesi protsessi rakus viivad läbi polüsoomid. Mõnikord sisaldab polüsoom mitukümmend ribosoomi.
Nukleoid (tuumaga sarnane moodustis) on bakteri tuuma ekvivalent. Nukleoid paikneb bakterite keskses tsoonis kaheahelalise DNA kujul, mis on suletud rõngasse ja tihedalt pakitud nagu mähis. Erinevalt eukarüootidest ei oma bakterituum tuumakest, tuuma ega peamisi valke. Sageli sisaldab bakterirakk ühte kromosoomi, mida esindab rõngasse suletud DNA molekul. Nukleoid tuvastatakse valgusmikroskoobi all pärast DNA värvimist, kasutades Feulgeni või Giemsa meetodeid.
Mõned bakterid (pneumokokid jne) moodustavad kapsli - limaskesta, mis on kindlalt seotud rakuseinaga ja millel on selgelt määratletud välised piirid. Bakterite puhaskultuurides moodustub kapsel harvemini. See tuvastatakse spetsiaalsete värvimismeetoditega, mis loovad kapsli aine negatiivse kontrasti. Kapsel koosneb polüsahhariididest, mõnikord polüpeptiididest. Kapsel on hüdrofiilne ja takistab bakterite fagotsütoosi. Paljud bakterid moodustavad mikrokapsli – limaskesta moodustise, mis tuvastatakse elektronmikroskoopia abil.
Kapsli põhiülesanne on kaitsev. See kaitseb rakku mitmesuguste ebasoodsate keskkonnategurite toime eest. Paljudel bakteritel on kapsel väljastpoolt kaetud limaga. Mulla mikroorganismides kuumas kuivas kliimas kaitseb limaskesta kiht rakku kuivamise eest.
Protoplastis eristatakse tsütoplasma, tuumataolisi moodustisi ja mitmesuguseid inklusioone.
Tsütoplasma (protoplasma) on väga keerulise muutuva keemilise koostisega. Tsütoplasma peamised keemilised ühendid on valgud, nukleiinhapped, lipiidid; sisaldab suures koguses vett. mikrobioloogiline prokarüootne bakterirakk
Membraaniga külgnevat õhukest tsütoplasma pinnakihti, mis on ülejäänud massist tihedam, nimetatakse tsütoplasmaatiliseks membraaniks (joonis 2). See on poolläbilaskev ja mängib olulist rolli ainete vahetuses raku ja keskkond. Tsütoplasmaatiline membraan koosneb kolmest kihist: ühest lipiidikihist ja kahest valgukihist, mis külgnevad mõlemalt poolt. See sisaldab 60-65% valku ja 35-40% lipiide; see sisaldab palju ensüüme.
Kaasaegsed elektronmikroskoobiga uurimismeetodid on näidanud, et tsütoplasma on ebahomogeenne. Lisaks struktuurita poolvedelale viskoossele massile, mis on kolloidses olekus, läbivad seda kohati membraanid; see sisaldab erineva kuju ja suurusega mikroskoopilisi struktuurselt moodustatud osakesi. Need on ribonukleiinhappe (RNA) rikkad ribosoomid, mis on tsütoplasmas väikeste teradena hajutatud. Need sisaldavad umbes 60% RNA-d ja 40% valku. Üks bakterirakk sisaldab tuhandeid ja kümneid tuhandeid ribosoome; nad teostavad rakuvalkude sünteesi.
Lisaks ribosoomidele on leitud erikujulisi spetsiaalseid membraan- (lamell-)struktuure, mida nimetatakse mesosoomideks. Need moodustuvad tsütoplasmaatilise membraani hargnemisel ja tungimisel rakuõõnde. Mesosoomides toimuvad energiaallikaks olevate orgaaniliste ainete oksüdatsiooniprotsessid; siin sünteesitakse suure energiavaruga aineid, näiteks adenosiintrifosforhapet (ATP). Bakteriaalsed mesosoomid on seega teiste organismide (pärm, taimed, loomad) mitokondrite analoogid.
Lisaks nendele moodustistele, kus toimuvad raku olulisemad ainevahetusprotsessid, sisaldab tsütoplasma ka mitmesuguseid lisandeid, mis on varutoitained: glükogeeni terad (tärkliselaadne aine), rasvatilgad, volutiini (metakromatiin) graanulid. ), mis koosneb peamiselt polüfosfaatidest jne. Mõnede bakterite rakkudes on värvaineid – pigmente.
Morfoloogiliselt moodustunud ja teiste organismide (eukarüootide) rakkudele tüüpiline tuum bakterites puudub.
Kaasaegsed uurimismeetodid on võimaldanud tuvastada pärisbakterite rakkudes tuumaga sarnaseid moodustisi, mida nimetatakse nukleoidideks. Kuid raku teatud kohtadesse (sagedamini keskele) koondunud tuumaaine ei ole tsütoplasmast membraaniga eraldatud ning nende tuumataoliste struktuuride kuju ei ole konstantne.
Baktereid ja neile lähedasi organisme (spiroheedid, mükoplasmad, aktinomütseedid), kuna neil puudub tõeline tuum, nimetatakse prokarüootideks (tuumaeelseteks organismideks).
Bakterirakkude kest, mida sageli nimetatakse rakuseinaks, on tihe, sellel on teatav elastsus ja elastsus. See määrab raku kuju suhtelise püsivuse, kaitseb ebasoodsate välismõjude eest ja osaleb raku ainevahetuses. Kest on vett ja madala molekulmassiga aineid läbilaskev. Elektronmikroskoobis on see tsütoplasmast kergesti eristatav, kihilise struktuuriga.
Kesta keemiline koostis on erinevates bakterites üsna keeruline ja heterogeenne; selle tugiraam on kompleksne polüsahhariidpeptiid, mida nimetatakse mureiiniks (ladina keelest murus - sein). Lisaks mureiinile on ka teisi komponente: lipiidid, polüpeptiidid, polüsahhariidid, teikiinhapped, aminohapped, eriti diaminopimeel, mis teistes organismides puudub. Nende ainete suhe erinevate bakterite rakumembraanides on märkimisväärselt erinev.
Bakterite rakumembraanide keemilise koostise erinevus mõjutab nende värvimisvõimet Grami meetodil. Selle põhjal eristatakse baktereid grampositiivsete (värvimine) ja gramnegatiivse (mittevärvimise) vahel. Grampositiivsete bakterite kestad sisaldavad rohkem polüsahhariide, mureiini ja teikhoehappeid. Gramnegatiivsete bakterite kestadel on mitmekihiline struktuur, need sisaldavad palju lipiide lipoproteiinide ja lipopolüsahhariidide kujul.
Mõne bakteri kest võib olla limane. Kesta ümbritsev limakiht on väga õhuke ja läheneb tavapärase valgusmikroskoobiga nähtavuse piirile. See võib ulatuda ka märkimisväärse paksuseni, moodustades nn kapsli. Sageli on kapsli suurus palju suurem kui bakteriraku suurus. Limaskestad on mõnikord nii tugevad, et üksikute rakkude kapslid sulanduvad limaskestade massideks, millesse on pikitud bakterirakud (zoogleyd). Mõnede bakterite toodetud limaained ei jää kompaktse massina ümber rakumembraani, vaid hajuvad keskkonda.
Lima keemiline koostis on üksikutel liikidel erinev, kuid võib olla sama. Suur tähtsus on toitainekeskkonna koostisel, millel bakterid arenevad. Bakterite lima koostisest leiti erinevaid polüsahhariide (dekstraanid, glükaanid, levaanid), aga ka lämmastikku sisaldavaid aineid (näiteks polüpeptiidid, valgu polüsahhariidid jne).
Lima moodustumise intensiivsus sõltub suuresti keskkonnatingimustest. Paljudes bakterites stimuleeritakse lima teket näiteks all kasvatamine madalad temperatuurid. Lima moodustavad bakterid võivad vedelates substraatides kiiresti paljunedes muuta need pidevaks limaseks massiks. Sarnast nähtust, mis põhjustab märkimisväärseid kadusid, on mõnikord täheldatud suhkru tootmisel suhkrupeedist valmistatud suhkruekstraktides. Selle defekti põhjustajaks on bakter leukonostoc (Leuconostoc mesenteroides). Lühikese ajaga võib suhkrusiirup muutuda viskoosseks limaseks massiks. Liha, vorstid, kodujuust allutatakse lima; viskoosne võib olla piim, marineeritud köögiviljade soolveed, õlu, vein.
Bakterid on prokarüootid (joon. 1.2) ja erinevad oluliselt taime- ja loomarakkudest (eukarüootidest). Need kuuluvad ainuraksete organismide hulka ja koosnevad rakuseinast, tsütoplasmaatilisest membraanist, tsütoplasmast, nukleoidist (bakteriraku kohustuslikud komponendid). Mõnel bakteril võivad olla lipud, kapslid, eosed (bakteriraku valikulised komponendid).
Riis. 1.2. Prokarüootse (bakteriaalse) raku kombineeritud skemaatiline esitus koos flagelladega.
1 - polühüdroksüvõihappe graanulid; 2 - rasvatilgad; 3 - väävli kandmised; 4 - torukujulised tülakoidid; 5 - lamellaarsed tülakoidid; 6 - mullid; 7 - kromatofoorid; 8 - tuum (nukleoid); 9 - ribosoomid; 10 - tsütoplasma; 11 - basaalkeha; 12 - flagella; 13 - kapsel; 14 - rakusein; 15 - tsütoplasmaatiline membraan; 16 - mesosoom; 17 - gaasivakuoolid; 18 - lamellstruktuurid; 19 - polüsahhariidi graanulid; 20 - polüfosfaadi graanulid
Riis. 1.3. Peptidoglükaani ühekihilise struktuuri skemaatiline esitus
Riis. 1.4. Peptiidoglükaani struktuuri üksikasjalik struktuur Heledad ja mustad lühikesed nooled näitavad sidemeid, mis on lõhustatud vastavalt lüsosüümi (muramidaasi) ja spetsiifilise muroendopeptidaasi poolt
Gramnegatiivsed bakterid, mille rakuseinas on õhuke kiht peptidoglükaani (5-10%) pärast alkoholi mõju, kaotavad emajuurvioletti ja värvuvad lisaks magentaga roosaks. Grampositiivsete ja gramnegatiivsete prokarüootide rakuseinad erinevad järsult nii keemilise koostise (tabel 1.1) kui ka ultrastruktuuri poolest (joonis 1.5).
Riis. 1.5. Grampositiivsete (a) ja gramnegatiivsete (b) prokarüootide rakuseina skemaatiline esitus: 1 - tsütoplasmaatiline membraan; 2 - peptidoglükaan; 3 - periplasmaatiline ruum; 4 - välimine membraan; 5 - DNA
Tabel 1.1. Grampositiivsete ja gramnegatiivsete prokarüootide rakuseinte keemiline koostis 
Bakterite rakusein täidab peamiselt kujundavaid ja kaitsefunktsioone, tagab jäikuse, moodustab kapsli ja määrab rakkude võime faage adsorbeerida.
Kõik bakterid, olenevalt nende seosest Gram-plekiga, jagunevad grampositiivseteks ja gramnegatiivseteks.
Värvimise tulemusena värvuvad grampositiivsed bakterid lillaks, gramnegatiivsed - punaseks.
Bakterite erineva suhtumise põhjus Grami plekile on seletatav asjaoluga, et pärast Lugoli lahusega töötlemist moodustub alkoholis lahustumatu joodi kompleks emajuurvioletiga. See kompleks grampositiivsetes bakterites ei saa nende seinte nõrga läbilaskvuse tõttu hajuda, samas kui gramnegatiivsetes bakterites on see kergesti eemaldatav, pestes neid etanooli ja seejärel veega.
Baktereid, millel puudub täielikult rakuseina, nimetatakse protoplastideks, neil on sfääriline kuju, neil on võime jaguneda, hingata, sünteesida valke, nukleiinhappeid, ensüüme. Protoplastid on ebastabiilsed struktuurid, mis on väga tundlikud osmootse rõhu muutuste, mehaaniliste mõjude ja aeratsiooni suhtes, neil ei ole võimet sünteesida rakuseina koostisosi;
Kui lüsosüümi ja muude tegurite mõjul toimub rakuseina osaline lahustumine, muutuvad bakterirakud sfäärilisteks kehadeks, mida nimetatakse sferoplastideks.
Mõnede välistegurite mõjul suudavad bakterid oma rakuseina kaotada, moodustades L-vorme (nimetatud D. Listeri Instituudi järgi, kus nad esmakordselt eraldati); selline transformatsioon võib olla spontaanne (nt klamüüdia korral) või indutseeritud, näiteks antibiootikumide mõjul. On stabiilsed ja ebastabiilsed L-vormid. Esimesed ei ole võimelised pöörduma tagasi, teised aga pöörduvad pärast põhjusliku teguri eemaldamist oma esialgsele kujule.
Joon.1.6. Plasmamembraani struktuur Kaks kihti fosfolipiidimolekule, mis on üksteise vastas hüdrofoobsete poolustega ja kaetud kahe kihiga globulaarsete valgu molekulidega.
Ensüümid, mis katalüüsivad peptidoglükaani, rakuseina valkude ja nende enda struktuuride sünteesi, paiknevad CMP-l. Membraan on ka fotosünteesi käigus energia muundamise koht.
Periplasma võib sisaldada kuni 20% kogu rakus olevast veest, see sisaldab mõningaid ensüüme (fosfataase, permeaase, nukleaase jne) ja transportvalke, mis kannavad vastavaid substraate.
Ribosoomid on submikroskoopilised ribonukleoproteiini graanulid läbimõõduga 15-20 nm. Ribosoomid sisaldavad ligikaudu 80–85% kogu bakteriaalsest RNA-st. Prokarüootide ribosoomide settimiskonstant on 70 S. Need on üles ehitatud kahest osakesest: 30 S (väike subühik) ja 50 S (suur subühik) (joonis 1.7).
Riis. 1.7. Ribosoom (a) ja selle alamosakesed – suured (b) ja väikesed (c) Ribosoomid toimivad valgusünteesi saidina.
Mõnedel bakteritel on tsütoplasmas valgulise iseloomuga kristalle, millel on putukatele toksiline toime.
Mõned bakterid on võimelised akumuleerima fosforhapet polüfosfaadi graanulite kujul (volutiini terad, metakromaatilised terad). Nad mängivad fosfaadiladude rolli ja tuvastatakse tihedate moodustistena palli või ellipsi kujul, mis paiknevad peamiselt raku poolustel. Tavaliselt on pooluste juures üks graanul.
Väikesed kogused RNA-d ja RNA polümeraasi on seotud DNA-ga. DNA on keerdunud ümber tsentraalse RNA südamiku ja on väga järjestatud kompaktne struktuur. Enamiku prokarüootide kromosoomide molekulmass on vahemikus 1-3 x 109, settimiskonstant 1300-2000 S. DNA molekul sisaldab 1,6 x 10 nukleotiidipaari. Prokarüootsete ja eukarüootsete rakkude geneetilise aparaadi erinevused määravad selle nime: esimestel on erinevalt teiste tuumast nukleoid (tuumaga sarnane moodustis).
Bakterite nukleoid sisaldab peamist pärilikku informatsiooni, mis realiseerub spetsiifiliste valgumolekulide sünteesil. Replikatsiooni, parandamise, transkriptsiooni ja translatsiooni süsteemid on seotud bakteriraku DNA-ga.
Prokarüootses rakus olevat nukleoidi saab tuvastada värvitud preparaatides valgus- või faasikontrastmikroskoobi abil.e
Paljude bakterite puhul on tsütoplasmast leitud kromosoomiväliseid geneetilisi elemente, plasmiide. Need on rõngastesse suletud kaheahelaline DNA, mis koosnevad 1500–40 000 aluspaarist ja sisaldavad kuni 100 geeni.
Lipu alus on pikk spiraalne niit (fibrill), mis rakuseina pinnal muutub paksenenud kõveraks struktuuriks - konksuks ja kinnitub rakuseina ja CPM-i sisseehitatud basaalgraanuli külge (joonis 1.8). .
Riis. 1.8. E. coli flagellum'i basaalotsa skemaatiline mudel, mis põhineb isoleeritud organelli elektronmikrograafidel
Lipud koosnevad peaaegu täielikult flagelliini valgust, milles on mõningane süsivesikute ja RNA sisaldus.
Riis. 1.9. Spoore moodustavate rakkude tüüpilised vormid.
Keemilise koostise järgi on eoste ja vegetatiivsete rakkude erinevus ainult keemiliste ühendite kvantitatiivses sisalduses. Eosed sisaldavad vähem vett ja rohkem lipiide.
Eoste olekus on mikroorganismid metaboolselt passiivsed, taluvad kõrge temperatuur(140-150°C) ja kokkupuutel keemiliste desinfektsioonivahenditega, püsivad keskkonnas pikka aega.
Toitekeskkonnas idanevad eosed vegetatiivseteks rakkudeks. Spooride idanemise protsess koosneb kolmest etapist: aktiveerimine, esialgne etapp ja kasvuetapid. Puhkeseisundit häirivad aktiveerijad on kõrgem temperatuur, keskkonna happeline reaktsioon, mehaanilised kahjustused eos hakkab vett absorbeerima ja hüdrolüütiliste ensüümide abil hävitab paljusid oma konstruktsioonikomponendid. Pärast väliskihtide hävimist algab vegetatiivse raku moodustumise periood biosünteesi aktiveerumisega, mis lõpeb raku jagunemisega.
L.V. Timoštšenko, M.V. Tšubik
Raku struktuurikomponendid on bakterite kest, mis koosneb rakuseinast, tsütoplasmaatilisest membraanist ja mõnikord ka kapslist; tsütoplasma; ribosoomid; mitmesugused tsütoplasmaatilised kandmised; nukleoid (tuum). Teatud tüüpi bakteritel on ka eosed, lipud, ripsmed (pili, fimbriae) (joonis 2).
raku sein enamiku liikide bakterite kohustuslik moodustumine. Selle struktuur sõltub tüübist ja kuuluvusest
bakterid rühmadesse, mida eristab Gram-värvimine. Rakuseina mass moodustab umbes 20% kogu raku kuivmassist, paksus on 15 kuni 80 nm.
Riis. 3. Bakteriraku ehituse skeem
1 - kapsel; 2 - rakusein; 3 - tsütoplasmaatiline membraan; 4 - tsütoplasma; 5 - mesosoomid; 6 - ribosoomid; 7 - nukleoid; 8 - intratsütoplasmaatilise membraani moodustised; 9 - rasvatilgad; 10 - polüsahhariidi graanulid; 11 - polüfosfaadi graanulid; 12 - väävli kandmised; 13 - flagella; 14 - põhikeha
Rakuseinas on kuni 1 nm läbimõõduga poorid, seega on tegemist poolläbilaskva membraaniga, mille kaudu tungivad toitained ja vabanevad ainevahetusproduktid.
Need ained võivad mikroobirakku tungida alles pärast esialgset hüdrolüütilist lõhustamist spetsiifiliste ensüümide poolt, mida bakterid eritavad väliskeskkonda.
Rakuseina keemiline koostis on heterogeenne, kuid teatud tüüpi bakterite puhul, mida kasutatakse identifitseerimiseks, on see konstantne. Rakuseina koostisest leiti lämmastikuühendeid, lipiide, tselluloosi, polüsahhariide, pektiinaineid.
Rakuseina kõige olulisem keemiline komponent on kompleksne polüsahhariidpeptiid. Seda nimetatakse ka peptidoglükaaniks, glükopeptiidiks, mureiiniks (lat. Murus - sein).
Mureiin on struktuurne polümeer, mis koosneb atsetüülglükoosamiinist ja atsetüülmuraamhappest moodustunud glükaani molekulidest. Selle süntees toimub tsütoplasmas tsütoplasmaatilise membraani tasemel.
Erinevat tüüpi rakuseina peptidoglükaanil on spetsiifiline aminohappeline koostis ja sellest sõltuvalt teatud kemotüüp, mida võetakse arvesse piimhappe ja teiste bakterite tuvastamisel.
Gramnegatiivsete bakterite rakuseinas on peptidoglükaan esindatud ühe kihina, grampositiivsete bakterite seinas aga mitu kihti.
1884. aastal pakkus Gram välja kudede värvimismeetodi, mida kasutati prokarüootsete rakkude värvimiseks. Kui Grami värvimise ajal töödeldakse fikseeritud rakke kristallvioletse värvaine alkoholilahusega ja seejärel joodilahusega, moodustavad need ained mureiiniga stabiilse värvilise kompleksi.
Homopositiivsetes mikroorganismides ei lahustu värvitud violetne kompleks etanooli mõjul ja vastavalt ei muutu värvi, fuksiiniga (punane värvaine) värvimisel jäävad rakud tumelillaks.
Gramnegatiivsete mikroorganismide liikide puhul lahustatakse emajuurviolett etanoolis ja pestakse veega välja ning fukssiiniga värvimisel muutub rakk punaseks.
Mikroorganismide võimet värvida analiinvärvidega ja Grami meetodi järgi nimetatakse toonilised omadused . Neid tuleb uurida noortes (18–24-tunnistes) kultuurides, kuna mõned vanades kultuurides olevad grampositiivsed bakterid kaotavad Gram-meetodil oma võime positiivselt värvida.
Peptiidoglükaani tähtsus seisneb selles, et tänu sellele on rakuseinal jäikus, s.t. elastsust ja on bakteriraku kaitseraam.
Peptidoglükaani hävimisel näiteks lüsosüümi toimel kaotab rakusein jäikuse ja variseb kokku. Raku sisu (tsütoplasma) omandab koos tsütoplasmaatilise membraaniga sfäärilise kuju, see tähendab, et see muutub protoplastiks (sferoplastiks).
Paljud sünteesivad ja lagundavad ensüümid on seotud rakuseinaga. Rakuseina komponendid sünteesitakse tsütoplasmaatilises membraanis ja transporditakse seejärel rakuseina.
tsütoplasmaatiline membraan asub rakuseina all ja külgneb tihedalt selle sisepinnaga. See on poolläbilaskev membraan, mis ümbritseb tsütoplasmat ja raku sisemist sisu – protoplasti. Tsütoplasmaatiline membraan on tsütoplasma paksenenud välimine kiht.
Tsütoplasmaatiline membraan on peamine barjäär tsütoplasma ja keskkonna vahel, selle terviklikkuse rikkumine põhjustab rakusurma. See koosneb valkudest (50-75%), lipiididest (15-45%), paljudes liikides - süsivesikutest (1-19%).
Membraani peamised lipiidkomponendid on fosfo- ja glükolipiidid.
Tsütoplasmaatiline membraan täidab selles paiknevate ensüümide abil mitmesuguseid funktsioone: sünteesib membraani lipiide - rakuseina komponente; membraaniensüümid - transpordivad selektiivselt läbi membraani erinevaid orgaanilisi ja anorgaanilisi molekule ja ioone, membraan osaleb rakuenergia muundamises, samuti kromosoomi replikatsioonis, elektrokeemilise energia ja elektronide ülekandes.
Seega tagab tsütoplasmaatiline membraan selektiivse sisenemise rakku ja erinevate ainete ja ioonide eemaldamise sellest.
Tsütoplasmaatilise membraani derivaadid on mesosoomid . Need on sfäärilised struktuurid, mis tekivad membraani keerdumisel lokki. Need asuvad mõlemal küljel - raku vaheseina moodustumise kohas või tuuma DNA lokaliseerimise tsooni lähedal.
Mesosoomid on funktsionaalselt samaväärsed kõrgemate organismide rakkude mitokondritega. Nad osalevad bakterite redoksreaktsioonides, mängivad olulist rolli orgaaniliste ainete sünteesil, rakuseina moodustamisel.
Kapsel on rakukatte väliskihi derivaat ja on ühte või mitut mikroobirakku ümbritsev limaskest. Selle paksus võib ulatuda 10 mikronini, mis on mitu korda suurem kui bakteri enda paksus.
Kapsel täidab kaitsefunktsiooni. Bakterikapsli keemiline koostis on erinev. Enamikul juhtudel koosneb see komplekssetest polüsahhariididest, mukopolüsahhariididest, mõnikord polüpeptiididest.
Kapseldamine on tavaliselt liigiomadus. Mikrokapsli välimus sõltub aga sageli bakterite kasvatamise tingimustest.
Tsütoplasma- kompleksne kolloidne süsteem suure koguse veega (80-85%), milles on dispergeeritud valgud, süsivesikud, lipiidid, aga ka mineraalsed ühendid ja muud ained.
Tsütoplasma on tsütoplasmaatilise membraaniga ümbritsetud raku sisu. See on jagatud kaheks funktsionaalseks osaks.
Üks osa tsütoplasmast on sooli (lahuse) olekus, on homogeense struktuuriga ja sisaldab komplekti lahustuvaid ribonukleiinhappeid, ensüümvalke ja ainevahetusprodukte.
Teist osa esindavad ribosoomid, erineva keemilise olemusega kandmised, geneetiline aparaat ja muud intratsütoplasmaatilised struktuurid.
Ribosoomid- need on submikroskoopilised graanulid, mis on sfäärilised nukleoproteiini osakesed läbimõõduga 10–20 nm, molekulmassiga umbes 2–4 miljonit.
Prokarüootide ribosoomid koosnevad 60% RNA-st (ribonukleiinhappest), mis asub keskel ja 40 % valk, mis katab nukleiinhappe väljastpoolt.
Tsütoplasmaatilised kandmised on ainevahetusproduktid, aga ka reservproduktid, mille tõttu rakk elab toitainete defitsiidi tingimustes.
Prokarüootide geneetiline materjal koosneb kompaktse struktuuriga desoksüribonukleiinhappe (DNA) topeltahelast, mis paikneb tsütoplasma keskosas ja ei ole sellest membraaniga eraldatud. Bakteri DNA ei erine ehituselt eukarüootse DNA omast, kuid kuna seda ei eralda tsütoplasmast membraan, siis on pärilikkusaine nn. nukleoid või genofoor. Tuumastruktuurid on sfäärilised või hobuserauakujulised erineva kujuga.
poleemika bakterid on uinuv, paljunemisvõimetu vorm. Need moodustuvad raku sees, on ümmargused või ovaalsed moodustised. Eosed moodustavad valdavalt grampositiivseid baktereid, pulgakujulised aeroobse ja anaeroobse hingamistüübiga vanades kultuurides, samuti ebasoodsates keskkonnatingimustes (toitainete ja niiskuse puudus, ainevahetusproduktide kogunemine söötmesse, pH ja kultiveerimistemperatuuri muutused). , õhuhapniku olemasolu või puudumine jne) võivad minna üle alternatiivsele arendusprogrammile, mille tulemuseks on vaidlused. Sel juhul moodustub rakus üks spoor. See näitab, et sporulatsioon bakterites on kohanemine liigi (isendi) säilitamiseks ega ole nende paljunemise viis. Sporulatsiooniprotsess toimub väliskeskkonnas reeglina 18-24 tunni jooksul.
Küps eos moodustab ligikaudu 0,1 emaraku mahust. Erinevate bakterite eosed erinevad kuju, suuruse, asukoha poolest rakus.
Nimetatakse mikroorganisme, mille eoste läbimõõt ei ületa vegetatiivse raku laiust batsillid, nimetatakse baktereid, millel on eosed, mille läbimõõt on 1,5-2 korda suurem raku läbimõõdust. klostriidid.
Mikroobiraku sees võib eos asuda keskel – keskasendis, lõpus – terminalis ning raku keskpunkti ja otsa vahel – subterminaalne asend.
Flagella bakterid on liikumisorganid (liikumisorganid), mille abil võivad bakterid liikuda kiirusega kuni 50-60 mikronit/s. Samal ajal katavad bakterid 1 sekundi jooksul oma keha pikkuse 50-100 korda. Lipu pikkus ületab bakterite pikkuse 5-6 korda. Lipu paksus on keskmiselt 12-30 nm.
Vippude arv, suurus ja asukoht on teatud tüüpi prokarüootide puhul konstantsed ja seetõttu võetakse neid nende tuvastamisel arvesse.
Sõltuvalt lipuliste arvust ja asukohast jagunevad bakterid monotrihseks (monopolaarseks monotrihseks) - rakkudeks, mille ühes otsas on lipp, lofotrihseteks (monopolaarseteks polütrikoosseteks) - ühes otsas paikneb lipukimp, amfitrihseks (bipolaarne polütrikoosne). ) - lipukesed paiknevad igal poolusel, peritrichous - lipukesed paiknevad kogu raku pinnal (joonis 4) ja atrihaalsed - vibud puuduvad.
Bakterite liikumise iseloom oleneb lippude arvust, vanusest, kultuuri omadustest, temperatuurist, erinevate kemikaalide olemasolust ja muudest teguritest. Monotrichous on kõige suurema liikuvusega.
Lippusid leidub sagedamini vardakujulistes bakterites; need ei ole elutähtsad rakustruktuurid, kuna on olemas liikuvate bakterite liputamata variante.
Bakteri keha esindab üks rakk. Bakterite vormid on erinevad. Bakterite struktuur erineb looma- ja taimerakkude struktuurist.
Rakul puuduvad tuum, mitokondrid ja plastiidid. Päriliku informatsiooni DNA kandja paikneb volditud kujul raku keskel. Mikroorganismid, millel puudub tõeline tuum, liigitatakse prokarüootidena. Kõik bakterid on prokarüootid.
Eeldatakse, et Maal on neid hämmastavaid organisme üle miljoni liigi. Praeguseks on kirjeldatud umbes 10 tuhat liiki.
Bakterirakul on sein, tsütoplasmaatiline membraan, tsütoplasma koos lisanditega ja nukleotiid. Täiendavatest struktuuridest on mõnel rakul flagella, pili (koos kleepumise ja pinnale kinni hoidmise mehhanism) ja kapsel. Ebasoodsates tingimustes on mõned bakterirakud võimelised moodustama eoseid. Bakterite keskmine suurus on 0,5-5 mikronit.
Riis. 1. Bakteriraku ehitus.
Riis. 2. Fotol gramnegatiivsete bakterite (vasakul) ja grampositiivsete (paremal) bakteriseina struktuur.
Ebasoodsates keskkonnatingimustes moodustavad bakterid kapsli. Mikrokapsel kleepub tihedalt seina külge. Seda saab näha ainult elektronmikroskoobiga. Makrokapsli moodustavad sageli patogeensed mikroobid (pneumokokid). Klebsiella kopsupõletiku korral leitakse alati makrokapsel.
Riis. 3. Fotol pneumokokk. Nooled näitavad kapslit (üliõhukese lõigu elektronide difraktsioonimuster).
Kapslitaoline kest on rakuseinaga lõdvalt seotud moodustis. Tänu bakteriaalsetele ensüümidele on kapslitaoline kest kaetud väliskeskkonna süsivesikutega (eksopolüsahhariididega), mis tagab bakterite nakkumise erinevatele pindadele, ka täiesti siledatele.
Näiteks inimkehasse sisenevad streptokokid on võimelised hammaste ja südameklappidega kokku kleepuma.
Kapsli funktsioonid on mitmekesised:
Riis. 4. Streptokokid on võimelised hambaemailiga kokku kleepuma ja on koos teiste mikroobidega kaariese tekitajad.
Riis. 5. Fotol mitraalklapi lüüasaamine reuma korral. Põhjuseks on streptokokid.
Need pakuvad sukeldumist ja tõusu. Mullas liigub bakterirakk läbi mullakanalite.
Riis. 6. Lipu kinnitamise ja toimimise skeem.
Riis. 7. Fotol on näha erinevat tüüpi lipustunud mikroobe.
Riis. 8. Fotol on kujutatud eri tüüpi lipustunud mikroobe.
Riis. 9. Fotol on E. coli. Nähtavad lipud ja joomine. Foto on tehtud tunnelmikroskoobi (STM) abil.
Riis. 10. Fotol on kokkides arvukalt pilisid (fimbriae).
Riis. 11. Fotol on fimbriatega bakterirakk.
Riis. 12. Fotol on selgelt näha õhuke rakusein (CS), tsütoplasmaatiline membraan (CPM) ja nukleotiid keskel (bakter Neisseria catarrhalis).
Riis. 13. Fotol on näha bakteriraku ehitus. Bakteriraku ehitus erineb looma- ja taimerakkude ehitusest – rakul puuduvad tuum, mitokondrid ja plastiidid.
Tsütoplasmas on 75% vett, ülejäänud 25% on mineraalsed ühendid, valgud, RNA ja DNA. Tsütoplasma on alati tihe ja liikumatu. See sisaldab ensüüme, mõningaid pigmente, suhkruid, aminohappeid, toitaineid, ribosoome, mesosoome, graanuleid ja kõikvõimalikke muid lisandeid. Raku keskele on koondunud pärilikku informatsiooni kandev aine – nukleoid.
Graanulid koosnevad ühenditest, mis on energia- ja süsinikuallikad.
Mesosoomid on raku derivaadid. Neil on erinev kuju – kontsentrilised membraanid, vesiikulid, torukesed, aasad jne. Mesosoomidel on ühendus nukleoidiga. Nende peamine eesmärk on osalemine rakkude jagunemises ja spooride moodustamises.
Nukleoid on analoogne tuumaga. See asub raku keskel. DNA on selles lokaliseeritud - päriliku teabe kandja volditud kujul. Keerdumata DNA pikkus ulatub 1 mm-ni. Bakteriraku tuumaainel ei ole membraani, tuuma ja kromosoomide komplekti ning see ei jagune mitoosi teel. Enne jagunemist kahekordistatakse nukleotiid. Jagunemise ajal suureneb nukleotiidide arv 4-ni.
Riis. 14. Fotol on näha osa bakterirakust. Keskosas on näha nukleotiid.
Plasmiidid on autonoomsed molekulid, mis on keerdunud kaheahelalise DNA rõngasse. Nende mass on palju väiksem kui nukleotiidi mass. Vaatamata sellele, et pärilik informatsioon on kodeeritud plasmiidide DNA-sse, ei ole need bakteriraku jaoks elutähtsad ja vajalikud.
Riis. 15. Fotol on bakteriaalne plasmiid. Foto on tehtud elektronmikroskoobiga.
Bakteriraku ribosoomid osalevad valkude sünteesis aminohapetest. Bakterirakkude ribosoomid ei ole endoplasmaatilises retikulumis ühendatud, nagu rakkudes, millel on tuum. Just ribosoomid muutuvad sageli paljude antibakteriaalsete ravimite "sihtmärgiks".
Inklusioonid on tuuma- ja mittetuumarakkude ainevahetusproduktid. Need esindavad toitainete pakkumist: glükogeen, tärklis, väävel, polüfosfaat (valutiin) jne. Värvimisel omandavad kandmised sageli erineva välimuse kui värvaine värv. Saate diagnoosida valuuta järgi.
Bakteriraku kuju ja suurus omavad nende tuvastamisel (äratundmisel) suurt tähtsust. Levinumad vormid on sfäärilised, vardakujulised ja keerdunud.
Tabel 1. Bakterite peamised vormid.
Sfäärilisi baktereid nimetatakse kokkideks (kreeka keelest coccus - tera). Need on paigutatud ükshaaval, kaks korraga (diplokokid), pakid, ketid ja nagu viinamarjad. See paigutus sõltub rakkude jagunemise viisist. Kõige kahjulikumad mikroobid on stafülokokid ja streptokokid.
Riis. 16. Fotol on mikrokokid. Bakterid on ümmargused, siledad, valged, kollased ja punased. Mikrokokid on looduses kõikjal. Nad elavad inimkeha erinevates õõnsustes.
Riis. 17. Fotol diplokokkbakterid - Streptococcus pneumoniae.
Riis. 18. Fotol Sarcina bakterid. Kokkoidbakterid kombineeritakse pakettidena.
Riis. 19. Fotol streptokokkbakterid (kreeka keelest "streptos" - kett).
Paigutatud kettidena. Need on paljude haiguste põhjustajad.
Riis. 20. Fotol on bakterid "kuldsed" stafülokokid. Paigutatud nagu "viinamarjakobar". Kobarad on kuldse värvusega. Need on paljude haiguste põhjustajad.
Vardakujulisi baktereid, mis moodustavad eoseid, nimetatakse batsillideks. Neil on silindriline kuju. Selle rühma silmapaistvaim esindaja on batsill. Batsillide hulka kuuluvad katk ja hemofiilsed pulgad. Pulgakujuliste bakterite otsad võivad olla teravad, ümarad, kärbitud, laiendatud või poolitatud. Pulkade kuju ise võib olla õige ja vale. Neid saab paigutada ükshaaval, kahekaupa või moodustada kette. Mõnda batsilli nimetatakse kokbatsillideks, kuna need on ümara kujuga. Kuid sellegipoolest ületab nende pikkus laiuse.
Diplobatsillid on topeltvardad. Siberi katku pulgad moodustavad pikki niite (kette).
Eoste moodustumine muudab batsillide kuju. Batsillide keskel tekivad võibakterites eosed, mis annavad neile spindli välimuse. Teetanusepulkades - batsillide otstes, andes neile trummipulkade välimuse.
Riis. 21. Fotol on pulgakujuline bakterirakk. Nähtavad mitmed flagellad. Foto on tehtud elektronmikroskoobiga. Negatiivne.
Riis. 24. Võibatsillide keskel moodustuvad eosed, mis annavad neile spindli välimuse. Teetanuse pulkade juures – otstes, andes neile trummipulkade välimuse.
Puurikurvi ei ole rohkem kui ühel pöördel. Mitu (kaks, kolm või enam) - kampülobakter. Spirochetes on omapärane välimus, mis kajastub nende nimes - "spira" - painutus ja "vihkamine" - lakk. Leptospira ("leptos" - kitsas ja "spera" - gyrus) on pikad niidid tihedalt asetsevate pööristega. Bakterid meenutavad keerdunud spiraali.
Riis. 27. Fotol on spiraalikujuline bakterirakk "rotihammustuse haiguse" põhjustajaks.
Riis. 28. Fotol on leptospira bakterid paljude haiguste tekitajateks.
Riis. 29. Fotol on leptospira bakterid paljude haiguste tekitajateks.
Klubikujulised korünebakterid on difteeria ja listerioosi tekitajad. Selle vormi annab bakterile metakromaatiliste terade paigutus selle poolustes.
Riis. 30. Foto Corynebacterium.
Lisateavet bakterite kohta leiate artiklitest:
Bakterid on planeedil Maa elanud enam kui 3,5 miljardit aastat. Selle aja jooksul on nad palju õppinud ja paljuga kohanenud. Bakterite kogumass on tohutu. See on umbes 500 miljardit tonni. Bakterid on omandanud peaaegu kõik teadaolevad biokeemilised protsessid. Bakterite vormid on erinevad. Bakterite struktuur on miljonite aastate jooksul muutunud üsna keeruliseks, kuid tänapäevalgi peetakse neid kõige lihtsamini paigutatud üherakulisteks organismideks.
