Vajalikud organellid on: tuumaaparaat, tsütoplasma, tsütoplasmaatiline membraan.
Valikuline(alaealine) konstruktsioonielemendid on: rakusein, kapsel, eosed, jõi, flagella.
1. Bakteriraku keskel on nukleoid- tuuma moodustumine, mida esindab kõige sagedamini üks rõngakujuline kromosoom. Koosneb kaheahelalisest DNA ahelast. Nukleoidi ei eralda tsütoplasmast tuumamembraan.
2.Tsütoplasma- kompleksne kolloidsüsteem, mis sisaldab mitmesuguseid metaboolse päritoluga inklusioone (volutiini terad, glükogeeni, granuloos jne), ribosoome ja muid valke sünteesiva süsteemi elemente, plasmiide (ekstranukleoidne DNA), mesosoomid(moodustunud tsütoplasmaatilise membraani invagineerimise tulemusena tsütoplasmasse, osalevad energia metabolismis, eoste moodustumisel, rakkudevahelise vaheseina moodustumisel jagunemise ajal).
3.Tsütoplasmaatiline membraan piirab tsütoplasmat väljastpoolt, on kolmekihilise struktuuriga ja täidab mitmeid olulisi funktsioone – barjäär (loob ja hoiab osmootset rõhku), energia (sisaldab palju ensüümsüsteeme – hingamis-, redoks-, teostab elektronide ülekannet), transport (erinevate ainete ülekanne rakku ja puurist).
4.Raku sein- on omane enamikule bakteritele (v.a mükoplasmad, acholeplasmad ja mõned muud mikroorganismid, millel puudub tõeline rakuseina). Sellel on mitmeid funktsioone, esiteks tagab see mehaanilise kaitse ja rakkude püsiva kuju, bakterite antigeensed omadused on suuresti seotud selle olemasoluga. Kompositsioon koosneb kahest põhikihist, millest välimine on plastilisem, sisemine jäik.
Rakuseina peamine keemiline ühend, mis on spetsiifiline ainult bakteritele peptidoglükaan(muureiinhapped). Bakteriraku seina struktuur ja keemiline koostis määrab bakterite taksonoomia seisukohalt olulise tunnuse - seoses Grami värvimisega... Selle kohaselt eristatakse kahte suurt rühma - grampositiivseid ("gram +") ja gramnegatiivseid ("gram -") baktereid. Gram-positiivsete bakterite sein pärast Grami värvimist säilitab joodikompleksi koos emajuurviolett(värvitud sinakasvioletset värvi), gramnegatiivsed bakterid kaotavad pärast töötlemist selle kompleksi ja vastava värvuse ning värvuvad roosaks tänu magenta lisavärvimisele.
Grampositiivsete bakterite rakuseina omadused.
Võimas, paks, kergesti organiseeritav rakusein, milles domineerivad peptidoglükaan ja teikhoiinhapped, ilma lipopolüsahhariidideta (LPS) ja sageli ka diaminopimeelhappeta.
Gramnegatiivsete bakterite rakuseina omadused.
Rakusein on palju õhem kui grampositiivsetel bakteritel, sisaldab LPS-i, lipoproteiine, fosfolipiide, diaminopimeelhapet. Struktuur on keerulisem - seal on välimine membraan, seega on rakusein kolmekihiline.
Gram-positiivsete bakterite töötlemisel peptidoglükaani hävitavate ensüümidega tekivad rakuseinast täielikult puuduvad struktuurid - protoplastid... Gramnegatiivsete bakterite töötlemine lüsosüümiga hävitab ainult peptidoglükaani kihi ilma välismembraani täielikult hävitamata; selliseid struktuure nimetatakse sferoplastid... Protoplastid ja sferoplastid on sfäärilise kujuga (see omadus on seotud osmootse rõhuga ja on iseloomulik kõikidele rakkudeta bakterivormidele).
L- bakterite vormid.
Mitmete bakterirakku negatiivselt mõjutavate tegurite (antibiootikumid, ensüümid, antikehad jne) mõjul ilmneb. L- muutumine bakterid, mis viib rakuseina püsiva või ajutise kadumiseni. L-transformatsioon ei ole mitte ainult varieeruvuse vorm, vaid ka bakterite kohanemine ebasoodsate elutingimustega. Antigeensete omaduste muutumise (O- ja K-antigeenide kadu), virulentsuse vähenemise ja muude tegurite tulemusena omandavad L-vormid võime pikka aega püsida ( püsima) peremehe kehas, säilitades aeglase voolu nakkusprotsessi. Rakuseina kadumine muudab L-vormi tundlikuks antibiootikumide, antikehade ja erinevate keemiaravi ravimite suhtes, mille rakenduspunktiks on bakteri rakusein. Ebastabiilne L-kujuline tagurpidi rakuseinaga bakterite klassikalistesse (algsetesse) vormidesse. Samuti on olemas stabiilsed bakterite L-vormid, rakuseina puudumine ja võimetus muuta need bakterite klassikalisteks vormideks on geneetiliselt fikseeritud. Mitmes mõttes meenutavad nad väga mükoplasmasid ja teisi. mollicuts- bakterid, mille rakusein taksonoomilise tunnusena puudub. Mükoplasmadesse kuuluvad mikroorganismid on väikseimad prokarüootid, neil ei ole rakuseina ja nagu kõik bakteriaalsed seinata struktuurid, on neil sfääriline kuju.
Bakterite pinnastruktuuridele(valikuline, nagu rakusein) sisaldavad kapsel, flagella, mikrovillid.
Kapsel või limaskesta kiht ümbritseb mitmete bakterite kesta. Eraldada mikrokapsel tuvastatakse elektronmikroskoopiaga mikrofibrillide kihina ja makrokapsel tuvastatakse valgusmikroskoopiaga. Kapsel on kaitsestruktuur (peamiselt kuivamise eest), paljudes mikroobides on see patogeenseks teguriks, takistab fagotsütoosi teket, pärsib kaitsereaktsioonide esimesi etappe – äratundmist ja imendumist. On saprofüüdid kapslid moodustuvad väliskeskkonnas, patogeenides - sagedamini peremeesorganismis. Kapslite värvimiseks on mitmeid meetodeid, sõltuvalt nende keemilisest koostisest. Kapsel koosneb sageli polüsahhariididest (kõige levinum värvus on vastavalt Ginsu), harvem polüpeptiididest.
Flagella. Liikuvad bakterid võivad olla libisevad (liikuvad kõval pinnal lainelaadsete kontraktsioonide tagajärjel) või hõljuvad, liikudes niitjate spiraalselt kõverate valkude tõttu ( flagelliin keemilise koostise järgi) moodustised - flagellad.
Lipuliste asukoha ja arvu järgi eristatakse mitmeid bakterite vorme.
1. Monotrichidel on üks polaarne lipp.
2. Lophotrichid – neil on polaarselt paiknev lipukimp.
3. Amfitrichid – neil on lipud diametraalselt vastaspoolustel.
4. Peritrichid – neil on lipukesed kogu bakteriraku perimeetri ulatuses.
Võime sihipäraseks liikumiseks (kemotaksis, aerotaksis, fototaksis) bakteritel on geneetiliselt määratud.
Fimbriae ehk ripsmed- suurel hulgal bakterirakku ümbritsevad lühikesed niidid, mille abil fikseeritakse bakterid substraatide külge (näiteks limaskestade pinnale). Seega on fimbriad adhesiooni ja kolonisatsiooni tegurid.
F- jõi (viljakus)- aparaat bakterite konjugatsioon, leidub väikestes kogustes õhukeste valguliste villide kujul.
Endospoorid ja sporulatsioon.
Eoste moodustumine- viis teatud tüüpi bakterite säilitamiseks ebasoodsates keskkonnatingimustes. Endospoorid moodustuvad tsütoplasmas, on madala metaboolse aktiivsusega ja kõrge resistentsusega rakud ( vastupanu) kuivamisele, keemiliste tegurite mõjule, kõrgele temperatuurile ja muudele ebasoovitavatele keskkonnateguritele. Valgusmikroskoopias kasutatakse sageli spooride tuvastamise meetodit. Ožeško poolt... Kõrge vastupidavus on seotud kõrge sisaldusega dipikoliinhappe kaltsiumisool vaidluse kestas. Eoste paiknemine ja suurus erinevates mikroorganismides on erinev, millel on diferentsiaaldiagnostiline (taksonoomiline) tähendus. Eoste "elutsükli" peamised faasid sporulatsioon(sisaldab ettevalmistavat etappi, vaidlustamiseelset etappi, kesta moodustumist, küpsemist ja puhkeolekut) ja idanemine lõppedes vegetatiivse vormi kujunemisega. Sporulatsiooni protsess on geneetiliselt määratud.
Kultiveerimata bakterite vormid.
Paljudel gramnegatiivsete bakterite liikidel, mis ei moodusta eoseid, on spetsiaalne kohanemisvõime - kasvatamata vormid. Neil on madal metaboolne aktiivsus ja nad ei paljune aktiivselt, s.t. ei moodusta kolooniaid tahkel toitainekeskkonnas, ei tuvastata külvamise ajal. Need on väga vastupidavad ja võivad püsida elujõulisena mitu aastat. Neid ei tuvastata klassikaliste bakterioloogiliste meetoditega, neid tuvastatakse ainult geneetiliste meetoditega ( polümeraasi ahelreaktsioon - PCR).
Bakteriraku struktuuri uurimiseks kasutatakse koos valgusmikroskoobiga elektronmikroskoopilisi ja mikrokeemilisi uuringuid bakteriraku ultrastruktuuri määramiseks.
Bakterirakk (joonis 5) koosneb järgmistest osadest: kolmekihiline membraan, tsütoplasma koos erinevate inklusioonidega ja tuumaaine (nukleoid). Täiendavad struktuursed moodustised on kapslid, eosed, flagellad, pilid.
Riis. 5. Bakteriraku struktuuri skemaatiline esitus. 1 - kest; 2 - limaskesta kiht; 3 - rakusein; 4 - tsütoplasmaatiline membraan; 5 - tsütoplasma; 6 - ribosoom; 7 - polüsoom; 8 - kandmised; 9 - nukleoid; 10 - flagellum; 11 - jõi
Kest rakk koosneb välimisest limaskestast, rakuseinast ja tsütoplasmaatilisest membraanist.
Limaskestade kapslikiht asub väljaspool rakku ja täidab kaitsefunktsiooni.
Rakusein on raku üks peamisi struktuurielemente, säilitades oma kuju ja eraldades raku keskkonnast. Rakuseina oluliseks omaduseks on selektiivne läbilaskvus, mis tagab oluliste toitainete (aminohapped, süsivesikud jne) tungimise rakku ja ainevahetusproduktide väljaviimise rakust. Rakusein hoiab raku sees püsivat osmootset rõhku. Seina tugevuse annab mureiin, polüsahhariidse iseloomuga aine. Mõned ained hävitavad rakuseina, näiteks lüsosüüm.
Baktereid, millel puudub täielikult rakuseina, nimetatakse protoplastideks. Nad säilitavad võime hingata, jagada ja sünteesida ensüüme; välistegurite mõjule: mehaanilised kahjustused, osmootne rõhk, aeratsioon jne. Protoplaste saab säilitada ainult hüpertoonilistes lahustes.
Osaliselt hävinud rakuseinaga baktereid nimetatakse sferoplastideks. Kui penitsilliini abil pärssida rakuseina sünteesi, moodustuvad L-vormid, mis igat tüüpi bakterites kujutavad endast sfäärilisi suuri ja väikeseid rakke koos vakuoolidega.
Tsütoplasmaatiline membraan kinnitub seestpoolt tihedalt rakuseina külge. See on väga õhuke (8-10 nm) ja koosneb valkudest ja fosfolipiididest. See on poolläbilaskev piirkiht, mille kaudu rakk toitub. Membraan sisaldab permeaasi ensüüme, mis teostavad ainete aktiivset transporti, ja hingamisteede ensüüme. Tsütoplasmaatiline membraan moodustab mesosoomid, mis osalevad rakkude jagunemises. Kui rakk asetatakse hüpertoonilisse lahusesse, võib membraan rakuseinast eralduda.
Tsütoplasma- bakteriraku sisemine sisu. See on kolloidne süsteem, mis koosneb veest, valkudest, süsivesikutest, lipiididest, erinevatest mineraalsooladest. Tsütoplasma keemiline koostis ja konsistents muutuvad sõltuvalt raku vanusest ja keskkonnatingimustest. Tsütoplasma sisaldab tuumaainet, ribosoome ja erinevaid inklusioone.
Nukleoid, raku tuumaaine, selle pärilik aparaat. Prokarüootide tuumaainel pole erinevalt eukarüootidest oma membraani. Küpse raku nukleoid on kahekordne DNA ahel, mis on keerdunud rõngasse. DNA molekul kodeerib raku geneetilist informatsiooni. Geneetilises terminoloogias nimetatakse tuumaainet genofooriks või genoomiks.
Ribosoomid asuvad raku tsütoplasmas ja täidavad valgusünteesi funktsiooni. Ribosoom sisaldab 60% RNA-d ja 40% valku. Ribosoomide arv rakus ulatub 10 000. Üheskoos moodustavad ribosoomid polüsoomid.
Lisandid - graanulid, mis sisaldavad erinevaid varutoitaineid: tärklis, glükogeen, rasv, volutiin. Need asuvad tsütoplasmas.
Bakterirakud moodustavad elutähtsa tegevuse käigus kaitsvaid organelle - kapsleid ja eoseid.
Kapsel- rakuseinaga külgnev välimine paksenenud limaskesta kiht. See on kaitseorgan, mis ilmneb mõnes bakteris, kui nad sisenevad inimeste ja loomade kehasse. Kapsel kaitseb mikroorganismi organismi kaitsvate tegurite eest (kopsupõletiku ja siberi katku tekitajad). Mõnedel mikroorganismidel on püsikapsel (Klebsiella).
Vaidlused leidub ainult pulgakujulistes bakterites. Need tekivad mikroorganismi sattumisel ebasoodsatesse keskkonnatingimustesse (kõrge temperatuur, kuivamine, pH muutused, toitainete hulga vähenemine keskkonnas jne). Eosed asuvad bakteriraku sees ja esindavad tsütoplasma tihendatud ala nukleoidiga, mis on riietatud oma tiheda membraaniga. Keemilise koostise poolest erinevad nad vegetatiivsetest rakkudest väikese koguse vee, suurenenud lipiidide ja kaltsiumisoolade sisalduse poolest, mis aitab kaasa eoste suurele vastupidavusele. Spooride moodustumine toimub 18-20 tunni jooksul; kui mikroorganism satub soodsatesse tingimustesse, idaneb eos vegetatiivsesse vormi 4-5 tunni jooksul. Bakterirakus moodustub ainult üks spoor, seetõttu ei ole eosed suguelundid, vaid nende eesmärk on kogeda ebasoodsaid tingimusi.
Spoore moodustavaid aeroobseid baktereid nimetatakse batsillideks ja anaeroobseid baktereid nimetatakse klostriidideks.
Eosed on erineva kuju, suuruse ja asukoha poolest puuris. Need võivad paikneda tsentraalselt, subterminaalselt ja terminalis (joonis 6). Siberi katku tekitajas paikneb eos tsentraalselt, selle suurus ei ületa raku läbimõõtu. Botulismi tekitaja eos paikneb raku otsale lähemal - subterminal ja ületab raku laiuse. Teetanuse tekitajas paikneb ümardatud eos raku lõpus - terminaalselt ja ületab oluliselt raku laiust.
Flagella- pulgakujulistele bakteritele iseloomulikud liikumisorganid. Need on õhukesed filamentsed fibrillid, mis koosnevad valgust, mida nimetatakse flagelliiniks. Nende pikkus ületab oluliselt bakteriraku pikkust. Lipud väljuvad tsütoplasmas asuvast basaalkehast ja väljuvad raku pinnale. Nende olemasolu saab tuvastada rakkude liikuvuse määramisega mikroskoobi all, poolvedelas toitekeskkonnas või värvides spetsiaalsete meetoditega. Lipude ultrastruktuuri uuriti elektronmikroskoobiga. Lipukese asukoha järgi jagunevad bakterid rühmadesse (vt. joon. 6): monotrilised - ühe viburiga (koolera tekitaja); amfitrihhid - kimpude või üksikute lipudega raku mõlemas otsas (spirilla); lofotrichi - raku ühes otsas lipukimbuga (fekaali leelist moodustav aine); peritrichous - flagellad paiknevad kogu raku pinnal (soolebakterid). Bakterite liikumiskiirus sõltub lipuliste arvust ja asukohast (monotrichid on kõige aktiivsemad), bakterite vanusest ja keskkonnategurite mõjust.
Riis. 6. Bakterite spooride ja eoste paiknemise variandid. I - vaidlused: 1 - keskne; 2 - alamterminal; 3 - terminal; II - flagella: 1 - monotrichs; 2 - amfitrichid; 3 - lophotrichs; 4 - peritrichid
Joogi või fimbria- bakterirakkude pinnal paiknevad villid. Need on lühemad ja õhemad kui flagellad ning neil on ka spiraalne struktuur. Jook koosneb proteiinist – piliinist. Mõned jõid (neid on mitusada) aitavad kinnitada baktereid loomade ja inimeste rakkudesse, teised (üksikud) on seotud geneetilise materjali ülekandmisega rakust rakku.
Mükoplasma
Mükoplasmad on rakud, millel ei ole rakuseina, kuid mida ümbritseb kolmekihiline lipoproteiini tsütoplasmaatiline membraan. Mükoplasmad võivad olla sfäärilised, ovaalsed, niitide ja tähtede kujul. Mükoplasmad, vastavalt Berga klassifikatsioonile, on eraldatud eraldi rühma. Tänapäeval pööratakse üha enam tähelepanu nendele mikroorganismidele kui põletikuliste haiguste tekitajatele. Nende suurused on erinevad: mõnest mikromeetrist kuni 125-150 nm-ni. Väikesed mükoplasmad läbivad bakterifiltreid ja neid nimetatakse filtreeritavateks vormideks.
Spirochetes
Spiroheedid (vt joon. 52) (Lat. Speira - painutus, chaite - karv) on õhukesed, keerdunud, liikuvad ainuraksed organismid, mille pikkus on 5-500 mikronit ja laius 0,3-0,75 mikronit. Lihtsaima puhul on need seotud liikumismeetodiga, vähendades sisemist aksiaalset hõõgniidi, mis koosneb fibrillide kimbust. Spiroheetide liikumise olemus on erinev: translatsiooniline, pöörlev, painduv, laineline. Ülejäänud rakustruktuur on tüüpiline bakteritele. Mõned spiroheedid on aniliinvärvidega nõrgalt määrdunud. Spirochetes jaotatakse niidirullide arvu ja kuju ning selle otsa järgi perekondadeks. Lisaks looduses ja inimkehas levinud saprofüütsetele vormidele on spiroheetide hulgas ka patogeene - süüfilise ja muude haiguste tekitajaid.
Rickettsia
Viirused
Otsige saidilt.
Teadlaste sõnul on bakterid üle 3,5 miljardi aasta vanad. Need eksisteerisid Maal ammu enne kõrgelt organiseeritud organismide ilmumist. Olles elu alguse juures, said bakteriorganismid prokarüootsele tüübile vastava elementaarse struktuuri, mida iseloomustab moodustunud tuuma ja tuumaümbrise puudumine. Üks tegureid, mis mõjutas nende bioloogiliste omaduste kujunemist, on bakterite membraan (rakusein).
Bakteri seinal on mitu põhifunktsiooni:
Teatud tüüpi bakteritel on välimine kapsel, mis on vastupidav ja aitab säilitada mikroorganismi terviklikkust pikka aega. Sel juhul on bakterites olev membraan tsütoplasma ja kapsli vahepealne vorm. Mõnede bakterite (näiteks leukonostoki) eripära on see, et nad ümbritsevad ühte kapslisse mitu rakku. Seda nimetatakse zoogeeliks.
Kapsli keemilist koostist iseloomustab polüsahhariidide ja suures koguses vett. Kapsel võib võimaldada ka bakteritel kinnituda konkreetse objekti külge.
Selle assimilatsiooniaste bakterite poolt sõltub sellest, kui kergesti aine läbi membraani tungib. Pika ahelaosaga molekulid, mis on vastupidavad biolagunemisele, tungivad tõenäolisemalt läbi.
Bakterite membraan koosneb lipopolüsahhariididest, valkudest, lipoproteiinidest, teikhoehapetest. Põhikomponent on mureiin (peptidoglükaan).
Rakuseina paksus võib varieeruda ja ulatuda 80 nm-ni. Pind ei ole tahke, sellel on erineva läbimõõduga poorid, mille kaudu mikroob saab toitaineid ja väljutab oma jääkaineid.
Välisseina olulisusest annab tunnistust selle märkimisväärne kaal – see võib kõikuda 10–50% kogu bakteri kuivmassist. Tsütoplasma võib paisuda, muutes bakterite välist reljeefi.
Ülevalt võib kesta katta ripsmetega või sellel paikneda lipukesed, mis koosnevad flagelliinist, spetsiifilisest valgulisest ainest. Bakterimembraanile kinnitamiseks on lippudel spetsiaalsed struktuurid - lamedad kettad. Ühe flagellumiga baktereid nimetatakse monotriksideks, kahega - amfitrichideks, kimpudega - lophotrichideks, paljude kimpudega - peritrichideks. Mikroorganisme, millel pole flagellat, nimetatakse atrichiaks.
Rakumembraanil on sisemine osa, mis hakkab moodustuma pärast rakukasvu lõppemist. Erinevalt välistingimustest sisaldab see palju vähem vett ning sellel on suurem elastsus ja tugevus.
Mikroorganismide seinte sünteesiprotsess algab bakterite sees. Selleks on sellel polüsahhariidkomplekside võrgustik, mis vahelduvad teatud järjestuses (atsetüülglükoosamiin ja atsetüülmuraamhape) ja on omavahel seotud tugevate peptiidsidemetega. Seina monteerimine toimub väljaspool, plasmamembraanil, kus asub kest.
Kuna bakteril ei ole tuuma, pole tal ka tuumaümbrist.
Ümbrik on plekimata õhuke struktuur, mida pole isegi näha ilma rakkude spetsiaalse värvimiseta. Selleks kasutatakse plasmolüüsi ja pimendatud vaatevälja.
Raku üksikasjaliku struktuuri uurimiseks 1884. aastal pakkus Christian Gram välja selle värvimiseks spetsiaalse viisi, mis sai hiljem tema järgi nime. Gramvärvimine jagab kõik mikroorganismid grampositiivseteks ja gramnegatiivseteks. Igal liigil on oma biokeemilised ja bioloogilised omadused. Erinev värvus on tingitud ka rakuseina struktuurist:
Inimesele kahjutute grampositiivsete mikroobide erikaal on palju suurem kui gramnegatiivsetel. Praeguseks on klassifitseeritud kolm gramnegatiivsete mikroorganismide rühma, mis põhjustavad inimestel haigusi:
Bakteri seina ja tsütoplasmaatilise membraani vahel on periplasmaatiline ruum, mis koosneb ensüümidest. See komponent on kohustuslik struktuur, see moodustab 10-12% bakterite kuivmassist. Kui membraan mingil põhjusel kokku kukub, siis rakk sureb. Geneetiline informatsioon asub otse tsütoplasmas, mitte eraldatud sellest tuumaümbrisega.
Olenemata sellest, kas mikroob on grampositiivne või gramnegatiivne, on ta mikroorganismi osmootne barjäär, orgaaniliste ja anorgaaniliste molekulide transportija sügavale rakku. Samuti on tõestatud periplasma kindel roll mikroorganismi kasvus.
Vaatamata nende näilisele lihtsusele on bakteritel hästi arenenud rakustruktuur, mis vastutab paljude nende ainulaadsete bioloogiliste omaduste eest. Paljud struktuuridetailid on unikaalsed bakteritele ja neid ei leidu arheide ega eukarüootide seas. Vaatamata bakterite suhtelisele lihtsusele ja üksikute tüvede kasvatamise lihtsusele ei saa aga paljusid baktereid laboritingimustes kasvatada ning nende struktuurid on sageli uurimiseks liiga väikesed. Seetõttu, kuigi mõned bakteriraku struktuuri põhimõtted on hästi uuritud ja kehtivad isegi teiste organismide puhul, on enamik bakterite ainulaadsetest omadustest ja struktuuridest endiselt teadmata.
Enamik baktereid on kas kerakujulised, nn coca (kreeka sõnast kókkos- tera või marja) või vardakujuline, nn batsillid (ladina sõnast batsill- kepp). Mõned pulgakujulised bakterid (vibriod) on kergelt painutatud, teised aga moodustavad spiraalseid lokke (spiroheete). Kogu selle bakterivormide mitmekesisuse määrab nende rakuseina ja tsütoskeleti struktuur. Need vormid on bakterite toimimiseks olulised, kuna need võivad häirida bakterite võimet saada toitaineid, kinnituda pindadele, liikuda ja põgeneda röövloomade eest.
Bakterid võivad olla väga erineva kuju ja suurusega (või morfoloogiaga). Suuruselt on bakterirakud tavaliselt eukarüootsetest rakkudest 10 korda väiksemad, oma suurimas suuruses muidugi vaid 0,5-5,0 mikronit, kuigi hiiglaslikud bakterid nagu nt. Thiomargarita namibiensis ja Epulopiscium fishelsoni, võib kasvada kuni 0,5 mm suuruseks ja olla palja silmaga nähtav. Väikseimad vabalt elavad bakterid on mükoplasmad, perekonna liikmed mükoplasma, vaid 0,3 µm pikk, mis on ligikaudu suurimate viiruste suurus.
Väike suurus on bakterite jaoks oluline, kuna selle tulemuseks on suur pindala ja mahu suhe, see aitab kaasa toitainete kiirele transpordile ja jäätmete vabanemisele. Madala pindala ja mahu suhe seevastu piirab mikroobi ainevahetuse kiirust. Suurte rakkude olemasolu põhjus pole teada, kuigi tundub, et suurt mahtu kasutatakse eelkõige täiendavate toitainete säilitamiseks. Siiski on ka kõige väiksema suurusega vabalt elavad bakterid. Teoreetiliste arvutuste kohaselt muutub sfääriline rakk läbimõõduga alla 0,15-0,20 mikroni iseseisvaks paljunemiseks võimetuks, kuna see ei mahu füüsiliselt piisavas koguses kõigi vajalike biopolümeeride ja struktuuridega. Nanobakterid (ja sarnased nanoobid ja ultramikrobakterid), väiksem kui "lubatud" suurus, kuigi selliste bakterite olemasolu on endiselt küsitav. Erinevalt viirustest on nad võimelised iseseisvalt kasvama ja paljunema, kuid vajavad mitmeid toitaineid, mida nad ei suuda peremeesrakust sünteesida.
Nagu teisteski organismides, tagab bakteri rakusein raku struktuurse terviklikkuse. Prokarüootidel on rakuseina esmane ülesanne kaitsta rakku sisemise turgoori eest, mis on põhjustatud palju suurematest valkude ja muude molekulide kontsentratsioonidest rakus, võrreldes rakuseinaga. Bakteri rakusein erineb kõigi teiste organismide seinast peptidoglükaani (N-atsetüülglükoosamiini ja N-atsetomuramhappe roll) olemasolu poolest, mis asub vahetult väljaspool tsütoplasma membraani. Peptidoglükaan vastutab bakteriraku seina jäikuse ja osaliselt ka raku kuju määramise eest. See on suhteliselt poorne ega takista väikeste molekulide läbitungimist. Enamikul bakteritel on rakuseinad (mõne erandiga, nagu mükoplasma ja sellega seotud bakterid), kuid mitte kõigil rakuseinatel on sama struktuur. Bakteriraku seinad on kahte peamist tüüpi, grampositiivsed ja gramnegatiivsed bakterid, mida eristab Gram-värvimine.
Grampositiivsete bakterite rakuseina iseloomustab väga paks peptidoglükaani kiht, mis vastutab emajuurviolettvärvi kadumise eest Grami värvimisprotseduuri käigus. Sellist seina leidub eranditult organismides, mis kuuluvad tüüpidesse Actinobacteria (või grampositiivsed bakterid, mille G + C sisaldus on kõrge) ja Firmicutes (või grampositiivsed bakterid, mille G + C sisaldus on madal). Deinococcus-Thermuse rühma bakterid võivad Grami järgi samuti positiivselt värvuda, kuid sisaldavad mõningaid gramnegatiivsetele organismidele omaseid rakuseina struktuure. Grampositiivsete bakterite rakuseinas on polüalkoholid, mida nimetatakse tehoiinhappeks, millest osa on seotud lipiididega, moodustades lipotehhoevic happe. Kuna lipotehoevic happed seonduvad kovalentselt lipiididega tsütoplasmaatilises membraanis, vastutavad nad peptidoglükaani sidumise eest membraaniga. Tehohape tagab grampositiivsetele bakteritele positiivse elektrilise efekti tänu fosfodiestersetele sidemetele tehoiinhappe monomeeride vahel.
Erinevalt grampositiivsetest bakteritest sisaldavad gramnegatiivsed bakterid väga õhukest peptidoglükaani kihti, mis vastutab selle eest, et rakuseinad ei suuda Grami värvimisprotseduuri ajal kristallvioletset värvainet sisaldada. Lisaks peptidoglükaanikihile on gramnegatiivsetel bakteritel teine, nn välimine membraan, mis asub väljaspool rakuseina ja koondab oma välisküljele fosfolipiide ja lipopolüsahhariide. Negatiivse laenguga lipopolüsahhariid annab rakule ka negatiivse elektrilaengu. Keemiline struktuur Välismembraani lipopolüsahhariid on sageli unikaalne üksikutele bakteritüvedele ja vastutab sageli antigeenide reaktsiooni eest nende tüvede esindajatega.
Nagu iga kahekordne fosfolipiidide kiht, on välismembraan piisavalt läbimatu kõigile laetud molekulidele. Siiski võimaldavad välismembraanis olevad valgukanalid (plunge) paljude ioonide, suhkrute ja aminohapete passiivset transporti läbi välismembraani. Seega esinevad need molekulid periplasmaatilises, välimise ja tsütoplasmaatilise membraani vahelises kihis. Periplasmaatiline kiht sisaldab peptidoglükaani kihti ja palju valke, mis vastutavad hüdrolüüsi ja ekstratsellulaarsete signaalide vastuvõtmise eest. Seal on kirjas, et perivlasma on geelitaoline, mitte vedel, kuna sisaldab oma kõrget valgu- ja peptidoglükaanisisaldust. Periplasmast pärinevad signaalid ja elu andvad ained sisenevad raku tsütoplasmasse, kasutades tsütoplasmaatilises membraanis olevaid transportvalke.
Bakterite tsüoplasmaatiline membraan koosneb kahekordsest fosfolipiidide kihist ja seetõttu on tal kõik tsütoplasmaatilise membraani ühised funktsioonid, toimides enamiku molekulide läbilaskvusbarjäärina ja ümbritsedes transportvalke, mis reguleerivad molekulide transporti rakkudesse. Lisaks nendele funktsioonidele toimuvad energiatsükli reaktsioonid ka bakterite tsütoplasma membraanidel. Erinevalt eukarüootidest ei sisalda bakterite membraanid (mõnede eranditega, näiteks mükoplasmades ja metanotroofides) üldiselt steroole. Paljud bakterid sisaldavad aga struktuurilt sarnaseid ühendeid, mida nimetatakse hopanoidideks ja mis tõenäoliselt täidavad sama funktsiooni. Erinevalt eukarüootidest võib bakterite membraanides olla väga erinevaid rasvhappeid. Koos tüüpiliste küllastunud ja küllastumata rasvhapetega võivad bakterid sisaldada rasvhappeid koos täiendavate metüül-, hüdroksü- või isegi tsükliliste rühmadega. Bakter saab reguleerida nende rasvhapete suhtelisi proportsioone, et säilitada membraani optimaalne voolavus (näiteks temperatuurimuutustega).
Villi ja fimbria (pili, fimbriae)- bakterite pinnastruktuurid on struktuurilt idamaised. Alguses võeti need mõisted kasutusele eraldi, kuid nüüd on sellised struktuurid klassifitseeritud I, IV tüüpi ja suguelundite villideks, kuid paljud teised liigid jäävad klassifitseerimata.
Seksuaalvillid on väga pikad (5-20 mikronit) ja neid leidub bakterirakul vähesel hulgal. Neid kasutatakse DNA vahetamiseks bakterite konjugatsioonis.
I tüüpi villid või fimbriad on lühikesed (1-5 mikronit), ulatuvad välismembraanist mitmes suunas, on torukujulised, esinevad Proteobacteria tüüpi jäsemetes. Neid villi kasutatakse tavaliselt pinna kinnitamiseks.
IV tüüpi villid või fimbriad on keskmise pikkusega (umbes 5 mikronit), paiknevad bakterite poolustel. IV tüüpi villid aitavad kinnituda pindadele (nt biokile moodustumise ajal) või muude rakkude külge (nt loomarakud patogeneesi ajal)). Mõned bakterid (nt Myxococcus) kasutavad liikumismehhanismina IV tüüpi villi.
Pinnal, väljaspool peptidiglükaani kihti või välismembraani, paikneb sageli valgu S-kiht. Kuigi selle kihi funktsioon pole täielikult mõistetav, arvatakse, et see kiht pakub rakupinnale keemilist ja füüsilist kaitset ning võib toimida makromolekulaarse barjäärina. Samuti arvatakse, et S-kihtidel võib olla muid funktsioone, näiteks võivad nad toimida patogeensuse teguritena Kampülobakter ja sisaldavad väliseid ensüüme Bacillus stearothermophilus.
Paljud bakterid eritavad rakuväliseid polümeere väljaspool oma rakuseinu. Need polümeerid koosnevad tavaliselt polüsahhariididest ja mõnikord ka valkudest. Kapslid on suhteliselt mitteläbilaskvad struktuurid, mida ei saa värvida paljude värvainetega. Tavaliselt kasutatakse neid bakterite kleepimiseks teistele rakkudele või elututele pindadele biokile moodustamisel. Neil on erinev struktuur rakuliste polümeeride korrastamata limaskestast kuni kõrge struktuuriga membraankapsliteni. Mõnikord on need struktuurid seotud rakkude kaitsmisega eukarüootsete rakkude, näiteks makrofaagide, imendumise eest. Samuti on lima sekretsioonil signaalfunktsioon aeglaselt liikuvatele bakteritele ja võib-olla kasutatakse seda otse bakterite liikumiseks.
Võib-olla on bakteriraku kõige kergemini äratuntavad rakuvälised struktuurid lipukesed. Bakteriaalsed lipud on niitjad struktuurid, mis pöörlevad aktiivselt ümber oma telje, kasutades lipumootorit ja vastutavad paljude bakterite liikumise eest vedelas keskkonnas. Lipu asukoht sõltub bakterite tüübist ja seda on mitut tüüpi. Raku flagellad on keerulised struktuurid, mis koosnevad paljudest valkudest. Filament ise koosneb flagelliinist (FlaA), mis moodustab torukujulise hõõgniidi. Basaalmootor on suur valgukompleks, mis ümbritseb rakuseina ja mõlemad membraanid (kui need on olemas), moodustades pöörleva mootori. Seda mootorit juhib tsütoplasmaatilise membraani läbiv elektripotentsiaal.
Lisaks paiknevad tsütoplasmaatilises membraanis ja rakumembraanis spetsiaalsed sekretsioonisüsteemid, mille struktuur sõltub bakterite tüübist.
Võrreldes eukarüootidega on bakteriraku rakusisene struktuur mõnevõrra lihtsam. Bakterid ei sisalda peaaegu üldse membraaniorganelle, nagu eukarüootid.Muidugi on kromosoom ja ribosoomid ainsad kergesti nähtavad rakusisesed struktuurid, mida leidub kõikides bakterites. Kuigi mõned bakterirühmad sisaldavad keerulisi spetsiaalseid intratsellulaarseid struktuure, käsitletakse mõnda neist allpool.
Kogu bakteriraku sisemust sisemembraanis nimetatakse tsütoplasmaks. Tsütoplasma homogeenset fraktsiooni, mis sisaldab lahustuvat RNA-d, valke, metaboolsete reaktsioonide saadusi ja substraate, nimetatakse tsütosooliks. Tsütoplasma teist osa esindavad mitmesugused struktuurielemendid, sealhulgas kromosoom, ribosoomid, bakteriaalne tsütoskelett ja teised. Kuni viimase ajani arvati, et bakteritel ei ole tsütoskeletti, kuid nüüd on bakterid leidnud igat tüüpi eukarüootsete filamentide ortoloogid või isegi homoloogid: mikrotuubulid (FtsZ), aktiin (MreB ja ParM) ja vahefilamentid (Crescentin). Tsütoskeletil on palju funktsioone, mis sageli vastutavad raku kuju ja rakusisese transpordi eest.
Erinevalt eukarüootidest ei asu bakterikromosoom membraaniga piiratud tuuma sisemises osas, vaid paikneb tsütoplasmas. See tähendab, et rakulise teabe edastamine translatsiooni, transkriptsiooni ja replikatsiooni protsesside kaudu toimub samas sektsioonis ja selle komponendid võivad suhelda tsütoplasma teiste struktuuridega, eriti ribosoomidega. Pakendamata bakterikromosoom kasutab histoone nagu eukarüoote, kuid eksisteerib selle asemel kompaktses ülikeritud struktuuris, mida nimetatakse nukleoidiks. Bakterite kromosoomid ise on ringikujulised, kuigi on ka näiteid lineaarsetest kromosoomidest (näiteks Borrelia burgdorferi). Koos kromosomaalse DNA-ga sisaldab enamik baktereid ka väikeseid sõltumatuid DNA tükke, mida nimetatakse plasmiidideks ja mis sageli kodeerivad üksikuid valke, mis on peremeesbakterile kasulikud, kuid mitte hädavajalikud. Bakterid võivad plasmiide kergesti omandada või kaotada ning neid saab horisontaalse geeniülekande vormina bakterite vahel üle kanda.
Enamikus bakterites on ribosoomi arvukad intratsellulaarsed struktuurid kõigi elusorganismide valgusünteesi koht. Bakterite ribosoomid on samuti mõnevõrra erinevad eukarüootide ja arheide ribosoomidest ning nende settimiskonstant on 70S (erinevalt 80S-st eukarüootides). Kuigi ribosoomid on bakterites kõige levinum intratsellulaarne valgukompleks, on mõnikord elektronmikroskoopia abil täheldatud ka teisi suuri komplekse, kuigi enamasti pole nende eesmärk teada.
Üks peamisi erinevusi bakteriraku ja eukarüootse raku vahel on tuumamembraani puudumine ja sageli membraanide puudumine tsütoplasmas. Paljud olulised biokeemilised reaktsioonid, näiteks energiatsükli reaktsioonid, toimuvad ioongradientide kaudu läbi membraanide, luues potentsiaalse erinevuse nagu aku. Sisemembraanide puudumine bakterites tähendab, et need reaktsioonid, nagu elektronide ülekanne elektronide transpordiahela reaktsioonides, toimuvad läbi tsütoplasmaatilise membraani, tsütoplasma ja periplasma vahel. Mõnedes fotosünteetilistes bakterites on aga välja arenenud tsütoplasmast pärinevate fotosünteetiliste membraanide võrgustik. Purpursetes bakterites (näiteks Rhodobacter) neil säilis ühendus tsütoplasmaatilise membraaniga, seda on lihtne tuvastada elektronmikroskoobi all olevatel lõigetel, kuid sinivetikate puhul on see seos kas raskesti tekkiv või evolutsiooni käigus kaob.
Mõned bakterid moodustavad rakusiseseid graanuleid, et säilitada toitaineid, nagu glükogeen, polüfosfaat, väävel või polühüdroksüalkanoaadid, võimaldades bakteritel neid toitaineid hilisemaks kasutamiseks säilitada.
Gaasvesiikulid on spindlikujulised struktuurid, mida leidub mõnes planktonibakteris ja mis tagavad nende bakterite rakkudele ujuvuse, vähendades nende üldist tihedust. Need koosnevad valgukestast, mis on väga vett mitteläbilaskev, kuid läbib enamikku gaase. Reguleerides gaasivesiikulites sisalduva gaasi kogust, võivad bakterid suurendada või vähendada oma kogutihedust ja liikuda seega veesambas üles või alla, hoides end kasvuks optimaalses keskkonnas.
Karboksüsoomid on rakusisesed struktuurid, mida leidub paljudes autotroofsetes bakterites, nagu tsüanobakterid, lämmastikubakterid ja nitrobakterid. Need on valgustruktuurid, mis meenutavad morfoloogias viirusosakeste pead ja sisaldavad ensüüme nendes organismides süsinikdioksiidi fikseerimiseks (eriti ribuloos-bisfosfaat-karboksülaas / oksügenaas, RuBisCO ja karboanhüdraas). Arvatakse, et ensüümide kõrge lokaalne kontsentratsioon koos vesinikkarbonaadi kiire muundumisega süsihappe karboanhüdraasiks võimaldab süsinikdioksiidi kiiremat ja tõhusamat fikseerimist, kui see on tsütoplasmas võimalik.
On teada, et sellised struktuurid sisaldavad koensüümi B12 sisaldavat glütserooldehüdrataasi, mis on võtmeensüüm glütserooli kääritamisel 1,3-propaandiooliks mõnes Enterobacteriaceae perekonna liikmes (näiteks Salmonella).
Tuntud klassi bakterite membraanorganellid, mis meenutavad rohkem eukarüootseid organelle, kuid võivad olla seotud ka tsütoplasmaatilise membraaniga, on magnetosoomid, mis esinevad magnetotaktilistes bakterites.
Bakterite osalusel saadakse fermenteeritud piimatooted (keefirjuustud) otsoothape. Teatud bakterirühmi kasutatakse antibiootikumide ja vitamiinide valmistamiseks. Kasutatakse kapsa marineerimiseks ja naha parkimiseks. Ja põllumajanduses kasutatakse baktereid rohelise loomasööda tootmiseks ja ladustamiseks.
Bakterid võivad toitu rikkuda. Toodetesse settides toodavad nad mürgiseid aineid nii inimesele kui ka loomadele.Kui seerumit EI OLE õigel ajal peale kanda ja ravimid on mürgitatud, võib inimene surra! Seetõttu peske köögi- ja puuviljad kindlasti enne kasutamist!
Mõned bakterid, nagu Firmicutes, on võimelised moodustama endospoore, võimaldades neil taluda äärmuslikke keskkonna- ja keemilisi tingimusi (nt grampositiivsed). Bacillus, Anaerobakter, Heliobacterium ja Clostridium). Peaaegu kõigil juhtudel moodustub üks endospora, seega pole see siiski paljunemisprotsess Anaerobakterid võib moodustada kuni seitse endospoori raku kohta. Endospooridel on keskne tuum, mis koosneb DNA-d ja ribosoome sisaldavast tsütoplasmast, mis on ümbritsetud korgikihiga ning mida kaitseb läbitungimatu ja jäik membraan. Endospoorid ei näita ainevahetust ja taluvad äärmuslikku füüsikalist ja keemilist survet, nagu kõrge ultraviolettkiirguse tase, gammakiirgus, pesuvahendid, desinfektsioonivahendid, kuumus, surve ja kuivatamine. Sellises passiivses olekus võivad need organismid mõnel juhul jääda elujõuliseks miljoneid aastaid ja ellu jääda isegi kosmoses. Endospoorid võivad põhjustada haigusi, näiteks siberi katku võib põhjustada endospooride sissehingamine Bacillus anthracis.
Metaani oksüdeerivad bakterid perekonnas Methylosinus moodustavad ka kuivamisele vastupidavaid eoseid, nn eksospoorid, sest need tekivad raku otsas pungudes. Eksospoorid ei sisalda diaminopikoliinhapet, mis on endospooridele iseloomulik komponent. Tsüstid on teised mitteaktiivsed paksuseinalised struktuurid, mille moodustavad perekonna liikmed Azotobakter, Bdellovibrio (bdelotsüstid), ja müksokokk (miksospoorid). Need on vastupidavad kuivamisele ja muudele ohtudele, kuid vähemal määral kui endopoorid. Kui tsüstid moodustavad esindajad Azotobakter, rakkude jagunemine lõpeb paksu mitmekihilise seina ja rakku ümbritseva kesta moodustumisega. Filamentsed aktinobakterid moodustavad kahe kategooria paljunemisvõimelisi eoseid: konditsioneerid, mis on filamentmütseelist moodustunud eoste ahelad ja eostepoorid, mis moodustatakse spetsiaalsetes kottides, sporangiumid.
Kaasaegse teaduse seisukohalt on prokarüootidel primitiivne struktuur. Kuid just see "lihtsus" aitab neil ellu jääda ka kõige ootamatumates tingimustes. Näiteks vesiniksulfiidi allikates või tuumakatsetuskohtades. Teadlased on välja arvutanud, et kõigi maapealsete mikroorganismide kogumass on 550 miljardit tonni.
Bakterid on üherakulised... See aga ei tähenda, et bakterirakud jääksid loomade või taimede rakkudest maha. Mikrobioloogial on juba teadmised sadade tuhandete mikroobiliikide kohta. Sellegipoolest avastavad teaduse esindajad nendest iga päev uusi tüüpe ja jooni.
Pole ime, et Maa pinna täielikuks arenguks peavad mikroorganismid võtma erinevaid vorme:
Bakterite suurust mõõdetakse nanomeetrites ja mikromeetrites. Nende keskmine väärtus on 0,8 mikronit. 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 vähe ja ulatuvad 0,1-0,15 mikronini.
Tasub öelda, et hiidbakterid ei jää keskkonnas nii kergesti ellu. Neil on raske leida piisavalt toitaineid, et oma ülesannet edukalt täita. Kuid teisest küljest pole nad kerge saak bakteritele-kiskjatele, kes toituvad oma kolleegidest - üherakulistest mikroorganismidest, "ringi voolavad" ja söövad.
Ebasoodsates keskkonnatingimustes moodustavad bakterid kapsli. Mikrokapsel sobib tihedalt vastu seina. Seda saab näha ainult elektronmikroskoobiga. Makrokapsli moodustavad sageli patogeensed mikroobid (pneumokokid). Klebsiella kopsupõletiku korral leitakse makrokapsel alati.
Kapslilaadne membraan on rakuseinaga lõdvalt seotud moodustis. Tänu bakteriaalsetele ensüümidele on kapslitaoline kest kaetud väliskeskkonna süsivesikutega (eksopolüsahhariididega), mis tagab erinevate, ka täiesti siledate pindadega bakterite nakkumise. Näiteks inimkehasse sisenevad streptokokid on võimelised kleepuma hammaste ja südameklappide külge.
Kapsli funktsioonid on mitmekesised:
Need pakuvad keelekümblust ja tõusu. Mullas liigub bakterirakk mööda mullakanaleid.
Kogu raku sisu, välja arvatud tuum ja rakusein, 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 struktuurist.
Bakterite protoplasti välimist lipoproteiinikihti, millel on erilised füüsikalised ja keemilised omadused, nimetatakse tsütoplasmaatiliseks membraaniks. Kõik elutähtsad struktuurid ja organellid asuvad tsütoplasmas. Tsütoplasmaatilisel membraanil on väga oluline roll – see reguleerib ainete sisenemist rakku ja ainevahetusproduktide väljumist väljapoole. Läbi membraani saavad toitained rakku siseneda aktiivse biokeemilise protsessi tulemusena, milles osalevad ensüümid.
Lisaks toimub membraanis mõnede raku koostisosade, peamiselt rakuseina ja kapsli komponentide süntees. Lõpuks sisaldab tsütoplasmaatiline membraan kõige olulisemaid ensüüme (bioloogilised katalüsaatorid). Ensüümide järjestatud paigutus membraanidel võimaldab reguleerida nende aktiivsust ja vältida mõne ensüümi hävitamist teiste poolt. Ribosoomid on seotud membraaniga – struktuursed osakesed, millel sünteesitakse valku. Membraan koosneb lipoproteiinidest. See on piisavalt tugev ja suudab tagada raku ajutise eksisteerimise ilma kestata. Tsütoplasmaatiline membraan moodustab kuni 20% raku kuivmassist.
Bakterite õhukeste lõikude elektroonilistel fotodel näib tsütoplasmaatiline membraan umbes 75 A paksuse pideva ahelana, mis koosneb heledast kihist (lipiidid), mis on suletud kahe tumedama (valgu) vahele. Iga kiht on 20-30A lai. Sellist membraani nimetatakse elementaarseks.
Bakterirakkude tsütoplasma sisaldab sageli erineva kuju ja suurusega graanuleid. Kuid nende olemasolu ei saa pidada mingisuguseks püsivaks märgiks mikroorganismist, tavaliselt on see suuresti seotud keskkonna füüsikaliste ja keemiliste tingimustega.
Paljud tsütoplasmaatilised inklusioonid koosnevad ühenditest, mis toimivad energia- ja süsinikuallikana. Need säilitusained tekivad siis, kui keha on varustatud piisavate toitainetega, ja vastupidi, kasutatakse siis, kui organism asetatakse toitumise seisukohalt ebasoodsamatesse tingimustesse.
Paljudes bakterites koosnevad graanulid tärklisest või muudest polüsahhariididest – glükogeenist ja granuloosist. Mõnel bakteril, kui neid kasvatatakse suhkrurikkas keskkonnas, leidub rakus rasvapiisku. Teine laialt levinud granuleeritud inklusioonide tüüp on volutiin (metakromatiini graanulid). Need graanulid koosnevad polümetafosfaadist (fosforhappe jääke sisaldav säilitusaine). Polümetafosfaat on keha jaoks fosfaatrühmade ja energia allikas. Ebatavalistes toitumistingimustes, näiteks väävlivabas keskkonnas, kogunevad bakterid tõenäolisemalt volutiini. Mõnede väävlibakterite tsütoplasmas leidub väävlipiisku.
Plasmamembraani ja rakuseina vahel on ühendus desmooside – sildade kujul. Tsütoplasmaatiline membraan annab sageli intussusseptsiooni - invaginatsiooni rakku. Need invaginatsioonid moodustavad tsütoplasmas spetsiaalsed membraanstruktuurid, mida nimetatakse mesosoomideks.
Teatud tüüpi mesosoomid on kehad, mis on tsütoplasmast eraldatud omaenda membraaniga. Sellistesse membraanikottidesse on pakitud arvukalt vesiikuleid ja torukesi. Need struktuurid täidavad bakterites mitmesuguseid funktsioone. Mõned neist struktuuridest on mitokondriaalsed analoogid.
Teised täidavad endoplasmaatilise retikulumi või Golgi aparaadi funktsioone. Bakterite fotosünteesiaparaat moodustub ka tsütoplasmaatilise membraani invagineerimisel. Pärast tsütoplasma sissetungimist jätkab membraan kasvamist ja moodustab virnad, mida analoogselt taimede kloroplasti graanulitega nimetatakse tülakoidi virnadeks. Nendes membraanides, mis sageli täidavad suurema osa bakteriraku tsütoplasmast, paiknevad fotosünteesi protsessi teostavad pigmendid (bakterioklorofüll, karotenoidid) ja ensüümid (tsütokroomid).
Bakteritel ei ole sellist tuuma nagu kõrgematel organismidel (eukarüootidel), kuid on olemas selle analoog - "tuumaekvivalent" - nukleoid, mis on tuumaaine evolutsiooniliselt primitiivsem organiseerimisvorm. See koosneb ühest rõngasse suletud kaheahelalisest DNA ahelast pikkusega 1,1–1,6 nm, mida peetakse üheks bakteriaalseks kromosoomiks ehk genofooriks. Prokarüootides olev nukleoid ei ole ülejäänud rakust membraaniga eraldatud – sellel puudub tuumaümbris.
Nukleoidi struktuur sisaldab RNA polümeraasi, aluselisi valke ja histoone pole; kromosoom on fikseeritud tsütoplasmaatilisel membraanil ja grampositiivsete bakterite puhul - mesosoomidel. Bakteri kromosoom replitseerub polükonservatiivsel viisil: vanem-DNA kaksikheeliks kerib lahti ja iga polünukleotiidahela matriitsile koguneb uus komplementaarne ahel. Nukleoidil puudub mitootiline aparaat ja tütartuumade lahknemise tagab tsütoplasmaatilise membraani kasv.
Bakterituum on diferentseeritud struktuur. Sõltuvalt raku arenguastmest 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 leiti paljude bakterite rakkudest kromosomaalseid geneetilisi elemente - plasmiide, mida esindavad väikesed ringikujulised autonoomseks replikatsiooniks võimelised DNA molekulid.
Plasmiidid on iseseisvad, keerdunud kaheahelalised DNA molekulid. 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 kongis 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. Lisaks ühinevad nad sageli kokku, moodustades agregaate, mida nimetatakse polüribosoomideks või polüsoomideks.
Inklusioonid on tuuma- ja mittetuumarakkude ainevahetusproduktid. Need esindavad toitainete pakkumist: glükogeen, tärklis, väävel, polüfosfaat (valutiin) jne. Sageli omandavad kandmised värvimisel erineva välimuse kui värvaine värv. Väärtusi saab kasutada difteeriabatsilli diagnoosimiseks.
Kuna bakter on prokarüootne mikroorganism, puuduvad bakterirakkudes alati paljud organellid, mis on omased eukarüootsetele organismidele:
Samuti tasub meeles pidada, et bakteritel ei ole rakuseina, mistõttu ei saa sellised protsessid nagu pinotsütoos ja fagotsütoos toimuda.
Spetsiaalse mikroorganismina on bakterid 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, et taimedes toimub fotosünteesi protsess kloroplastides ja bakterites membraanidel.
Bakterirakus toimub paljunemine kõige primitiivsemal viisil. Küps rakk jaguneb kaheks, nad jõuavad mõne aja pärast küpseks ja see protsess kordub. Soodsates tingimustes võib päevas 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 omased ainult eukarüootsetele rakkudele.
On teada, et eoste moodustumine on üks paljudest seente ja taimede paljunemise viisidest. Kuid bakterid teavad ka eoseid moodustada, mis on omane vähestele nende liikidele. Neil on see võime ellu jääda eriti ebasoodsates tingimustes, mis võivad olla nende elule ohtlikud.
On teada selliseid liike, mis suudavad ellu jääda isegi kosmoses. 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 ümbritseva maailma jaoks on. Nende abiga saavad inimesed võimalikult lähedale vastuse küsimusele elu tekke kohta Maal, uurides pidevalt baktereid ja õppides midagi uut.
Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) on tavaline bakter, mis mõjutab umbes 30 protsenti kõigist inimestest. Mõnel inimesel on see osa mikrobiomist (mikrofloorast) ja seda leidub nii keha sees kui ka nahal või suus. Kuigi on olemas kahjutuid Staphylococcus aureuse tüvesid, põhjustavad teised, nagu metitsilliiniresistentne Staphylococcus aureus, tõsiseid terviseprobleeme, sealhulgas nahainfektsioone, südame-veresoonkonna haigusi, meningiiti ja seedehaigusi.
Vanderbilti ülikooli teadlased leidsid, et stafülokokibakterid eelistavad inimese verd loomaverele. Need bakterid on osa rauast, mida leidub punastes verelibledes leiduvas hemoglobiinis. Staphylococcus aureus lõhub vererakke, et jõuda nende sees oleva rauani. Arvatakse, et hemoglobiini geneetilised variatsioonid võivad muuta mõned inimesed Staphylococcus bakterite suhtes ihaldusväärsemaks kui teised.
Teadlased leidsid, et atmosfääri bakterid võivad mängida rolli vihma ja muude sademete tekkes. See protsess algab siis, kui taimede bakterid puhutakse atmosfääri. Suurel 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 rakumembraanides spetsiaalset valku, mis võimaldab neil ainulaadsel 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 akne. Uurides akne ja terve nahaga inimestelt kogutud Propionibacterium acnes tüvede geene, tuvastasid teadlased tüve, mis oli levinud selgel nahal ja harva aknele kalduval nahal. Tulevased uuringud hõlmavad katseid välja töötada ravim, mis tapab ainult aknet põhjustavad bakteri Propionibacterium acnes tüved.
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.
Arvatakse, et nii bakterid kui ka inimesed toodavad teatud tüüpi valke, mida nimetatakse stressivalkudeks. Need valgud moodustuvad siis, kui rakud kogevad erinevat tüüpi stressitingimusi. 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 eristada bakterite ja keha toodetud stressivalke. Selle tulemusena ründavad immuunsüsteemi rakud ka organismis toodetud stressivalke, mis põhjustab valgete vereliblede kuhjumist arteritesse ja viib ateroskleroosini. Lupjunud süda on peamine südame-veresoonkonna haiguste põhjus.
Kas teadsite, et aias või aiatöös aja veetmine aitab teil paremini õppida? Teadlaste sõnul võib mullabakter Mycobacterium vaccae parandada imetajate õppimist.
Tõenäoliselt satuvad need bakterid meie kehasse allaneelamise või hingamise teel. Teadlaste sõnul parandab bakter Mycobacterium vaccae õppimist, stimuleerides aju neuronite kasvu, mis toob kaasa serotoniini taseme tõusu ja ärevuse vähenemise.
Uuring viidi läbi hiirtega, keda toideti elusate bakteritega Mycobacterium vaccae. Tulemused näitasid, et hiired, kes sõid baktereid, liigutasid labürinti palju kiiremini ja väiksema ärevusega kui hiired, kes baktereid ei söönud. Teadlased viitavad sellele, et Mycobacterium vaccae mängib rolli uute väljakutsete parandamisel ja stressitaseme vähendamisel.
Argonne'i riikliku labori teadlased on leidnud, et bakter Bacillus subtilis on võimeline pöörama väga väikeseid käike. Need bakterid on aeroobsed, mis tähendab, et nad vajavad kasvamiseks ja arenemiseks hapnikku. Kui need asetatakse õhu mikromullidega lahusesse, ujuvad bakterid hammasratta hammastes ja panevad selle kindlas suunas pöörama.
Käigu käivitamiseks on vaja mitusada bakterit, mis töötavad koos. Samuti leiti, et bakterid võivad keerata 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.
