Kada govorimo o bakterijama, često pomislimo na nešto negativno. A ipak o njima znamo vrlo malo. Struktura i vitalna aktivnost bakterija prilično je primitivna, ali, prema pretpostavkama nekih znanstvenika, to su najstariji stanovnici Zemlje, koji već toliko godina nisu nestali niti izumrli. Mnoge vrste takvih mikroorganizama ljudi koriste za svoje dobro, dok su druge uzročnici ozbiljnih bolesti, pa čak i epidemija. Ali šteta nekih bakterija ponekad nije razmjerna dobrobiti drugih. Razgovarajmo o ovim nevjerojatnim mikroorganizmima i upoznajmo se s njihovom strukturom, fiziologijom i klasifikacijom.
To su nenuklearni, najčešće jednostanični mikroorganizmi. Njihovo otkriće 1676. godine zasluga je nizozemskog znanstvenika A. Leeuwenhoeka, koji je prvi put vidio sićušne bakterije pod mikroskopskim povećalom. No francuski kemičar i mikrobiolog Louis Pasteur prvi je počeo proučavati njihovu prirodu, fiziologiju i ulogu u ljudskom životu 1850-ih. Struktura bakterija počela se aktivno istraživati pojavom elektronskih mikroskopa. Njegova se stanica sastoji od citoplazmatske membrane, ribosoma i nukleotida. Bakterijska DNK koncentrirana je na jednom mjestu (nukleoplazma) i splet je tankih niti. Citoplazma je odvojena od stanične stijenke citoplazmatskom membranom, sadrži nukleotid, različite membranske sustave i stanične inkluzije. Ribosom bakterija sastoji se od 60% RNK, ostatak je protein. Fotografija ispod prikazuje strukturu salmonele.
Bakterije imaju staničnu strukturu. Stanična stijenka je debela oko 20 nm i, za razliku od viših biljaka, nema fibrilnu strukturu. Čvrstoću mu osigurava posebna navlaka koja se zove torba. Sastoji se uglavnom od polimerne tvari - mureina. Njegove komponente (podjedinice) povezane su određenim slijedom u posebne poliglikanske niti. Zajedno s kratkim peptidima tvore makromolekulu koja nalikuje mreži. Ovo je murein torba.
Ovi mikroorganizmi su sposobni za aktivno kretanje. Provodi se zahvaljujući plazma flagelama, koje imaju spiralnu strukturu. Bakterije se mogu kretati brzinom do 200 mikrona u sekundi i okretati se oko svoje osi 13 puta u sekundi. Sposobnost pomicanja flagela osigurava poseban kontraktilni protein - flagelin (analog miozina u mišićnim stanicama).
Imaju sljedeće dimenzije: duljina - do 20 mikrona, promjer - 10-20 nm. Svaki flagelum polazi od bazalnog tjelešca, koje je uronjeno u membranu bakterijske stanice. Organi za kretanje mogu biti pojedinačni ili raspoređeni u čitave snopove, kao npr. u spirili. Broj flagella može ovisiti o uvjetima okoline. Primjerice, Proteus vulgaris, uz lošu ishranu, ima samo dvije subpolarne bičice, dok ih u normalnim uvjetima razvoja može biti od 2 do 50 u snopovima.
Struktura bakterije (dijagram ispod) je takva da se može prilično aktivno kretati. Kretanje se u većini slučajeva događa guranjem i odvija se uglavnom u tekućem ili vlažnom okruženju. Ovisno o faktoru djelovanja, drugim riječima - vrsti vanjskog podražaja, može biti:
Jedna od tih metoda, bakterije, čije strukturne značajke stanica omogućuju kretanje, mogu stvoriti nakupine na mjestima s optimalnim uvjetima za njihov život. Uz flagele, neke vrste imaju brojne tanje niti – nazivaju se "fimbria" ili "pili", ali njihova funkcija još nije dovoljno shvaćena. Bakterije koje nemaju posebne flagele sposobne su kliziti, međutim, karakterizira ih vrlo mala brzina: oko 250 mikrona u minuti.
Druga mala skupina bakterija su autotrofi. Sposobni su sintetizirati organske tvari iz anorganskih tvari, mogu djelomično asimilirati atmosferski ugljični dioksid i kemotrofi su. Ove bakterije zauzimaju vrlo važno mjesto u ciklusu kemijskih elemenata u prirodi.
Postoje i dvije skupine pravih fototrofa. Strukturne značajke bakterija u ovoj kategoriji su da sadrže tvar (pigment) bakterioklorofil, koja je u prirodi srodna biljnom klorofilu, a budući da im nedostaje fotosustav II, fotosinteza se odvija bez oslobađanja kisika.
Glavni način razmnožavanja je podjela izvorne matične stanice na dva dijela (amitoza). Za oblike koji imaju izduženi oblik, to se uvijek događa okomito na uzdužnu os. U tom slučaju, struktura bakterije prolazi kroz kratkotrajne promjene: od ruba stanice do sredine formira se poprečna pregrada duž koje se potom dijeli majčinski organizam. To objašnjava staro ime kraljevstva - Drobyanka. Nakon diobe stanice mogu ostati povezane u nestabilne, labave lance.
To su karakteristične značajke strukture bakterija nekih vrsta, na primjer, streptokoka.
Drugi način razmnožavanja je sporulacija. Izravno je povezan sa željom za prilagodbom na nepovoljne uvjete i usmjeren je na njihovo doživljavanje. Kod nekih bakterija u obliku štapića spore nastaju endogeno, odnosno unutar stanice. Vrlo su otporne na toplinu i mogu se čuvati čak i uz dugotrajno vrenje. Stvaranje spora počinje raznim kemijskim reakcijama u matičnoj stanici, a oko 75% svih njezinih proteina se razgrađuje. Tada dolazi do podjele. U tom slučaju nastaju dvije stanice kćeri. Jedan od njih (manji) prekriven je debelom ljuskom, koja po volumenu može zauzeti i do 50% - ovo je spor. Ostaje održiv i spreman za klijanje 200-300 godina.
Neke vrste su sposobne za spolno razmnožavanje. Taj je proces prvi put otkriven 1946. godine, kada je proučavana stanična struktura bakterije Escherichia coli. Pokazalo se da je djelomični prijenos genetskog materijala moguć. Odnosno, fragmenti DNA se prenose iz jedne stanice (donora) u drugu (primatelja) tijekom konjugacije. To se radi uz pomoć bakteriofaga ili transformacijom.
Struktura bakterije i značajke njezine fiziologije su takve da se u idealnim uvjetima proces podjele odvija stalno i vrlo brzo (svakih 20-30 minuta). Ali u prirodnom okolišu ograničen je raznim čimbenicima (sunčeva svjetlost, hranjivi medij, temperatura itd.).
Klasifikacija ovih mikroorganizama temelji se na različitoj strukturi bakterijske stanične stijenke, koja određuje očuvanje anilinske boje u stanici ili njeno ispiranje. To je otkrio H.K. Gram, a potom su se, u skladu s njegovim imenom, izdvojile dvije velike divizije mikroorganizama o kojima ćemo govoriti u nastavku.
Ovi mikroorganizmi imaju višeslojni mureinski pokrov (30-70% ukupne suhe mase stanične stijenke), zbog čega se anilinska boja ne ispire iz stanica (slika iznad shematski prikazuje strukturu gram-pozitivne bakterije s lijeve strane, a gram-negativni s desne strane). Njihova značajka je da se diaminopimelna kiselina često zamjenjuje lizinom. Sadržaj proteina je znatno manji, a polisaharidi su odsutni ili su povezani kovalentnim vezama. Sve bakterije u ovom odjelu podijeljene su u nekoliko skupina:
U takvim mikroorganizmima mureinska mreža je vrlo tanka, njen udio u suhi masi cijele stanične stijenke je samo 10%, ostalo su lipoproteini, lipopolisaharidi itd. Tvari primljene tijekom bojenja po Gramu lako se ispiru. Po vrsti prehrane, gram-negativne bakterije su fototrofi ili kemotrofi, neke vrste su sposobne za fotosintezu. Razvrstavanje unutar odjela je u procesu formiranja, različite obitelji su objedinjene u 12 skupina, na temelju karakteristika morfologije, metabolizma i drugih čimbenika.
Unatoč svojoj naizgled nevidljivosti, bakterije su od velike važnosti za ljude, pozitivne i negativne. Proizvodnja mnogih namirnica nemoguća je bez sudjelovanja pojedinih predstavnika ovog kraljevstva. Struktura i vitalne funkcije bakterija omogućuju nam primanje mnogih mliječnih proizvoda (sirevi, jogurti, kefir i još mnogo toga). Ovi mikroorganizmi sudjeluju u procesima fermentacije i fermentacije.
Brojne vrste bakterija uzročnici su bolesti životinja i ljudi, kao što su antraks, tetanus, difterija, tuberkuloza, kuga i dr. No, mikroorganizmi su istovremeno uključeni u razne industrijske industrije: genetski inženjering, dobivanje antibiotika, enzima i dr. ostali proteini, umjetna razgradnja otpada (na primjer, metanska probava otpadne vode), obogaćivanje metala. Neke bakterije rastu na supstratima bogatim naftnim derivatima, a to služi kao pokazatelj u potrazi i razvoju novih naslaga.
Glavne razlike između prokariotske (bakterijske) stanice i eukariotske su: odsutnost formirane jezgre (tj. nuklearne membrane), odsutnost intracelularnih membrana, jezgrica, Golgijevog kompleksa, lizosoma, mitohondrija.
Glavne strukture bakterijske stanice su:
Nukleoid - je nasljedni (genetski) materijal bakterijske stanice, predstavljen 1 molekulom DNA, zatvoren u prsten i superzamotan (uvijen u labavu kuglicu). Duljina DNK je oko 1 mm. Količina informacija je oko 1000 gena (osobina). Nukleoid nije odvojen od citoplazme membranom.
Citoplazma je koloid, t.j. vodena otopina proteina, ugljikohidrata. Lipidi, minerali, koji su ribosomi, inkluzije, plazmidi.
Biosinteza proteina odvija se na ribosomima. Ribosomi prokariota razlikuju se od eukariotskih po manjim veličinama (70 S).
Inkluzije su rezervne hranjive tvari bakterijske stanice, kao i nakupine pigmenata. Rezervne hranjive tvari uključuju: granule volutina (anorganski polifosfat), glikogen, granulozu, škrob, kapi masti, nakupine pigmenta, sumpor, kalcij. Inkluzije, u pravilu, nastaju kada se bakterije uzgajaju na bogatim hranjivim podlogama i nestaju tijekom posta.
Stanična membrana – ograničava citoplazmu. Sastoji se od dvostrukog sloja fosfolipida i ugrađenih membranskih proteina. Uz funkciju barijere i transporta, CM imaju ulogu središta metaboličke aktivnosti (za razliku od eukariotske stanice). Membranski proteini odgovorni za prijenos esencijalnih tvari u stanicu nazivaju se permeaze. Na unutarnjoj površini CM-a nalaze se enzimski sklopovi, odnosno uređeni skupovi molekula enzima odgovornih za sintezu nositelja energije - ATP molekula. BM može formirati invaginacije u citoplazmu, koje se nazivaju mezozomi. Postoje dvije vrste mezosoma:
Septalni - formiraju poprečne pregrade tijekom stanične diobe.
Lateralni - služe za povećanje površine BM i povećanje brzine metaboličkih procesa.
Nukleoid, CP i CM tvore protoplast.
Jedno od karakterističnih svojstava bakterija je vrlo visok unutarstanični osmotski tlak (od 5 do 20 atm), koji je rezultat intenzivnog metabolizma. Stoga, radi zaštite od osmotskog šoka, bakterijska stanica je okružena snažnom staničnom stijenkom.
Prema građi stanične stijenke sve se bakterije dijele u 2 skupine: Imaju jednoslojnu staničnu stijenku - Gram-pozitivne. Imaju dvoslojnu staničnu stijenku - Gram-negativne. Imena Gram + i Gram- imaju svoju pretpovijest. 1884. danski mikrobiolog Hans Christian Gram razvio je originalnu metodu za bojenje mikroba, uslijed koje su neke bakterije obojene u plavo (gram +), a druge u crvenu (gram-). Kemijska osnova različitog obojenja bakterija metodom Gram otkrivena je relativno nedavno - prije oko 35 godina. Pokazalo se da G- i G+ bakterije imaju drugačiju strukturu stanične stijenke. Struktura stanične stijenke G+ bakterija. Osnova stanične stijenke G+ bakterija su 2 polimera: peptidoglikan i teihoična kiselina. Peptidoglikan je linearni polimer u kojem se izmjenjuju ostaci muramske kiseline i acetilglukozamina. Tetrapeptid (protein) je kovalentno vezan za muramsku kiselinu. Peptidoglikanski lanci su međusobno povezani putem peptida i tvore snažan okvir – osnovu stanične stijenke. Između peptidoglikanskih niti nalazi se još jedan polimer - teihoične kiseline (glicerol TC i ribitol TC) - polimer polifosfata. Teihoične kiseline pojavljuju se na površini stanične stijenke i glavni su AG-ovi G + bakterija. Osim toga, sastav stanične stijenke G + bakterija uključuje Mg ribonukleat. Stjenka G-bakterija sastoji se od 2 sloja: unutarnji sloj je predstavljen mono- ili dvoslojem peptidoglikana (tanki sloj). Vanjski sloj se sastoji od lipopolisaharida, lipoproteina, proteina, fosfolipida. LPS svih G-bakterija imaju toksična i granična svojstva i nazivaju se endotoksini.
Kada su izložene određenim tvarima, poput penicilina, poremećena je sinteza peptidoglikanskog sloja. U tom slučaju nastaje protoplast od G+ bakterija, a sferoplast od G+ (budući da je očuvan vanjski sloj stanične stijenke).
Pod određenim uvjetima uzgoja, stanice bez stanične stijenke zadržavaju sposobnost rasta i dijeljenja, a takvi oblici se nazivaju L-oblici (prema nazivu Instituta Lister, gdje je ovaj fenomen otkriven). U nekim slučajevima, nakon eliminacije faktora koji inhibira sintezu stanične stijenke, L-oblici se mogu pretvoriti u svoje izvorne oblike.
Mnoge bakterije sintetiziraju mukoznu tvar koja se sastoji od mukopolisaharida, koja se taloži na vanjskoj strani stanične stijenke, okružujući bakterijsku stanicu sluznicom. Ovo je kapsula. Funkcija kapsule je zaštita bakterija od fazne citoze.
Površinske strukture bakterijske stanice.
Organi pričvršćivanja na podlogu (adhezija) - pila (fimbria) ili cilija. Počinju od stanične membrane. Sastoji se od proteina pilina. Broj pila može biti do 400 po kvadratu.
Organi prijenosa nasljednih informacija - F-drink ili sex-drink. F-pili nastaju samo ako je stanica neparna s plazmidom, jer F-pili proteini kodiraju plazmidnu DNK. Oni su tanka, duga cijev koja se veže za drugu bakterijsku stanicu. Kroz nastali kanal plazmid prelazi u susjednu bakterijsku stanicu.
Organi kretanja - flagele - su spiralne niti. Njihova duljina može premašiti njihov promjer 10 ili više puta. Flagele se sastoje od proteina flagelina. Baza flageluma povezana je sa staničnom membranom preko bazalnog tjelešca. Bazalno tijelo sastoji se od sustava prstenova, koji, rotirajući, prenose rotacijsko kretanje flageluma. Prema položaju flageluma bakterije se dijele na mono-, lofo-, amfi-, peritrihozne.
Bakterije ("štapić" od starogrčkog) predstavljaju kraljevstvo (skupinu) nenuklearnih (prokariotskih) mikroorganizama, u pravilu jednostaničnih. Danas je poznato i opisano oko deset tisuća njihovih vrsta. Znanstvenici procjenjuju da ih ima više od milijun.
Može biti okrugla, uvijena, u obliku štapa. U rijetkim slučajevima postoje kubični, tetraedarski, zvjezdasti, kao i O- ili C-oblici. određuje sposobnosti koje bakterijska stanica posjeduje. Na primjer, ovisno o obliku, mikroorganizmi imaju jedan ili drugi stupanj mobilnosti, sposobnost pričvršćivanja na površinu, na ovaj ili onaj način da apsorbiraju hranjive spojeve.
Bakterijska stanica uključuje tri obvezne strukture: citoplazmatsku membranu, ribosome i nukleoid.
Postoji nekoliko slojeva s vanjske strane membrane. Konkretno, tu je sluznica, kapsula, stanična stijenka. Osim toga, izvana se razvijaju različite površinske strukture: resice, flagele. Citoplazma i membrana su spojeni u koncept "protoplasta".
Bakterijska stanica sa svim svojim sadržajem ograničena je iz vanjskog okruženja pomoću membrane. Unutar homogene frakcije citoplazme nalaze se proteini, topiva RNA, supstrati metaboličkih reakcija i različiti spojevi. Ostatak sadrži različite strukturne elemente.
Ne sadrži nuklearne membrane i bilo koje druge intracitoplazmatske membrane koje nisu izvedene iz citoplazmatske membrane. Istodobno, neke prokariote karakteriziraju lokalne "izbočine" glavne ljuske. Te "izbočine" - mezozomi - obavljaju različite funkcije i dijele bakterijsku stanicu na funkcionalno različite dijelove.
Svi podaci potrebni za život sadržani su u jednoj DNK. Kromosom, koji uključuje bakterijska stanica, obično ima oblik prstena, kovalentno zatvorenog. U jednom trenutku, DNK je pričvršćena na membranu i smještena u zasebnu, ali ne odvojenu od citoplazme, strukturu. Ova struktura se naziva "nukleoid". Kada je rasklopljen, bakterijski kromosom je dug više od milimetra. U pravilu se prikazuje u jednom primjerku. Drugim riječima, gotovo svi prokarioti su haploidni. Međutim, pod određenim specifičnim uvjetima, bakterijska stanica može sadržavati kopije svog kromosoma.
Istodobno, ovaj strukturni element nije potreban. U laboratorijskim uvjetima dobiveni su neki oblici prokariota kod kojih je zid potpuno ili djelomično izostao. Te bi bakterije mogle postojati u normalnim uvjetima, ali su u nekim slučajevima izgubile sposobnost dijeljenja. U prirodi postoji skupina prokariota koji u svojoj strukturi ne sadrže zidove.
Na vanjskoj površini zida može se nalaziti amorfni sloj - kapsula. Sluzni slojevi se prilično lako odvajaju od mikroorganizma, nemaju veze sa stanicom. Korice su također tanke strukture, nisu amorfne.
Razmnožavanje bakterija nekih oblika provodi se ravnomjernom, binarnom unakrsnom dijeljenjem ili pupanjem. Različite skupine imaju različite varijante podjele. Tako se, na primjer, kod cijanobakterija razmnožavanje događa na više načina - nekoliko uzastopnih binarnih dioba. Kao rezultat toga nastaje od četiri do tisuću novih mikroorganizama. Imaju posebne mehanizme pomoću kojih se osigurava plastičnost genotipa, neophodna za prilagodbu na promjenjivo vanjsko okruženje i evoluciju.
Bakterije su mikroskopski jednostanični organizmi. Struktura bakterijske stanice ima značajke koje su razlog odvajanja bakterija u zasebno kraljevstvo živog svijeta.
Većina bakterija ima tri ljuske:
Izravno sa sadržajem stanice – citoplazmom, stanična membrana dolazi u kontakt. Tanka je i meka.
Stanična stijenka je gusta, deblja membrana. Njegova je funkcija zaštita i podrška kavezu. Stanična stijenka i membrana imaju pore kroz koje u stanicu ulaze potrebne tvari.
Mnoge bakterije imaju mukoznu kapsulu koja ima zaštitnu funkciju i prianja na različite površine.
TOP-4 člankakoji je čitao uz ovo
Upravo zahvaljujući sluznici streptokoki (jedna od vrsta bakterija) prianjaju na zube i uzrokuju karijes.
Citoplazma je unutarnji sadržaj stanice. Sastoji se od 75% vode. U citoplazmi postoje inkluzije - kapi masti i glikogena. Oni su pohranjivanje hranjivih tvari u stanici.
Riža. 1. Dijagram strukture bakterijske stanice.
Nukleoid znači "poput jezgre". Bakterije nemaju pravu, ili, kako kažu, formiranu jezgru. To znači da nemaju nuklearnu ovojnicu i nuklearni prostor, kao stanice gljiva, biljaka i životinja. DNK se nalazi upravo u citoplazmi.
Funkcije DNK:
Odsutnost prave jezgre najvažnija je karakteristika bakterijske stanice.
Za razliku od biljnih i životinjskih stanica, bakterije nemaju membranske organele.
Ali stanična membrana bakterija na nekim mjestima prodire u citoplazmu, tvoreći nabore zvane mezozom. Mezosom je uključen u reprodukciju stanica i razmjenu energije te, takoreći, zamjenjuje membranske organele.
Jedini organoid koji se nalazi u bakterijama je ribosom. To su mala tijela koja se nalaze u citoplazmi i sintetiziraju proteine.
Mnoge bakterije imaju flagelum koji im pomaže da se kreću u tekućem okruženju.
Oblik stanica bakterija je različit. Bakterije u obliku lopte nazivaju se kokije. U obliku zareza - vibrije. Bakterije u obliku štapića su bacili. Spirille imaju izgled valovite linije.
Riža. 2. Oblici bakterijskih stanica.
Bakterije se mogu vidjeti samo pod mikroskopom. Prosječna veličina stanice je 1-10 mikrona. Postoje bakterije duljine do 100 mikrona. (1 μm = 0,001 mm).
Kada se pojave nepovoljni uvjeti, bakterijska stanica prelazi u stanje mirovanja, koje se naziva spora. Uzroci sporulacije mogu biti:
Prijelaz se događa brzo, unutar 18-20 sati, a stanica može biti u stanju spora stotinama godina. Kada se normalni uvjeti vrate, bakterija izraste iz spore za 4-5 sati i prelazi u normalan život.
Riža. 3. Shema formiranja kontroverzi.
Bakterije se množe fisijom. Razdoblje od rođenja stanice do njezine diobe je 20-30 minuta. Stoga su bakterije raširene na Zemlji.
Saznali smo da su bakterijske stanice općenito slične stanicama biljaka i životinja, imaju membranu, citoplazmu i DNK. Glavna razlika između bakterijskih stanica je odsutnost formirane jezgre. Stoga se bakterije nazivaju prednuklearni organizmi (prokarioti).
Prosječna ocjena: 4.1. Ukupno primljenih ocjena: 295.
Obvezne i izborne strukturne komponente bakterijske stanice, njihove funkcije. Razlika u strukturi stanične stijenke gram-pozitivnih i gram-negativnih bakterija. L-oblici i nekultivirani oblici bakterija
Bakterije su prokarioti i značajno se razlikuju od biljnih i životinjskih stanica (eukariota). Pripadaju jednostaničnim organizmima i sastoje se od stanične stijenke, citoplazmatske membrane, citoplazme, nukleoida (bitne komponente bakterijske stanice). Neke bakterije mogu imati flagele, kapsule, spore (neobavezne komponente bakterijske stanice).
U prokariotskoj stanici strukture koje se nalaze izvan citoplazmatske membrane nazivaju se površinskim (stanična stijenka, kapsula, flagele, resice).
Stanična stijenka je važan strukturni element bakterijske stanice, smješten između citoplazmatske membrane i kapsule; kod bakterija bez kapsula, to je vanjska membrana stanice. Obavlja niz funkcija: štiti bakterije od osmotskog šoka i drugih štetnih čimbenika, određuje njihov oblik, sudjeluje u metabolizmu; u mnogim vrstama patogenih bakterija otrovan je, sadrži površinske antigene, a također nosi specifične receptore za fage na površini. U staničnoj stijenci bakterija postoje pore koje sudjeluju u transportu egzotoksina i drugih egzoproteina bakterija.
Glavna komponenta bakterijske stanične stijenke je peptidoglikan, odnosno murein (lat. murus - stijenka), potporni polimer koji ima mrežastu strukturu i tvori kruti (kruti) vanjski kostur bakterijske stanice. Peptidoglikan ima okosnicu (kičmu) koja se sastoji od naizmjeničnih ostataka N-acetil-M-glukozamina i N-acetilmuramske kiseline povezanih 1,4-glikozidnim vezama, identičnih tetrapeptidnih bočnih lanaca vezanih na molekule N-acetilmuramske kiseline i kratkih poprečnih mostova koji povezuju peptide polisaharidnih lanaca.
Prema tinktorijalnim svojstvima, sve bakterije se dijele u dvije skupine: gram-pozitivne i gram-negativne. Gram-pozitivne bakterije čvrsto fiksiraju kompleks gentian violet-a i joda, ne mijenjaju boju etanolom i stoga ne percipiraju dodatnu boju fuksin, ostajući u ljubičastoj boji. Kod gram-negativnih bakterija ovaj se kompleks lako ispire iz stanice etanolom, a dodatnom primjenom fuksina postaju crveni. Kod nekih bakterija pozitivna boja po Gramu se opaža samo u fazi aktivnog rasta. Sposobnost prokariota bojanja po Gram metodi ili izbjeljivanja etanolom određena je specifičnostima kemijskog sastava i ultrastrukture njihovih staničnih stijenki. bakterijski trahom klamidije
L-oblici bakterija su fenotipske modifikacije, ili mutanti, bakterija koje su djelomično ili potpuno izgubile sposobnost sintetiziranja peptidoglikana stanične stijenke. Dakle, L-oblici su bakterije defektne duž stanične stijenke. Nastaje kada su izloženi L-transformatorima - antibiotici (penicilin, polimiksin, bacitracin, venkomicin, streptomicin), aminokiseline (glicin, metionin, leucin, itd.), enzim lizozim, ultraljubičasto i rendgensko zračenje. Za razliku od protoplasta i sferoplasta, L-oblici imaju relativno visoku vitalnost i izraženu sposobnost razmnožavanja. U pogledu morfoloških i kulturnih svojstava, oštro se razlikuju od izvornih bakterija, što je posljedica gubitka stanične stijenke i promjena u metaboličkoj aktivnosti. Stanice L-oblika imaju dobro razvijen sustav intracitoplazmatskih membrana i struktura nalik mijelinu. Zbog defekta stanične stijenke osmotski su nestabilni i mogu se uzgajati samo na posebnim podlogama s visokim osmotskim tlakom; prolaze kroz bakterijske filtere. Postoje stabilni i nestabilni L-oblici bakterija. Prvi su potpuno lišeni krute stanične stijenke; vrlo se rijetko vraćaju na svoje izvorne bakterijske oblike. Potonji mogu imati elemente stanične stijenke, u kojima pokazuju sličnosti sa sferoplastima; u nedostatku čimbenika koji je uzrokovao njihovo nastajanje, oni se preokreću u izvorne stanice.
Proces stvaranja L-oblika naziva se L-transformacija ili L-indukcija. Gotovo sve vrste bakterija, uključujući i one patogene (uzročnici bruceloze, tuberkuloze, listerije itd.), imaju sposobnost L-transformacije.
L-oblici su od velike važnosti u nastanku kroničnih rekurentnih infekcija, prijenosu patogena i njihovoj dugotrajnoj perzistenciji u tijelu. Zarazni proces uzrokovan L-oblici bakterija karakterizira atipičnost, trajanje tijeka, težina bolesti, teško je podvrgnuti kemoterapiji.
Kapsula je mukozni sloj koji se nalazi iznad bakterijske stanične stijenke. Supstanca kapsule jasno je odvojena od okoliša. Kapsula nije obvezna struktura bakterijske stanice: njezin gubitak ne dovodi do smrti bakterije.
Supstanca kapsula sastoji se od visoko hidrofilnih micela, ali je njihov kemijski sastav vrlo raznolik. Glavne komponente većine prokariotskih kapsula su homo- ili hetsropolisaharidi (entrobakterije itd.). Kod nekih vrsta bacila, kapsula je izgrađena od polipeptida.
Kapsule osiguravaju preživljavanje bakterija, štiteći ih od mehaničkih oštećenja, sušenja, infekcije fagima, otrovnim tvarima, au patogenim oblicima - od djelovanja zaštitnih sila makroorganizma: inkapsulirane stanice su slabo fagocitizirane. U nekim vrstama bakterija, uključujući i patogene, potiče pričvršćivanje stanica na supstrat.
Flagele su organele kretanja bakterija, predstavljene tankim, dugim, filamentoznim strukturama proteinske prirode.
Flagelum se sastoji od tri dijela: spiralnog filamenta, kuke i bazalnog tjelešca. Udica je zakrivljeni proteinski cilindar koji djeluje kao fleksibilna veza između bazalnog tjelešca i krutog filamenta flageluma. Bazalno tijelo je složena struktura koja se sastoji od središnje šipke (os) i prstenova.
Flagele nisu vitalne strukture bakterijske stanice: u bakterijama postoje fazne varijacije, kada su u jednoj fazi razvoja stanice prisutne, au drugoj su odsutne.
Broj flagella i mjesto njihove lokalizacije u bakterijama različitih vrsta nisu isti, ali su stabilni za jednu vrstu. Ovisno o tome razlikuju se sljedeće skupine flagelnih bakterija: miotrihe - bakterije s jednim polariziranim flagelom; amphirichs - bakterije s dvije polarizirane flagele ili imaju snop flagela na oba kraja; lofotrichi - bakterije koje imaju snop flagela na jednom kraju stanice; peritrichous - bakterije s mnogo flagella koje se nalaze na bočnim stranama stanice ili na cijeloj njezinoj površini. Bakterije koje nemaju flagele nazivaju se atrichia.
Kao organi kretanja, flagele su tipične za plutajuće štapićaste i zavijene oblike bakterija i nalaze se samo u izoliranim slučajevima kod koka. Omogućuju učinkovito kretanje u tekućim medijima i sporije kretanje po površini čvrstih podloga.
Drink (fimbrije, resice) - ravni, tanki, šuplji proteinski cilindri koji se protežu od površine bakterijske stanice. Nastali od specifičnog proteina - pilina, potječu iz citoplazmatske membrane, nalaze se u pokretnim i nepokretnim oblicima bakterija i vidljivi su samo u elektronskom mikroskopu. Na površini stanice može biti od 1-2, 50-400 i više pila do nekoliko tisuća.
Postoje dvije klase pilija: seksualni (sexpili) i opći tip pilija, koji se češće nazivaju fimbrija. Ista bakterija može imati piće drugačije prirode. Spolni pili nastaju na površini bakterija tijekom konjugacije i djeluju kao organele putem kojih se genetski materijal (DNA) prenosi od davatelja do primatelja.
Pili sudjeluju u adheziji bakterija u aglomerate, vezivanju mikroba na različite supstrate, uključujući stanice (adhezivna funkcija), u transportu metabolita, a također doprinose stvaranju filmova na površini tekućih medija; izazivaju aglutinaciju crvenih krvnih stanica.
Citoplazmatska membrana (plazmolema) je polupropusna lipoproteinska struktura bakterijskih stanica koja odvaja citoplazmu od stanične stijenke. Obvezna je multifunkcionalna komponenta stanice. Uništavanje citoplazmatske membrane dovodi do smrti bakterijske stanice.
Citoplazmatska membrana je kemijski proteinsko-lipidni kompleks koji se sastoji od proteina i lipida. Većina membranskih lipida su fosfolipidi. Građen je od dva monomolekularna proteinska sloja, između kojih se nalazi lipidni sloj, koji se sastoji od dva reda pravilno orijentiranih molekula lipida.
Citoplazmatska membrana služi kao osmotska barijera stanice, kontrolira ulazak hranjivih tvari u stanicu i oslobađanje metaboličkih produkata van, sadrži enzime permeaze specifične za supstrat koji aktivno selektivno prenose organske i anorganske molekule.
U procesu rasta stanica citoplazmatska membrana stvara brojne invaginate, koji tvore strukture intracitoplazmatske membrane. Lokalni invaginati membrane nazivaju se mezozomi. Ove strukture su dobro izražene u gram-pozitivnih bakterija, lošije u gram-negativnih bakterija, a slabo u rikecija i mikoplazme.
Mezosomi su, poput citoplazmatske membrane, središta respiratorne aktivnosti bakterija, pa se ponekad nazivaju mitohondrijskim analozima. Međutim, značaj mezosoma još nije konačno razjašnjen. Oni povećavaju radnu površinu membrana, možda obavljajući samo strukturnu funkciju, odvajajući bakterijsku stanicu u relativno izolirane odjeljke, što stvara povoljnije uvjete za enzimske procese. U patogenim bakterijama osiguravaju transport proteinskih molekula egzotoksina.
Citoplazma - sadržaj bakterijske stanice, ograničen citoplazmatskom membranom. Sastoji se od citosola - homogene frakcije, uključujući topive komponente RNA, supstratne tvari, enzime, metaboličke produkte i strukturne elemente - ribosome, intracitoplazmatske membrane, inkluzije i nukleoid.
Ribosomi su organele koje provode biosintezu proteina. Sastoje se od proteina i RNA, povezanih u kompleks vodikovim i hidrofobnim vezama.
U citoplazmi bakterija otkrivaju se različite vrste inkluzija. Mogu biti čvrste, tekuće i plinovite, sa ili bez proteinske membrane i nisu trajno prisutne. Značajan dio njih su rezervne hranjive tvari i proizvodi staničnog metabolizma. Rezervne hranjive tvari uključuju: polisaharide, lipide, polifosfate, naslage sumpora i dr. Od inkluzija polisaharidne prirode češće se nalaze glikogen i škrobna tvar granuloza, koji služe kao izvor ugljika i energetski materijal. Lipidi se nakupljaju u stanicama u obliku granula i masnih kapljica. Mikobakterije akumuliraju voskove kao rezervne tvari. Stanice nekih spirila i drugih sadrže granule volutina koje stvaraju polifosfati. Karakterizira ih metakromazija: toluidin plavo i metilensko plavo boje ih ljubičastocrveno. Granule volutina djeluju kao depoi fosfata. Inkluzije okružene membranom također uključuju plinske vakuole, odnosno aerosome, smanjuju specifičnu težinu stanica, a nalaze se u vodenim prokariotima.
Nukleoid je jezgra prokariota. Sastoji se od jednog dvolančanog DNA lanca zatvorenog u prsten, koji se smatra jednim bakterijskim kromosomom ili genoforom.
Nukleoid u prokariota nije omeđen od ostatka stanice membranom – nema nuklearnu ovojnicu.
Struktura nukleoida uključuje RNA polimerazu, bazične proteine i nema histona; kromosom je fiksiran na citoplazmatskoj membrani, a kod gram-pozitivnih bakterija - na mezozomu. Nukleoid nema mitotički aparat, a divergenciju kćeri jezgri osigurava rast citoplazmatske membrane.
Bakterijska jezgra je diferencirana struktura. Ovisno o stupnju razvoja stanice, nukleoid može biti diskretan (diskontinuiran) i sastojati se od zasebnih fragmenata. To je zbog činjenice da se podjela bakterijske stanice u vremenu događa nakon završetka ciklusa replikacije molekule DNA i formiranja kromosoma kćeri.
Nukleoid sadrži većinu genetskih informacija bakterijske stanice.
Osim nukleoida, u stanicama mnogih bakterija pronađeni su i ekstrakromosomski genetski elementi – plazmidi, predstavljeni malim kružnim molekulama DNA sposobne za autonomnu replikaciju
Neke bakterije mogu formirati spore na kraju svog aktivnog razdoblja rasta. Tome prethodi iscrpljivanje hranjivih tvari u mediju, promjena njegovog pH i nakupljanje toksičnih metaboličkih proizvoda.
Što se tiče kemijskog sastava, razlika između spora i vegetativnih stanica je samo u kvantitativnom sadržaju kemijskih spojeva. Spore sadrže manje vode i više lipida.
U stanju spora mikroorganizmi su metabolički neaktivni, podnose visoke temperature (140-150°C), izloženost kemijskim dezinficijensima i dugo perzistiraju u okolišu. Otpornost na visoke temperature posljedica je vrlo niskog sadržaja vode i visokog udjela dipikolinske kiseline. Jednom u tijelu ljudi i životinja, spore klijaju u vegetativne stanice. Spore se boje posebnom metodom, koja uključuje prethodno zagrijavanje spora, kao i izlaganje koncentriranim otopinama boja na visokim temperaturama.
Mnoge vrste gram-negativnih bakterija, uključujući i patogene (Shigella, Salmonella, Vibrio cholerae i dr.), imaju posebno adaptivno, genetski regulirano stanje, fiziološki ekvivalentno cistama, u koje mogu prijeći pod utjecajem nepovoljnih uvjeta i ostati održivo do nekoliko godina. Glavna značajka ovog stanja je da se takve bakterije ne razmnožavaju i stoga ne stvaraju kolonije na gustom hranjivom mediju. Takve stanice koje se ne razmnožavaju, ali su održive nazivaju se nekultiviranim oblicima bakterija (NPB). NPB stanice u nekultiviranom stanju imaju aktivne metaboličke sustave, uključujući sustave prijenosa elektrona, biosintezu proteina i nukleinskih kiselina, te zadržavaju virulenciju. Njihova stanična membrana je viskoznija, stanice obično imaju oblik koka i značajno su smanjene u veličini. NPB-ovi su stabilniji u vanjskom okruženju i stoga mogu dugo preživjeti u njemu (na primjer, Vibrio cholerae u prljavom vodenom tijelu), održavajući endemsko stanje ove regije (vodnog tijela).
Za otkrivanje NPP koriste se molekularne genetičke metode (DNA - DNA hybridization, CPR), kao i jednostavnija metoda izravnog brojanja živih stanica.
U te svrhe možete koristiti i metode citokemijske (tvorba formazana) ili mikroautoradiografije. Genetski mehanizmi odgovorni za prijelaz bakterija u NS i njihov preokret iz njega nisu jasni.
