prosdo.ru
добавить свой файл
1 2 3
Морфология бактерий. Общие вопросы.


Ультраструктура бактериальной клетки  

* - мишени (точки приложения) для антибактериальных антибиотиков
 
Бактерии – представители доминиона Bacteria одноклеточные организмы, имеющие прокариотический тип клеточной организации  (см. рис. 1). Обязательными элементами клетки (любой клетки, в т.ч. клетки прокариотического типа) являются :       


  • - Цитоплазма

  • - Внутриклеточные органеллы

  • - Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ)

Особенности ультраструктурной организации клетки прокариотического типа: 

  • Отсутствует компартментализация цитоплазмы, т.е. разделение цитоплазмы на функциональные отсеки (компартменты) с помощью внутриклеточных мембран (т.о., отсутствуют мембранные органеллы, в т.ч. и ядро)

  • Отсутствует полноценный цитоскелет

  • Отсутствует хроматин, т.е. отсутствует типичная упаковка генетического материала клетки (ДНК) в нуклеосомы с помощью белков гистонов.  

Характеристика ультраструктурных компонентов бактериальной клетки:

Цитоплазма (гиалоплазма, цитозоль) – внутренняя среда клетки, представляет собой сложную коллоидную систему, содержащую разнообразные растворимые неорганические (фосфаты, сульфаты, хлориды, карбонаты etc., катионы одно- и двухвалентных металлов Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ etc.) и органические низкомолекулярные (углеводы, органические кислоты, аминокислоты, азотистые основания etc.) и высокомолекулярные (белки, нуклеиновые кислоты etc.) соединения в виде истинных и/или коллоидных растворов и характеризующуюся постоянством основных физико-химических параметров, как то: осмолярность, рН, ионная сила и т.д.

Функция цитоплазмы : обеспечивает оптимальные условия для протекания внутриклеточных биохимических реакций и всех процессов жизнедеятельности клетки.  


Внутриклеточные органеллы


Нуклеоид – подобие ядра – область цитоплазмы бактериальной клетки, занятая генетическим материалом. Генетический материал у бактерий представлен двухцепочечной молекулой ДНК (дцДНК). Нуклеоид представляет собою совокупность всех молекул ДНК, присутствующих в клетке.
У большинства бактерий генетический материал представлен кольцевыми ковалентно замкнутыми  суперспирализованными  (т.е. многократно закрученными вокруг своей оси молекулами ДНК.
Состояние суперспирализации является динамическим и обеспечивается работой ферментов, относящихся к классу топоизомераз . В каждой бактериальной клетке присутствуют топоизомеразы нескольких типов, различающиеся по функциям и конечному эффекту на топологию (т.е. третичную структуру) ДНК.
Третичная структура нуклеоида дополнительно стабилизируется при участии минорных (присутствующих в малом   количестве) ДНК-связывающих «гистоноподобных» белков. (Следует особо обратить внимание и запомнить, что бактериальные гистоноподобные белки имеют мало общего с гистонами эукариот!)

Подобно тому, как эукариотический хроматин в зависимости от плотности упаковки подразделяется на рыхло упакованный эухроматин и плотно упакованный гетерохроматин, бактериальный нуклеоид содержит как плотно закрученные участки с большим числом положительных супервитков, так и частично раскрученные (т.е. деспирализованные) участки, содержащие отрицательные супервитки. Эти участки доступны для ферментов транскрипции, и в их составе располагаются активно работающие гены. Наибольшее практическое значение имеют топоизомеразы, отвечающие за отрицательную суперспирализацию (частичное раскручивание) участков ДНК (т.е. вносящие отрицательные супервитки). К их числу относятся ДНК-гираза*  (состоит из субъединиц А и В) и топоизомераза IV *. Нарушение работы этих ферментов блокирует процесс транскрипции, а также и репликации ДНК, что приводит к остановке роста и размножения бактерии.   Функция нуклеоида : хранение, воспроизведение и реализация генетической информации.  


Рибосомы* – рибонуклеопротеидные частицы с константой седиментации 70S , состоят из 2-х субъединиц, имеющих константы седиментации 30S (малая) и 50S (большая). Бактериальная рибосома отличается по количественному и качественному составу белков и рибосомальных РНК (рРНК) от рибосомы эукариотического типа. В оптимальных условиях роста бактериальная клетка содержит 10.000 – 20.000 рибосом.
Функция рибосом :
Основная
: трансляция (матричный процесс биосинтеза белков). Дополнительная: синтез регуляторных молекул в ответ на голодание.  

Включения – гранулы, представляющие собой запас питательных веществ в пригодной для длительного хранения форме, т.е. обычно в виде инертных полимеров: органических (крахмал, гликоген, нейтральные липиды и др.) или неорганических (полифосфаты и др.). Могут достигать размеров, видимых в световой микроскоп, т.е. превышать 0.2 мкм в диаметре. [Включения полифосфатов («зерна волютина») выявляют с помощью окраски по методу Нейссера.]  

Элементы цитоскелета
. С внутренней поверхностью ЦПМ бактериальной клетки связаны сократительные белки нескольких типов, участвующие в пространственном распределении и разделении структурных элементов клетки, а также в процессе деления и, возможно, внутриклеточного транспорта.
Поверхностный аппарат не является обязательным для бактериальной клетки.          


  • Поверхностный аппарат и отдельные его элементы могут эволюционно отсутствовать у определенных групп бактерий.          

  • Бактерии способны утрачивать или приобретать те или элементы поверхностного аппарата в зависимости от условий существования.  

К элементам поверхностного аппарата бактериальной клетки относятся:

  • Клеточная стенка

  • S-слой

  • Капсула и капсулоподобные оболочки

  • Жгутики
  • Реснички (пили) = ворсинки (фимбрии)




Периплазматическое пространство : метаболически активная область между ЦПМ и клеточной стенкой (см. схемы на рис. 6 и 13 , электронограммы рис.8,9 и 14-16 ), отличная по физико-химическим свойствам и химическому составу от внешней среды и содержащая ряд ферментов (гидролитических и синтетических) и шаперонов, участвующих в формировании нативной конформации белков (структурных, транспортных, экзоферментов, экзотоксинов и проч.), функционирующих вне цитоплазмы, в т.ч. и во внешней среде.  
Функции периплазматического пространства :
Синтетическая
/ функция эндоплазматической сети и комплекса Гольджи /: пост-трансляционная модификация (созревание) белков и других макромолекул, в т.ч. компонентов клеточной стенки.  
Пищеварительная
/ функция лизосомы /: содержит гидролитические ферменты, участвующие в расщеплении олигомеров до мономеров в процессе питания.  


Клеточная стенка : защитная оболочка, покрывающая бактериальную клетки снаружи.
NB !!! Представители класса Mollicutes не имеют клеточной стенки (эволюционно закрепленный признак).  
В зависимости от особенностей организации клеточной стенки  выделают 3 типа бактерий:
Фирмикутные
[ firmus лат. жесткий] (при окраске по методу К. Грама приобретают темно-пурпурный/фиолетовый цвет, т.е. грам-положительные) имеют толстую и жесткую клеточную стенку, характеризующуюся повышенной механической прочностью, но достаточно проницаемую для малых молекул и, т.о., НЕ являющуюся барьером для низкомолекулярных соединений (см. рис. 6-8 ).

Грациликутные [ gracilis лат. нежный] (при окраске по методу К. Грама приобретают розово-сиреневый цвет, т.е. грам-отрицательные) имеют сравнительно тонкую и относительно непрочную клеточную стенку (см. рис.10-15), более чувствительную к механическим воздействиям, но характеризующуюся низкой проницаемостью для многих малых молекул, в первую очередь, гидрофобных, включая и многие антибиотики (пенициллин и др.).

Кислотоустойчивые (по методу К. Грама не окрашиваются, при окраске по методу Циля-Нильсена приобретают красный/малиновый цвет) имеют клеточную стенку, отличающуюся значительной толщиной и механической прочностью (рис.17,18) и одновременно крайне низкой проницаемостью для малых молекул, в том числе большинства существующих антибиотиков.
Клеточная стенка фирмикутных бактерий

представлена толстым (