Понятие «цитоплазма» является сложносоставным, и при переводе с греческого означает «содержимое клетки». Современная наука понимает под цитоплазмой сложную динамическую физико-химическую систему, заключенную внутри плазматической мембраны. То есть все внутриклеточное содержимое прокариотов, исключая хромосому, считают цитоплазмой клетки бактерий.

Границы клеточного содержимого

Цитоплазма клетки прокариотов имеет 2 слоя ограничения:

• цитоплазматическую мембрану (ЦПМ);
• клеточную стенку.

Ограничивающие цитоплазму у бактерий слои имеют различные функции и свойства.

Клеточная стенка бактерии

Наружный укрывной слой прокариотов, клеточная стенка, представляет собой плотную оболочку и выполняет ряд функций:

• защита от внешнего воздействия;
• придание микроорганизму характерной формы.

Фактически клеточная стенка микроорганизмов является своеобразным наружным скелетом. Такое строение оправданно – ведь внутриклеточное осмотическое давление может в десятки раз превышать давление наружное, и без защиты плотной клеточной стенки бактерию просто разорвет.

Плотная клеточная стенка характерна только для бактериальных и растительных клеток – животная клетка имеет мягкую оболочку.

Клеточная стенка бактерий, ограничивающая содержимое клетки, имеет толщину от 0,01 до 0,04 мкм, причем толщина стенки увеличивается в процессе жизни микроорганизма. Несмотря на плотность клеточной оболочки, она проницаема. Вовнутрь беспрепятственно проходят питательные вещества, а продукты жизнедеятельности выводятся из нее.

Цитоплазматическая мембрана

Между цитоплазмой и клеточной стенкой располагается ЦПМ – цитоплазматическая мембрана. В бактериальной клетке она выполняет целый ряд функций:

• регулирует поступление питательных веществ и вывод продуктов жизнедеятельности;
• синтезирует соединения для клеточной стенки;
• контролирует активность ряда ферментов, расположенных на ней.

Мембрана цитоплазмы настолько прочна, что бактериальная клетка может какое-то время существовать даже без клеточной стенки.

Внутриклеточный состав микроорганизма

Исследования с применением электронного микроскопа позволили установить у внутриклеточного вещества очень сложное строение.

Цитоплазма любой бактериальной клетки содержит большое количество воды, в ней находятся различные органические и неорганические соединения – жизненно важные структуры и органеллы. Так, в цитозоле (матриксе цитоплазмы), внутриклеточной жидкости, располагаются рибосомы, пластиды и запас питательных веществ.

Все внутриклеточное содержимое подразделяют на три группы:

• гиалоплазма (цитозоль или матрикс цитоплазмы);
• органеллы – обязательные части бактериальной клетки;
• включения – необязательные части.

Матрикс цитоплазмы представляет собой не водный раствор, а гель с изменяющейся вязкостью. Агрегатное состояние гиалоплазмы – гель-золь (большая или меньшая степень вязкости) находится в динамическом равновесии и зависит от внешних условий.

Гиалоплазма бактериального организма включает следующие структуры:

• неорганические вещества;
• метаболиты органического происхождения;
• биополимеры (белки, полисахариды).

Основное назначение гиалоплазмы состоит в объединении всех имеющихся включений и обеспечении между ними устойчивого химического взаимодействия.

Внутриклеточные органеллы прокариотов – это микроструктурные плазматические соединения, отвечающие за функции жизнеобеспечения и присутствующие практически во всех бактериальных клетках. Органеллы подразделяют на две большие группы:

• обязательные – имеют жизненно важное значение для функционирования организма;
• необязательные – не имеют большого значения для функционирования; микроорганизмы даже одного штамма могут различаться набором этих органелл.

Обязательные органеллы

К необходимым для жизнедеятельности клетки органеллам относятся:

• нуклеоид (бактериальная хромосома) – представляет собой кольцевую двухцепочную молекулу ДНК;
• рибосомы (отвечают за синтез белка) – аналогичны рибосомам клеток, имеющих ядро; могут перемещаться в цитоплазме свободно или быть связанными с ЦПМ;
• цитоплазматическая мембрана (ЦПМ);
• мезосомы – отвечают за энергетический метаболизм и участвуют в процессе клеточного деления; являются результатом впячивания цитоплазматической мембраны.

В центральной части пространства бактерии располагается аналог ядра эукариотов – нуклеоид (ДНК микроорганизма). В случае эукариотов ДНК располагается только в ядре, а в организме бактерии ДНК может концентрироваться в одном месте или быть рассредоточена в нескольких местах (плазмиды).

Другими отличиями хромосомы бактерии от эукариотических ядер являются:

• более рыхлая упаковка;
• отсутствие характерных для ядра органелл – ядрышек, мембраны и другие;
• не имеют связи с гистонами – основными белками.

Как аналог ядра эукариотов, бактериальная хромосома в вопросе организации ядерного вещества является примитивной формой.

Необязательные органеллы прокариотов

Необязательные органеллы бактерий не оказывают значительного влияния на функциональные способности бактериального организма. Характерной особенностью прокариотов является проявление диссоциации, в результате которой образуются морфотипы (морфовары) – штаммы микроорганизмов одного вида, имеющие морфологические различия.

Как итог, в бактериальной колонии проявляются различия не только по морфологическим признакам, но и по физиологическим, биохимическим, генетическим. Основные отличия морфоваров друг от друга состоят именно в составе необязательных органелл.

К необязательным органеллам относят:

• плазмиды – носители генетической информации, аналогичные бактериальной хромосоме, но значительно меньшего размера и с возможностью присутствия нескольких копий в организме;
• включения, содержащие питательные вещества (например, волютин); могут являться характерной особенностью конкретного вида микроорганизма.

Необязательные органеллы бактерий не являются постоянным признаком данного вида – многие включения представляют собой источники углерода или энергии. При благоприятных условиях микроорганизм формирует подобный запас во внутриклеточном пространстве, который расходует при наступлении неблагоприятных условий.

Включения, содержащие питательные вещества, принадлежат к гранулярному типу соединений. По своему составу могут подразделяться на:

• полисахариды – гранулеза (крахмал), гликоген;
• волютин (гранулы метахроматина) – содержит полиметафосфат;
• жировые капли;
• капли серы.

Именно включения низкомолекулярных образований приводят к возникновению различных значений осмотического давления цитоплазмы бактерии и наружной среды.

Вещество внутриклеточного пространства живой бактерии находится в постоянном движении (это называется циклоз), перемещая тем самым содержащиеся в нем вещества и органеллы.

Цитоплазмы бактерий имеет важное свойство – способность к росту и восстановлению при частичном удалении. Но, несмотря на все свои свойства, она способна функционировать только в присутствии ДНК – без нее цитоплазма не может существовать.

Источник: probakterii.ru

Оболочки клетки

Большинство бактерий имеет три оболочки:

• клеточная мембрана;
• клеточная стенка;
• слизистая капсула.

Непосредственно с содержимым клетки – цитоплазмой, соприкасается клеточная мембрана. Она тонкая и мягкая.

Клеточная стенка – плотная, более толстая оболочка. Её функция – защита и опора клетки. Клеточная стенка и мембрана имеют поры, через которые в клетку поступают необходимые ей вещества.

Многие бактерии имеют слизистую капсулу, которая выполняет защитную функцию и обеспечивает слипание с разными поверхностями.

Цитоплазма

Цитоплазма – это внутреннее содержимое клетки. На 75% состоит из воды. В цитоплазме находятся включения – капли жира и гликогена. Они являются запасными питательными веществами клетки.

Рис. 1. Схема строения бактериальной клетки.

Нуклеоид

Нуклеоид означает «подобный ядру». У бактерий нет настоящего, или, как ещё говорят, оформленного ядра. Это значит, что у них нет ядерной оболочки и ядерного пространства, как у клеток грибов, растений и животных. ДНК находится прямо в цитоплазме.

Функции ДНК:

• сохраняет наследственную информацию;
• реализует эту информацию, управляя синтезом белковых молекул, характерных для данного вида бактерий.

Отсутствие истинного ядра – самая важная особенность бактериальной клетки.

Органоиды

Но клеточная мембрана бактерий в некоторых местах проникает в цитоплазму, образуя складки, которые называются мезосомой. Мезосома участвует в размножении клетки и обмене энергии и как бы заменяет мембранные органоиды.

Единственный органоид, имеющийся у бактерий – рибосомы. Это маленькие тельца, которые размещены в цитоплазме и синтезируют белки.

У многих бактерий есть жгутик, с помощью которого они перемещаются в жидкой среде.

Формы бактериальных клеток

Форма клеток бактерий различна. Бактерии в виде шара называются кокками. В виде запятой – вибрионами. Палочкообразные бактерии – бациллы. Спириллы имеют вид волнистой линии.

Рис. 2. Формы клеток бактерий.

Бактерии можно увидеть только под микроскопом. Средние размеры клетки 1-10 мкм. Встречаются бактерии длиной до 100 мкм. (1 мкм = 0,001 мм).

Спорообразование

При наступлении неблагоприятных условий бактериальная клетка переходит в спящее состояние, которое называется спорой. Причинами спорообразования могут быть:

• пониженные и повышенные температуры;
• засуха;
• недостаток питания;
• опасные для жизни вещества.

Переход происходит быстро, в течение 18-20 часов, а находиться клетка в состоянии споры может сотни лет. При восстановлении нормальных условий бактерия за 4-5 часов прорастает из споры и переходит в обычный режим жизнедеятельности.

Рис. 3. Схема образования споры.

Размножение

Бактерии размножаются делением. Период от рождения клетки до её деления составляет 20-30 минут. Поэтому бактерии широко распространены на Земле.

Источник: obrazovaka.ru

Открытие бактерий

Открытие бактериальных клеток произошло только с развитием техники. А конкретно, с изобретением в 1695 году микроскопа, дающего увеличение в 300 раз. Сделано это было итальянцем Антонио Ван Левенгуком. Ученый рассматривал в свое изобретение капельки грязной воды и увидел, что они просто кишат мельчайшими организмами. Назвал он их анималькули.

Доказательство их несомненного существования и непосредственного участия в развитии различных заболеваний у человека было совершено благодаря опытам Луи Пастера.

После этого открытия были выявлены и изучены многие возбудители инфекций. Развитие микробилогии (науки о микроорганизмах) пошло интенсивными шагами вперед.

Конкретно то, каковы особенности строения бактериальной клетки, их разнообразие и формы, значение и образ жизни, изучает раздел микробиологии — бактериология. В настоящее время она тесно коррелирует с другими науками: медицинской микробиологией, молекулярной биологией и биохимией, биофизикой, космической биологией и другими.

Формы бактериальных клеток

Таковых различают несколько.

1. Шаровидные, или кокковые структуры. Подразделяются на:

• микрококки — очень мелкие, одиночные представители;
• диплококки — приставка «ди» означает «два» (то есть бактерии, собранные по парам);
• тетракокки — образуют четырехструктурные организмы;
• стрептококки — колония шарообразных микробов, собранная в единую цепочку;
• сарцины — формируют будто пакет из 8, 12 или 16 структур;
• стафилококки — колония бактерий в форме виноградной грозди.

2. Бациллы, или палочкообразные бактерии. Различаются по нескольким критериям.

• по форме: правильная и неправильная;
• по размеру: мелкие, средние или крупные;
• по форме концевых структур: заостренные, закругленные, обрубленные, утолщенные;
• по группировке и расположению: одиночные, диплобациллы, стрептобактерии.

3. Извитые. Делятся на:

• вибрионы — слегка изогнутые в полукруг;
• спириллы — характеризуются различным количеством завитков.

4. Спирохеты. Делятся на:

• лептоспиры — в форме буквы S;
• боррелии — до 12 завитков в структуре;
• трепонемы — от 12 до 17 завитков мелкого размера.

Очевидно, что для бактериальной клетки характерно наличие различных форм для приспособления к любым условиям обитания.

Особенности структурной организации

Бактерии не зря относятся к отдельному царству живой природы. Людьми была установлена их внутренняя сущность, изучены механизмы процессов и образ жизни. Поэтому и стало понятно, что существуют некоторые особенности строения бактериальной клетки.

Есть несколько основных частей, которые обязательны для каждого представителя этого царства.

1. Присутствие полупроницаемой цитоплазматической мембраны.
2. Жидкая внутренняя среда — цитоплазма, в которой присутствует генетический материал и рибосомы.

Также для бактериальной клетки характерно присутствие и необязательных структур. Таких, как:

• клеточная стенка;
• микрокапсула;
• включения;
• пили;
• капсула;
• споры;
• жгутики;
• околоклеточная слизь.

Рассмотрим более подробно, каковы особенности строения бактериальной клетки.

Строение клетки

Снаружи каждая бактерия покрыта цитоплазматической мембраной. Данная структура представляет собой трехслойную фосфолипидо-белковую организацию. Очень схожа по своему строению и составу с мембраной животной клетки. При рассмотрении в микроскоп явно видны верхний и нижний слой, они более темные, состоят из фосфолипидов. Средний — это белки, которые словно пронизывают всю мембрану, поэтому относятся к интегральным.

Основная функция цитоплазматической мембраны — полупроницаемость и, как следствие, выборочный транспорт веществ в клетку и из нее. Также она является барьером, обеспечивает нормальный уровень осмотического давления и тургор клетки (форму тела).

Для бактериальной клетки характерно наличие цитоплазмы — полужидкой внутренней среды, в которой находятся важные элементы. Ее состав представлен:

• белками;
• полисахаридами;
• гранулами гликогена;
• бета-масляной кислотой;
• волютином.

Отдельного внимания заслуживают органоиды клетки, погруженные в цитоплазму.

Нуклеоид и рибосомы

Как и в любой эукариотической клетке, в бактериальной есть свой генетический аппарат. Он представляет собой плотно упакованную в клубок двухцепочечную молекулу ДНК, которая составляет одну хромосому. Данная структура не отделена от цитоплазмы кариолеммой и потому называется не ядром, а нуклеоидом.

Дополнительным генетическим материалом, распределенным в цитоплазме, являются структуры под названием плазмиды. Они представляют собой кольцевые молекулы ДНК, поэтому выполняют дополнительные наследственные функции бактериальной клетки.

Рибосомы — мельчайшие структуры, в большом количестве разбросанные в цитоплазме. Природа их представлена молекулами РНК. Данные гранулы являются материалом, по которому можно определить степень родства и систематическое положение конкретного вида бактерии. Функция их — сборка белковых молекул.

Капсула

Для бактериальной клетки характерно наличие защитных слизистых оболочек, состав которых определяется полисахаридами или полипептидами. Такие структуры имеют название капсул. Различают микро- и макрокапсулы. Данная структура формируется не у всех видов, но у подавляющего большинства, то есть не является обязательной.

От чего защищает капсула бактериальную клетку? От фагоцитоза антителами хозяина, если бактерия патогенная. Либо от высыхания и воздействия вредных веществ, если говорить о других видах.

Слизь и включения

Также необязательные структуры бактерий. Слизь, или гликокаликс, по химической основе является мукоидным полисахаридом. Может формироваться как внутри клетки, так и наружными ферментами. Хорошо растворима в воде. Предназначение: прикрепление бактерии к субстрату — адгезия.

Включения — это микрогранулы в цитоплазме различной химической природы. Это могут быть белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты или полисахариды.

Органоиды движения

Особенности бактериальной клетки также проявляются и в ее движении. Для этого присутствуют жгутики, которые могут быть в разном количестве (от одного до нескольких сотен на клетку). Основа каждого жгутика — белок флагеллин. Благодаря эластичным сокращениям и ритмичным движениям из стороны в сторону бактерия может передвигаться в пространстве. Крепится жгутик к цитоплазматической мембране. Расположение также может варьироваться у разных видов.

Пили

Еще более тонкие, чем жгутики, структуры, принимающие участие в:

• прикреплении к субстрату;
• водно-солевом питании;
• половом размножении.

Состоят из белка пилина, количество их может доходить до нескольких сотен на клетку.

Сходство с клетками растений

Бактериальная и растительная клетка имеют одно неоспоримое сходство — наличие клеточной стенки. Однако если у растений она есть бесспорно, то у бактерий присутствует не у всех видов, то есть относится к необязательным структурам.

Химический состав бактериальной клеточной стенки:

• пептидогликан муреин;
• полисахариды;
• липиды;
• белки.

Обычно данная структура имеет двойной слой: наружный и внутренний. Функции выполняет такие же, как клеточная стенка растений. Поддерживает и обозначает постоянную форму тела и обеспечивает механическую защиту.

Образование спор

Каково строение бактериальной клетки, мы рассмотрели достаточно подробно. Осталось только упомянуть о том, как бактерии могут переживать неблагоприятные условия, очень долгое время не теряя жизнеспособности.

Это им удается путем формирования структуры под названием спора. Она не имеет отношения к размножению и лишь предохраняет бактерии от неблагоприятных условий. По форме споры могут быть различными. При восстановлении нормальных окружающих условий спора инициируется и прорастает в активную бактерию.

Источник: FB.ru