1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Біологія
  3. Бактеріальна клітина — особливості будови, склад, функції

Бактеріальна клітина — особливості будови, склад, функції

З розвитком науки люди дізнаються все більше і більше інформації про навколишній світ. Мікробіологія дозволяє проникнути в таємниці життя і використовувати отримані знання на благо людства. У класах середньої школи учнів знайомлять з найдрібнішими організмами, існуючими на Землі. Вивчення будови бактеріальної клітини буде захоплюючим дослідженням для молодого покоління.

Розмір і форма

Бактерії, які відносяться до прокаріотів, вважаються найдрібнішими живими організмами, відомими сьогодні науці. Вони можуть мати різні форми тіла, які впливають на процеси їх життєдіяльності. Їх складові діляться на постійні і непостійні. Структурні компоненти прокаріотів відрізняються від рослинних і тваринних клітин. У підручниках біології часто наводяться таблиці і малюнки з позначеннями структур, за якими можна знайти відмінності між різними організмами.

Розмір бактерій варіюється в межах 0,2-10 мкм. Але є різновиди, що досягають до 600 мкм в довжину і 100 мкм в діаметрі, які можна побачити неозброєним оком. Мікроорганізми з розміром тіла менше 0,5 мкм називаються нанобактеріями. Вони можуть проходити через мембранні фільтри. Багатьом з них, наприклад, мікоплазм і хламідій, характерний паразитичний спосіб життя. А є такі, що відносяться до хижих різновидів.

Поділяють бактеріальні клітини за формою:

  • сферичні (коки);
  • паличкоподібні (бацили);
  • вигнуті (вібріони);
  • спіралеподібні (спірилли);
  • спірально звиті (спірохети).

Коккобацили відрізняються формою, проміжної між сферичної і паличкоподібної. Бактерії можуть утворювати стійкі комбінації у вигляді пари паличок (диплобацили) або коків (диплококи), які можна розглянути в мікроскоп. Ланцюжки паличок називаються стрептобацилами, а поєднання коків — стрептококи. Деякі організми з’єднуються в розетки, грона або мережі. Серед незвичайних форм зустрічаються зірчасті варіанти. Існують прокаріоти, які протягом життєвого циклу змінюють морфологію. Деякі мікроорганізми включають клітини, що несуть стеблинки і інші придатки.

Клітинна стінка

Мікроорганізми групують на грампозитивні і грамнегативні, в залежності від особливостей будови. Бактеріальна клітина оточена жорсткою клітинною стінкою, яка складається з пептидоглікану (муреїну). Цей полімер являє собою полісахаридні ланцюги, з’єднані пептидними зшивками.

Клітинна стінка вважається життєво важливою частиною для бактерій, оскільки будь-які антибіотики не дають їм формуватися. Неправильний ріст грамнегативних видів сприяє утворенню сферопластів. Ці структурні одиниці позбавлені клітинної стінки або можуть бути покриті дефектним шаром. Однак вони можуть розмножуватися, взаємодіяти з бактеріофагами, а при сприятливому середовищі відновлюватися до нормальної структури.

Клітинна стінка забезпечує механічну міцність клітини і протистоїть її внутрішньому тиску, підтримує форму бактерії. Через невеликі отвори муреїну можуть проходити тільки молекули масою до 50 кДа. При необхідності для білків джгутиків, пілей і ДНК отвори для їх проходження розширюються, завдяки специфічним гідролаз пептидоглікану.

Цитоплазматична мембрана

Наступний обов’язковий шар бактеріальної клітини – мембрана.

Клітинну мембрану також називають цитоплазматичної. Вона представлена ліпідним біс, через який всередину клітини надходять поживні речовини.

Мембрана підтримує осморегуляцію прокаріота, забезпечує секрецію білків і бере участь у формуванні клітинної стінки. Вона підтримує біосинтез позаклітинних полімерів, отримує регуляторні сигнали із зовнішнього середовища. Цитоплазматична мембрана бере участь в передачі ДНК, синтезі і поділі дочірніх хромосом при розмноженні бактерій.

Ліпідний бішар включає різні білки. Його хімічний склад різноманітніше мембран еукаріотичних складових. У бактеріях цитоплазматичний шар змінює властивості, варіюючи жирні кислоти в складі ліпідів. Мембрана містить гопаноїди, які замінюють стероїди. Пентациклічні сполуки на основі гопана беруть участь в нормалізації фізичних властивостей ліпідного бішару.

Інші позаклітинні структури

Зовнішні структури бактеріальної клітини представлені не тільки клітинною стінкою і мембраною. У багатьох видів цих мікроорганізмів є капсула з екзополісахаридів. У ній містяться лінійні або розгалужені поліглікани і поліпептиди. Капсула захищає клітини непатогенних бактерій від висихання. У патогенних видів вона збільшує вірулентність, тому імунній системі складно їх придушити і знищити.

Бактеріальні клітини можуть мати й інші позаклітинні структури:

  • S-шар складається з впорядкованих білкових субодиниць. Присутній не у всіх мікроорганізмів. Є бактерії, у яких він виступає єдиною щільною оболонкою. S-шар не бере участі в утворенні форми бактерій. Він захищає їх тіла від зовнішніх факторів і перешкоджає попаданню екзогенних молекул.
  • Джгутик. Рухливість бактерій обумовлена наявністю одного або декількох джгутиків, які розташовані на поверхні. Білкові структури можуть перебувати на протилежних полюсах тільця або бути зібрані в пучки. У деяких бактерій вони розкидані по всій поверхні. Клітка рухається, коли джгутик починає обертатися за годинниковою стрілкою або проти неї.
  • Пілі (фімбрії). Білкові структури у вигляді ворсинок розташовані на поверхні більшості бактерій. Пили беруть участь в кон’югації мікроорганізмів, прикріпленні їх до субстрату і іншим клітинам. Вони допомагають адаптуватися прокаріотів до нових умов. Фімбрії можуть бути тонкими і нагадувати нитки. Зустрічаються клітини, у яких пили являють собою товсті паличкоподібні структури з осьовими отворами.
  • У різних видів бактерій можуть бути додаткові позаклітинні утворення. Якщо слизова структура покриває не окрему бактерію, а скупчення структурних одиниць, її називають чохлом. Така оболонка зустрічається у хламідій і ціанобактерій.

Деякі грамнегативні бактерії мають шипами, які представляють собою порожнисті білкові структури. Вони складаються з спірально укладених молекул спініну і прикріплені до мембрани. Шипи можуть бути конічної або конусоподібно-циліндричної форми.

Є види бактерій, які характеризуються газовими вакуолями. Об’ємні структури, наповнені газом, мають сферичну, голчасту або циліндричну форму. Вони прикріплюються до поверхні клітини і містять запасний кисень, якщо в навколишньому середовищі його дуже мало.

Компоненти цитоплазми

Всередині цитоплазматичної мембрани укладена складна динамічна система, звана цитоплазмою. Вона являє собою специфічний Водний розчин з різними включеннями.

Компоненти цитоплазми:

  • Рибосоми. Розмір круглих органоїдів варіюється в межах 15-20 нм. Рибосоми синтезують білок з амінокислот. Це основна функція структури. Рибосома також з’єднує білоксинтезуючу систему і транспортує РНК.
  • Мезосоми. Мембранне утворення характерно для більшості прокаріотів. Структури характеризуються формою трубочок, бульбашок або петель. Головна функція мезосом-створення енергії. Частинки беруть участь в діленні бактеріальних клітин і формуванні спор.
  • Гранула. Ці частинки виступають додатковим джерелом енергії для бактерій. У них містяться полісахариди, невеликий обсяг жиру і крохмаль. Гранули можуть бути будь-якої форми.

У центрі прокаріотів знаходиться нуклеоїд, який замінює ядро. Він зберігає основну частину клітинної інформації мікроорганізму. Нуклеоїд представлений кільцем з молекули ДНК довжиною приблизно 1 мкм. Він здатний зберегти до 1000 ознак. За допомогою цієї структури ознаки і властивості передаються від бактерії потомству.

Розподіл бактеріальної клітини

Плазміди нагадують молекули ДНК, але в них відсутні хромосомні фактори спадковості. Основна функція внутрішньоклітинних структур – передача їх властивостей іншим мікроорганізмам. Плазміди здатні зберігати генетичну стійкість до антибіотиків. Також вони стійкі до ультрафіолету і важких металів. Зазвичай мають кільцевої формою, але не виключена і лінійна.

Розмноження одноклітинних мікроорганізмів, в тому числі і бактерій, відбувається шляхом ділення клітини. Спочатку вона подовжується, а всередині неї з’являється поперечна перегородка. Потім структура розділяється на 2 рівні за розміром дочірні клітини, які потім розходяться.

Внутрішні компоненти, поділ мікроорганізмів

Головна відмінність розмноження клітини бактерій в тому, що в процесі розмноження бере участь реплікована ДНК. При бінарному розподілі утворюється перегородка під назвою септа. Вона допомагає розділити дочірні частини, поступово розшаровуючись в середині материнської клітини.

Також у деяких мікроорганізмів може спостерігатися нерівноцінний поділ. Наприклад, у грамнегативної бактерії Caulobacter crescentus одна дочірня структурна одиниця рухлива і володіє джгутиком для хемотаксису. А друга клітина залишається прикріпленою до субстрату за допомогою стеблинки. Рухливі мікроорганізми спочатку перебувають у вільному плаванні, а потім діляться на частини. Реплікація хромосом і розмноження бактерій відбувається на стадії прикріпленої клітини.

При сприятливих умовах мікроорганізми швидко ростуть і розмножуються. Популяція деяких видів бактерій може подвоюватися через кожні 10 хвилин.

Будова бактеріальних клітин досить просте, хоча за багато років існування їх структура досить ускладнилася. Вчені відкрили понад 10 тис. цих видів прокаріотів, проте вони вважають, що на планеті є ще багато нерозкритих мікроорганізмів.

ПОДІЛИТИСЯ: