Органоиды бактериальной клетки

Бактериальная клетка содержит набор органоидов (органелл), которые условно можно разделить на две группы – облигатные (обязательные) и факультативные (необязательные). Наличие облигатных органоидов является непременным условиям успешного функционирования бактериальной клетки.

Облигатные органоиды:

· клеточная стенка;

· цитоплазматическая мембрана (ЦПМ);

· нуклеоид;

· рибосомы;

· мезосомы.

Факультативные органоиды:

· пили (ворсинки, реснички);

· жгутики;

· капсула;

· спора (эндоспора или экзоспора);

· плазмиды;

· включения.

Цитоплазматическая мембрана ограничивает протопласт, располагаясь непосредственно под клеточной стенкой. Это сложно организованная структура, состоящая из двойного фосфолипидного слоя, пронизанного белками-поринами.

Функции цитоплазматической мембраны:

· метаболическая (содержит большое количество ферментов, осуществляющих все виды обменных процессов);

· регуляция осмотического давления, т. к. она полупроницаема;

· выделительная (экзоферментов, токсинов и других продуктов метаболизма);

· энергетическая (транспорт электронов у аэробов);

· синтетическая (синтез компонентов клеточной стенки, в том числе и основных – пептидогликана, тейхоевых кислот, липополисахарида/ЛПС, фосфолипидов);

· инвагинаты ЦПМ образуют мезосомы (эквивалентны митохондриям эукариот);

· в ЦПМ находятся центры роста, от которых образуется перегородка при делении клеток и спорообразовании.

Строение прокариотической (бактериальной) и эукариотической клеток представлено на рисунке 2.

Рисунок 2 – Основные органоиды прокариотической и эукариотической клеток

Нуклеоид представляет собой кольцеобразно-замкнутую двухцепочечную суперспирализованную молекулу ДНК. Для его обозначения используется еще термин «бактериальная хромосома».Нуклеоид является эквивалентом ядра эукариот. Он лишен ядерной мембраны, не содержит хромосом, не делится митозом.

Плазмиды представляют собой такую же по строению молекулу ДНК, как и нуклеоид, но в отличие от него обладают значительно меньшей молекулярной массой и могут быть представлены в покоящейся клетке несколькими копиями. Насчитывается несколько десятков видов бактериальных плазмид. Многие из них могут сосуществовать в одной бактериальной клетке.

Мезосомы являются инвагинатами (впячиваниями) цитоплазматической мембраны. Они располагаются в разных частях клетки. Имеют вид пузырьков, трубочек. Мезосомы связаны с нуклеоидом. Они участвуют в синтезе АТФ, а также в делении клетки и спорообразовании.

Рибосомы – субмикроскопические гранулы диаметром 15-20 нм. В рибосомах находится примерно 80-85% всей бактериальной РНК. Рибосомы прокариот имеют константу седиментации 70 S. Они построены из двух частиц: 30 S (малая субъединица) и 50 S (большая субъединица). Основная функция – синтез белка.

Бактериальная клетка может содержать цитоплазматические включения, которые чаще всего содержат запасы питательных веществ. Некоторые из них настолько характерны для бактерий определённого вида, что используются для идентификации (например, наличие и расположение зёрен волютина у возбудителя дифтерии).

Прокариотическая клетка может иметь защитные приспособления (эндоспора, капсула), с помощью которых она выживает в неблагоприятных условиях. Эти органеллы более подробно будут рассматриваться ниже.

Бактериальные клетки очень многих бактерий имеют пили (фимбрии) – полые белковые трубочки на поверхности клетки. Белок, из которого состоят пили, называется пилин. Пили общего типа используются бактериальной клеткой для адгезии на питательном субстрате. Половые пили (конъюгативные, секс-пили, F-пили) служат для передачи генетического материала от одной прокариотической клетки к другой при конъюгации.

Капсула служит внешним покровом бактерий. Различают:

· микрокапсулу (имеет толщину менее 0,2 мкм и выявляется при электронной микроскопии);

· макрокапсулу или истинную капсулу (толщина более 0,2 мкм, она четко обнаруживается под световым микроскопом после негативного окрашивания).

Истинная капсула представляет собой слизистый слой, связанный с клеточной стенкой. По химическому составу различают капсулы:

· полисахаридные капсулы (например, у менингококков, пневмококков, гемофильной палочки);

· полипептидные капсулы (например, у чумной полочки, сибирязвенной бациллы).

Функции капсулы:

· как фактор патогенности (вирулентности) капсула осуществляет защиту от иммунных факторов организма (фагоцитоза и антител), а также обуславливает прикрепление клеток к поверхностям, обеспечивая адгезию и колонизацию;

· антигенность (К-антиген бактерий);

· вязкость и защита микроорганизмов от высыхания;

· запас питательных веществ;

· является осмотическим барьером;

· обуславливает связь между клетками в колониях;

· препятствует прикреплению фагов к бактериальной клетке.

Жгутикиявляются органоидом движения бактерий. Представляют собой тонкие длинные нитевидные белковые образования диаметром 12-30 нм и длиной от 9 до 80 мкм. Состоят из белка (флагеллина), который обладает сократительной способностью.

Основу жгутика составляет длинная спиральная нить (фибрилла), которая у поверхности клеточной стенки переходит в утолщенную изогнутую структуру – крюк и прикрепляется к базальной грануле, вмонтированной в клеточную стенку и ЦПМ. Базальные гранулы состоят из нескольких колец (одна пара у грамположительных бактерий, четыре - у грамотрицательных прокариот). Удаление пептидогликанового слоя клеточной стенки ведет к потере способности бактерий к движению, хотя жгутики при этом остаются неповрежденными.

По характеру расположения жгутиков и их количеству бактерии делят на следующие группы: