Особенности строения бактериальной (прокариотной) клетки.

Структуру и морфологию бактерий изучают с помощью различных методов микроскопии: световой, фазово-контрастной, интерференционной, темнопольной, люминесцентной и электронной.

Бактериальная клетка состоит из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, цитоплазмы с включениями и ядерного аппарата, называемого нуклеоидом. Имеются другие структуры: мезосома, хроматофоры, тилакоиды, вакуоли, включения полисахаридов, жировые капельки, капсула (микрокапсула, слизь), жгутики, пили.

Клеточная стенка (оболочка) служит механическим барьером для предохранения содержимого клетки от вредного воздействия окружающей среды, придает клетке определенную форму и сохраняет ее. В составе клеточной стенки прокариот преобладает пептидогликан или муреин (специфическое полимерное соединение), отсутствующий в клеточных стенках эукариотов.

Структура бактериальной клетки:1 - гранулы поли-β-оксимасляной кислоты; 2 - жировые капельки; 3 - включения серы; 4 - трубчатые тилакоиды; 5 - пластинчатые тилакоиды; 6 - пузырьки; 7 - хроматофоры; 8 - нуклеоид; 9 - рибосомы; 10 - цитоплазма; 11 - клеточная стенка; 12 - цитоплазматическая мембрана; 13 - мезосома; 14 - вакуоли; 15 - ламелярные структуры; 16 - гранулы полисахарида; 17 - гранулы полифосфата

Рисунок 4 – Строение прокариотной клетки

Цитоплазма состоит из растворимых белков, рибонуклеиновых кислот, включений и многочисленных мелких гранул - рибосом, ответственных за синтез (трансляцию) белков.

Рибосомыбактерий имеют размер около 20 нм.

В цитоплазме имеются различные включения в виде гранул гликогена, полисахаридов, бета-оксимасляной кислоты и полифосфатов (волютин). Они являются запасными веществами для питания и энергетических потребностей бактерий.

Волютин обладает сродством к основным красителям и легко выявляется с помощью специальных методов окраски (например, по Нейссеру) в виде метахроматических гранул. Характерное расположение гранул волютина выявляется у дифтерийной палочки в виде интенсивно прокрашивающихся полюсов клетки.

Нуклеоид - эквивалент ядра у бактерий. Он расположен в центральной зоне бактерий в виде двунитевой ДНК, замкнутой в кольцо и плотно уложенной наподобие клубка. Ядро бактерий, в отличие от эукариот, не имеет ядерной оболочки, ядрышка и основных белков (гистонов). Обычно в бактериальной клетке содержится одна хромосома, представленная замкнутой в кольцо молекулой ДНК.

Кроме нуклеоида, представленного одной хромосомой, в бактериальной клетке имеются внехромосомные факторы наследственности – плазмиды, представляющие собой ковалентно замкнутые кольца ДНК.

Жгутики бактерий определяют подвижность бактериальной клетки. Жгутики представляют собой тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны, имеют большую длину, чем сама клетка. Толщина жгутиков 12-20 нм, длина 3-15 мкм. Они состоят из 3 частей: спиралевидной нити, крюка и базального тельца, содержащего стержень со специальными дисками (1 пара дисков – у грамположительных и 2 пары дисков – у грамотрицательных бактерий). Дисками жгутики прикреплены к цитоплазматической мембране и клеточной стенке. При этом создается эффект электромотора со стержнем-мотором, вращающим жгутик. Жгутики состоят из белка - флагеллина (от flagellum – жгутик); является Н-антигеном. Субъединицы флагеллина закручены в виде спирали.

Пили (фимбрии, ворсинки) – нитевидные образования, более тонкие и короткие (3-10 нм х 0, 3-10 мкм), чем жгутики. Пили отходят от поверхности клетки и состоят из белка пилина, обладающего антигенной активностью.

Различают пили, ответственные за адгезию, то есть за прикрепление бактерий к поражаемой клетке, а также пили, ответственные за питание, водно-солевой обмен и половые (F-пили), или конъюгационные пили. Пили многочисленны – несколько сотен на клетку. Однако половых пилей обычно бывает 1-3 на клетку: они образуются так называемыми «мужскими» клетками-донорами, содержащими трансмиссивные плазмиды (F-, R-, Col-плазмиды).

Отличительной особенностью половых пилей является взаимодействие с особыми «мужскими» сферическими бактериофагами, которые интенсивно адсорбируются на половых пилях.

Одним из важнейших показателей при определении рода и вида бактерий служит окраска по Граму. Этот метод окраски введен впервые в 1884 году датским физиком Христианом Грамом и используется как важнейший таксономический признак и имеет большое диагностическое значение.

В зависимости от способности клеток окрашиваться и не обесцвечиваться спиртом и ацетоном (или наоборот), все бактерии делятся на Грам+ (положительные) и Грам- (отрицательные).

Особенностью окраски по методу Грама является неодинаковое отношение различных микробов к красителям трифенилметановой группы: генцианвиолету, метилвиолету и кристалвиолету.

Установлено, что свойство бактерий окрашиваться или не окрашиваться по Граму, обусловлено различиями в химическом составе и ультраструктуре их клеточных стенок. У Грам-положительных клеточные стенки более толстые, многослойные.

Входящие в группу грамположительных микробов стафилококки, стрептококки дают прочное соединение с указанными красителями и йодом. Окрашенные микробы не обесцвечиваются при воздействии на них спиртом, поэтому при дополнительной окраске фуксином грамположительные микробы не изменяют первоначально принятый фиолетовый цвет.

Грамотрицательные микроорганизмы: гонококки, менингококки, возбудители кишечных заболеваний и другие, образуют с красителем и йодом легко разрушающееся под действием спирта соединение, в результате чего они обесцвечиваются и затем окрашиваются фуксином в красный или ярко-малиновый цвет.

Метод Грама довольно сложен для работы ввиду его многоэтапности и нефиксированным сроком обесцвечивания, в результате чего теряется точность, поэтому в настоящее время широкое распространение получили методы окраски в модификации А.И.Синёва и П.Г.Калиной.