Бактериальная клетка является полноценным живым организмом. Чтобы понимать, как происходит организация обменных процессов в ней, необходимо знать химический состав клеток бактерий.
Химический состав бактериальной клетки для построения белков, углеводов и липидов включает такие элементы: азот, водород, кислород, углерод. Если брать количественное соотношение, то процент воды достигает 85, а сухое вещество, состоящее из белков, минеральных соединений, липидов, углеводов, аминокислот, составляет оставшиеся проценты.
Морфология клеточной стенки
Клеточная стенка ─ это наружный слой, защищающий клетку от внешних воздействий и придающий ей постоянную форму, к примеру, округлую или форму вибриона, палочки. Клеточная стенка играет функцию скелета. Она такая же плотная, как и растительная оболочка, в отличие от животной клеточной оболочки, которая мягкая. Внутри самой клетки давление в несколько раз больше, чем атмосферное, и если бы не ее плотная оболочка, то ее разорвало бы. Толщина стенки варьируется от 0,01 до 0,04 мкм и составляет в среднем 10-50% от общей массы.
Основным химическим компонентом всех изученных ранее видов есть муреин. Он состоит из аминосахаров и аминокислот.
В зависимости от того, как реагирует клеточная стенка на окрашивание по Граму, микроорганизмы делятся на грамположительные и грамотрицательные. У грамположительных видов стенка может окрашиваться анилиновыми красителями и после обработки йодом и спиртом сохраняет цвет. Грамотрицательные после реакции на спирт становятся бесцветными. У грамположительных и грамотрицательных видов химический состав бактериальной клетки отличается.
В составе стенки грамположительных форм есть мукопептиды, полисахариды, тейхоевые кислоты.
Клеточная стенка грамотрицательных бактерий по своему химическому составу несколько сложнее. В ней есть большое содержание липидов, которые вместе с белками и сахарами образуют сложные соединения: липополисахариды и липопротеиды. Клеточные стенки грамотрицательных бактерий муреина содержат меньшее количество, но сама структура стенки имеет более сложное строение, чем у грамположительных.
Она состоит из нескольких слоев:
- внутреннего, состоящего из муреина;
- за ним слой, состоящий из белков;
- после идет слой липополисахаридов;
- внешний, состоящий из липопротеидов.
Клеточная стенка пропускает внутрь необходимые вещества, из нее выходят продукты жизнедеятельности.
Врачи и микробиологи отмечают, что химический состав клеток бактерий существенно отличается от клеток высших организмов. Основным компонентом клеточной стенки бактерий является пептидогликан, который обеспечивает прочность и защиту. В отличие от эукариот, у бактерий отсутствуют органеллы, такие как митохондрии и хлоропласты, что влияет на их метаболизм. Врачи подчеркивают, что разнообразие химических веществ, таких как липиды и белки, играет ключевую роль в адаптации бактерий к различным условиям окружающей среды. Это разнообразие также объясняет устойчивость некоторых штаммов к антибиотикам, что вызывает серьезные опасения в области здравоохранения. Понимание этих особенностей помогает врачам разрабатывать более эффективные методы лечения инфекционных заболеваний.
Капсула
У большинства бактерий над клеточной стенкой есть капсула, которая не относится к обязательным компонентам. Поперечный разрез капсулы может быть в несколько раз больше размеров самой клетки. Микрокапсула имеет ультратонкую структуру, рассмотреть ее можно только при хорошем увеличении. Чаще всего капсула образуется при возникновении неблагоприятных условий для жизни. Капсула выполняет защитные функции. Она защищает клетку от высыхания и принимает непосредственное участие в водном обмене. Состав капсулы бактерии включает в себя в основном полисахариды. Иногда в капсуле могут находиться клетчатка, полипептиды, гликопротеины.
Читайте также:
Морфология цитоплазмы
Все внутренние органоиды находятся в жидкой среде ─ цитоплазме. У нее сложная структура, которую стало возможным изучить лишь с появлением мощных микроскопов. Внешний слой цитоплазмы называется цитоплазматической мембраной. Сквозь мембрану происходит поступление необходимых веществ и выход продуктов жизнедеятельности за пределы клетки. Через мембрану необходимые вещества проникают благодаря сложным биохимическим процессам. В мембране организация нахождения ферментов имеет упорядоченный характер, что позволяет мембране выполнять функции контроля, не давая возможности одним ферментам разрушать другие. Химический состав мембраны состоит из липопротеинов. Мембрана является очень прочной, и с ее помощью клетка может некоторое время жить без оболочки. На тонких срезах под микроскопом хорошо видно, что структура мембраны состоит из слоя липидов, который находится между слоями белков.
Химический состав клеток бактерий представляет собой уникальную комбинацию веществ, которая отличает их от клеток других организмов. Основными компонентами являются белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы. Люди, изучающие микробиологию, отмечают, что белки играют ключевую роль в метаболизме бактерий, обеспечивая катализ реакций и выполняя структурные функции. Нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, содержат генетическую информацию, необходимую для размножения и адаптации к окружающей среде. Липиды формируют клеточную мембрану, защищая клетку и регулируя обмен веществ. Углеводы, в свою очередь, служат источником энергии и участвуют в образовании клеточной стенки. Исследования показывают, что разнообразие химического состава бактерий позволяет им успешно выживать в самых экстремальных условиях, что делает их объектом интереса для ученых и биотехнологов.
Рибосомы
В цитоплазме находятся частицы, осуществляющие синтезирование белка, ─ это рибосомы. Их состав включает белок и молекулы РНК. Число рибосом может насчитываться более тысячи. У многих микроорганизмов рибосомы находятся в свободном состоянии внутри цитоплазмы, но есть виды, у которых рибосомы связаны с мембраной.
Внутри цитоплазмы есть и временные включения, которые являются запасным вариантом и образуются, когда наступают неблагоприятные условия. Такие включения служат дополнительным источником пополнения углерода.
У многих видов микроорганизмов в цитоплазме есть гранулы, в химический состав которых входит крахмал или полисахариды, могут встречаться и капельки жира. Так, например, волютин является довольно распространенным клеточным включением. Его гранулы состоят из полиметафосфата. Обычно микробы аккумулируют волютин в несвойственных для них источниках питания, например, там, где нет серы. Жидкая среда цитоплазмы содержит:
- белки;
- пигменты;
- сахара;
- ферменты;
- РНК;
- аминокислоты.
Жгутики
Жгутики являются дополнительными органоидами бактерий и служат для передвижения клетки. Жгутики есть не у всех микроорганизмов. Крепятся жгутики к цитоплазматической мембране с помощью пары дисков. Количество жгутиков может быть разным: от пары, располагающейся с одного конца, до жгутиков, располагающихся по всей поверхности. Длина жгутиков бактерий может быть в несколько раз больше длины самой клетки. Химический состав жгутиков представлен белковым веществом флагеллином.
Споры
При возникновении негативных химических или физических воздействий бактерии образуют споры, в отличие от грибов, которым споры необходимы для размножения. Для обнаружения спор бактерий используется метод нахождения по Ожешко. Он позволяет выявлять споры благодаря наличию в оболочке спор кальциевой соли. Размеры спор у разных бактерий отличаются, что немаловажно при их дифференциации. Жизненный цикл спор включает в себя такие этапы:
- подготовительный;
- стадия предспоры;
- создание оболочки;
- стадия созревания споры;
- стадия спокойствия.
Споры бактерий разнообразны по форме. Они могут быть круглыми, овальными, с ребрами жесткости. При рассматривании под микроскопом видно, что споры, как и обезвоженный белок, имеют высокий коэффициент преломления света.
Структура зрелой споры состоит из таких слоев:
- Центральный (спороплазма). В состав центрального слоя спор входит цитоплазма, системы белкового синтеза, хромосомы.
- ЦПМ, состоящая из двух слоев. Пространство между двумя слоями спор заполнено гликопептидными полимерами. Они высокочувствительны к лизоциму.
- Оболочка споры состоит в основном из белка. Именно белки обеспечивают высокую устойчивость спор к неблагоприятным условиям. Благодаря им споры способны пролежать сотни лет в ожидании необходимых условий для прорастания.
Отличия вирусов от бактерий
Основное отличие морфологии вирусов от бактерий в том, что вирусы не имеют клеточного строения. Вирусы способны размножаться только внутри клетки. Это относится и к вирусам бактерий ─ фагам. Морфологию и структуру вирусов можно изучить только с применением мощных микроскопов. Форма вирусов так же разнообразна, как и форма клеток бактерий. Если сравнить химический состав бактериальной клетки и вирусов, то химический состав простых вирусов состоит из белка и нуклеиновой кислоты. Состав сложных вирусов включает в себя полипротеиновые соединения. Уникальность вирусов в том, что они могут содержать только один из носителей информации – либо ДНК, либо РНК. Носитель генной информации вирусов представлен несколькими видами нуклеиновых кислот. У некоторых вирусов, например вирус герпеса, нуклеиновые кислоты могут быть в цитоплазме зараженной клетки и выдавать себя за плазмиды.
Изучение химического состава клеток бактерий необходимо для их идентификации, культивирования новых форм, способов получения энергии, изучения взаимодействия микроорганизма со средой, которая его окружает.
Вопрос-ответ
Каковы особенности химического состава клетки?
Живые организмы более чем на 98 % состоят из кислорода, углерода, водорода и азота. Это основные элементы. Кроме того, к макроэлементам относятся сера, фосфор, натрий, калий, магний, кальций, хлор.
Химический состав клеточной стенки бактерий?
Клеточные стенки бактерий состоят из пептидогликана (муреина) и бывают двух типов: грамположительного и грамотрицательного. Клеточная стенка грамположительного типа состоит исключительно из толстого слоя пептидогликана, плотно прилегающего к клеточной мембране и пронизанного тейхоевыми и липотейхоевыми кислотами.
Советы
СОВЕТ №1
Изучайте основные компоненты клеток бактерий, такие как клеточная стенка, мембрана и цитоплазма. Понимание их структуры и функций поможет вам лучше осознать, как бактерии взаимодействуют с окружающей средой.
СОВЕТ №2
Обратите внимание на разнообразие метаболических путей у различных видов бактерий. Это поможет вам понять, как они адаптируются к различным условиям и какие вещества они могут использовать в качестве источников энергии.
СОВЕТ №3
Изучайте влияние внешних факторов, таких как температура, pH и наличие кислорода, на химический состав клеток бактерий. Это знание может быть полезным для применения в микробиологии и биотехнологии.
СОВЕТ №4
Не забывайте о роли бактерий в экосистемах и их значении для здоровья человека. Понимание химического состава клеток бактерий может помочь вам оценить их влияние на окружающую среду и на микрофлору человека.
