Прокариоты. Морфология бактерий. Способы движения
Бактерии относятся к надцарству Procaryotae (Предъядерные), царству Bacteria.
Настоящие бактерии - эубактерии - одноклеточные организмы, имеющие недифференцированное ядро (нуклеоид). Размножаются простым бинарным (поперечным) делением клетки. Размеры клетки: диаметр 0,5 - 2 мкм, длина 5-20 мкм. Морфологически бактерии различаются по следующим признакам: а) форме; б) величине; в) взаимному расположению клеток; г) по наличию или отсутствию жгутиков и капсул; д) по способности к спорообразованию и т. д.
По форме клетки бактерии делят на 3 группы: шаровидные, палочковидные и извитые.
Шаровидные бактерии - кокки. Шаровидные бактерии не имеют жгутиков и не образуют спор. Направление плоскости деления клетки играет определяющую роль в образовании микроколоний. Выделяют следующие типы микроколоний :
Микрококки - Клетки делятся в одной плоскости, после деления располагаются одиночно (рис.12.1).
Диплококки- после деления клетки располагаются попарно (рис.12.2)
Тетракокки - Клетки делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, образуются группы по 4 клетки (рис.12.3).
Стрептококки (Streptos – цепь)- Клетки делятся в одной плоскости, после деления клетки остаются в цепочках (рис.12.4).
Сарцины (Sarcio – тюк)- Клетки делятся в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях, образуются пакеты по 8 или 64 клетки (рис.12.5).
Стафилококки (StАFyle – гроздь) - Клетки делятся в неопределенных направлениях, образуют скопление клеток, напоминающее виноградные грозди (12.6).
Палочковидные бактерии - Это самая многочисленная и разнообразная группа бактерий. Длина клетки колеблется от десятых долей до 10 - 15 мкм и более, диаметр - от десятых долей до 2 мкм. Различаются морфологически по величине клетки, очертанию её концов, наличию или отсутствию жгутиков, а также по способности к спорообразованию. Чаще всего их делят на подгруппы:
Бактерии (по гречески «бактерион» - Палочка) - палочковидные формы. Не образуют спор. Деление клетки поперечное. Могут быть соединены по две клетки - Диплобактерии и в цепи – Стрептобактерии (рис. 12.7-12.8).
Бациллы - Палочковидные формы, способные в неблагоприятных условиях формировать споры.
По взаимному расположению клеток различают диплобациллы и стрептобациллы.
К группе палочковидных примыкают Нитчатые бактерии С длиной клетки 15 - 50 мкм (рис.12.16), а также ветвистые формы микобактерий (рис.12.15).
Извитые бактерии - изогнутые палочки. Характер изогнутости клетки можно сравнивать с длиной волны. По степени изогнутости различают следующие формы:
Вибрионы - Короткие палочки, длиной 1-3 мкм, изогнуты на половину длины волны, напоминают по форме запятую (рис.12.12);
Спириллы - Палочки длиной 15-20 мкм, изогнуты на полную длину волны, напоминают растянутую латинскую букву S (рис.12.13);
Спирохеты - Тонкие длинные клетки, 20 - 30 мкм, с большим числом изгибов напоминают растянутую спираль, обладают продольным делением клетки (рис.12.14).
Движение бактерий.
У подвижных форм бактерий чаще наблюдаются два вида передвижения:
1) Скользящее движение неравномерным выделением слизи (встречается у миксобактерий, цианобактерий).
2) Плавающее передвижение с помощью жгутиков – наиболее распространенный тип движения. Жгутики – очень тонкие образования диаметром 10-20 нм, редко до 60 нм (у сложных жгутиков). Количество их варьирует от одного до тысячи. По характеру расположения жгутиков различают следующие типы:
1) Монотрихи - имеют один полярный жгутик (рис. 12.17).
2) Лофотрихи – бактерии имеют один пучок жгутиков (рис.12.18).
3) Амфитрихи - Два пучка жгутиков расположенных на противоположных полюсах (рис.12.19).
4) Перитрихи – вся поверхность бактериальной клетки покрыта многочисленными жгутиками (рис.12.20).
Рис.12 . Морфология бактерий (основные морфологические Признаки - форма клеток, образование микроколоний, характер Жгутикования, тип спорообразования).
7. Спорообразование и размножение бактерий
Спора бактерий – это приспособление для перенесения неблагоприятных условий. В состоянии споры бактерии переносят высушивание, высокие температуры. В зависимости от расположения споры в клетке различают следующие типы бацилл :
Бациллярный тип - Спора образуется внутри клетки и не деформирует ее (рис.12.10);
Клостридиальный тип - Спора образуется в середине клетки, деформируя ее (рис.12. 9);
Плектридиальный тип - Спора формируется на конце клетки (рис.12.11).
Этапы спорообразования у бактерий:
I этап. Прекращение роста, перестройка клеточных белков.
II этап. Репликация нуклеоида.
III этап. Отделение полярного нуклеоида и обособление части протопласта мезосомами.
IV этап. Развитие многочисленных слоев споровых покровов, накопление дипиколиновой кислоты, которая обеспечивает термостойкость.
Размножение бактерий. Наиболее часто бактерии размножаются простым бинарным делением. Процессу деления всегда предшествует редупликация нуклеоида. Затем следует деление перетяжкой (у грамотрицательных) или перегородкой (у грамположительных).
Строение бактериальной клетки
Клеточное строение прокариот имеет ряд существенных отличий по сравнению с эукариотической клеткой (см. приложение 2).
Основные черты клеточного строения прокариот (рис.13):
1.Бактериальная клетка покрыта Слизистой капсулой из полисахаридов, иногда с добавлением полипептидов. Предохраняет клетку от высыхания, у паразитов – от действия антител. Толщина менее 0,2 мкм – Микрокапсула (не видна в световой микроскоп), более 0,2 мкм – Макрокапсула.
2.Клеточная стенка – сложная жесткая структура, определяет форму клетки, поверхностный заряд, анатомическую целостность, контакт с внешней средой, защиту. У большинства бактерий обязательный компонент клеточных стенок – Пептидогликан муреин. Клеточная стенка разных бактерий неодинаково окрашивается по Граму. Различают Два основных типа строения клеточной стенки: Грамположительный и грамотрицательный тип. Клеточная стенка грамположительных бактерий (фирмакутных) имеет толщину 20-80 нм, на 90% состоит из муреина, анатомически однородна. У грамотрицательных бактерий (грациликутных) клеточная стенка толщиной не более 10 нм, содержит 1-10% муреина, имеет слоистое строение (см. приложение 2).
3.Протопласт клетки бактерий окружен Плазмалеммой (наружная клеточная мембрана толщиной 7-10 нм). Скорость роста плазмалеммы больше, чем скорость роста стенки, поэтому образуются инвагинации (впячивания внутрь клетки) – Мезосомы, которые выполняют роль всех клеточных мембранных органоидов. Существуют различные виды мезосом: трубчатые – Тубулы, в виде пузырьков – Везикулы, пластинчатые – Тилакоиды. Мезосомы, несущие пигменты у фотоавтотрофов – Хроматофоры. Рибосомы 70S-типа – Немембранные органоиды, В которых осуществляется биосинтез белка.
Рис. 13. Ультраструктура бактериальной клетки. 1 - слизистая Капсула; 2 - клеточная стенка; 3 - цитоплазматическая мембрана; 4 - цитозоль; 5 - нуклеоид; 6 - рибосомы 7OS-типа; 7 - мезосомы Тубулярного типа; 8 - везикулы; 9 - тилакоиды, несущие пигменты (хроматофоры); Включения: 10 - гранулы гликогена; 11 - капли масла; 12 - зерна волютина; 13 - капли серы; 14-жгутики.
При ультрацентрифугировании риюбосомы прокариот оседают со скоростью около 70 единиц Сведенберга (70S). Они мельче, чем у эукариот. В бактериальной клетке может содержаться от 5000 до 50 000 рибосом, что зависит от многих факторов: возраста. Условий культивирования.. Внутриклеточное пространство заполнено полужидкой коллоидной массой – Цитозолем.
4.Нуклеоид – единственная, чаще кольцевая, хромосома прокариот, выполняющая роль ядра. Не отделяется от цитоплазмы мембранными оболочками, в связи с чем принято говорить, что бактерии не имеют дифференцированного ядра. В клетках бактерий могут также присутствовать мелкие генетические структуры – Плазмиды, несущие дополнительную информацию. Существуют в виде небольших линейных и кольцевых молекул ДНК длиной от 2 до 600000 пар нуклеотидов, способных к автономной редупликации.
5.Включения – необязательные органоиды. Природа и функция их могут быть различны. В одних случаях включения выполняют запасную функцию, в других могут быть продуктами обмена бактериальной клетки. Представлены зернами (гранулами) полисахаридов Гранулезы, гликогена, полифосфата Волютина, Каплями масла, серы.
6.Жгутики, пили, реснички. Они также не являются обязательными органоидами. Жгутики выполняют двигательную функцию. Длина их от 3 до 12 мкм, число и расположение может быть различным и является видовым признаком. Пили – цилиндрические белковые выросты. Служат для прикрепления к субстрату или участвуют в процессе передачи плазмид от клетки к клетке при коньюгации.