БАКТЕРИАЛЬНАЯ КЛЕТКА: ХАРАКТЕРИСТИКА И СТРОЕНИЕ (ЧАСТИ) - БИОЛОГИЯ - 2025

Бактериальная клетка является простейшей известной организацией живого организма. Бактерии - это одноклеточные организмы, у которых нет ядра или какой-либо органеллы, отделенной от цитозольного содержимого через мембрану (все бактерии классифицируются в пределах прокариотического домена).

Научные исследования показали, что, несмотря на то, что в бактериальных клетках отсутствуют органеллы, они имеют очень контролируемую и точную организацию, регуляцию и внутреннюю динамику. У них есть все необходимые механизмы, чтобы выжить во враждебных и меняющихся условиях среды, в которой они живут.

Общая схема бактерии и ее частей (Источник: это векторное изображение полностью сделано Али Зифаном / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) через Wikimedia Commons)

Такая адаптивность стала для ученых важным инструментом и идеальной биологической моделью для изучения основных принципов молекулярной биологии; Базовые знания о репликации, транскрипции и трансляции ДНК сначала были получены в бактериальных клетках, а не в эукариотических.

Все бактериальные клетки микроскопические, то есть их невозможно наблюдать невооруженным глазом без использования микроскопа, что представляет собой большое преимущество для изучения этих микроорганизмов, поскольку в небольшом пространстве и с небольшими питательными ресурсами их можно поддерживать и изучать. миллионам живых клеток.

В настоящее время бактериальная клетка является одним из важнейших биотехнологических инструментов. Ученые манипулируют внехромосомной ДНК бактерий для синтетического производства практически любого белка, представляющего интерес для человека.

Общая характеристика бактериальной клетки

Морфологически бактериальные клетки могут быть очень разнообразными, но даже в этом случае все они имеют общие характеристики. Например:

- Каждая бактериальная клетка имеет клеточную стенку, которая ее окружает и состоит из комбинации углеводов с пептидами, которая называется «пептидогликан».

- Бактериальные клетки - это одноклеточные организмы, то есть каждая клетка представляет собой целостный организм, который может расти, питаться, воспроизводиться и умирать.

- Генетический материал бактерий «разбросан» или растянут в большой клубок, погруженный в цитозоль клетки, в области, известной как область нуклеоида.

- Многие бактерии имеют специализированные структуры для передвижения, называемые «жгутиками», которые находятся во внешних областях их тела.

- Часто можно обнаружить, что бактериальные клетки образуют колонии или поддерживают симбиотические отношения с другими организмами, и, кроме того, многие бактерии являются патогенными для человека.

- Большинство бактерий почти в 10-15 раз меньше размеров любой животной клетки (эукариотической), так как их длина не превышает единицы микрон.

- Они встречаются во всех существующих средах биосферы, поскольку есть эти микроорганизмы, адаптированные практически к любым условиям окружающей среды.

Строение бактериальной клетки (частей)

Многие ученые подразделяют бактериальную клетку на три анатомических области, чтобы облегчить изучение. Эти три области являются общими для любого типа наблюдаемых бактериальных клеток:

- Внешняя область , состоящая из внеклеточных структур (жгутиков, волосков, ресничек и др.)

- Область покрытия клетки , состоящая из клеточной стенки и цитоплазматической мембраны

- Внутренняя область , образованная цитозолем и всеми взвешенными в нем структурами.

В зависимости от вида бактерий, изучаемых в каждом регионе, наблюдаются некоторые структуры и части, отличные от «типичных» для бактериальной клетки. Тем не менее, наиболее распространенные для любой бактериальной клетки объясняются и классифицируются в соответствии с каждым регионом, в котором они обнаружены.

Внеклеточная область

- Капсула : это полимерная поверхность, покрывающая всю клеточную стенку бактерий. Он состоит из слизи и гликокаликса, которые, в свою очередь, состоят из множества молекул углеводов, связанных с липидами и белками. Капсула выполняет важную защитную функцию для клетки.

- Пленка : это поверхность, жидкость или вязкая матрица, в которую погружены бактериальные клетки. Они состоят из полисахаридов, сходных по составу с полисахаридами капсулы, и обычно выполняют функции защиты и перемещения клеток.

- Фимбрии : это разновидность очень многочисленных нитчатых придатков, прикрепленных к клеточной стенке бактерий. Они служат для подвижности и прикрепления бактериальных клеток к любой поверхности. Они состоят из гидрофобного белка, называемого пилином.

Фимбрии бактерий E. coli. Их около 200. Источник: (Изображение: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Половые пили: некоторые фимбрии (несколько) видоизменяются, образуя своего рода «трубу», которая используется бактериями для конъюгации (передачи генетического материала между различными бактериями), что является своего рода «половым размножением». примитивный.

- Жгутики : они более длинные, чем фимбрии, и состоят из белков; они имеют вид «хвоста». Они выполняют движущую функцию для движения клеток и прикреплены к клеточной мембране. В одной бактериальной клетке можно найти от одного до сотен жгутиков.

Бактерии Vibrio vulnificus со жгутиками. CDC / Дженис Хейни Карр / Общественное достояние

Схема бактериального жгутика (Источник: LadyofHats / Public domain, Wikimedia Commons)

Область покрытия

Покров клетки обычно состоит из цитоплазматической мембраны и пептидогликанового слоя, который называется «клеточной стенкой». Оболочка состоит из комплексов липидов, углеводов и белков. Химический состав пептидогликановой оболочки используется в качестве классификации для различения двух типов бактерий.

Грамположительные бактерии и грамотрицательные бактерии. Грамположительные бактерии характеризуются наличием толстого слоя пептидогликана без внешней оболочки, которая его покрывает, тогда как грамотрицательные бактерии имеют только тонкий слой пептидогликана с наложенной на него внешней мембраной.

- Цитоплазматическая мембрана : она имеет структуру, аналогичную клеточной мембране эукариотических клеток. Это бислой фосфолипидов с ассоциированными белками (интегральными или периферическими). Однако он отличается от мембраны эукариотических клеток тем, что не содержит эндогенно синтезируемых стеринов.

Цитоплазматическая мембрана бактериальных клеток является одной из наиболее важных структур, поскольку именно там происходит слияние клеток, транспорт электронов, секреция белков, транспорт питательных веществ и биосинтез липидов и т. Д.

Внутренний регион

- Геном : в отличие от эукариотических клеток геном бактериальных клеток не содержится в мембранном ядре. Вместо этого он существует как клубок ДНК, который имеет более или менее круглую форму и ассоциируется с некоторыми белками и РНК. Этот геном намного меньше генома эукариот: он имеет размер примерно от 3 до 5 МБ и образует единую хромосому с круговой топологией.

- Плазмиды или внехромосомные молекулы ДНК : это небольшие кольцевые молекулы ДНК, способные к репликации независимо от клеточной геномной ДНК. Обычно во время конъюгации происходит обмен молекулами плазмидной ДНК, поскольку в них закодирована информация, необходимая для устойчивости к антибиотикам и / или токсинам.

Бактериальная ДНК и плазмиды. Исходный файл: Пользователь: Spaully. Перевод: Фибоначчи. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Рибосомы : рибосомы участвуют в трансляции РНК, которая была транскрибирована из последовательности гена, кодирующего белок. Каждая бактериальная клетка имеет внутри около 1500 активных рибосом. Субъединицы рибосомы бактериальной клетки - это 70-е, 30-е и 50-е субъединицы, в то время как эукариотические клетки имеют 60-е и 40-е субъединицы.

Антибиотики часто атакуют рибосомы бактерий, блокируя трансляцию белков и вызывая лизис или гибель клеток.

- Эндоспоры : у бактерий есть внутренние споры, которые находятся в неактивном состоянии и используются для выживания в экстремальных условиях окружающей среды. Эндоспоры выходят из состояния покоя, когда различные рецепторы на поверхности обнаруживают, что условия снова благоприятны; Это создает новую, полностью функциональную бактериальную клетку.

Зеленые эндоспоры внутри бактериальных клеток. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- Гранулы или тела включения : они действуют как своего рода резерв для углеводов, фосфатных соединений и других молекул. Их состав варьируется в зависимости от вида бактерий, и они хорошо видны в цитоплазме с помощью оптического микроскопа.

Ссылки

1. Кабин, М. Т., и Якобс-Вагнер, К. (2005). Форма бактериальной клетки. Nature Reviews Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Колман, JP, и Смит, CJ (2007). Структура и состав микробов.
3. Гитай, З. (2005). Новая биология бактериальных клеток: движущиеся части и субклеточная архитектура. Ячейка, 120 (5), 577-586.
4. Силхави, Т.Дж., Кане, Д., и Уокер, С. (2010). Оболочка бактериальной клетки. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии, 2 (5), a000414.
5. Уилли, Дж. М., Шервуд, Л., и Вулвертон, К. Дж. (2009). Принципы микробиологии Прескотта. Бостон (Массачусетс): Высшее образование Макгроу-Хилл.