БАКТЕРІАЛЬНА КЛІТИНА: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА СТРУКТУРА (ЧАСТИНИ) - БІОЛОГІЯ - 2025

Бактеріальна клітина є найпростішою відомою організацією живого організму. Бактерії - це одноклітинні організми, які не мають ядра або будь-якої органели, відокремленої від вмісту цитозолю через мембрану (всі бактерії класифіковані в домені прокаріотів).

Наукові дослідження показали, що, незважаючи на те, що бактеріальним клітинам не вистачає органел, вони мають дуже контрольовану та чітку організацію, регуляцію та внутрішню динаміку. У них є всі необхідні механізми для виживання ворожих і мінливих умов середовища, де вони живуть.

Загальна схема бактерії та її частин (Джерело: Це векторне зображення повністю зроблено Ali Zifan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) через Wikimedia Commons)

Така адаптованість означала для вчених важливий інструмент та ідеальну біологічну модель для вивчення основних принципів молекулярної біології; Основні знання про реплікацію, транскрипцію та транскрипцію ДНК були зрозумілі спочатку в бактеріальних клітинах, перш ніж еукаріотичні клітини.

Всі бактеріальні клітини мікроскопічні, тобто їх не можна спостерігати неозброєним оком без використання мікроскопа, що є великою перевагою для вивчення цих мікроорганізмів, оскільки їх можна підтримувати та вивчати в невеликому просторі та з невеликими поживними ресурсами. до мільйонів живих клітин.

В даний час бактеріальна клітина є одним з найважливіших біотехнологічних засобів. Вчені маніпулюють додатковою хромосомною ДНК бактерій, щоб синтетично виробляти майже будь-який білок, що представляє інтерес для людини.

Загальна характеристика бактеріальної клітини

Морфологічно бактеріальні клітини можуть бути дуже мінливими, але навіть так, всі вони мають загальні характеристики. Наприклад:

- Кожна бактеріальна клітина має клітинну стінку, яка її оточує і складається з комбінації вуглеводів з пептидами під назвою "пептидоглікан".

- Бактеріальні клітини - це одноклітинні організми, тобто кожна клітина - це повноцінний організм, який може рости, живитись, розмножуватися та вмирати.

- Генетичний матеріал бактерій "розкиданий" або розпорошений у великому клубочку, зануреному в клітинний цитозол, в області, відомій як нуклеоїдна область.

- Багато бактерій мають спеціалізовані структури для руху, що називаються «джгутиком», які знаходяться в самих віддалених областях їхніх тіл.

- Зазвичай зустрічаються бактеріальні клітини, що утворюють колонії або підтримують симбіотичний зв’язок з іншими організмами, і, крім того, багато бактерій є патогенними для людини.

- Більшість бактерій майже в 10 чи 15 разів менші за розмір будь-якої клітини тварини (еукаріотична), оскільки вони не перевищують одиницю мікронів у довжину.

- Вони є у всіх існуючих середовищах на біосфері, оскільки є ці мікроорганізми, пристосовані практично до будь-яких умов навколишнього середовища.

Будова бактеріальної клітини (частини)

Багато вчених підрозділяють бактеріальну клітину на три анатомічні області для полегшення дослідження. Ці три області, які є загальними для будь-якого типу бактеріальних клітин, що спостерігаються, і це:

- Зовнішня область , що складається з позаклітинних структур (джгутики, волоски, реснички тощо)

- Клітинна область покриття , що складається з клітинної стінки та цитоплазматичної мембрани

- Внутрішня область , утворена цитозолом і всіма підвішеними в ньому структурами.

Залежно від виду бактерій, який вивчається в кожному регіоні, спостерігаються деякі структури та частини, відмінні від "типових" бактеріальної клітини. Однак найбільш поширені для будь-якої бактеріальної клітини пояснюються та класифікуються відповідно до кожної області, в якій вони знаходяться.

Позаклітинна область

- Капсула : це полімерна поверхня, яка покриває всю клітинну стінку бактерій. Він складається з слизу та глікокаліксу, які в свою чергу складаються з рясних молекул вуглеводів, пов'язаних з ліпідами та білками. Капсула виконує важливу захисну функцію для клітини.

- Плівка : це поверхня, рідина або в’язка матриця, в яку занурені бактеріальні клітини. Вони утворюються з полісахаридів, схожих за складом з полісахаридами капсули і, як правило, виконують функції щодо захисту та переміщення клітин.

- Фімбрії : вони є різновидом дуже численних ниткоподібних придатків, які виявляються прикріпленими до клітинної стінки бактерій. Вони служать для рухливості та приєднання бактеріальних клітин до будь-якої поверхні. Вони складаються з гідрофобного білка під назвою пілін.

Фімбрії бактерій кишкової палички. Її приблизно 200. Джерело: (Зображення: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Статеві пили: деякі фімбрії (декілька) модифікуються, щоб утворити своєрідну «трубу», яку використовують бактерії для кон'югації (перенесення генетичного матеріалу між різними бактеріями), що є різновидом «статевого розмноження» примітивні.

- джгутики : вони довші нитки, ніж фімбрії, і складаються з білків; у них "хвостовий" вигляд. Вони виконують рушійну функцію руху клітин і прикріплюються до клітинної мембрани. Від однієї до сотні джгутиків можна виявити в одній бактеріальній клітині.

Бактерії Vibrio vulnificus з джгутиками. CDC / Джаніс Хені Карр / Громадське надбання

Діаграма бактеріальної джгутика (Джерело: LadyofHats / Public domain, через Wikimedia Commons)

Регіон охоплення

Клітинне покриття, як правило, складається з цитоплазматичної мембрани та пептидогліканового шару, який називають "клітинною стінкою". Конверт складається з комплексів ліпідів, вуглеводів і білків. Хімічний склад оболонки пептидоглікана використовується як класифікація для розмежування двох типів бактерій.

Грампозитивні бактерії та грамнегативні бактерії. Грампозитивні бактерії характеризуються тим, що має товстий шар пептидоглікана, без зовнішньої мембрани, яка його покриває, тоді як грамнегативні бактерії мають лише тонкий шар пептидоглікану із зовнішньою мембраною, накладеною на нього.

- Цитоплазматична мембрана : вона має схожу будову з клітинною мембраною еукаріотичних клітин. Це фосфоліпідний двошаровий з асоційованими білками (інтегральним або периферичним). Однак він відрізняється від мембрани еукаріотичних клітин тим, що не володіє ендогенно синтезованими стеролами.

Цитоплазматична мембрана бактеріальних клітин є однією з найважливіших структур, оскільки саме там відбувається злиття клітин, транспорт електронів, секреція білка, транспорт поживних речовин та біосинтез ліпідів тощо.

Внутрішній регіон

- Геном : на відміну від еукаріотичних клітин, геном бактеріальних клітин не міститься в мембранозному ядрі. Натомість він існує як клубок ДНК, який ущільнюється у більш-менш круговій формі і асоціюється з деякими білками та РНК. Цей геном значно менший, ніж еукаріотичний геном: він розміром приблизно від 3 до 5 МБ і утворює єдину кругову хромосому з топологією.

- плазміди або екстрахромосомні молекули ДНК : це невеликі кругові молекули ДНК, які здатні реплікуватися незалежно від клітинної геномної ДНК. Як правило, молекули плазмідної ДНК обмінюються під час кон'югації, оскільки інформація, необхідна для стійкості до антибіотиків та / або токсинів, кодується в них.

Бактеріальна ДНК і плазміди. Оригінальний файл: Користувач: Spaully. Переклад: Фібоначчі. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Рибосоми : рибосоми беруть участь у трансляції РНК, яка була транскрибована з послідовності гена, який кодує білок. Кожна бактеріальна клітина має близько 1500 активних рибосом всередині. Субодиниці рибосоми бактеріальної клітини - це 70-ті, 30-ті та 50-ті роки, тоді як еукаріотичні клітини мають субодиниці 60-х та 40-х років.

Для антибіотиків прийнято атакувати рибосоми бактерій, блокуючи трансляцію білків і спричиняючи лізис або загибель клітин.

- Ендоспори : бактерії мають внутрішні спори, які перебувають у стані спокою, і використовуються для виживання, коли умови навколишнього середовища надзвичайні. Ендоспори виходять із стану спокою, коли різні рецептори на поверхні виявляють, що умови знову сприятливі; Це створює нову, повністю функціональну клітину бактерій.

Зелені ендоспори всередині бактеріальних клітин. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- гранули або тіла включення : вони функціонують як своєрідний резерв вуглеводів, фосфатних сполук та інших молекул. Їх склад змінюється залежно від виду бактерій, і вони легко помітні в цитоплазмі за допомогою оптичних мікроскопів.

Список літератури

1. Cabeen, MT, & Jacobs-Wagner, C. (2005). Форма бактеріальної клітини. Мікробіологія природи, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP, & Smith, CJ (2007). Будова та склад мікробів.
3. Гітай, З. (2005). Нова біологія бактеріальної клітини: рухомі частини та надклітинна архітектура. Клітка, 120 (5), 577-586.
4. Silhavy, TJ, Kane, D., & Walker, S. (2010). Оболонка клітин бактерій. Перспективи холодного весняного порту в біології, 2 (5), a000414.
5. Willey, JM, Sherwood, L., & Woolverton, CJ (2009). Прескоттські принципи мікробіології. Бостон (Массачусетс): вища освіта МакГрау-Хілл.