Строение бактерий — особенности, стенки, клеточное

Строение бактерий

Большинство бактерий – одноклеточные структуры. Исключением являются такие растения, как нитчатые цианобактерии и актиномицеты. Форма клеток бактерий может быть округлая (кокки), извитая (спириллы, вибрионы), палочковидная (бациллы, псевдомонады), иногда – звездчатые, кубические, С-образные, т.д. Свойства бактерий, такие как подвижность, всасывание питательных веществ, приклеивание к поверхности, определяются формой клеток. К примеру, олиготрофы, обитающие в средах с низкой концентрацией питательных веществ, с целью увеличить отношение поверхности к объему образуют особые выросты (простеки).

Организм бактерии на 70-80% состоит из воды. Сухой остаток представляет собой 50% белка, частиц клеточной стенки 10-20%, липидов 10%, РНК 10-20%, ДНК 3-4%. Из микроэлементов в состав бактериальной клетки входят углерод (50%), кислород (20%), азот (14%), водород (8%) в малых концентрациях.

В строении бактерий выделяют три обязательных клеточных элемента:

Почти все бактерии имеют внешнюю оболочку — клеточную стенку, благодаря которой форма бактерий постоянна. Эта клеточная оболочка выполняет основные механические и физиологические функции. Ее главный структурный элемент – биополимер муреин. Микробиологи делят все виды бактерий на грамположительные, грамотрицательные и бактерии без клеточной стенки (микоплазмы), так как в связи с особенностями строения клеточной стенки бактерии по-разному реагируют на окрашивание способом Х. Грама. У грамположительных бактерий стенка утолщена и содержит большее количество муреина, тогда как у грамотрицательных видов клеточная стенка тонкая, а снаружи имеется мембрана, включающая белки, фосфолипиды, липополисахариды. Главная функция внешней мембраны – транспортная. Многие бактерии имеют на своей поверхности ворсинки либо жгутики, обеспечивающие передвижение организма. Некоторые бактерии покрыты снаружи слизистыми капсулами, состоящими из полисахаридов (в некоторых случаях полипептидов или гликопротеинов).

От клеточной стенки цитоплазму бактерий отделяет цитоплазматическая мембрана. Ее основная функция – создание осмотического барьера в клетке, регуляция транспорта веществ. Такие важные для жизнедеятельности организма процессы, как дыхание, хемосинтез, фиксация азота и др., происходят в мембране. Часто формируются выпячивания цитоплазматической мембраны – мезосомы. В мембране осуществляется биосинтез клеточной стенки, а также спорообразование. Жгутики и геномная ДНК тесно связаны с данным структурным элементом клетки бактерии.

В целом клетка бактерии устроена достаточно просто. Главное отличие прокариот (бактериальной клетки) от эукарит – это отсутствие ядерной мембраны и других внутрицитоплазматических мембран, которые не являются производными цитоплазматической мембраны. Вся генетическая информация об организме бактерии, необходимая для ее жизнедеятельности, заключена в одной ДНК, которая присутствует в клетке в виде замкнутого кольца. Она называется нуклеотид. Хромосома обычно в бактериальной клетке имеется в единственном экземпляре, но иногда может содержаться несколько ее копий.

В цитоплазме находятся включения в виде разнообразных везикул (пузырьков), которые образованы в процессе впячивания цитоплазматической мембраны. У фототрофных, нитрифицирующих бактерий имеется обширная сеть цитоплазматических мембран, представленная сливающимися пузырьками, как граны хлоропластов у эукариот. У тех бактерий, которые живут в водной среде, есть газовые вакуоли (аэросомы), функция которых заключается в регуляции плотности. Также в цитоплазме имеются включения запасных питательных веществ: полифосфатов, полисахаридов, соединений серы, т.д. Основным элементом бактериальной клетки являются рибосомы, расположенные в цитоплазме клетки. У цианобактерий имеются видоизмененные рибосомы – карбоксисомы, представляющие собой тельца, содержащие фермент, с помощью которого происходит фиксация СО2. У некоторых видов спорообразующих бактерий в параспоральных тельцах образуется токсин, вызывающий гибель личинок насекомых.

КОРИНЕБАКТЕРИИ: ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Полный текст:

  • Аннотация
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

Ключевые слова

Об авторах

Список литературы

1. Заболотных М.В., Колычев Н.М., Трофимов И.Г. Фенотипические формы Соrуnе-bacterium pseudotuberculosis и их основные свойства. Современные проблемы науки и образования. 2012, 4: 72-76.

2. Лабинская А.С., Костюкова Н.Н. Руководство по медицинской микробиологии. Оппортунистические инфекции: возбудители и этиологическая диагностика. М., Медицина, 2013.

3. Alatoom А.А., Cazanave C.J., Cunningham S.A. et al. Identification of non-diphtheriae Corynebacterium by use of matrix-assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry. J. Clin. Microbiol. 2012, 50: 160-163.

4. Alderwick L.J., Radmacher E., Seidel M. et al. Deletion of Cg-emb in corynebacterianeae leads to a novel truncated cell wall arabinogalactan, whereas inactivation of Cg-ubiA results in an arabinan-deficient mutant with a cell wall galactan core. J. Biol. Chem. 2005, 280 (37): 32362-32371.

5. Anantharaman V, Aravind L. Evolutionary history, structural features and biochemical diversity of the NlpC/P60 superfamily of enzymes. Genome Biology. 2003, 4 (2): 11.

Читайте также:  Коррекция и окрашивание бровей в Строгино - услуги, отзывы и адреса салонов красоты на карте - Москв

6. Barocchi M.A., Ries J., Zogaj X. et al. A pneumococcal pilus influences virulence and host inflammatory responses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006, 103 (8): 2857-2862.

7. Bernard K.A., Funke G. Corynebacterium. Bergey’s Manual of Systematics of Archaea and Bacteria (Electronic resource) Ed. by William B. Whitman. New York, John Wiley & Sons, Ltd, Published Online: 18 mar. 2015. Mode of access: http://onlinelibrary.wiley.com/ doi/10.1002/9781118960608. gbm 00026/full. doi: 10.1002/9781118960608. gbm 00026 (24.04.2015).

8. Bernard K.A. The genus Corynebacterium and other medically relevant coryneform-like bacteria. J. Clin. Microbiol. 2012, 50 (10): 3152-3158.

9. Brown J.M., Frazier R.P., Morey R.E. et al. Phenotypic and genetic characterization of clinical isolates of CDC coryneform group A-3: proposal of a new species of Cellulomonas, Cellulomonas denverensis sp. nov. J. Clin. Microbiol. 2005, 43 (4): 1732-1737.

10. Burkovski A. Cell envelope of Corynebacteria: structure and influence on pathogenicity. ISRN Microbiol. 2013. http://dx.doi.org/10.1155/2013/935736.

11. Cerdeno-Tarraga A.M., Efstratiou A., Dover L.G. et al. The complete genome sequence and analysis of Corynebacterium diphtheriae NCTC13129. Nucleic. Acids. Res. 2003, 31 (22): 6516-6523.

12. Costa-Riu N., Burkovski A., Kramer R. et al. PorA represents the major cell wall channel of the gram-positive bacterium Corynebacterium glutamicum. J. Bacteriol. 2003,185 (16): 4779-4786.

13. Daffe M. The cell envelope of corynebacteria. In: Eggeling L., Bott M. (ed.). Handbook of Corynebacterium glutamicum. Boca Raton, Fla, USA, Taylor &Francis, 2005.

14. Domer U., Schifller B. et al. Identification of a cell-wall channel in the corynemycolic acid-free Gram-positive bacterium Corynebacterium amycolatum. International Microbiology. 2009, 12(1): 29-38.

15. Dramsi S., Trieu-Cuot Bieme P.H. Sorting sortases: a nomenclature proposal for the various sortases of Grampositive bacteria. Res. Microbiol. 2005, 156 (3): 289-297.

16. Eggeling L., Gurdyal S.B., Alderwick L. Structure and synthesis of the cell wall. In: Corynebacteria. A. Burkovski (ed.). Caister Academic Press, Norfolk, UK, 2008, P. 267-294.

17. Funke G., von Graevenitz A., Clarridge J.E. Clinical microbiology of coryneform bacteria. Clin. Microbiol. Rev. 1997, 10 (1): 125-159.

18. Gande R., Dover L.G., Krumbach K. The two carboxylases of Corynebacterium glutamicum essential for fatty acid and mycolic acid synthesis. J. Bacteriol. 2007, 189 (14): 5257-5264.

19. Gebhardt H., Meniche X., Tropis M. The key role of the mycolic acid content in the functionality of the cell wall permeability barrier in Corynebacteriaceae. Microbiol. 2007, 153 (5): 1424-1434.

20. Hansmeier N., Chao T.C., Kalinowski J. et al. Mapping and comprehensive analysis of the extracellular and cell surface proteome of the human pathogen Corynebacterium diphtheriae. Proteomics. 2006, 6 (8): 2465-2476.

21. Hiinten P, Costa-Riu N., Palm D. et al. Identification and characterization of PorH, a new cell wall channel of Corynebacterium glutamicum. Biochimica et Biophysica Acta. Biomembranes. 2005, 1715 (1): 25-36.

22. KhamisA., Raoult D., B.LaScola. rpoB gene sequencing for identification of Corynebacterium species. J. Clin. Microbiol. 2004, 42 (9): 3925-3931.

23. KuamazawaN., YanagawaR. Chemical properties of the pili of Corynebacterium renale. Infect. Immun. 1972, 5 (1): 27-30.

24. MandlikA., Swierczynski A. Pili in gram-positive bacteria: assembly, involvement in colonization and biofilm development. Trends Microbiol. 2008, 16 (1): 33-40.

25. Marienfeld S., Uhlemann E.M., Schmid R. et al. Ultrastructure of the Corynebacterium glutamicum cell wal. Antonie van Leeuwenhoek. 1997, 72 (4): 291-297.

26. Mattos-Guaraldi A.L., Formiga L.C.D., Pereira G.A. Cell surface components and adhesion in Corynebacterium diphtheria. Microbes Infect. 2000, 2 (12): 1507-1512.

27. Mishra A.K., Krumbach K., Rittmann D. Lipoarabinomannanbiosynthesis in Corynebacteria-ceae: the interplay of two a(l-2)-mannopyranosyltransferases MptC and MptD in mannan branching. Mol. Microbiol. 2011, 80 (5): 1241-1259.

28. Mishra A.K., Das A., Cisar J.O. Sortase catalyzed assembly of distinct heteromeric fimbriae in Actinomyces naeslundii. J. Bacteriol. 2007, 189: 3156-3165.

29. Moreira L.O., Mattos-Guaraldi A.L., Andrade A.F.B. et al. Novel lipoarabinomannan-like lipoglycan (CdiLAM) contributes to the adherence of Corynebacterium diphtheriae to epithelial cells. Arch Microbiol. 2008, 19 (5): 521-530.

30. Niederweis M., Danilchanka O., Huff J. et al. Mycobacterial outer membranes: in search of proteins. Trends Microbiol. 2010, 18 (3): 109-116.

31. Ott L., Holler M. et al. Corynebacterium diphtheriae invasion-associated protein (DIP1281) is involved in cell surface organization, adhesion and internalization in epithelial cells. BMC Microbiology. 2010, 10 (1): 2-10.

Читайте также:  Аутизм причины заболевания

32. Ott L., Holler M., Rheinlaender J. et al. Strain-specific differences in pili formation and the interaction of Corynebacterium diphtheriae with host cells. [Electronic resource], BMC Microbiology. 2010, Vol.10. Article 257. Mode of access: doi:10.1186/1471-2180-10-257. — 14.03.15.

33. Paviour S., Musaad S., Roberts S. et al. Corynebacterium species isolated from patients with mastitis. Clin. Infect. Dis. 2002, 35 (11): 1434-1440.

34. Radmacher E., Alderwick J., Besra G.S. Two functional FAS-I type fatty acid synthesis in Corynebacterium glutamicum. Microbiology. 2005, 151 (7): 2421-2427.

35. Rheinlaender J., GrabnerA., Ott L. et al. Contour and persistence length of Corynebacterium diphtheriae pili by atomic force microscopy. Eur. Biophys. Journal. 2012, 41 (6): 561-570.

36. Sabbadini P.S., Assis M.C., Trost E. Corynebacterium diphtheriae 67-72p hemagglutinin, characterized as the protein DIP0733, contributes to invasion and induction of apoptosis in Hep-2 cells. Microbial Pathogenesis. 2012, 52 (3): 165-176.

37. Ton-That H., Schneewind O. Assembly of pili in Gram-positive bacteria. Trends Microbiol. 2004, 12 (5): 228-234.

38. Ton-That H., Schneewind O. Assembly of pili on the surface of Corynebacterium diphtheriae. Mol. Microbiol. 2003, 50 (4): 1429-1438.

39. Tsuge Y., Ogino H., Teramoto H. et al. Deletion of cgR_1596 and cgR_2070, encoding NlpC/ P60 proteins, causes a defect in cell separation in Corynebacterium glutamicum. J. Bacteriol. 2008, 190 (24): 8204-8214.

40. Yang Y., Shi F., Tao G. et al. Purification and structure analysis of mycolic acids in Corynebacterium glutamicum. J. Bacteriol. 2012, 50 (2): 235-240.

Для цитирования:

Харсеева Г.Г., Воронина Н.А. КОРИНЕБАКТЕРИИ: ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2017;(1):107-114. https://doi.org/10.36233/0372-9311-2017-1-107-114

For citation:

Kharseeva G.G., Voronina N.A. CORYNEBACTERIUM: FEATURES OF THE STRUCTURE OF THE BACTERIAL CELL. Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2017;(1):107-114. (In Russ.) https://doi.org/10.36233/0372-9311-2017-1-107-114


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Мембрана бактерии: строение, особенности, функционал

Несмотря на то, что между прокариотами и эукариотами существует много фундаментальных различий, есть ряд признаков, по которым эти две разные биосистемы очень схожи между собой. Общее для ядерных клеточных единиц и доядерных организмов – наличие белкового барьера между внутренней средой клетки и внешним пространством, в котором клетка существует. Есть гипотеза, что формирование в процессе эволюции клеточной мембраны у бактерии, как у первого живого организма, – одно из важнейших изобретений природы, в результате которого стало возможным дальнейшее усложнение внутриклеточных процессов.

Основные функции

В бактериальной клетке, как в живом самостоятельном организме, протекают все процессы, связанные с обеспечением клеточных структур энергией и питательными веществами.

Кроме того, любое действие по переработке органики (питание) сопровождается формированием и накоплением отходов, которые необходимо выводить за пределы организма.

Решение этих трех важных задач возложено на цитоплазматическую мембрану у бактерий:

  1. Доставка в клеточную среду из внешней среды соединений, обеспечивающих общий метаболизм в организме бактерии (дыхание).
  2. Снабжение бактериальной клетки питательными веществами для извлечения жизнеобеспечивающей энергии.
  3. Вывод отходов во внешнюю же среду.

Не менее важными функциями мембранной конструкции являются:

  • обеспечение постоянного состава внутриклеточного пространства;
  • крепление жгутиков;
  • синтез веществ, необходимых для построения клеточной стенки.

Удивительным является тот факт, что, несмотря на важность и сложность тех функций, которые должна выполнять цитоплазматическая мембрана, ее строение нельзя назвать громоздким или замысловатым. Природа нашла изящное решение, чтобы, использовав минимальный ресурс, создать простую и эффективную систему естественной защиты бактериальной клетки и двустороннего транспорта веществ внутрь и наружу.

Строение

Независимо от того, что ЦПМ (цитоплазматическая мембрана) в любой бактериальной клетке выполняет одни и те же функции, ее строение все же может иметь ряд отличий, в зависимости от группы прокариотов, которые исследуются в каждом конкретном случае.

Структурные отличия имеются между строением плазматической мембраны грамотрицательных бактерий и грамположительных.

Здесь есть необходимость уточнить, что иногда вносится путаница в определение цитоплазматической мембраны и клеточной стенки бактерии.

Клеточная стенка – отдельная структура бактериальной клетки, которая не определяется как часть ЦПМ, а имеет свое обособленное строение, в основе которого – белковые структуры муреина.

Именно эти структуры, в случае выявления грамотрицательных микроорганизмов, не реагируют на окраску по Граму, что позволяет провести первоначальную идентификацию бактерий.

Поэтому, говоря о грамотрицательных прокариотах, нужно понимать, что в данном случае исследуется не ЦПМ, а клеточная стенка, хотя эти клеточные структуры и находятся друг с другом в непосредственной близости.

Читайте также:  Как заподозрить наличие стафилококка у грудничка Первогодик

Второе важное отличие строения ЦПМ грамотрицательных бактерий – наличие наружной мембраны.

Если взять за основу исследование мембранных конструкций у грамположительных прокариотов, то мембрана у этих бактерий состоит из:

  1. Двух слоев липидов. Липиды – органические жироподобные вещества, которые характеризуются разной степенью водонепроницаемости (гидрофобностью).
  2. В эти два липидных слоя в буквальном смысле вмонтированы белковые молекулы, которые и отвечают за сообщение между внутренним и наружным пространством бактериальной клетки.

Если у грамположительных бактерий есть только одна ЦПМ, то у грамотрицательных прокариот их две.

Внешний слой такой клетки состоит из:

  • самой ЦПМ, которая соприкасается с цитоплазмой;
  • клеточной стенки, которая состоит из муреина;
  • наружной мембраны, которая имеет такую же бисистему липидов с белковыми комплексами.

Сообщение грамотрицательных бактериальных клеток с внешним миром через такую трехступенчатую структуру не дает преимущества этим микроорганизмам на выживание в более суровых условиях. Эти микробы также плохо переносят высокие температуры, среду с повышенной кислотностью и перепадами внешнего давления.

Хотя, безусловно, и среди грамположительных, и среди грамотрицательных прокариотов есть термофильные и барофильные группы бактерий, которые приспособились к выживанию в экстремальных условиях.

Отдельным образованием ЦПМ является мезосома. Это своеобразное впячивание части самой мембраны внутрь клеточного пространства. Мезосомы играют определяющую роль при делении клетки бактерии.

Состав

Относительно простое структурное устройство ЦПМ бактерий уравновешивается сложностью тех функций, которые возложены на каждый элемент этой системы в отдельности.

Как уже говорилось, мембранная конструкция у микробов состоит из бислоя липидов. Что представляют собой эти липиды, и какую функцию они выполняют:

  1. Бислой ЦПМ содержит определенный вид липидов – фосфолипиды. Это сложные органические вещества с содержанием фосфорной кислоты. Особенность этих органических молекул состоит в том, что их основная часть (головка) является гидрофильной (водопроницаемой), а окончание (хвостик) – гидрофобное (водонепроницаемое). Эту особенность хорошо видно на пространственной формуле этих молекул.
  2. Структура ЦПМ устроена так, что гидрофильные головки образуют наружный слой, а гидрофобные хвостики – внутренний.
  3. Эта структура формирует жидкокристаллическую модель, на которую мозаичным образом крепятся молекулы белков.
  4. Белки, как основные структурные элементы, которые содержит цитоплазматическая мембрана, подразделяются на два основных вида:
    • Группа периферических белковых молекул, которые контактируют как с цитоплазмой, так и с ЦПМ. Основная роль этих комплексов – формировать протонные мостики для транспорта внутрь клетки и за ее пределы.
    • Группа интегральных белков – крупные молекулы, которые полностью погружены в тело мембраны, а иногда даже выходят за ее пределы. ЦПМ содержит огромное количество интегральных белковых комплексов, которые имеют прочные связи с бислоем липидов и не могут дрейфовать вдоль стенок цитоплазматической мембраны, как периферийные белки.

Эта простая схема может быть значительно усложнена у разных групп бактерий. Так, например, мембранный комплекс бактерий-фотосинтетиков состоит не только из указанных белковых комплексов, в нее также внедрены фотосинтезирующие аппараты. Такие мембранные конструкции даже имеют отдельное название – фотосинтетические.

Транспорт

Исходя из того, что ЦПМ состоит из белковых молекул, которые могут строить каналы передачи между цитоплазмой и внешней средой клетки, особый интерес представляет механизм транспорта, который осуществляется через мембранные комплексы.

В зависимости от того, какие виды связей используют те белки, из которых состоит мембрана бактерии, транспорт может быть двух видов:

  • активный;
  • пассивный.

Пассивный транспорт – процесс, который протекает без затраты энергии клеткой. К таким процессам относится транспорт по причине разницы концентраций в растворе. Молекулы более концентрированного раствора передвигаются в менее концентрированный, до тех пор, пока будет установлено определенное равновесие.

Активный транспорт – в нем принимают участие связующие белки. Такой транспорт идет с затратой энергии. В грамотрицательных бактериях транспорт осуществляется также с помощью пермеаз, из которых, в том числе, состоит пространство между внутренней и внешней мембранами грамотрицательных клеток. Пермеазы являются связующим звеном для этих двух бактериальных структур.

Внутренние структуры

Кроме ЦПМ, внутри бактериальных клеток разных групп могут присутствовать обособленные мембранами включения. Эти ограждения, как и цитоплазматический барьер, состоят из липидов и белков. Установлено, что эти мембраны играют роль в метаболических процессах клетки, а также принимают участие в прохождении цикла Кальвина (цикла реакции фотосинтеза у прокариотов).

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Ссылка на основную публикацию
Стоматологическая клиника у метро Речной вокзал; Дента-Эль
Дента-Эль стоматология Не дозвонились? Поможем найти врача в Москве. Приём в ближайшее время, скидки до 30% Акции Новости Видео Отзывы...
Стенокардия не является отдельно взятым, самостоятельным заболеванием — «Ингушетия» — интернет-газет
Неотложная доврачебная помощь при остром приступе стенокардии Стенокардия является серьезным заболеванием, которое нельзя оставлять без внимания. Грамотно оказанная неотложная помощь...
Стенокардия Принцметала (вариантная, вазоспастическая) симптомы, лечение и прогноз
Особенности и механизмы развития вазоспастической стенокардии Вазоспастическая стенокардия достаточно редкое заболевание. Она развивается в результате спазма артерий, возникшего под воздействием...
Стоматологическая поликлиника №4
Метро парнас стоматология Основное правило нашей клиники - мы применяем только те материалы и технологии, в эффективности и надежности которых...
Adblock detector