Что такое бактериальная клетка 7 класс
Основные структуры бактериальной клетки — схема, особенности строения и функции
Хотя бактерии печально известны своей ролью в возникновении болезней человека, от кариеса до чумы, существуют полезные виды, которые необходимы для нашего здоровья и в целом жизни на планете Земля.
Читайте также:
Бактерии – это прокариоты, у которых отсутствуют четко выраженные ядра и мембраносвязанные органеллы, а хромосомы состоят из одного замкнутого круга ДНК. Они встречаются практически повсюду на Земле и обитают в одних из самых необычных и, казалось бы, негостеприимных местах.
Каково строение клетки бактерий? Схема, названия структур и краткое описание
Бактериальные клетки могут иметь следующие структуры и органеллы:
Формы бактериальных клеток
Бактерий можно рассмотреть только под микроскопом. Они бывают разных форм и размеров (в среднем около 0,1—10 мкм, хотя есть виды размером до 100 мкм), от мельчайших сфер, цилиндров и спиральных нитей до жгутиковых стержней и нитевидных цепей.
Есть ли у бактерий (прокариот) митохондрии?
Нет, клетки прокариот не имеют митохондрий. Митохондрии встречаются только в эукариотических клетках. Это также относится к другим мембраносвязанным структурам, таким как ядро и аппарат Гольджи.
Cимбиотическая теория предполагает, что митохондрии были первыми прокариотическими клетками, которые жили внутри бактериальных клеток. Со временем эволюция привела к тому, что эти отдельные клетки стали функционировали как единый организм в форме эукариот.
Размер и форма
Бактерии, которые относятся к прокариотам, считаются самыми мелкими живыми организмами, известными сегодня науке. Они могут иметь разные формы тела, которые влияют на процессы их жизнедеятельности. Их составляющие делятся на постоянные и непостоянные. Структурные компоненты прокариотов отличаются от растительных и животных клеток. В учебниках биологии часто приводятся таблицы и рисунки с обозначениями структур, по которым можно найти различия между разными организмами.
Размер бактерий варьируется в пределах 0,2−10 мкм. Но есть разновидности, достигающие до 600 мкм в длину и 100 мкм в диаметре, которые можно увидеть невооружённым глазом. Микроорганизмы с размером тела меньше 0,5 мкм называются нанобактериями. Они могут проходить через мембранные фильтры. Многим из них, например, микоплазмам и хламидиям, характерен паразитический образ жизни. А есть такие, что относятся к хищным разновидностям.
Разделяют бактериальные клетки по форме:
Коккобациллы отличаются формой, промежуточной между сферической и палочковидной. Бактерии могут образовывать устойчивые комбинации в виде пары палочек (диплобациллы) или кокков (диплококки), которые можно рассмотреть в микроскоп. Цепочки палочек называются стрептобациллами, а сочетания кокков — стрептококки. Некоторые организмы соединяются в розетки, гроздья или сети. Среди необычных форм встречаются звёздчатые варианты. Существуют прокариоты, которые в течение жизненного цикла меняют морфологию. Некоторые микроорганизмы включают клетки, несущие стебельки и иные придатки.
Клеточная стенка
Микроорганизмы группируют на грамположительные и грамотрицательные, в зависимости от особенностей строения. Бактериальная клетка окружена жёсткой клеточной стенкой, которая состоит из пептидогликана (муреина). Этот полимер представляет собой полисахаридные цепи, соединённые пептидными сшивками.
Клеточная стенка считается жизненно важной частью для бактерий, поскольку любые антибиотики не дают им формироваться. Неправильный рост грамотрицательных видов способствует образованию сферопластов. Эти структурные единицы лишены клеточной стенки или могут быть покрыты дефектным слоем. Однако они могут размножаться, взаимодействовать с бактериофагами, а при благоприятной среде восстанавливаться до нормальной структуры.
Клеточная стенка обеспечивает механическую прочность клетки и противостоит её внутреннему давлению, поддерживает форму бактерии. Через небольшие отверстия муреина могут проходить только молекулы массой до 50 кДа. При необходимости для белков жгутиков, пилей и ДНК отверстия для их прохождения расширяются, благодаря специфическим гидролазам пептидогликана.
Цитоплазматическая мембрана
Следующий обязательный слой бактериальной клетки — мембрана. Её покрывает клеточная стенка, что видно на схеме.
Клеточную мембрану также именуют цитоплазматической. Она представлена липидным бислоем, через который внутрь клетки поступают питательные вещества.
Мембрана поддерживает осморегуляцию прокариота, обеспечивает секрецию белков и участвует в формировании клеточной стенки. Она поддерживает биосинтез внеклеточных полимеров, получает регуляторные сигналы из внешней среды. Цитоплазматическая мембрана участвует в передаче ДНК, синтезе и разделении дочерних хромосом при размножении бактерий.
Липидный бислой включает разные белки. Его химический состав разнообразнее мембран эукариотических составляющих. В бактериях цитоплазматический слой меняет свойства, варьируя жирные кислоты в составе липидов. Мембрана содержит гопаноиды, которые заменяют стероиды. Пентациклические соединения на основе гопана участвуют в нормализации физических свойств липидного бислоя.
Другие внеклеточные структуры
Внешние структуры бактериальной клетки представлены не только клеточной стенкой и мембраной. У многих видов этих микроорганизмов есть капсула из экзополисахаридов. В ней содержатся линейные или разветвлённые полигликаны и полипептиды. Капсула защищает клетки непатогенных бактерий от высыхания. У патогенных видов она увеличивает вирулентность, поэтому иммунной системе сложно их подавить и уничтожить.
Бактериальные клетки могут иметь и другие внеклеточные структуры:
У разных видов бактерий могут быть дополнительные внеклеточные образования. Если слизистая структура покрывает не отдельную бактерию, а скопление структурных единиц, её называют чехлом. Такая оболочка встречается у хламидий и цианобактерий.
Некоторые грамотрицательные бактерии обладают шипами, которые представляют собой полые белковые структуры. Они состоят из спирально уложенных молекул спинина и прикреплены к мембране. Шипы могут быть конической или конусообразно-цилиндрической формы.
Есть виды бактерий, которые характеризуются газовыми вакуолями. Объёмные структуры, наполненные газом, имеют сферическую, игольчатую или цилиндрическую форму. Они прикрепляются к поверхности клетки и содержат запасной кислород, если в окружающей среде его очень мало.
Компоненты цитоплазмы
Внутри цитоплазматической мембраны заключена сложная динамическая система, называемая цитоплазмой. Она представляет собой специфический водный раствор с различными включениями.
Компоненты цитоплазмы:
В центре прокариотов находится нуклеоид, который заменяет ядро. Он хранит основную часть клеточной информации микроорганизма. Нуклеоид представлен кольцом из молекулы ДНК длиной примерно 1 мкм. Он способен сохранить до 1000 признаков. С помощью этой структуры признаки и свойства передаются от бактерии потомству.
Плазмиды напоминают молекулы ДНК, но в них отсутствуют хромосомные факторы наследственности. Основная функция внутриклеточных структур — передача их свойств другим микроорганизмам. Плазмиды способны сохранять генетическую устойчивость к антибиотикам. Также они устойчивы к ультрафиолету и тяжёлым металлам. Обычно обладают кольцевой формой, но не исключена и линейная.
Деление клеток
Размножение одноклеточных микроорганизмов, в том числе и бактерий, происходит путём деления клетки. Сначала она удлиняется, а внутри неё появляется поперечная перегородка. Затем структура разделяется на 2 равные по размеру дочерние клетки, которые потом расходятся.
Главное отличие размножения клетки бактерий в том, что в процессе размножения участвует реплицированная ДНК. При бинарном делении образуется перегородка под названием септа. Она помогает разделить дочерние части, постепенно расслаиваясь в середине материнской клетки.
Также у некоторых микроорганизмов может наблюдаться неравноценное деление. Например, у грамотрицательной бактерии Caulobacter crescentus одна дочерняя структурная единица подвижная и обладает жгутиком для хемотаксиса. А вторая клетка остаётся прикреплённой к субстрату с помощью стебелька. Подвижные микроорганизмы сначала пребывают в свободном плавании, а потом делятся на части. Репликация хромосом и размножение бактерий происходит на стадии прикреплённой клетки.
При благоприятных условиях микроорганизмы быстро растут и размножаются. Популяция некоторых видов бактерий может удваиваться через каждые 10 минут.
Строение бактериальных клеток довольно простое, хотя за много лет существования их структура достаточно усложнилась. Учёные открыли больше 10 тыс. этих видов прокариотов, однако они считают, что на планете есть ещё много нераскрытых микроорганизмов.
Строение бактерий
Опубликовано: 2015-02-13
Обновлено: 2019-06-21
Автор статей и главный редактор
Лисневич Наталья Николаевна
врач высшей категории, стаж более 30 лет, г. Калуга,
keon@mail.ru
Организм бактерии представлен одной единственной клеткой. Формы бактерий разнообразны. Строение бактерий отличается от строения клеток животных и растений.
В клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды. Носитель наследственной информации ДНК, расположена в центре клетки в свернутом виде. Микроорганизмы, которые не имеют настоящего ядра, относятся к прокариотам. Все бактерии — прокариоты.
Предполагается, что на земле существует свыше миллиона видов этих удивительных организмов. К настоящему времени описано около 10 тыс. видов.
Бактериальная клетка имеет стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с включениями и нуклеотид. Из дополнительных структур некоторые клетки имеют жгутики, пили (механизм для слипания и удержания на поверхности) и капсулу. При неблагоприятных условиях некоторые бактериальные клетки способны образовывать споры. Средний размер бактерий 0,5-5 мкм.
Внешнее строение бактерий
Рис. 1. Строение бактериальной клетки.
Клеточная стенка
Рис. 2. На фото строение бактериальной стенки грамотрицательных бактерий (слева) и грамположительных (справа).
Капсула
При неблагоприятных условиях внешней среды бактерии образуют капсулу. Микрокапсула плотно прилегает к стенке. Ее можно увидеть только в электронном микроскопе. Макрокапсулу часто образуют патогенные микробы (пневмококки). У клебсиеллы пневмонии макрокапсула обнаруживаются всегда.
Рис. 3. На фото пневмококк. Стрелками указана капсула (электронограмма ультратонкого среза).
Капсулоподобная оболочка
Капсулоподобная оболочка представляет собой образование, непрочно связанное с клеточной стенкой. Благодаря бактериальным ферментам капсулоподобная оболочка покрывается углеводами (экзополисахаридами) внешней среды, благодаря чему обеспечивается слипание бактерий с разными поверхностями, даже совершенно гладкими.
Например, стрептококки, попадая в организм человека, способны слипаться с зубами и сердечными клапанами.
Функции капсулы многообразны:
Рис. 4. Стрептококки способны слипаться с эмалью зубов и вместе с другими микробами являются причиной кариеса.
Рис. 5. На фото поражение митрального клапана при ревматизме. Причина — стрептококки.
Жгутики
Они обеспечивают погружение и всплытие. В почве бактериальная клетка передвигается по почвенным каналам.
Рис. 6. Схема прикрепления и работы жгутика.
Рис. 7. На фото разные типы жгутиковых микробов.
Рис. 8. На фото разные типы жгутиковых микробов.
Рис. 9. На фото кишечная палочка. Видны жгутики и пили. Фото сделано при помощи туннельного микроскопа (СТМ).
Рис. 10. На фото видны многочисленные пили (фимбрии) у кокков.
Рис. 11. На фото бактериальная клетка с фимбриями.
Цитоплазматическая мембрана
Рис. 12. На фото отчетливо видна тонкая клеточная стенка (КС), цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) и нуклеотид в центре (бактерия Neisseria catarrhalis).
Внутреннее строение бактерий
Рис. 13. На фото строение бактериальной клетки. Строение клетки бактерии отличается от строения клеток животных и растений — в клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды.
Цитоплазма
Цитоплазма на 75% состоит из воды, остальные 25% приходится на минеральные соединения, белки, РНК и ДНК. Цитоплазма всегда густая и неподвижная. В ней содержатся ферменты, некоторые пигменты, сахара, аминокислоты, запас питательных веществ, рибосомы, мезосомы, гранулы и всевозможные другие включения. В центре клетки концентрируется вещество, которое несет наследственную информацию — нуклеоид.
Гранулы
Гранулы состоят из соединений, которые являются источником энергии и углерода.
Мезосомы
Мезосомы — производные клетки. Имеют разную форму — концентрические мембраны, пузырьки, трубочки, петли и др. Мезосомы имеют связь с нуклеоидом. Участие в делении клетки и спорообразовании — их основное предназначение.
Нуклеоид
Рис. 14. На фото срез бактериальной клетки. В центральной части виден нуклеотид.
Плазмиды
Плазмиды представляют собой автономные молекулы, свернутые в кольцо, двунитевой ДНК. Их масса значительно меньше массы нуклеотида. Несмотря на то, что в ДНК плазмид закодирована наследственная информация, они не являются жизненно важными и необходимыми для бактериальной клетки.
Рис. 15. На фото бактериальная плазмида. Фото сделано с помощью электронного микроскопа.
Рибосомы
Рибосомы бактериальной клетки участвуют в синтезе белка из аминокислот. Рибосомы бактериальных клеток не объединены в эндоплазматическую сеть, как у клеток, имеющих ядро. Именно рибосомы часто становятся «мишенью» для многих антибактериальных препаратов.
Включения
Включения — продукты метаболизма ядерных и безъядерных клеток. Представляют собой запас питательных веществ: гликоген, крахмал, сера, полифосфат (валютин) и др. Включения часто при окраске приобретают иной вид, чем цвет красителя. По валютину можно диагностировать дифтерийную палочку.
Формы бактерий
Форма бактериальной клетки и ее размер имеет большое значение при их идентификации (распознании). Самые распространенные формы — шаровидная, палочковидная и извитая.
Таблица 1. Основные формы бактерий.
Шаровидные бактерии
Шаровидные бактерии называют кокками (от греческого coccus — зерно). Располагаются по одному, по двое (диплококки), пакетами, цепочками и как гроздья винограда. Данное расположение зависит от способа деления клетки. Самые вредные микробы — стафилококки и стрептококки.
Рис. 16. На фото микрококки. Бактерии круглые, гладкие, имеют белую, желтую и красную окраску. В природе микрококки распространены повсеместно. Живут в разных полостях человеческого организма.
Рис. 17. На фото бактерии диплококки — Streptococcus pneumoniae.
Рис. 18. На фото бактерии сарцины. Кокковидные бактерии соединяются в пакеты.
Рис. 19. На фото бактерии стрептококки (от греческого «стрептос» — цепочка).
Располагаются цепочками. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.
Рис. 20. На фото бактерии «золотистые» стафилококки. Располагаются, как «гроздья винограда». Скопления имеют золотистую окраску. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.
Палочковидные бактерии
Палочковидные бактерии, образующие споры, называются бациллами. Они имеют цилиндрическую форму. Самым ярким представителем этой группы является бацилла сибирской язвы. К бациллам относятся чумные и гемофильные палочки. Концы палочковидных бактерий могут быть заострены, закруглены, обрублены, расширены или расщеплены. Форма самих палочек может быть правильной и неправильной. Они могут располагаться по одной, по две или образовывать цепочки. Некоторые бациллы называют коккобациллами, так как они имеют округлую форму. Но, все же, их длина превышает ширину.
Диплобациллы — сдвоенные палочки. Сибиреязвенные палочки образовывают длинные нити (цепочки).
Образование спор изменяет форму бацилл. В центре бацилл споры образуются у маслянокислых бактериях, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах бацилл, придавая им вид барабанных палочек.
Рис. 21. На фото бактериальная клетка палочковидной формы. Видны множественные жгутики. Фото сделано с помощью электронного микроскопа. Негатив.
Рис. 22. На фото бактерии палочковидной формы, образующие цепочки (сибиреязвенные палочки).
Рис. 23. На фото клетка бактерии палочковидной формы рода протей.
Рис. 24. У маслянокислых бацилл споры образуются в центре, придавая им вид веретена. У столбнячных палочек — на концах, придавая им вид барабанных палочек.
Извитые бактерии
Не более одного оборота имеют изгиб клетки холерных вибрионов. Несколько (два, три и более) — кампилобактерии. Спирохеты имеют своеобразный вид, который отображен в их названии — «спира» — изгиб и «хатэ» — грива. Лептоспиры («лептос» — узкий и «спера» — извилина) представляют собой длинные нити с тесно расположенными завитками. Бактерии напоминают извитую спираль.
Рис. 25. На фото холерный вибрион.
Рис. 26. На фото бактерии спирохеты. Они имеют своеобразный вид, который отображен в их названии — «спира» — изгиб и «хатэ» — грива.
Рис. 27. На фото бактериальная клетка спиралеподобной формы — возбудитель «болезни укуса крыс».
Рис. 28. На фото бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний.
Рис. 29. На фото бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний.
Булавовидные
Булавовидную форму имеют коринебактерии — возбудители дифтерии и листериоза. Такую форму бактерии придает расположение метахроматических зерен на ее полюсах.
Рис. 30. На фото коринебактерии.
Подробно о бактерияx читай в статьях:
Бактерии живут на планете Земля более 3,5 млрд. лет. За это время они многому научились и ко многому приспособились. Суммарная масса бактерий огромна. Она составляет около 500 миллиардов тонн. Бактерии освоили практически все известные биохимические процессы. Формы бактерий разнообразны. Строение бактерий за миллионы лет достаточно усложнилось, но и сегодня они считаются наиболее просто устроенными одноклеточными организмами.
Царство Бактерии: строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе
Содержание:
Содержание:
Царство Бактерии иди Дробянки объединяет солидную группу микроорганизмов. Их связывают некоторые общие черты, но есть и отличительные особенности: процессы жизнедеятельности, образ жизни и нюансы строения. Маленькие живые организмы, несмотря на простую организацию, доставляют человеку много хлопот, вызывая болезни, против которых ежегодно создаются сотни новых препаратов.
Царство Бактерии, строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе
Бактерии образуют три подцарства:
Архебактерии представляют собой одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл, со свойственным им биохимическим составом и физиологическими особенностями (образованы 40 видами). Многочисленная группа – это эубактерии, которые характеризуются общим строением.
Бактерии открыл Антони ванн Левенгук, который с помощью оптического микроскопа увидел и описал удивительные мелкие организмы. Это событие произошло в 17 веке. А в 19 веке Луи Пастер выяснил, что микробы подразделяются на полезные и вредные. Дальнейшее развитие микробиологии стало возможно благодаря трудам Роберта Коха.
Характерные внешние черты бактерий
Отличительные внешние черты бактериальных микроорганизмов состоят в следующем:
Таблица «Строение бактерий»
Органоиды
Строение и функции
Оболочка
Состоит из двух слоев: мембраны и клеточной стенки из муреина. Некоторые формируют третий слой – слизистую капсулу.
Цитоплазма
Объединяет органоиды и обеспечивает приток питательных веществ.
Ядерное вещество
Одноцепочечная кольцевая ДНК. Она не всегда присутствует в одном экземпляре. В клетку способны встраиваться плазмиды – дополнительные маленькие кольцевые молекулы ДНК.
Рибосомы
Обеспечивают синтез белковых молекул.
Клеточные включения
Дополнительный источник питания: крахмал, гликоген, жиры, гранулы волютина.
Жгутик
Сформирован как вырост одноклеточной оболочки и позволяет клетке перемещаться в пространстве. Бактерия формирует от 1 до 1000 жгутиков (в зависимости от конкретного вида). Жгутики подразделяются на одиночные, расположенные в виде пучка или равномерно распределенные по поверхности. Иногда образуются ворсинки – приспособление для прикрепления к субстрату.
Форма простейших микроорганизмов
Бактерии в зависимости от вида различаются формой и размерами.
Различие бактерий по типу питания
Живой мир приспособился получать энергию тремя способами. Их освоили простейшие микроорганизмы: это процессы дыхания, брожения и фотосинтеза. Но в эти химические превращения они включают некоторые соединения, недоступные для других видов организмов
Схема «Особенности питания бактерий»
По способу питания бактерии разделяют на две группы:
Гетеротрофы окисляют органику для построения тела двумя основными способами:
Эти свойства «мельчайших тружеников» люди используют в хозяйственной деятельности и в одном из направлений науки – биотехнологии. Микробы помогают бороться с вредными насекомыми, сорными травами, очищают сточные воды и зараженный грунт, «съедают» нефтяные пятна.
Значение в природе
Большинство бактерий задействовано в круговороте веществ. В цепи питания играют роль редуцентов, разлагающих продуты жизнедеятельности других организмов, поэтому в основной своей массе они содержатся в почве. На 1 г почвы приходится до 200-500 млн. бактерий гниения. Это группы азотфиксирующих, нитрифицирующих, серобактерий и других микроорганизмов.
Бактерии населяют моря и водоемы. Их обилие наблюдается в прибрежной зоне, где больше питательных веществ. В воздухе микробы поднимаются с потоками воздуха или пылью. Тела большинства живых организмов являются «домом» для маленьких обитателей планеты, которые выполняют в теле хозяина разрушительную или созидательную функцию.
Известны хищные представители этой группы микробов. Их способность пожирать «собратьев» ученые пытаются направить на истребление болезнетворных бактерий. Бактерии Bdellovibrio bacteriovorus работают в качестве «живого антибиотика» против некоторых опасных «собратьев». Этот вид относится к быстро плавающим, который ставит своеобразные рекорды по скорости среди прокариот. Bdellovibrio настигают другие бактерии, пожирая их изнутри, и готовясь к очередному делению. Они «работают» без побочных эффектов.
Пути размножения
Микроорганизмы этого царства способны к делению следующими способами.
Несмотря на бесполое размножение бактерии способны к изменчивости. Это связано не только с мутациями (перестройкой ДНК по определенным причинам), но и с процессом конъюгации, когда клетки обмениваются участками и даже целыми хромосомами. Иногда они поглощают ДНК, найденное во внешней среде.
Бактерии – возбудители заболеваний
К вызывающим заболевания или патогенным бактериям относятся паразитические разновидности. Среди шаровидных бактерий известны болезнетворные кокки:
Бактерии в форме палочек образуют бациллы, окруженные плотной оболочкой. Способны вызывать ряд опасных заболеваний: сибирскую язву, дифтерию, ботулизм, столбняк, сальмонеллез. Микробы в форме спирали в большинстве безопасны. Известны также условно-патогенные микробы, которые живут в организме человека и никак себя не проявляют до тех пор, пока не ослабнут иммунные, защитные силы организма. С этого момента они становятся источником реальной опасности.
Чума, туберкулез, холера, гонорея, сифилис и другие опасные патологии возникают по вине бактерий. В древности от бактериальных инфекций гибли целые города и царства. Открытие антибиотиков и вакцинация стали спасением человечества от «мелких паразитов». Но антибиотики – не панацея. Даже их наличие не гарантирует 100% избавления от инфекции.
Профилактика заболеваний, вызываемых бактериями
Бактерии населяют окружающий мир и избежать контакта с ними невозможно. Но свести к минимуму их внедрение в организм реально при соблюдении ряда профилактических правил: