Презентация на тему Морфология и ультраструктура бактерий

включают все патогенные для человека бактерии) входят в одно

царство – Eubacteria (или домен Bacteria по новой классификации). Эубактерии также широко распространены в окружающей среде
Вторая группа бактерий окружающей среды составляет второе царство Archebacteria (или второй домен - Archea по новой классификации). Эти бактерии не патогенны для человека

и поэтому вместе составляют надцарство Procaryotae. Однако они имеют

существенные молекулярные и биохимические отличия
Все другие клеточные формы жизни (включая растения, животных, человека и грибы) относятся к надцарству Eucarya - Эукариотам

Прокариоты:
Отсутствие мембран, с помощью которых органеллы микробной

клетки (например, ядро) отграничены от цитоплазмы – отсутствие подразделения клеток на отсеки (компартментализация).
Имеется только цитоплазматическая мембрана, отделяющая цитоплазму от клеточной оболочки или непосредственно от внешней среды.

Прокариоты:
Бактериальные рибосомы 70S, субъединицы – 30S (16SРНК)

и 50S (23SРНК и 5SРНК) (S–единица размера Swedberg).
Рибосомы эукариот больше - 80S
У прокариот отсутствуют митохондрии, окислительно-восстановительные ферменты локализованы в производных образованиях цитоплазматической мембраны - мезосомах.
Рибосомы митохондрий эукариот также, как и бактериальные рибосомы, имеют размер 70S, считают, что митохондрии эукариот ранее были свободно живущими бактериями, поглощенными затем эукариотическими клетками

Прокариоты:
Ядро у прокариот, которое часто называют нуклеоидом,

имеет фибриальную структуру и не отграничено от цитоплазмы ядерной мембраной. Поскольку отсутствует ядерная мембрана, нуклеоид связан со специфическим сайтом цитоплазматической мембраны - мезосомой
В клетках прокариот отсутствуют также пластинчатый комплекс Гольджи, эндоплазматический ретикулум, фагосомы и лизосомы

клеток прокариот

прокариот отсутствует митоз. Они размножаются путем бинарного деления и

существуют в гаплоидном состоянии, вследствие чего диплоидность эукариот, имеющая огромное значение в их эволюции, не играет никакой роли в эволюции прокариот.
У прокариот отсутствует также клеточный центр. Для них нетипичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебовидное движение.

Принципиальные отличия организации и функционирования клеток прокариот

за исключением микоплазм) имеют пептидогликан (синонимы: муреин, мукопептид, скелет

клеточной стенки). Пептидогликан содержит уникальный сахар – мурамовую кислоту, и встречается только у этих организмов.
Архебактерии содержат псевдомуреин, который отличается по структуре от муреина бактерий
16S рибосомальная РНК двух царств бактерий отличается по нуклеотидному составу.
Архебактерии не патогенны и далее рассматриваться не будут.
Все последующее изложение относится к бактериям.

= клеточная стенка + цитоплазматическая мембрана
Клеточная стенка = пептидогликан

+ прикрепленные структуры
От их состава зависит способность клетки воспринимать анилиновые красители (тинкториальные свойства).

пептидогликан жесткая клеточная стенка, защищающая клетку от осмотического лизиса

и придающая ей форму и жесткость.
Пептидогликан и специфические ферменты, вовлеченные в его биосинтез, являются уникальными атрибутами почти всех прокариот, за исключением Halobacterium halobium и микоплазм.
Ферменты биосинтеза пептидогликана являются мишенью для специфических антибиотиков, угнетающих биосинтез пептидогликана.
Пептидогликановый слой грамположительных бактерий значительно толще и устроен по иному, чем у грамотрицательных.

цепями, состоящими из чередующихся звеньев N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты.

С каждым остатком данной кислоты ковалентно связан тетрапептид, в состав которого входят четыре разные аминокислоты, в том числе лизин, либо диаминопимелиновая кислота (ДПК), встречающаяся только у бактерий. Каждая из упомянутых аминокислот имеет аминогруппы, образующие пептидные связи. У грамположительных бактерий (например, Staphylococcus aureus) пептидные цепи часто связаны поперечными пептидными мостиками, у грамотрицательных они связаны частично.

и N-ацетилглюкозамином специфически разрезаются бактериолитическим ферментом лизоцимом. Этот фермент

присутствует в тканях и секретах человека и может вызвать полное переваривание пептидогликановых стенок чувствительных микроорганизмов.
При переваривании лизоцимом клеточной стенки грамположительных бактерий, взвешенных в осмотическом стабилизаторе (таком, как сахароза), образуются протопласты. Эти протопласты способны выживать и продолжают расти в подходящей среде в виде форм, лишенных клеточной стенки.

сферопласты, которые сохраняют большую часть структуры наружной мембраны.
Зависимость

формы бактерий от пептидогликана показана превращением палочковидных бактерий в сферические протопласты (сферопласты) после ферментативного разрушения пептидогликана. Механическая защита, предоставляемая клетке пептидогликаном клеточной стенки, очевидна ввиду осмотической хрупкости протопластов и сферопластов.

структуры пептидогликана клеточной стенки – микоплазмы и

L-формы, происходящие от грамположительных и грамотрицательных бактерий.
L-формы названы так потому, что были открыты и описаны в Институте Листера (Lister) в Лондоне.
Микоплазмы и L-формы грамотрицательны, не чувствительны к пенициллину и ограничены поверхностными мембранными структурами. L-формы, возникшие спонтанно в культурах или выделенные во время инфекций структурно близки к протопластам и сферопластам. Все три формы - протопласты, сферопласты и L-формы реверсируют в исходные формы редко и только в особых условиях.

служащую главным барьером клетки. Пространство между внутренней и наружной

мембраной называется периплазматическим пространством, в котором запасаются гдролитические ферменты (протеазы, фосфатазы, , осуществляющие внеклеточное переваривание.
Переваривание необходим для обеих групп бактерий, так как крупные молекулы с трудом преодолевают наружную и цитоплазматическую мембраны.

покрыт наружной мембраной с мозаичным строением. В ее состав

входит липопротеин Брауна, образующий глобулярный слой в результате ковалентной связи с пептидогликаном. Он покрыт пластинчатой мембраноподобной структурой, состоящей из фосфолипидов, липополисахарида (ЛПС) и белков.
Наружная мембрана пронизана белками-поринами - своеобразными выводными каналами, которые обеспечивают диффузию химических веществ из внешней среды в микробную клетку.

барьер проникновения)
Липополисахарид
Порин





























Липопротеин Брауна
Периплазматическое пространство




Гидролитические ферменты

Периплазматический связанный белок

Пермеаза
Пептидогликан
Ультраструктура бактериальной клетки

значительном количестве в составе КС грамотрицательных бактерий.

В структуре ЛПС имеется три звена: основное (базисное), к одному концу которого присоединен липид (второе звено), а к противоположному - повторяющиеся звенья сахаров (третье звено), составляющих детерминантную группу. ЛПС обладает антигенными (О-антиген) и токсическими свойствами и поэтому часто называется эндотоксином
Базисное звено ( ядро, core) представляет собой полисахарид, у грамотрицательных бактерий, включающий глюкозу (Гл), галактозу (Гал), М-ацетилглюкозамин (Ац-Гл) и 2-кето-З-дезоксиоктонат (КДО). Повторяющиеся звенья детерминантной группы неодинаковы у разных видов бактерий. В них входят галактоза, манноза, рамноза, N-ацетилглюкозамин и редко встречающиеся сахара [абеквоза, колитоза (Кол), тивелоза и др.].

Гептозы
КДО
Детерминантная группа- высоко вариабельный
O-антиген
сахара
N-ацетилглюкозамин
n
Ультраструктура бактериальной клетки

гидролитических ферментов, а выделяют их во внешнюю среду, переваривание

происходит снаружи бактериальной клетки
Тейхоевые кислоты , производные риботола или глицерина, это полимеры, имеющие сильный отрицательный заряд. У некоторых грамположительных бактерий они связаны ковалентно с пептидогликаном, пронизывают его насквозь или находятся на его поверхности. Они сильные антигены, но как правило, отсутствуют у грамотрицательных бактерий.
Липотейхоевые кислоты имеют такое же строение, но закреплены в цитоплазматической мембране, также пронизывают пептидогликан или располагаются между ним и цитоплазматической мембраной Они обладают антигенными, цитотоксическими и адгезивными свойствами (например, у Streptococcus pyogenes).

Ультраструктура бактериальной клетки

ферменты

Ультраструктура бактериальной клетки

и грамотрицательных бактерий объясняют результаты их окрашивания по Граму.

Оба типа бактерий поглощают одинаковое количество генцианвиолета (ГВ) и раствора Люголя (Л). Комплекс ГВ-Л, однако, задерживается внутри грамположительных клеток благодаря обезвоживанию и низкой пористости толстой клеточной стенки на этапе отмывания 95% спиртом или другими растворителями.
Напротив, тонкая клеточная стенка и наличие возможных ее прерывностей в местах присоединения мембраны не препятствуют вымыванию комплекса ГВ-Л растворителями из грамотрицательных клеток.

Ультраструктура бактериальной клетки

грамположительных бактерий или ее ферментативное удаление лизоцимом приводит к

полному вымыванию комплекса ГВ-Л и переходу в грамотрицательную реакцию. Поэтому действие аутолитических ферментов, вызывающих разрывы в клеточной стенке может являться причиной грамотрицательной или грамвариабельной реакции культур грамположительных бактерий, таких как стафилококки, клостридии, коринебактерии и некоторые виды бацилл.

Ультраструктура бактериальной клетки

телу, состоящему из системы нескольких дисков, вмонтированных в цитоплазматическую

мембрану и КС
Выступают из клетки как нити
В их состав входит белок флагеллин (типа сократительного белка миозина)
Придают клетке движения, действуя
как пропеллер
Обладают антигенными свойствами (Н-антиген)

Ультраструктура бактериальной клетки

бактерий неодинаково:
Монотрихи имеют на одном из полюсов только один

жгутик

также состоят из флагеллина
Проходят по всей длине клетки между

цитоплазматической мембраной и цитоплазмой
Обеспечивают змееподобное движение

Ультраструктура бактериальной клетки

природы длиной 0,3-10 мкм, толщиной 10 нм, покрывающие поверхность

бактериальных клеток. В отличие от жгутиков не выполняют локомоторную функцию. По своему функциональному назначению подразделяются на несколько типов.
Пили 1 общего типа обусловливают прикрепление или адгезию бактерий к определенным клеткам организма хозяина. Их количество велико - от нескольких сотен до нескольких тысяч на одну бактериальную клетку. Адгезия является первоначальной стадией любого инфекционного процесса.
Пили 2 типа (синоним: конъюгативные, или половые, пили — sex pili, F-пили) участвуют в конъюгации бактерий, обеспечивающей перенос части генетического материала от донорной клетки к реципиентной. Они имеются только у бактерий-доноров в ограниченном количестве (1-4 на клетку).

структурным компонентом бактериальной клетки. Она ограничивает протопласт, располагаясь непосредственно

под клеточной стенкой.
ЦМ в химическом отношении представляет собой липопротеин, состоящий из 15-30% липидов и 50-70% протеинов. Кроме того, в ней содержится около 2-5% углеводов и незначительное количество РНК. В состав мембранных липидов входят главным образом нейтральные липиды и фосфолипиды. У некоторых бактерий встречаются гликолипиды, а у микоплазм — стеролы.
Липидный состав мембран непостоянен в качественном и количественном отношении. У одного и того же вида бактерий он изменяется в зависимости от условий ее культивирования на питательной среде и возраста культуры.

друга по липидному составу своих мембран.
Мембранные белки разделяются на

структурные и функциональные
К последним относятся ферменты, участвующие в биосинтезе разных компонентов КС, который происходит на поверхности ЦМ, а также окислительно-восстановительные ферменты
ЦМ является сложно организованной структурой, состоящей из трех слоев, которые выявляются при электронно-микроскопическом исследовании. Двойной фосфолипидный слой пронизан глобулинами, которые обеспечивают транспорт веществ в бактериальную клетку.

которых приводит клетку к гибели. К ним относится прежде

всего:
Регуляция поступления в клетку метаболитов и ионов,
Участие в метаболизме
Участие в репликации ДНК
Участие у ряда бактерий в спорообразовании.

неодинаковое строение у разных бактерий, располагаясь в разных частях

клетки либо в виде концентрических мембран, либо пузырьков, трубочек, либо в форме петли, характерной в основном для грамотрицательных бактерий.
Мезосомы связаны с нуклеоидом.
Они участвуют в делении клетки и спорообразовании.
В них локализованы окислительно-восстановительные ферменты.

составляющие самый наружный слой внешней оболочки. Более выраженные называют

капсулами, менее выраженные – слизистыми слоями или гликокаликсом.
Обычно они состоят из полисахаридов, однако у сибиреязвенного микроба капсула представлена полипептидом d-глутаминовой кислоты. Они не являются жизненно необходимыми, некоторые штаммы одного и того же вида продуцируют капсулу, другие нет.
Капсулы патогенных бактерий угнетают фагоцитоз и внутриклеточное переваривание фагоцитированных клеток. Они выполняют защитную функцию, предохраняя клетку от неблагоприятных условий среды обитания и адгезивную, способствуя прилипанию к поверхности клетки хозяина.

рассматривать как форму сохранения наследственной информации бактериальной клетки в

неблагоприятных условиях внешней среды.
Способностью к спорообразованию обладает сравнительно небольшое число как патогенных, так и непатогенных бактерий. К первым относятся бактерии родов Bacillus, Clostridium, ко вторым — сапрофитные представители упомянутых родов и некоторые кокки.

зоны внутри бактериальной клетки, представляющей собой уплотненный участок цитоплазмы

с расположенным в нем нуклеоидом. Затем происходит образование проспоры путем изолирования спорогенной зоны от остальной части цитоплазмы с помощью врастающей внутрь клетки ЦМ. Между внутренним и наружным слоями последней образуется кортекс, состоящий из особого пептидогликана.
В дальнейшем внешняя сторона мембраны покрывается плотной оболочкой, в состав которой входят белки, липиды и другие соединения, не встречающиеся у вегетативных клеток.

термоустойчивость споры, и др. Затем вегетативная часть клетки отмирает,

и спора сохраняется во внешней среде в течение длительных сроков, измеряемых многими месяцами и годами.
Способность ряда патогенных бактерий образовывать длительно сохраняющиеся во внешней среде споры, обладающие высокой термоустойчивостью, обусловлена низким содержанием воды, повышенной концентрацией кальция, структурой и химическим составом ее оболочки.

и химическим факторам имеет существенное эпидемиологическое значение, поскольку способствует

сохранению источника инфекции и загрязнению окружающей среды.
Споры многих патогенных бактерий выдерживают кратковременное кипячение, устойчивы к действию небольших концентраций дезинфектантов. Загрязнение спорами патогенных бактерий поврежденных участков кожи может привести к возникновению раневой инфекции и столбняка.

вегетативную клетку. Спора набухает, что связано с увеличением в

ней количества воды, активированием ферментов, участвующих в энергетическом и пластическом метаболизме. Далее происходит разрушение оболочки споры и выход из нее ростовой трубки, после чего завершается синтез клеточной стенки и сформировавшаяся вегетативная клетка начинает делиться. Прорастание споры происходит в течение 4-5 ч, в то время как образование спор продолжается до 18-20 ч.
Вместе с тем способность бактерий образовывать споры, различающиеся по форме размерам и локализации в клетке, является таксономическим признаком, который используется для их дифференцировки и идентификации.

и у эукариот, представляет собой сложную коллоидную систему, состоящую

из воды (около 75%), минеральных соединений, белков, РНК и ДНК, которые входят в состав органелл нуклеоида, рибосом, мезосом, включений.
Нуклеоид является эквивалентом ядра эукариот, хотя отличается от него по своей структуре и химическому составу. Он лишен ядерной мембраны, не делится митозом. В составе нуклеоида отсутствуют основные белки - гистоны. Исключение составляют только некоторые бактерии. В нем содержится двунитевая молекула ДНК, а также небольшое количество РНК и белков.

х 109 D представляет собой замкнутую кольцевую структуру, в

которой закодирована наследственная информация клетки. По аналогии с хромосомами эукариот бактериальная ДНК часто обозначается как хромосома. При этом следует помнить, что она представлена в клетке в единственном числе, поскольку бактерии являются гаплоидными. Однако перед делением клетки число нуклеоидов удваивается, а во время деления увеличивается до 4 и более.

хромосомой - кольцевой молекулой ДНК.
Некоторые патогенные бактерии имеют

две хромосомы, например, Vibrio cholerae и Brucella
Кроме хромосом, геном многих бактерий включает внехромосомные кольцевые суперспирализованные молекулы ДНК, плазмиды.
Плазмиды обычно имеют несколько копий и кодируют факторы патогенности , устойчивости к антибиотикам, размножения.

частицы размером 20 нм, состоящие из двух субъединиц 30S

и 50S. Перед началом синтеза белка происходит объединение этих субъединиц в одну — 70S. В отличие от клеток эукариотов, рибосомы бактерий не объединены в эндоплазматическую сеть. Бактериальные рибосомы, являющиеся белоксинтезирующими системами клеток, могут стать «мишенью» для действия многих антибиотиков.