Строение и химический состав бактериальных клеток. Основные функции органелл

Клетки типичных бактерий состоят из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны и цитоплазмы, в которой различают нуклеоид, митохондрии, вакуоли и включения (рис. 2).

Рис. 2. Схематическое строение бактериальной клетки:

1 – капсула; 2 – клеточная стенка; 3 – цитоплазматическая мембрана;

4 – цитоплазма; 5 – нуклеоид; 6 – мезосомы; 7 – тилакоиды;

8 – вакуоли; 9 – жгутики; 10 – гранулы гликогена; 11 – рибосомы;

12 – гранулы волютина

Клеточная стенка защищает бактериальную клетку от воздействия негативных факторов внешней среды и способна выдерживать внутриклеточное осмотическое давление, величина которого колеблется в пределах от 3 до 6 атм.

В зависимости от химического состава клеточной стенки все виды бактерий по-разному относятся к одному из способов дифференциально-диагностической окраски, который был разработан датчанином Грамом. По этому способу бактерии делятся на Грам⁺ и Грам^–. Первые окрашиваются в фиолетовый цвет, что связано с большим содержанием на поверхности их клеточной стенки мукополисахаридов и полифосфатнуклеотидов, с которыми краситель прочно связывается и медленно разрушается спиртом. В то же время Грам^– бактерии окрашиваются в слабо-розовый цвет, так как соответствующие соединения размещаются в глубине бактериальной клетки и их значительно меньше, чем у Грам⁺.

Часто снаружи клетка бактерий покрывается капсулой, представляющей собой либо слизистый слой, обволакивающий клеточную стенку, либо утолщение самой клеточной стенки. Капсула состоит из полисахаридов, полипептидов и глюкопротеидов, в некоторых случаях в ее состав входят простые белки. Основная функция капсулы – дополнительная защита клетки от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды.

Цитоплазматическая мембрана располагается непосредственно под клеточной стенкой, состоит из трех слоев – фосфолипидного (в центре мембраны) и двух белковых (по краям). В состав мембраны входят липиды, углеводы и протеины. Вместе с клеточной стенкой цитоплазматическая мембрана осуществляет защитную функцию. Кроме того, она обладает избирательной проницаемостью, обеспечивая проникновение в бактериальную клетку нужных ей веществ, и поддерживает внутри клетки постоянное осмотическое давление.

Цитоплазма представляет собой сложную смесь белков, углеводов, липидов, минеральных веществ и воды. В ней осуществляются сложные процессы обмена веществ, поэтому внутренняя структура клетки постоянно изменяется.

Включения цитоплазмы:

• нуклеоид – основной носитель наследственных свойств бактериальной клетки, ее так называемое диффузное ядро, состоящее в основном из дезоксирибонуклеопротеидов, образующих хроматиновые нити, количество которых меняется с ростом и развитием бактерии (20–40 % в абсолютно сухом веществе – а.с.в.);

• мезосомы – подобно митохондриям эукариотов силовые (энергетические) станции бактериальной клетки, содержащие РНК и окислительно-восстановительные ферменты и образующиеся при впячивании и последующем ущемлении цитоплазматической мембраны;

• тилакоиды – мембранные мешковидные или трубчатые структуры, образующиеся за счет впячивания цитоплазматической мембраны, содержащие пигменты (хлорофилл и каротиноиды), благодаря которым в клетках фотосинтезирующих бактерий осуществляется полноценный процесс фотосинтеза;

• рибосомы – основное место биосинтеза белка в клетке, состоят из белков и РНК. Эти структуры участвуют в синтезе белка не в виде изолированных частиц, а в виде скоплений (полисом);

- гранулы – запасные питательные вещества бактериальной клетки, используемые ею в реакциях обмена. В составе гранул – полисахариды гликоген или гранулеза (вещество, близкое по строению к крахмалу), а также жиры или минеральные компоненты (у серобактерий – сера, у железобактерий – железо). При голодании бактериальная клетка использует волютиновые гранулы, представляющие собой комплекс неорганических метафосфатов с РНК.