Плазмиды- нехромосомные мобильные гены структуры бактерий, представленные двухнитчатыми замкнутыми в кольцо молекулами ДНК. Они способны автономно копироваться, поэтому в одной клетке их может быть несколько, а может и не быть вовсе.
Плазмиды бывают :
Трансмиссивные: передаются из одной клетки в другую
Нетрансмиссивные
Признаки, которые передают плазмиды :
Устойчивость к антибиотикам
Способность образовывать колинициты
Способность синтезировать факторы патогенности
Способность расщеплять макромолекулы
Способность синтезировать ферменты рестрикции
Рестриктаза фермент, относящийся к группе гидролаз, так как расщеплять ДНК на нуклеотидов. Место расщеплению называется сайтом рестрикции, который может быть вне клетки и внутри клетки. Сайты рестрикции используются в качестве генетических маркёров.
Функции : передача наследственной информации.
6).Дополнительные структуры бактериальной клетки. Жгутики.
Жгутики органоиды движения белой природы, представляющий собой тонкие, длинные, нитевидные образования. Диаметр 12-30 нм, длина 9-80 мкм. Основной белок- флагеллин ( обладает сократительной функцией.
Жгутик состоит из трех частей :
Спирально-закрученная нить
Крючок
Базальное тельце, состоящее из центрального стержня, который заключён в систему колец.
У грамотрицательных бактерий (A) выделяют 2 пары колец :
Внешняя пара L и Р. Находятся они в клеточной стенке. L в липополисахаридном комплексе, Р в пептидогликане
Внутренняя пара S и М. S находиться в периплазмотическом пространстве. М в цитоплазматической мембране.
Грамположительные бактерии имеют (Б) одну пару колец S и М.
Виды бактерий по количеству жгутиков :
Монотрихии : один жгутик
Лофотрихии : на одном полюсе пучок жгутиков
Амфитрихии : жгутики на разных полюсах
Перетрихии : жгутики по всему периметру
Атрихии : нет жгутиков
Функция : направленное движение
7).Пили. Микроворсинки.
Пили (фимбрии, ) нитевидные образования, более тонкие и короткие (3-10нм х 0, 3-10мкм) , чем жгутики. Пили отходят от поверхности клетки и состоят из белка пилина, обладающего антигенной активностью. Различают пили:
ответственные за адгезию, то есть за прикрепление бактерий к поражаемой клетке
пили, ответственные за питание, водносолевой обмен
половые (F-пили), или конъюгационные пили.
Пили многочисленны несколько сотен на клетку. Однако, половых пилей обычно бывает 1-3 на клетку: они образуются так называемыми «мужскими» клетками-донорами, содержащими трансмиссивные плазмиды (F-, R-, Col-плазмиды). Отличительной особенностью половых пилей является взаимодействие с особыми «мужскими» сферическими бактериофагами, которые интенсивно адсорбируются на половых пилях.
Поверхность многих бактерий покрыта цитоплазматическими выростами микроворсинками. Обычно это волоски (числом от 10 до нескольких тысяч) толщиной 3-25 нм и длиной до 12 мкм. Микроворсинки встречают как у подвижных, так и у неподвижных бактерий. Эти выросты способствуют увеличению площади поверхности бактериальной клетки, что дает ей дополнительные преимущества в утилизации питательных веществ из окружающей среды.
8).Капсула.
Капсула слизистая структура толщиной более 0,2мкм, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая четко очерченные внешние границы.
Капсула различима в мазках-отпечатках из патологического материала. В чистых культурах бактерий капсула образуется реже. Она выявляется при специальных методах окраски мазка (например, по Бурри-Гинсу), создающих негативное контрастирование веществ капсулы: тушь создает темный фон вокруг капсулы.
Капсула состоит из полисахаридов (экзополисахаридов), иногда из полипептидов, например, у сибиреязвенной бациллы она состоит из полимеров D-глутаминовой кислоты. Капсула гидрофильна, препятствует фагоцитозу бактерий. Капсула антигенна: антитела против капсулы вызывают ее увеличение (реакция набухания капсулы).
Многие бактерии образуют микрокапсулу слизистое образование толщиной менее 0,2мкм, выявляемое лишь при электронной микроскопии. От капсулы следует отличать слиэь мукоидные экзополисахариды, не имеющие четких границ. Слизь растворима в воде.
Бактериальные экзополисахариды участвуют в адгезии (прилипании к субстратам), их еще называют гликокаликсом. Кроме синтеза
Экзополисахаридов бактериями, существует и другой механизм их образования: путем действия внеклеточных ферментов бактерий на дисахариды. В результате этого образуются декстраны и леваны.
9).Мезосомы.
Мезосомы многочисленные инвагинации (впячивания) цитоплазматической мембраны в цитоплазму.
Мезосомы бактерий имеют разнообразную форму, размеры и локации в клетке. Выделяется три основные типа мезосом: ламеллярные (пластинцатые), везикулярные (имеющие форму пузырьков), тубулярные (трубчатые).
В клетках отдельных бактерий обнаруживаются мезосомы смешанного типа, состоящие из пластинок, пузырьков и трубочек. Сложно организованные и хорошо развитые мезосомы характерный признак грамположительных бактерий.
У грамотрицательных бактерий мезосомы встречаются реже и организованы достаточно просто.
По расположению в клетке различают мезосомы:
Формирующиеся в зоне клеточного деления и при формировании поперечной перегородки
К которым прикреплен нуклеотид
Сформированные в результате инвагинации (впячивания) внешней части участков цитоплазматической мембраны
Точная роль мезосом в бактериальной клетке определена не окончательно. Вероятнее всего они служат для усиления мембранзависимых функциональных активностей клетки, поскольку в мембранах, образующих мезосомы, присутствуют ферменты, принимающие активное участие в энергетическом метаболизме бактерий
Кроме того, мезосомы принимают участие:
в репликации ДНК и расхождении ее копий по дочерним клеткам;
в инициации и формировании поперечной перегородки при делении клетки;
в процессе спорообразования;
в процессе дыхания
2.1 Дефектные формы бактерий.
Бактерии под действием антибиотиков могут потерять клеточную стенку. При частичной потере клеточной стенки образуются сферобласты ( как правило у грамположительных бактерий). Сферобласты не способны к делению.
При полной потере клеточной стенки образуются протопласты ( как правило у грамотрицательных бактерий). Протопласты сохраняют способность к делению и они превращаются в L- формы.
L- трансформанты :
Антибиотики
Аминокислоты
Лизоцим
Действие УФ, электромагнитных полей итд.
Свойства L- форм:
Способны длительно персистировать в органе
Способность к реверсии
Снижение вирулентности
Изменение антигенной структуры
Снижение количества нуклеиновых кислот.
2.2 Споры. Стадии споруляции.
Споры представляют собой своеобразные покоящиеся клетки овальной или круглой формы ; у них чрезвычайно низкая метаболическая активность, но они обладают высокой устойчивостью к высушиванию, действию повышенной температуры и различных химических веществ. Высокую резистентность спор к действию указанных факторов связывают с присутствием в оболочке большого количества кальциевой соли дипиколиновой кислоты. Споры сильно преломляют свет, поэтому они хорошо заметны в неокрашенных препаратах.
Основная функция: сохранение вида при неблагоприятных условиях.
Стадии споруляции :
Удвоение молекулы ДНК без дальнейшего деления клетки
Стадия конденсации : каждая нить ДНК находится в одном из полюсов клетки. Образуются септы перегородки.
Стадия инвагинации : образование предспоры
Формирование картикального слоя между слоями материнской мембраны
Синтез многочисленных оболочек споры, образование экзоспориума.
Зрелая спора.
Тема 3. Физиология бактерий.
Физиология бактерий это раздел микробиологии, изучающий химический состав, питание, дыхание, рост и размножение бактерий.
3.1 Химический состав
Химический состав бактерий. Микроорганизмы имеют сложное химическое строение. 70% от общей массы бактериальной клетки составляет вода. Часть воды находится в свободном состоянии, а часть в связанном. В состав бактериальных клеток входят макроэлементы (азот, углерод, кислород и водород), микроэлементы (калий, кальций, магний, натрий, сера, фосфор, хлор) и ультрамикроэлементы (бор, ванадий, железо, кобальт, медь, цинк).
Азотсодержащие вещества представлены белками. Белки составляют 50-80% сухого вещества бактериальных клеток. Функции белков разнообразны: структурная, каталитическая, двигательная, транспортная, защитная.
Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные биологические полимеры, построенные из мононуклеотидов. Содержание нуклеиновых кислот в бактериальной клетке может быть от 10 до 30% сухого вещества. Нуклеиновые кислоты бактерий представлены РНК (рибонуклеиновая кислота) и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). РНК в основном содержится в рибосомах, ДНК в нуклеоиде. ДНК является носителем наследственной информации бактерий.
Липиды истинные жиры, липоиды жироподобные вещества. Риккетсии, дрожжи, микобактерии и грибы содержат до 40% липидов. У других групп бактерий содержание липидов составляет 3-7%. С липидами связана кислотоустойчивость некоторых бактерий, в частности, микобактерий.
Содержание углеводов составляет 12-18% сухого вещества. Углеводы представлены многоатомными спиртами (сорбит, маннит, дульцит), полисахаридами (гликоген, декстрин, целлюлоза), моносахаридами (глюкоза, глюкуроновая кислота и др.). Углеводы выполняют энергетическую роль в бактериальной клетке.
3.2 Питание бактерий
Питание процесс поступления и выведения питательных веществ в клетку и из клетки.
Питательные вещества :
1 Органогены (>10-4 моль) : C, O, H, N, P, K, Mg, Ca.
2 Микроэлементы ( обеспечивают активность ферментов) : Zn, Mn, Mo, Co, Cu, Ni.
Классификация бактерий по источнику получения углерода :
аутотрофы ( используют неорганические вещества СО2)
гетеротрофы ( используют органические вещества). Среди них выделяют метатрофы ( используют органические вещества живой природы) и паратрофы ( неживой природы)
Классификация бактерий по источнику энергии:
фототрофы ( используют солнечную энергию)
хемотрофы ( энергия за счёт окислительно-восстановительных реакций)
хемолитотрофы ( используют неорганические соединения)
хемоорганотрофы ( используют органические соединения)
Также выделяют прототрофы ( могут сами синтезировать вещества из низкомолекулярных соединений) и ауксотрофы ( не могут синтезировать вещества, нуждаются в готовых видах)
Существуют факторы роста. К факторам роста относятся аминокислоты, витамины, пурины, пиримидины, пентозы, гексозы, липиды. Универсальным источником факторов роста является сыворотка крови животных, которую добавляют в питательные среды для культивирования ауксотрофов.
3.2.1 Механизмы питания.
1. Пассивная диффузия (осмос) поступление питательных веществ из окружающей среды через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану в результате разницы концентраций питательных веществ внутри бактериальной клетки и в питательной среде. Процесс осуществляется по направлению градиента концентрации вещества без затрат энергии АТФ. Посредством пассивной диффузии в клетку поступает вода и некоторые ионы.
2. Облегченная диффузия. Осуществляется по направлению градиента концентрации с участием специальных белков-переносчиков, которые называются пермеазами. Пермеаза на внешней стороне цитоплазматической мембраны специфически связывается с молекулой субстрата. На внутренней поверхности мембраны происходит диссоциация комплекса пермеаза субстрат. При этом транспортируемое вещество высвобождается в цитоплазму, а пермеаза вновь принимает первоначальное положение. Облегченная диффузия осуществляется без затрат энергии АТФ.
3. Активный транспорт. Осуществляется против градиента концентрации с помощью пермеаз и с затратой энергии АТФ. По этому механизму в бактериальные клетки поступает основное количество питательных веществ.
4. Перенос групп. Сущность этого механизма состоит в переносе питательного вещества внутрь клетки против градиента концентрации с помощью пермеаз в химически измененной форме с затратой энергии АТФ. По этому механизму внутрь клетки поступают крупные молекулы питательных веществ.
3.3. Метаболизм бактерий.
Метаболизм (обмен веществ) бактерий представляет собой совокупность 2 взаимосвязанных противоположных процессов: катаболизма и анаболизма.
Катаболизм (диссимиляция) распад веществ в процессе ферментативных реакций и накопление выделяемой при этом энергии в молекулах АТФ.
Анаболизм (ассимиляция) синтез веществ с затратой энергии.
Особенности метаболизма у бактерий состоят в том, что:
его интенсивность имеет достаточно высокий уровень, что возможно обусловлено гораздо большим соотношением поверхности к единице массы, чем у многоклеточных;
-процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции;
субстратный спектр потребляемых бактериями веществ очень широк от углекислого газа, азота, нитритов, нитратов до органических соединений, включая антропогенные вещества загрязнители окружающей среды (обеспечивая тем самым процессы ее самоочищения);
бактерии имеют очень широкий набор различных ферментов это также способствует высокой интенсивности метаболических процессов и широте субстратного спектра.
Ферменты бактерий по локализации делятся на 2 группы:
экзоферменты ферменты бактерий, выделяемые во внешнюю среду и действующие на субстрат вне клетки (протеазы, полисахариды, олигосахаридазы);
эндоферменты ферменты бактерий, действующие на субстраты внутри клетки (расщепляющие аминокислоты, моносахара, синтетазы).
Синтез ферментов генетически детерминирован, но регуляция их синтеза идет за счет прямой и обратной связи, т. Е. для одних репрессируется, а для других индуцируется субстратом. Ферменты, синтез которых зависит от наличия соответствующего субстрата в среде (бета-галактозидаза, бета-лактамаза), называются индуцибельными.
Другая группа ферментов, синтез которых не зависит от наличия субстрата в среде, называется конститутивными (ферменты гликолиза). Их синтез имеет место всегда, и они всегда содержатся в микробных клетках в определенных концентрациях. Изучают метаболизм бактерий с помощью физико-химических и биохимических методов исследования в процессе культивирования бактерий в определенных условиях на специальных питательных средах, содержащих то или иное соединение в качестве субстрата для трансформации.
В микробной клетке ферменты катализируют многочисленные процессы биосинтеза клеточных структур и получения энергии. У бактерий обнаруживаются основные группы ферментов:
Оксидоредуктазы катализируют реакции окисления-восстановления.