Zeichnen Sie die Struktur einer Bakterienzelle. Die innere Struktur von Bakterien

Eine Bakterienzelle besteht aus einer Zellwand, einer Zytoplasmamembran, einem Zytoplasma mit Einschlüssen und einem Kern, der als Nukleoid bezeichnet wird (Abb. 3.4). Es gibt zusätzliche Strukturen: Kapsel, Mikrokapsel, Schleim, Flagellen, Pili. Einige Bakterien können sich unter ungünstigen Bedingungen bilden Streitigkeiten.

Reis. 3.4

Zellenwand. Die Zellwand grampositiver Bakterien enthält eine kleine Menge Polysaccharide, Lipide und Proteine. Der Hauptbestandteil der dicken Zellwand dieser Bakterien ist ein mehrschichtiges Peptidoglycan (Murein, Mucopeptid), das 40-90 % der Zellwandmasse ausmacht (Abb. 3.5, 3.7). Teichonsäuren (aus dem Griechischen. Teichos- Wand).

Reis. 3-5-

Reis. 3.6.PhasenkontrastmikroskopieL-Formen

Die Zellwand gramnegativer Bakterien besteht aus einer Außenmembran, die über ein Lipoprotein mit der darunter liegenden Peptidoglycanschicht verbunden ist. Auf ultradünnen Bakterienabschnitten hat die äußere Membran die Form einer wellenförmigen dreischichtigen Struktur ähnlich der inneren Membran, die als Zytoplasma bezeichnet wird (Abb. 3.5, 3.8). Der Hauptbestandteil dieser Membranen ist eine bimolekulare (doppelte) Lipidschicht. Die innere Schicht der äußeren Membran besteht aus Phospholipiden und die äußere Schicht enthält Lipopolysaccharide. Das Lipopolysaccharid der Außenmembran besteht aus 3 Fragmenten: Lipid A – eine konservative Struktur, die bei gramnegativen Bakterien fast gleich ist; Kern oder Stab, Rindenteil (von lat. Kern- Kern), relativ konservative Oligosaccharidstruktur (der konstanteste Teil des LPS-Kerns ist Ketodesoxyoctonsäure); hochvariable O-spezifische Polysaccharidkette, die durch Wiederholung identischer Oligosaccharidsequenzen (0-Antigen) gebildet wird. Proteine ​​in der Matrix der äußeren Membran durchdringen diese so, dass Proteinmoleküle, sogenannte Porine, hydrophile Poren begrenzen, durch die Wasser und kleine hydrophile Moleküle gelangen.

Reis. 3-7Elektronenbeugungsmuster eines dünnen Abschnitts einer Listerienzelle- ListerienMonocytogenes(nach A. A. Avakyan, L. N. Kats. I. B. Pavlova). Die Zytoplasmamembran, das Mesosom und das Nukleoid kommen gut in Form heller Zonen mit fibrillären, filamentösen DNA-Strukturen zum Ausdruck; Zellwand – dick, typisch für grampositive Bakterien

Reis. 3.8. Elektronenbeugungsmuster eines ultradünnen Abschnitts einer Brucella-Zelle (BrucellaMelitensis). Laut A. A. Avakyan, L. N. Kats, I. B. Pavlova.

Das Nukleoid hat das Aussehen heller Zonen mit fibrillären, filamentösen DNA-Strukturen; Zellwand – dünn, typisch für gramnegative Bakterien

Zwischen der äußeren und der zytoplasmatischen Membran befindet sich ein periplasmatischer Raum oder Periplasma, der Enzyme (Proteasen, Lipasen, Phosphatasen, Nukleasen, Beta-Lactamasen) und Komponenten von Transportsystemen enthält.
Bei einer Verletzung der Synthese der bakteriellen Zellwand unter dem Einfluss von Lysozym, Penicillin und Schutzfaktoren des Körpers bilden sich Zellen mit veränderter (oft kugelförmiger) Form: Protoplasten - Bakterien, die völlig keine Zellwand haben; Sphäroplasten sind Bakterien mit einer teilweise erhaltenen Zellwand. Bakterien vom Sphäro- oder Protoplastentyp, die unter dem Einfluss von Antibiotika oder anderen Faktoren die Fähigkeit zur Synthese von Peptidoglycan verloren haben und sich vermehren können, werden als L-Formen bezeichnet (Abb. 3.b). Einige L-Formen (instabil) können sich umkehren und zur ursprünglichen Bakterienzelle „zurückkehren“, wenn der Faktor entfernt wird, der zu Veränderungen in den Bakterien geführt hat.

Zytoplasmamembran Bei der Elektronenmikroskopie ultradünner Schnitte handelt es sich um eine dreischichtige Membran (2 dunkle Schichten mit einer Dicke von 2,5 nm werden durch eine helle Schicht getrennt - Zwischenschicht). In seiner Struktur ähnelt es dem Plasmalemma tierischer Zellen und besteht aus einer Doppelschicht aus Phospholipiden mit eingebetteten Oberflächen- und integralen Proteinen, als ob sie die Membranstruktur durchdringen würden. Bei übermäßigem Wachstum (im Vergleich zum Wachstum der Zellwand) bildet die Zytoplasmamembran Einstülpungen – Einstülpungen in Form komplex verdrehter Membranstrukturen, sogenannte Mesosomen (Abb. 3.7). Weniger komplexe verdrehte Strukturen werden intrazytoplasmatische Membranen genannt.
Das Zytoplasma besteht aus löslichen Proteinen, Ribo Nukleinsäuren, Einschlüsse und zahlreiche kleine Körnchen – Ribosomen, die für die Synthese (Translation) von Proteinen verantwortlich sind. Bakterielle Ribosomen sind etwa 20 nm groß und haben einen Sedimentationskoeffizienten von 70S, im Gegensatz zu den für eukaryontische Zellen charakteristischen EOB-Ribosomen. Ribosomale RNA (rRNA) sind konservative Elemente von Bakterien („molekulare Uhr“ der Evolution). 16S-rRNA ist Teil der kleinen Untereinheit der Ribosomen und 23S-rRNA ist Teil der großen Untereinheit der Ribosomen. Die Untersuchung der 16S-rRNA ist die Grundlage der Gensystematik und ermöglicht die Beurteilung des Verwandtschaftsgrads von Organismen. Im Zytoplasma finden sich verschiedene Einschlüsse in Form von Glykogenkörnern, Polysacchariden, Beta-Hydroxybuttersäure und Polyphosphaten (Volutin). Sie sind Reservestoffe für den Ernährungs- und Energiebedarf von Bakterien. Volyutin hat eine Affinität zu basischen Farbstoffen und lässt sich mit speziellen Färbemethoden (z. B. nach Neisser) in Form metachromatischer Körnchen leicht nachweisen. Die charakteristische Anordnung der Granula im Lutin zeigt sich beim Diphtheriebazillus in Form intensiv gefärbter Zellpole (Abb. 3.87).

Reis. 3-9 Uhr

Reis. 3-9 b. ReinkulturtupferKlebsiellaLungenentzündung, Burri-Gypsum-Färbung. Sichtbare Kapseln – helle Lichthöfe um stäbchenförmige Bakterien

Reis. 3.10.Flagellen und Escherichia coli getrunken. Elektronenbeugungsmuster eines Bakteriums, abgeschieden mit einer Platin-Palladium-Legierung. Vorbereitung von V. S. Tyurin

Nukleoid ist das Äquivalent des Zellkerns in Bakterien. Es befindet sich in der zentralen Zone von Bakterien in Form doppelsträngiger DNA, ringförmig geschlossen und dicht gepackt wie eine Kugel (Abb. 3.4, 3.7 und 3.8). Der Zellkern von Bakterien verfügt im Gegensatz zu Eukaryoten nicht über eine Kernmembran, keinen Nukleolus und keine grundlegenden Proteine ​​(Histone). Normalerweise in
Eine Bakterienzelle enthält ein Chromosom, dargestellt durch ein ringförmig geschlossenes DNA-Molekül. Neben dem Nukleoid, repräsentiert durch ein Chromosom, enthält die Bakterienzelle extrachromosomale Vererbungsfaktoren in Form kovalent geschlossener DNA-Ringe – die sogenannten Plasmide (siehe Abb. 3.4).

Kapsel, Mikrokapsel, Schleim. Kapsel – eine Schleimstruktur mit einer Dicke von mehr als 0,2 Mikrometern, die fest mit der Bakterienzellwand verbunden ist und klar definierte Außengrenzen aufweist. Die Kapsel ist durch Abstriche vom pathologischen Material zu unterscheiden (siehe Abb. 3.9a). In reinen Bakterienkulturen wird die Kapsel seltener gebildet. Der Nachweis erfolgt mit speziellen Smear-Färbemethoden (zum Beispiel nach Burri-Gins), die einen negativen Kontrast der Kapselsubstanzen erzeugen: Die Tinte bildet einen dunklen Hintergrund um die Kapsel (siehe Abb. 3.9b).
Die Kapsel besteht aus Polysacchariden (Exopolysacchariden), manchmal Polypeptiden; Beispielsweise besteht es im Milzbrandbazillus aus Polymeren der D-Glutaminsäure. Die Kapsel ist hydrophil und verhindert die Phagozytose von Bakterien. Die Kapsel ist antigen: Antikörper gegen die Kapsel bewirken eine Vergrößerung der Kapsel (Kapselschwellungsreaktion).

Es bilden sich viele Bakterien Mikrokapsel - Schleimbildung mit einer Dicke von weniger als 0,2 Mikrometern, nur elektronenmikroskopisch erkennbar. Schleim sollte von der Kapsel unterschieden werden - schleimige Exopolysaccharide, die keine klaren Grenzen haben. Schleim ist wasserlöslich. Bakterielle Exopolysaccharide sind an der Adhäsion (Anhaften an Substraten) beteiligt, sie werden auch Glykokalyx genannt. Neben der Synthese von Exopolysacchariden durch Bakterien gibt es einen weiteren Mechanismus für ihre Bildung: durch die Einwirkung extrazellulärer bakterieller Enzyme auf Disaccharide. Dadurch entstehen Dextrane und Levane.

Flagellen Bakterien bestimmen die Beweglichkeit der Bakterienzelle. Flagellen sind dünne Filamente, die von der Zytoplasmamembran ausgehen und länger als die Zelle selbst sind (Abb. 3.10). Die Flagellen sind 12–20 nm dick und 3–15 µm lang. Sie bestehen aus 3 Teilen: einem Spiralfaden, einem Haken und einem Grundkörper, der einen Stab mit Spezialscheiben enthält (1 Paar Scheiben für grampositive und 2 Paar Scheiben für gramnegative Bakterien). Die Flagellenscheiben sind an der Zytoplasmamembran und der Zellwand befestigt. Dadurch entsteht die Wirkung eines Elektromotors mit einer Motorstange, die das Flagellum dreht. Flagellen bestehen aus einem Protein namens Flagellin. Geißel- Flagellum), das ein H-Antigen ist. Flagellin-Untereinheiten sind gewunden. Die Anzahl der Flagellen in Bakterien verschiedener Arten variiert von einer (monotrich) bei Vibrio cholerae bis zu zehn oder Hunderten Flagellen, die sich entlang des Umfangs des Bakteriums (peritrich) bei Escherichia coli, Proteus usw. erstrecken.

Reis. 3.11.Elektronogramm eines ultradünnen Abschnitts eines Tetanusbazillus(ClostridiumTetani) In der vegetativen Zelle des Bakteriums bildet sich eine Endspore mit einer mehrschichtigen Membran. (Laut A. A. Avakyan, L. N. Kats, I. B. Pavlova)

Lophotrichous haben ein Flagellenbündel an einem Ende der Zelle. Amphitrichen haben ein Flagellum oder ein Flagellenbündel an gegenüberliegenden Enden der Zelle.

Pili (Fimbrien, Zotten) - fadenförmige Gebilde, dünner und kürzer (3-10 nm x 0,3-10 Mikrometer) als Flagellen. Pili erstrecken sich von der Zelloberfläche und bestehen aus dem Pilin-Protein, das antigene Aktivität besitzt. Es gibt Pili, die für die Adhäsion verantwortlich sind, also für die Anheftung von Bakterien an die betroffene Zelle, sowie Pili, die für die Ernährung, den Wasser-Salz-Stoffwechsel und die sexuellen (F-Pili) bzw. Konjugations-Pili verantwortlich sind. Getränke sind reichlich vorhanden – mehrere Hundert pro Käfig.

Allerdings gibt es in der Regel 1-3 Geschlechtspili pro Zelle: Sie werden von den sogenannten „männlichen“ Spenderzellen gebildet, die übertragbare Plasmide (F-, R-, Col-Plasmide) enthalten. Besonderheit Sex Pili ist die Interaktion mit speziellen „männlichen“ kugelförmigen Bakteriophagen, die intensiv an den Sex Pili adsorbieren (Abb. 3.10).

Kontroverse - eine besondere Form ruhender Firmicute-Bakterien, d. h. Bakterien mit grampositiver Zellwandstruktur. Kontroverse entstehen unter ungünstigen Bedingungen für die Existenz von Bakterien (Austrocknung, Nährstoffmangel etc.). Im Inneren der Bakterienzelle wird eine Spore (Endospore) gebildet. Die Bildung von Sporen trägt zur Erhaltung der Art bei und ist keine Fortpflanzungsmethode wie bei Pilzen. sporenbildende Bakterien Gattung Bacillus hat Sporen, die den Durchmesser der Zelle nicht überschreiten. Bakterien, deren Sporengröße den Zelldurchmesser übersteigt, nennt man Clostridien, zum Beispiel Bakterien der Gattung Clostridium (lat. Clostridium- Spindel). Sporen sind säurebeständig, daher werden sie nach der Aujeszky-Methode oder nach der Ziehl-Nielsen-Methode rot gefärbt und die vegetative Zelle ist blau (siehe Abb. 3.2, Bazillen, Clostridien).
Die Form des Streits kann oval oder kugelförmig sein; Die Position in der Zelle ist terminal, d. Aufgrund des Vorhandenseins einer mehrschichtigen Hülle (Abb. 3.11), Calciumdipicolinat, niedrigem Wassergehalt und trägen Stoffwechselprozessen bleibt die Spore lange bestehen. Unter günstigen Bedingungen keimen Sporen in drei aufeinanderfolgenden Phasen: Aktivierung, Initiierung, Keimung.

Zu den Prokaryoten zählen Archaebakterien, Bakterien und Blaualgen. Prokaryoten- einzellige Organismen, denen ein strukturell gebildeter Kern, Membranorganellen und Mitose fehlen.

Abmessungen - von 1 bis 15 Mikrometer. Grundformen: 1) Kokken (kugelförmig), 2) Bazillen (stabförmig), 3) Vibrios (kommaförmig gebogen), 4) Spirillen und Spirochäten (spiralförmig gedreht).

1 - Kokken; 2 - Bazillen; 3 - Vibrios; 4-7 - Spirilla und Spirochäten.

1 - Zytoplasmamembranwunde; 2 - Zellwand; 3 - Schleimkapsel; 4 - Zytoplasma; 5 – chromosomale DNA; 6 - Ribosomen; 7 - Meso-Soma; 8 - Wunden der photosynthetischen Membran; 9 - Inklusion; 10 - Burn-Tiki; 11 - Trinken.

Die Bakterienzelle ist von einer Membran umgeben. Die innere Schicht der Membran wird durch eine Zytoplasmamembran (1) dargestellt, über der sich eine Zellwand (2) befindet; Über der Zellwand befindet sich bei vielen Bakterien eine Schleimkapsel (3). Die Struktur und Funktionen der Zytoplasmamembran eukaryotischer und prokaryotischer Zellen unterscheiden sich nicht. Die Membran kann sogenannte Falten bilden Mesosomen(7). Sie können eine unterschiedliche Form haben (beutelförmig, röhrenförmig, lamellenförmig usw.).

Enzyme befinden sich auf der Oberfläche von Mesosomen. Die Zellwand ist dick, dicht, starr und besteht aus mureina(Hauptbestandteil) und andere organische Substanz. Murein ist ein regelmäßiges Netzwerk paralleler Polysaccharidketten, die durch kurze Proteinketten miteinander verbunden sind. Bakterien werden nach ihrer Zellwandstruktur klassifiziert. grampositiv(von Gram befleckt) und Gram-negativ(nicht gefärbt). Bei gramnegativen Bakterien ist die Wand dünner und komplexer, und über der Mureinschicht an der Außenseite befindet sich eine Lipidschicht. Der Innenraum ist mit Zytoplasma gefüllt (4).

Das genetische Material wird durch zirkuläre DNA-Moleküle repräsentiert. Diese DNAs können bedingt in „chromosomale“ und Plasmid-DNAs unterteilt werden. „Chromosomale“ DNA (5) ist eine, an der Membran befestigte DNA, die mehrere tausend Gene enthält. Im Gegensatz zu eukaryotischer chromosomaler DNA ist sie nicht linear und nicht mit Proteinen verbunden. Der Bereich, in dem sich diese DNA befindet, wird genannt Nukleoid. Plasmide extrachromosomale genetische Elemente. Es handelt sich um kleine zirkuläre DNA, die nicht mit Proteinen verbunden ist, nicht an die Membran gebunden ist und eine kleine Anzahl von Genen enthält. Die Anzahl der Plasmide kann unterschiedlich sein. Die am meisten untersuchten Plasmide sind diejenigen, die Informationen über Arzneimittelresistenz (R-Faktor) tragen und am Sexualprozess beteiligt sind (F-Faktor). Ein Plasmid, das sich mit einem Chromosom verbinden kann, wird genannt Episom.

In einer Bakterienzelle fehlen alle für eine eukaryontische Zelle charakteristischen Membranorganellen (Mitochondrien, Plastiden, ER, Golgi-Apparat, Lysosomen).

Im Zytoplasma von Bakterien gibt es Ribosomen vom Typ 70S (6) und Einschlüsse (9). Typischerweise werden Ribosomen zu Polysomen zusammengesetzt. Jedes Ribosom besteht aus einer kleinen (30S) und einer großen Untereinheit (50S). Die Funktion von Ribosomen besteht darin, eine Polypeptidkette aufzubauen. Einschlüsse können durch Stärkeklumpen, Glykogen, Volutin und Lipidtropfen dargestellt werden.

Viele Bakterien haben Flagellen(10) und Pili (Fimbrien)(elf). Flagellen sind nicht durch eine Membran begrenzt, haben eine wellenförmige Form und bestehen aus kugelförmigen Flagellin-Protein-Untereinheiten. Diese Untereinheiten sind spiralförmig angeordnet und bilden einen Hohlzylinder mit einem Durchmesser von 10–20 nm. Das prokaryotische Flagellum ähnelt in seiner Struktur einem der Mikrotubuli des eukaryotischen Flagellums. Die Anzahl und Anordnung der Flagellen kann variieren. Pili sind gerade fadenförmige Strukturen auf der Oberfläche von Bakterien. Sie sind dünner und kürzer als Flagellen. Es handelt sich um kurze Hohlzylinder aus Pilin-Protein. Pili dienen dazu, Bakterien an das Substrat und untereinander zu binden. Bei der Konjugation werden spezielle F-Pili gebildet, durch die genetisches Material von einer Bakterienzelle auf eine andere übertragen wird.

Sporulation Bakterien haben die Möglichkeit, unter widrigen Bedingungen zu leiden. Sporen werden normalerweise einzeln innerhalb der „Mutterzelle“ gebildet und werden Endosporen genannt. Sporen sind äußerst resistent gegen Strahlung, extreme Temperaturen, Austrocknung und andere Faktoren, die zum vegetativen Zelltod führen.

Reproduktion. Bakterien vermehren sich ungeschlechtlich, indem sie die „Mutterzelle“ in zwei Teile teilen. Vor der Teilung findet die DNA-Replikation statt.

In seltenen Fällen kommt es bei Bakterien zu einem sexuellen Prozess, bei dem es zu einer Rekombination von genetischem Material kommt. Es sollte betont werden, dass Bakterien niemals Gameten bilden, den Zellinhalt nicht verschmelzen, sondern ein DNA-Transfer von der Spenderzelle zur Empfängerzelle stattfindet. Es gibt drei Arten des DNA-Transfers: Konjugation, Transformation, Transduktion.

- unidirektionale Übertragung des F-Plasmids von der Spenderzelle auf die miteinander in Kontakt stehende Empfängerzelle. Dabei sind die Bakterien durch spezielle F-Pilae (F-Fimbrien) miteinander verbunden, durch deren Kanäle DNA-Fragmente übertragen werden. Die Konjugation kann in die folgenden Schritte unterteilt werden: 1) Abwickeln des F-Plasmids, 2) Eindringen einer der Ketten des F-Plasmids in die Empfängerzelle durch die F-Pille, 3) Synthese einer komplementären Kette auf einer einzelsträngigen DNA-Matrize (erfolgt sowohl in der Spenderzelle (F +) als auch in der Empfängerzelle (F -)).

Transformation- unidirektionale Übertragung von DNA-Fragmenten von der Spenderzelle zur Empfängerzelle, ohne dass sie miteinander in Kontakt kommen. In diesem Fall „sät“ die Spenderzelle entweder ein kleines DNA-Fragment aus sich selbst oder die DNA gelangt nach dem Tod dieser Zelle in die Umwelt. In jedem Fall wird die DNA aktiv von der Empfängerzelle aufgenommen und in ihr eigenes „Chromosom“ integriert.

Transduktion- Übertragung eines DNA-Fragments von einer Spenderzelle auf eine Empfängerzelle mithilfe von Bakteriophagen.

Viren

Viren bestehen aus einer Nukleinsäure (DNA oder RNA) und Proteinen, die eine Hülle um diese Nukleinsäure bilden, d. h. sind ein Nukleoproteinkomplex. Einige Viren enthalten Lipide und Kohlenhydrate. Viren enthalten immer eine Art Nukleinsäure, entweder DNA oder RNA. Darüber hinaus kann jede der Nukleinsäuren sowohl einzelsträngig als auch doppelsträngig, sowohl linear als auch zirkulär sein.

Die Größe von Viren beträgt 10–300 nm. Virusform: kugelförmig, stabförmig, fadenförmig, zylindrisch usw.

Kapsid- die Hülle des Virus, die aus auf eine bestimmte Weise gestapelten Proteinuntereinheiten besteht. Das Kapsid schützt die Nukleinsäure des Virus vor verschiedenen Einflüssen und sorgt für die Ablagerung des Virus auf der Oberfläche der Wirtszelle. Superkapsid charakteristisch für komplexe Viren (HIV, Influenzaviren, Herpes). Tritt beim Austritt des Virus aus der Wirtszelle auf und ist ein veränderter Abschnitt der Kern- oder äußeren Zytoplasmamembran der Wirtszelle.

Befindet sich das Virus in der Wirtszelle, liegt es in Form einer Nukleinsäure vor. Befindet sich das Virus außerhalb der Wirtszelle, handelt es sich um einen Nukleoproteinkomplex, und diese freie Existenzform wird genannt Virion. Viren sind hochspezifisch; Sie können für ihre Lebenstätigkeit einen streng definierten Wirtskreis nutzen.

Im Virusreproduktionszyklus können folgende Phasen unterschieden werden.

1. Ablagerung auf der Oberfläche der Wirtszelle.
2. Eindringen des Virus in die Wirtszelle (sie können in die Wirtszelle eindringen durch: a) „Injektion“, b) Auflösung der Zellmembran durch virale Enzyme, c) Endozytose; Sobald das Virus in der Zelle ist, überträgt es seinen Proteinsyntheseapparat unter seine eigene Kontrolle.
3. Einbettung viraler DNA in die DNA der Wirtszelle (bei RNA-haltigen Viren erfolgt davor die Reverse Transkription – DNA-Synthese auf einer RNA-Vorlage).
4. Transkription viraler RNA.
5. Synthese viraler Proteine.
6. Synthese viraler Nukleinsäuren.
7. Selbstorganisation und Austritt von Tochterviren aus der Zelle. Dann stirbt die Zelle entweder ab oder existiert weiter und produziert neue Generationen von Viruspartikeln.

Das Humane Immundefizienzvirus infiziert hauptsächlich CD 4-Lymphozyten (Helfer), auf deren Oberfläche sich Rezeptoren befinden, die an das Oberflächenprotein von HIV binden können. Darüber hinaus dringt HIV in die Zellen des Zentralnervensystems, der Neuroglia und des Darms ein. Das Immunsystem des menschlichen Körpers verliert seine schützenden Eigenschaften und ist nicht mehr in der Lage, Krankheitserregern verschiedener Infektionen zu widerstehen. Die durchschnittliche Lebenserwartung einer infizierten Person beträgt 7-10 Jahre.

Die Infektionsquelle ist nur eine Person – ein Träger des Immunschwächevirus. AIDS wird sexuell über Blut und Gewebe, die das Immundefizienzvirus enthalten, von der Mutter auf den Fötus übertragen.

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Die Struktur von Bakterien ist mithilfe der Elektronenmikroskopie ganzer Zellen und ihrer ultradünnen Schnitte gut untersucht. Eine Bakterienzelle besteht aus einer Zellwand, einer Zytoplasmamembran, einem Zytoplasma mit Einschlüssen und einem Kern, der als Nukleoid bezeichnet wird. Es gibt zusätzliche Strukturen: Kapsel, Mikrokapsel, Schleim, Flagellen, Pili (Abb. 1); Einige Bakterien sind unter widrigen Bedingungen in der Lage, Sporen zu bilden.

Zellenwand - eine starke, elastische Struktur, die den Bakterien eine bestimmte Form verleiht und zusammen mit der darunter liegenden Zytoplasmamembran den hohen osmotischen Druck in der Bakterienzelle „eindämmt“. Es ist an der Zellteilung und dem Transport von Metaboliten beteiligt. Die dickste Zellwand bei grampositiven Bakterien (Abb. 1). Wenn also die Dicke der Zellwand gramnegativer Bakterien etwa 15–20 nm beträgt, kann sie bei grampositiven Bakterien 50 nm oder mehr erreichen. Die Zellwand grampositiver Bakterien enthält eine kleine Menge Polysaccharide, Lipide und Proteine.

Der Hauptbestandteil der Zellwand dieser Bakterien ist mehrschichtig Peptidoglycan(Murein, Mucopeptid), das 40-90 % der Zellwandmasse ausmacht.

Volyutin-Mesosomen-Nukleoid

Reis. 1. Die Struktur einer Bakterienzelle.

Teichonsäuren (aus dem Griechischen. teichos- Wand), deren Moleküle Ketten aus 8-50 Resten von Glycerin und Ribitol sind, die durch Phosphatbrücken verbunden sind. Die Form und Stärke der Bakterien wird durch die starre Faserstruktur des mehrschichtigen Peptidoglykans mit vernetzten Peptiden bestimmt. Peptidoglycan wird durch parallele Glykanmoleküle dargestellt, die aus sich wiederholenden Resten bestehen N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure, verbunden durch eine glykosidische Bindung vom Typ P (1 -> 4).

Lysozym, eine Acetylmuramidase, bricht diese Bindungen. Glykanmoleküle sind durch Kreuzpeptidbindungen verbunden. Daher der Name dieses Polymers – Peptidoglycan. Die Grundlage der Peptidbindung des Peptidoglycans gramnegativer Bakterien sind Tetrapeptide, die aus alternierenden Verbindungen bestehen L- Und D-Aminosäuren.

Bei E coli Peptidketten sind durch miteinander verbunden D- Alanin der einen Kette und Mesodiaminopimelinsäure der anderen.

Die Zusammensetzung und Struktur des Peptidanteils von Peptidoglycan in gramnegativen Bakterien ist stabil, im Gegensatz zum Peptidoglycan von grampositiven Bakterien, dessen Aminosäuren sich in Zusammensetzung und Reihenfolge unterscheiden können. Die Tetrapeptide sind hier durch Polypeptidketten aus 5 Glycinresten miteinander verbunden. Grampositive Bakterien enthalten häufig Lysin anstelle von Mesodiaminopimelinsäure. Phospholipid

Reis. 2. Der Aufbau der Oberflächenstrukturen grampositiver (gram+) und gramnegativer (gram") Bakterien.

Glykanelemente (Acetylglucosamin und Acetylmuraminsäure) und Tetrapeptidaminosäuren (Mesodiaminopimelin- und L-Glutaminsäure, D-Alanin) sind ein charakteristisches Merkmal von Bakterien, da sie und die D-Isomere von Aminosäuren bei Tieren und Menschen fehlen.

Die Fähigkeit grampositiver Bakterien, Gentianaviolett in Kombination mit Jod (blauviolette Farbe von Bakterien) während der Gram-Färbung zurückzuhalten, hängt mit der Eigenschaft von mehrschichtigem Peptidoglycan zusammen, mit dem Farbstoff zu interagieren. Darüber hinaus führt die anschließende Behandlung eines Bakterienausstrichs mit Alkohol zu einer Verengung der Poren im Peptidoglycan und damit zur Retention des Farbstoffs in der Zellwand. Gramnegative Bakterien verlieren nach Alkoholeinwirkung den Farbstoff, verfärben sich und werden bei Behandlung mit Fuchsin rot. Dies ist auf eine geringere Menge an Peptidoglycan zurückzuführen (5-10 % der Zellwandmasse).

Die Zellwand enthält gramnegative Bakterien äußere Membran,über ein Lipoprotein mit der darunter liegenden Peptidoglycanschicht verbunden (Abb. 2). Die äußere Membran ist eine wellenförmige dreischichtige Struktur ähnlich der inneren Membran, die als Zytoplasma bezeichnet wird. Der Hauptbestandteil dieser Membranen ist eine bimolekulare (doppelte) Lipidschicht.

Die äußere Membran ist eine asymmetrische Mosaikstruktur, dargestellt durch Lipopolysaccharide, Phospholipide und Proteine . Auf seiner Außenseite befindet sich Lipopolysaccharid(LPS), bestehend aus drei Komponenten: Lipid A, Kernteil oder Kern (lat. Kern- Kern) und eine 0-spezifische Polysaccharidkette, die durch sich wiederholende Oligosaccharidsequenzen gebildet wird.

Lipopolysaccharid wird durch Lipide in der Außenmembran verankert A, Bestimmung der Toxizität von LPS, daher identifiziert mit Endotoxin. Die Zerstörung von Bakterien durch Antibiotika führt zur Freisetzung großer Mengen Endotoxin, was beim Patienten zu einem endotoxischen Schock führen kann.

Aus Lipid A Der Kern oder der Kernteil des LPS verschwindet. Der beständigste Teil des LPS-Kerns ist Ketodesoxyoctonsäure (3-Desoxy-g)-manno-2-octulosonsäure). 0 -spezifische Kette, die vom Kernteil des LPS-Moleküls ausgeht, bestimmt Serogruppe, Serovar (eine Bakterienart, die mithilfe von Immunserum nachgewiesen wird) bestimmter Bakterienstamm. Mit dem Konzept des LPS sind daher Vorstellungen über das 0-Antigen verbunden, das zur Differenzierung von Bakterien genutzt werden kann. Genetische Veränderungen können zu Veränderungen in der Biosynthese von Komponenten führen LPS Bakterien und die daraus resultierenden L-Formen.

Matrixproteine Die äußere Membran dringt so in sie ein, dass Proteinmoleküle genannt werden Porine, Rand hydrophile Poren, durch die Wasser und kleine Moleküle mit relative Masse bis zu 700. Zwischen der äußeren und der zytoplasmatischen Membran befindet sich der periplasmatische Raum oder Periplasma, der Enzyme enthält. Bei einer Verletzung der Synthese der Bakterienzellwand unter dem Einfluss von Lysozym, Penicillin, Schutzfaktoren des Körpers und anderen Verbindungen bilden sich Zellen mit veränderter (oft kugelförmiger) Form: Protoplasten - Bakterien völlig ohne Zellwand; Sphäroplasten - Bakterien mit teilweise erhaltener Zellwand. Nach Entfernung des Zellwandinhibitors können sich solche veränderten Bakterien umkehren, d. eine vollwertige Zellwand erwerben und ihre ursprüngliche Form wiederherstellen.

Als Bakterien vom Sphäro- oder Protoplastentyp werden Bakterien bezeichnet, die unter dem Einfluss von Antibiotika oder anderen Faktoren die Fähigkeit zur Synthese von Peptidoglycan verloren haben und sich vermehren können L-förmig(vom Namen des Lister Institute). L-Formen können auch durch Mutationen entstehen. Es handelt sich um osmotisch empfindliche, kugelförmige, flaschenförmige Zellen unterschiedlicher Größe, auch solche, die Bakterienfilter passieren. Manche L-Formen (instabil) nach Entfernung des Faktors, der zu Veränderungen bei den Bakterien geführt hat, können sich umkehren und zur ursprünglichen Bakterienzelle „zurückkehren“. L-Formen können viele Erreger von Infektionskrankheiten bilden.

Zytoplasmamembran Bei der Elektronenmikroskopie ultradünner Schnitte handelt es sich um eine dreischichtige Membran, die den äußeren Teil des bakteriellen Zytoplasmas umgibt. In seiner Struktur ähnelt es dem Plasmalemma tierischer Zellen und besteht aus einer Doppelschicht aus Lipiden, hauptsächlich Phospholipiden mit eingebetteten Oberflächen- und integralen Proteinen, als ob sie die Membranstruktur durchdringen würden. Einige von ihnen sind Permeasen, die am Stofftransport beteiligt sind. Die Zytoplasmamembran ist eine dynamische Struktur mit mobilen Komponenten und wird daher als mobile Flüssigkeitsstruktur dargestellt. Es ist an der Regulierung des osmotischen Drucks, des Stofftransports und des Energiestoffwechsels der Zelle beteiligt (durch die Enzyme der Elektronentransportkette, Adenosintriphosphatase usw.). Bei übermäßigem Wachstum (im Vergleich zum Wachstum der Zellwand) bildet die Zytoplasmamembran Einstülpungen – Einstülpungen in Form komplex verdrehter Membranstrukturen, sogenannte Mesosomen. Es werden weniger komplexe verdrehte Strukturen genannt intrazytoplasmatische Membranen. Die Rolle von Mesosomen und intrazytoplasmatischen Membranen ist noch nicht vollständig geklärt. Es wird sogar vermutet, dass es sich um ein Artefakt handelt, das nach der Präparation (Fixierung) des Präparats für die Elektronenmikroskopie entsteht. Dennoch wird angenommen, dass Derivate der Zytoplasmamembran an der Zellteilung beteiligt sind, Energie für die Synthese der Zellwand bereitstellen, an der Sekretion von Substanzen und der Sporenbildung beteiligt sind, d. h. bei Prozessen mit hohem Energieverbrauch.

Zytoplasma nimmt den Großteil der Bakterienzelle ein und besteht aus löslichen Proteinen, Ribonukleinsäuren, Einschlüssen und zahlreichen kleinen Körnchen – Ribosom, verantwortlich für die Synthese (Übersetzung) von Proteinen. Bakterielle Ribosomen sind etwa 20 nm groß und haben einen Sedimentationskoeffizienten 70er Jahre, 3 Unterschied zu 80^-Ribosomen, die für eukaryotische Zellen charakteristisch sind. Daher binden einige Antibiotika an bakterielle Ribosomen und hemmen die bakterielle Proteinsynthese, ohne die Proteinsynthese in eukaryotischen Zellen zu beeinträchtigen. Ribosomen von Bakterien können in zwei Untereinheiten dissoziieren – 50er Jahre Und 30S . Im Zytoplasma finden sich verschiedene Einschlüsse in Form von Glykogenkörnchen, Polysacchariden, Poly-p-buttersäure und Polyphosphaten (Volutin). Sie reichern sich mit einem Überschuss an Nährstoffen an Umfeld und dienen als Reservestoffe für den Ernährungs- und Energiebedarf. Volyutin hat eine Affinität zu basischen Farbstoffen, weist Metachromasie auf und lässt sich mit speziellen Färbemethoden leicht nachweisen. Die charakteristische Anordnung der Volutinkörner zeigt sich beim Diphtheriebazillus in Form intensiv gefärbter Zellpole.

Nukleoid - bakterielles Äquivalent des Zellkerns. Es befindet sich in der zentralen Zone der Bakterien in Form doppelsträngiger DNA, ringförmig geschlossen und dicht gepackt wie eine Kugel. Im Gegensatz zu Eukaryoten verfügt der Bakterienkern nicht über eine Kernhülle, keinen Nukleolus und keine grundlegenden Proteine ​​(Histone). Normalerweise enthält eine Bakterienzelle ein Chromosom, dargestellt durch ein ringförmig geschlossenes DNA-Molekül. Wenn die Teilung gestört ist, kann es 4 oder mehr Chromosomen enthalten. Der Nachweis des Nukleoids erfolgt im Lichtmikroskop nach Färbung mit DNA-spezifischen Methoden: nach Feulgen oder Romanovsky-Giemsa. Auf Elektronenbeugungsmustern ultradünner Bakterienschnitte hat das Nukleoid die Form heller Zonen mit fibrillären, fadenförmigen DNA-Strukturen, die mit bestimmten Bereichen der Zytoplasmamembran oder des Mesosoms verbunden sind, die an der Chromosomenreplikation beteiligt sind.

Zusätzlich zum Nukleoid, das durch ein Chromosom repräsentiert wird, gibt es in der Bakterienzelle extrachromosomale Vererbungsfaktoren - Plasmide, Dabei handelt es sich um kovalent geschlossene DNA-Ringe.

Kapsel - eine mehr als 0,2 Mikrometer dicke Schleimstruktur, die fest mit der Bakterienzellwand verbunden ist und klar definierte Außengrenzen aufweist. Die Kapsel ist durch Abstriche vom pathologischen Material zu unterscheiden. In reinen Bakterienkulturen wird die Kapsel seltener gebildet. Der Nachweis erfolgt mit speziellen Burri-Gins-Färbemethoden, die einen negativen Kontrast der Kapselsubstanzen erzeugen.

Normalerweise besteht die Kapsel aus Polysacchariden (Exopolysacchariden), manchmal auch aus Polypeptiden, beispielsweise bei Milzbrandbakterien. Die Kapsel ist hydrophil und verhindert die Phagozytose von Bakterien.

Es bilden sich viele Bakterien Mikrokapsel - Schleimbildung mit einer Dicke von weniger als 0,2 Mikrometern, nur elektronenmikroskopisch nachweisbar. Von einer Kapsel zu unterscheiden Schleim - schleimige Exopolysaccharide, die keine klaren äußeren Grenzen haben. Mukoide Exopolysaccharide sind charakteristisch für mukoide Stämme von Pseudomonas aeruginosa, die häufig im Sputum von Patienten mit Mukoviszidose vorkommen. Bakterielle Exopolysaccharide sind an der Adhäsion (Anhaften an Substraten) beteiligt, sie werden auch genannt Glykokalyx. Neben der Synthese von Exopolysacchariden durch Bakterien gibt es einen weiteren Mechanismus für ihre Bildung: durch die Einwirkung extrazellulärer bakterieller Enzyme auf Disaccharide. Dadurch entstehen Dextrane und Levane. Kapsel und Schleim schützen Bakterien vor Beschädigung und Austrocknung, da sie hydrophil sind, Wasser gut binden und die Wirkung von Schutzfaktoren des Makroorganismus und der Bakteriophagen verhindern.

Flagellen Bakterien bestimmen die Beweglichkeit der Bakterienzelle. Flagellen sind dünne Filamente, die von der Zytoplasmamembran ausgehen und länger als die Zelle selbst sind (Abb. 3). Die Flagellen sind 12–20 nm dick und 3–12 µm lang. Die Anzahl der Flagellen in Bakterien verschiedener Arten variiert von eins (monotrich) bei Vibrio cholerae erstrecken sich bis zu zehn und Hunderte Geißeln entlang des Umfangs des Bakteriums (peri-trih) in Escherichia coli, Proteus usw. lophotrichous haben an einem Ende der Zelle ein Bündel Flagellen. Amphitrichen haben ein Flagellum oder ein Flagellenbündel an den gegenüberliegenden Enden der Zelle. Die Flagellen sind durch spezielle Scheiben an der Zytoplasmamembran und der Zellwand befestigt. Flagellen bestehen aus einem Protein namens Flagellin. naT.flagellum- Flagellum) mit antigener Spezifität. Flagellin-Untereinheiten sind gewunden. Der Nachweis von Flagellen erfolgt mittels Elektronenmikroskopie von mit Schwermetallen besprühten Präparaten oder im Lichtmikroskop nach Bearbeitung durch spezielle Methoden, die auf Ätzen und Adsorption verschiedener Stoffe basieren, was zu einer Vergrößerung der Flagellendicke führt (z. B. nach Versilberung).

Reis. 3. E. coli. Elektronenbeugungsmuster (Herstellung von V.S. Tyurin). 1 - Flagellen, 2 - Zotten, 3 - F-getrunken.

Zotten oder Pili (Fimbria), - fadenförmige Gebilde (Abb. 3), dünner und kürzer (3-10 nm x 0,3-10 µm) als Flagellen. Pili erstrecken sich von der Zelloberfläche und bestehen aus dem Pilin-Protein. Sie haben eine antigene Aktivität. Unter den Pili stechen folgende hervor: Pili, die für die Adhäsion verantwortlich sind, d.h. zum Anheften von Bakterien an die betroffene Zelle (Trinktyp 1 oder allgemeiner Typ - Gemeiner Pili) getrunken, verantwortlich für Ernährung, Wasser-Salz-Stoffwechsel; Genital (F-getrunken), oder Konjugation pili (getrunkener Typ 2). Pili des allgemeinen Typs sind zahlreich – mehrere Hundert pro Käfig. Sex-Pili werden von sogenannten „männlichen“ Spenderzellen gebildet, die übertragbare Plasmide enthalten. (F, R, Col). Normalerweise gibt es 1-3 davon pro Zelle. Eine Besonderheit von Sex Pili ist die Interaktion mit speziellen „männlichen“ kugelförmigen Bakteriophagen, die intensiv an Sex Pili adsorbieren.

Kontroverse - eine besondere Form ruhender Firmicute-Bakterien, d.h. Bakterien mit grampositiver Zellwandstruktur.

Sporen entstehen unter ungünstigen Bedingungen für die Existenz von Bakterien (Austrocknung, Nährstoffmangel etc.). In diesem Fall wird eine Spore innerhalb eines Bakteriums gebildet. Die Bildung von Sporen trägt zur Erhaltung der Art bei und ist keine Fortpflanzungsmethode wie bei Pilzen.

Manchmal werden auch aerobe sporenbildende Bakterien genannt, deren Sporengröße den Zelldurchmesser nicht überschreitet Bazillen. Als sporenbildende anaerobe Bakterien werden bezeichnet, bei denen die Sporengröße den Zelldurchmesser übersteigt und sie daher die Form einer Spindel annehmen Clostridien(lat. Clostridium- Spindel).

Verfahren Sporulation(Sporulation) durchläuft eine Reihe von Stadien, in denen ein Teil des Zytoplasmas und des Chromosoms getrennt und von einer Zytoplasmamembran umgeben werden; Es bildet sich eine Prospore, dann entsteht eine mehrschichtige, schlecht durchlässige Hülle. Die Sporulation geht mit einem intensiven Verbrauch von Dipicolinsäure und Calciumionen durch die Prospore und dann durch die entstehende Sporenhülle einher. Nach der Bildung aller Strukturen erlangt die Spore thermische Stabilität, die mit der Anwesenheit von Calciumdipicolinat verbunden ist. Sporulation, Form und Lage der Sporen in einer Zelle (vegetativ) sind eine Spezieseigenschaft von Bakterien, die es ermöglicht, sie voneinander zu unterscheiden. Die Form der Sporen kann oval oder kugelförmig sein, die Lage in der Zelle ist endständig, d.h. am Ende des Stäbchens (der Erreger von Tetanus), subterminal - näher am Ende des Stäbchens (Erreger von Botulismus, Gasbrand) und zentral (Milzbrandbazillus).

Obligatorische und optionale Strukturbestandteile einer Bakterienzelle, ihre Funktionen. Der Unterschied in der Struktur der Zellwand von grampositiven und gramnegativen Bakterien. L-Formen und nicht kultivierbare Formen von Bakterien

Bakterien sind Prokaryoten und unterscheiden sich deutlich von pflanzlichen und tierischen Zellen (Eukaryoten). Sie gehören zu einzelligen Organismen und bestehen aus einer Zellwand, einer Zytoplasmamembran, einem Zytoplasma und einem Nukleoid (obligatorische Bestandteile einer Bakterienzelle). Einige Bakterien können Flagellen, Kapseln und Sporen (optionale Bestandteile einer Bakterienzelle) haben.

In einer prokaryotischen Zelle werden Strukturen, die sich außerhalb der Zytoplasmamembran befinden, als oberflächlich bezeichnet (Zellwand, Kapsel, Flagellen, Zotten).

Die Zellwand ist ein wichtiges Strukturelement einer Bakterienzelle und befindet sich zwischen der Zytoplasmamembran und der Kapsel. Bei nicht-kapselförmigen Bakterien ist dies die äußere Hülle der Zelle. Erfüllt eine Reihe von Funktionen: Schützt Bakterien vor osmotischem Schock und anderen schädlichen Faktoren, bestimmt ihre Form, beteiligt sich am Stoffwechsel; In vielen Arten pathogener Bakterien ist es giftig, enthält Oberflächenantigene und trägt außerdem spezifische Rezeptoren für Phagen auf der Oberfläche. Die bakterielle Zellwand verfügt über Poren, die am Transport von Exotoxinen und anderen bakteriellen Exoproteinen beteiligt sind.

Der Hauptbestandteil der bakteriellen Zellwand ist Peptidoglycan oder Murein (lat. murus – Wand), ein Trägerpolymer, das eine Netzwerkstruktur aufweist und einen starren (harten) äußeren Rahmen der Bakterienzelle bildet. Peptidoglycan hat eine Hauptkette (Rückgrat), die aus abwechselnden N-Acetyl-M-glucosamin- und N-Acetylmuraminsäureresten besteht, die durch 1,4-glykosidische Bindungen verbunden sind, identische Tetrapeptidseitenketten, die an N-Acetylmuraminsäuremoleküle gebunden sind, und kurze quer verlaufende Peptidbrücken, die Polysaccharidketten verbinden.

Aufgrund ihrer färberischen Eigenschaften werden alle Bakterien in zwei Gruppen eingeteilt: grampositiv und gramnegativ. Grampositive Bakterien fixieren den Komplex aus Enzianviolett und Jod fest, verfärben sich nicht mit Ethanol und nehmen daher den zusätzlichen Farbstoff Fuchsin nicht wahr, sondern bleiben violett gefärbt. Bei gramnegativen Bakterien lässt sich dieser Komplex mit Ethanol leicht aus der Zelle auswaschen und verfärbt sich bei zusätzlicher Gabe von Fuchsin rot. Bei einigen Bakterien wird eine positive Gram-Färbung nur im Stadium des aktiven Wachstums beobachtet. Die Fähigkeit von Prokaryoten, sich nach der Gram-Methode anzufärben oder mit Ethanol zu entfärben, wird durch die Besonderheiten der chemischen Zusammensetzung und der Ultrastruktur ihrer Zellwand bestimmt. Bakterielles Chlamydien-Trachom

L-Formen von Bakterien sind phänotypische Modifikationen oder Mutanten von Bakterien, die die Fähigkeit zur Synthese von Zellwandpeptidoglycan teilweise oder vollständig verloren haben. Somit handelt es sich bei L-Formen um Bakterien, deren Zellwand defekt ist. Sie entstehen unter dem Einfluss von L-transformierenden Mitteln – Antibiotika (Penicillin, Polymyxin, Bacitracin, Vencomycin, Streptomycin), Aminosäuren (Glycin, Methionin, Leucin usw.), Lysozym-Enzym, Ultraviolett- und Röntgenstrahlen. Im Gegensatz zu Protoplasten und Sphäroplasten weisen L-Formen eine relativ hohe Lebensfähigkeit und eine ausgeprägte Fortpflanzungsfähigkeit auf. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihrer morphologischen und kulturellen Eigenschaften stark von den ursprünglichen Bakterien, was auf den Verlust der Zellwand und Veränderungen der Stoffwechselaktivität zurückzuführen ist. L-förmige Zellen verfügen über ein gut entwickeltes System intrazytoplasmatischer Membranen und myelinähnlicher Strukturen. Aufgrund eines Defekts in der Zellwand sind sie osmotisch instabil und können nur auf speziellen Medien mit hohem osmotischem Druck kultiviert werden; Sie passieren Bakterienfilter. Es gibt stabile und instabile L-Formen von Bakterien. Erstere haben überhaupt keine starre Zellwand; Sie kehren sehr selten in ihre ursprüngliche Bakterienform zurück. Letztere können Elemente der Zellwand aufweisen, in denen sie Sphäroplasten ähneln; In Abwesenheit des Faktors, der ihre Bildung verursacht hat, kehren sie zu den ursprünglichen Zellen zurück.

Der Prozess der Bildung von L-Formen wird L-Transformation oder L-Induktion genannt. Nahezu alle Arten von Bakterien, darunter auch Krankheitserreger (Erreger der Brucellose, Tuberkulose, Listerien etc.), besitzen die Fähigkeit zur L-Transformation.

L-Formen angebracht sehr wichtig bei der Entstehung chronisch wiederkehrender Infektionen, der Übertragung von Krankheitserregern und deren langfristigem Verbleib im Körper. Der durch L-Formen von Bakterien verursachte Infektionsprozess ist durch Atypizität, Verlaufsdauer und Schwere der Erkrankung gekennzeichnet und lässt sich nur schwer auf eine Chemotherapie ansprechen.

Eine Kapsel ist eine Schleimschicht, die sich über der Zellwand eines Bakteriums befindet. Die Substanz der Kapsel ist klar von der Umgebung abgegrenzt. Die Kapsel ist keine obligatorische Struktur einer Bakterienzelle: Ihr Verlust führt nicht zum Absterben des Bakteriums.

Die Substanz der Kapseln besteht aus stark hydrophilen Mizellen, während ihre chemische Zusammensetzung sehr vielfältig ist. Die Hauptbestandteile der meisten prokaryontischen Kapseln sind Homo- oder Heteropolysaccharide (Entsrobakterien usw.). Bei einigen Bakterienarten bestehen die Kapseln aus einem Polypeptid.

Kapseln sichern das Überleben von Bakterien und schützen sie vor mechanischer Beschädigung, Austrocknung, Infektion durch Phagen, toxische Substanzen und in pathogenen Formen – durch die Wirkung der Schutzkräfte des Makroorganismus: Verkapselte Zellen werden schlecht phagozytiert. Bei einigen Bakterienarten, auch bei pathogenen, fördert es die Zellanhaftung an das Substrat.

Flagellen sind Organellen der Bakterienbewegung, dargestellt durch dünne, lange, filamentöse Strukturen mit Proteincharakter.

Das Flagellum besteht aus drei Teilen: einem Spiralfaden, einem Haken und einem Basalkörper. Haken – ein gebogener Proteinzylinder, der als flexible Verbindung zwischen dem Basalkörper und dem starren Filament des Flagellums fungiert. Der Basalkörper ist eine komplexe Struktur, die aus einem zentralen Stab (Achse) und Ringen besteht.

Flagellen sind keine lebenswichtigen Strukturen einer Bakterienzelle: Es gibt Phasenvariationen von Bakterien, wenn sie in einer Phase der Zellentwicklung vorhanden sind und in einer anderen fehlen.

Die Anzahl der Flagellen und ihre Position in Bakterien verschiedene Typen sind nicht gleich, aber für eine Art stabil. Abhängig davon werden folgende Gruppen von Flagellenbakterien unterschieden: moiotrichous – Bakterien mit einem polaren Flagellum; amphitrich - Bakterien mit zwei polaren Flagellen oder mit einem Flagellenbündel an beiden Enden; lophotrichous – Bakterien, die an einem Ende der Zelle ein Flagellenbündel haben; peritrichous – Bakterien mit vielen Flagellen, die sich an den Seiten der Zelle oder auf ihrer gesamten Oberfläche befinden. Bakterien, die keine Flagellen besitzen, werden Atrichien genannt.

Flagellen sind als Fortbewegungsorgane typisch für schwimmende stäbchenförmige und gewundene Formen von Bakterien und kommen nur vereinzelt in Kokken vor. Sie sorgen für eine effiziente Bewegung in einem flüssigen Medium und eine langsamere Bewegung auf der Oberfläche fester Substrate.

Pili (Fimbrien, Zotten) – gerade, dünne, hohle Proteinzylinder, die sich von der Oberfläche der Bakterienzelle erstrecken. Sie werden von einem bestimmten Protein – Pilin – gebildet, stammen aus der Zytoplasmamembran, kommen in mobilen und unbeweglichen Formen von Bakterien vor und sind nur im Elektronenmikroskop sichtbar. Auf der Zelloberfläche können sich 1-2, 50-400 oder mehr Pili bis hin zu mehreren Tausend befinden.

Es gibt zwei Klassen von Pili: Sexuelle (Sekspili) und Pili allgemeiner Art, die häufiger als Fimbrien bezeichnet werden. Das gleiche Bakterium kann Pili unterschiedlicher Natur haben. Sex Pili erscheinen beim Konjugationsprozess auf der Oberfläche von Bakterien und fungieren als Organellen, durch die die Übertragung von genetischem Material (DNA) von einem Spender auf einen Empfänger erfolgt.

Pili sind an der Adhäsion von Bakterien zu Agglomeraten, der Anheftung von Mikroben an verschiedene Substrate, einschließlich Zellen (Adhäsionsfunktion), am Transport von Metaboliten beteiligt und tragen auch zur Bildung von Filmen auf der Oberfläche flüssiger Medien bei; verursachen eine Agglutination der Erythrozyten.

Die Zytoplasmamembran (Plasmolemma) ist eine semipermeable Lipoproteinstruktur von Bakterienzellen, die das Zytoplasma von der Zellwand trennt. Es ist ein wesentlicher polyfunktionaler Bestandteil der Zelle. Die Zerstörung der Zytoplasmamembran führt zum Absterben der Bakterienzelle.

Die Zytoplasmamembran ist chemisch gesehen ein Protein-Lipid-Komplex, der aus Proteinen und Lipiden besteht. Den Hauptanteil der Membranlipide stellen Phospholipide dar. Es besteht aus zwei monomolekularen Proteinschichten, zwischen denen sich eine Lipidschicht befindet, die aus zwei Reihen korrekt ausgerichteter Lipidmoleküle besteht.

Die Zytoplasmamembran dient als osmotische Barriere der Zelle, kontrolliert den Nährstofffluss in die Zelle und die Freisetzung von Stoffwechselprodukten nach außen, sie enthält substratspezifische Permeaseenzyme, die aktiv selektiv organische und anorganische Moleküle übertragen.

Während des Zellwachstums bildet die Zytoplasmamembran zahlreiche Einstülpungen, die die intrazytoplasmatischen Strukturen der Membran bilden. Lokale Einstülpungen der Membran werden Mesosomen genannt. Diese Strukturen werden bei grampositiven Bakterien gut exprimiert, schlechter bei gramnegativen und schlecht bei Rickettsien und Mykoplasmen.

Mesosomen sind wie die Zytoplasmamembran die Zentren der bakteriellen Atmungsaktivität; daher werden sie manchmal als Analoga der Mitochondrien bezeichnet. Allerdings ist die Bedeutung der Mesosomen noch nicht abschließend geklärt. Sie vergrößern die Arbeitsfläche der Membranen, möglicherweise erfüllen sie nur eine strukturelle Funktion, indem sie die Bakterienzelle in relativ getrennte Kompartimente unterteilen, was günstigere Bedingungen für den Ablauf enzymatischer Prozesse schafft. In pathogenen Bakterien sorgen sie für den Transport von Proteinmolekülen von Exotoxinen.

Zytoplasma – der Inhalt einer Bakterienzelle, begrenzt durch die Zytoplasmamembran. Besteht aus Cytosol – einer homogenen Fraktion, einschließlich löslicher RNA-Komponenten, Substratsubstanzen, Enzymen, Stoffwechselprodukten usw Strukturelemente- Ribosomen, intrazytoplasmatische Membranen, Einschlüsse und Nukleoide.

Ribosomen sind Organellen, die die Proteinsynthese durchführen. Sie bestehen aus Protein und RNA, die durch Wasserstoff- und hydrophobe Bindungen komplex verbunden sind.

Im Zytoplasma von Bakterien werden verschiedene Arten von Einschlüssen nachgewiesen. Sie können fest, flüssig oder gasförmig sein, mit oder ohne proteinhaltige Membran, und sind zeitweise vorhanden. Ein erheblicher Teil davon sind Reservenährstoffe und Produkte des Zellstoffwechsels. Zu den Reservenährstoffen zählen: Polysaccharide, Lipide, Polyphosphate, Schwefelablagerungen usw. Unter den Einschlüssen polysaccharidischer Natur findet man häufiger Glykogen und eine stärkeähnliche Substanz Granulosa, die als Kohlenstoff- und Energiequelle dienen. Lipide sammeln sich in den Zellen in Form von Fettkörnern und -tröpfchen an. Mykobakterien reichern Wachse als Reservestoffe an. Die Zellen einiger Spirillen und anderer enthalten Volutinkörnchen, die aus Polyphosphaten gebildet werden. Sie zeichnen sich durch Metachromasie aus: Toluidinblau und Methylenblau färben sie purpurrot. Volutin-Granulat übernimmt die Rolle von Phosphatdepots. Zu den von einer Membran umgebenen Einschlüssen gehören auch Gasvakuolen oder Aerosomen, sie reduzieren die spezifische Masse von Zellen und kommen in aquatischen Prokaryoten vor.

Nukleoid ist der Kern von Prokaryoten. Es besteht aus einem doppelsträngigen DNA-Strang, der zu einem Ring geschlossen ist und als einzelnes Bakterienchromosom oder Genophor betrachtet wird.

Der Nukleoid in Prokaryoten ist nicht durch eine Membran vom Rest der Zelle abgegrenzt – ihm fehlt eine Kernhülle.

Die Nukleoidstrukturen umfassen RNA-Polymerase, basische Proteine ​​und keine Histone; Das Chromosom ist auf der Zytoplasmamembran und bei grampositiven Bakterien auf dem Mesosom fixiert. Das Nukleoid verfügt über keinen mitotischen Apparat und die Divergenz der Tochterkerne wird durch das Wachstum der Zytoplasmamembran sichergestellt.

Der Bakterienkern ist eine differenzierte Struktur. Abhängig vom Stadium der Zellentwicklung kann das Nukleoid diskret (diskontinuierlich) sein und aus einzelnen Fragmenten bestehen. Dies liegt daran, dass die zeitliche Teilung einer Bakterienzelle nach Abschluss des Replikationszyklus des DNA-Moleküls und der Bildung von Tochterchromosomen erfolgt.

Das Nukleoid enthält den Großteil der genetischen Information einer Bakterienzelle.

Zusätzlich zum Nukleoid wurden in den Zellen vieler Bakterien extrachromosomale genetische Elemente gefunden – Plasmide, dargestellt durch kleine zirkuläre DNA-Moleküle, die zur autonomen Replikation fähig sind.

Einige Bakterien sind am Ende der aktiven Wachstumsphase in der Lage, Sporen zu bilden. Dem geht eine Verarmung der Umwelt mit Nährstoffen, eine Veränderung ihres pH-Wertes und die Ansammlung toxischer Stoffwechselprodukte voraus.

Von chemische Zusammensetzung Der Unterschied zwischen Sporen und vegetativen Zellen besteht lediglich im quantitativen Gehalt an chemischen Verbindungen. Sporen enthalten weniger Wasser und mehr Lipide.

Im Sporenstadium sind Mikroorganismen metabolisch inaktiv, widerstehen hohen Temperaturen (140–150 °C), der Einwirkung chemischer Desinfektionsmittel und verbleiben lange Zeit in der Umwelt. Beständigkeit gegen hohe Temperatur verbunden mit einem sehr niedrigen Wassergehalt und einem hohen Dipicolinsäuregehalt. Im Körper von Menschen und Tieren keimen Sporen zu vegetativen Zellen. Sporen werden durch eine spezielle Methode gefärbt, die das Vorwärmen der Sporen sowie die Einwirkung konzentrierter Farbstofflösungen bei hohen Temperaturen umfasst.

Viele Arten gramnegativer Bakterien, darunter auch pathogene (Shigella, Salmonella, Vibrio cholerae usw.), haben einen speziellen adaptiven, genetisch regulierten Zustand, der physiologisch Zysten entspricht, in den sie unter dem Einfluss widriger Bedingungen übergehen und bis zu mehreren Jahren lebensfähig bleiben können. Das Hauptmerkmal dieser Erkrankung besteht darin, dass sich solche Bakterien nicht vermehren und daher auf einem dichten Nährmedium keine Kolonien bilden. Solche sich nicht vermehrenden, aber lebensfähigen Zellen werden als nicht kultivierbare Bakterienformen (NFB) bezeichnet. NFB-Zellen im unkultivierten Zustand verfügen über aktive Stoffwechselsysteme, einschließlich Systeme für den Elektronentransfer, die Protein- und Nukleinsäurebiosynthese, und behalten ihre Virulenz. Ihre Zellmembran zähflüssiger, die Zellen haben meist die Form von Kokken und sind deutlich kleiner. NFBs sind resistenter gegen Außenumgebung und daher können sie dort lange überleben (z. B. Vibrio cholerae in einem schmutzigen Reservoir) und so den endemischen Zustand dieser Region (Reservoir) aufrechterhalten.

Zum Nachweis von NFB werden molekulargenetische Methoden (DNA-DNA-Hybridisierung, CPR) sowie eine einfachere Methode der direkten Zählung lebensfähiger Zellen eingesetzt.

Zu diesen Zwecken können auch zytochemische Methoden (Bildung von Formazan) oder die Mikroautoradiographie eingesetzt werden. Die genetischen Mechanismen, die für den Übergang von Bakterien in NS und ihre Rückbildung daraus verantwortlich sind, sind nicht klar.

Bakterien sind mikroskopisch kleine einzellige Organismen. Die Struktur einer Bakterienzelle weist Merkmale auf, die der Grund für die Trennung von Bakterien in ein separates Königreich der Lebewelt sind.

Zellmembranen

Die meisten Bakterien haben drei Schalen:

• Zellmembran;
• Zellenwand;
• Schleimkapsel.

Die Zellmembran steht in direktem Kontakt mit dem Zellinhalt – dem Zytoplasma. Sie ist dünn und weich.

Die Zellwand ist eine dichte, dickere Hülle. Seine Funktion besteht darin, die Zelle zu schützen und zu unterstützen. Zellwand und Membran verfügen über Poren, durch die die notwendigen Stoffe in die Zelle gelangen.

Viele Bakterien verfügen über eine Schleimkapsel, die eine Schutzfunktion übernimmt und dafür sorgt, dass sie an unterschiedlichen Oberflächen haften bleiben.

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Dank der Schleimhaut haften Streptokokken (eine Bakterienart) an den Zähnen und verursachen Karies.

Zytoplasma

Das Zytoplasma ist das Innere der Zelle. 75 % bestehen aus Wasser. Im Zytoplasma befinden sich Einschlüsse – Fett- und Glykogentropfen. Sie sind die Reservenährstoffe der Zelle.

Reis. 1. Schema des Aufbaus einer Bakterienzelle.

Nukleoid

Nukleoid bedeutet „wie ein Kern“. Bakterien haben keinen echten oder, wie man sagt, geformten Kern. Das bedeutet, dass sie keine Kernhülle und keinen Kernraum haben, wie die Zellen von Pilzen, Pflanzen und Tieren. DNA befindet sich direkt im Zytoplasma.

DNA-Funktionen:

• bewahrt erbliche Informationen;
• setzt diese Informationen um, indem es die Synthese von Proteinmolekülen steuert, die für diese Art von Bakterien charakteristisch sind.

Das Fehlen eines echten Zellkerns ist das wichtigste Merkmal einer Bakterienzelle.

Organellen

Im Gegensatz zu pflanzlichen und tierischen Zellen verfügen Bakterien nicht über aus Membranen aufgebaute Organellen.

Aber die Zellmembran von Bakterien dringt an manchen Stellen in das Zytoplasma ein und bildet Falten, die als Mesosomen bezeichnet werden. Das Mesosom ist an der Zellreproduktion und dem Energieaustausch beteiligt und ersetzt sozusagen Membranorganellen.

Das einzige in Bakterien vorkommende Organell ist das Ribosom. Dabei handelt es sich um kleine Körper, die sich im Zytoplasma befinden und Proteine ​​synthetisieren.

Viele Bakterien besitzen ein Flagellum, mit dem sie sich in einem flüssigen Medium fortbewegen.

Formen von Bakterienzellen

Die Form von Bakterienzellen ist unterschiedlich. Bakterien in Form einer Kugel werden Kokken genannt. In Form eines Kommas - Vibrios. Stäbchenbakterien sind Bazillen. Spirilla sieht aus wie eine Wellenlinie.

Reis. 2. Formen von Bakterienzellen.

Bakterien sind nur unter dem Mikroskop sichtbar. Die durchschnittliche Zellgröße beträgt 1–10 Mikrometer. Es gibt Bakterien mit einer Länge von bis zu 100 Mikrometern. (1 µm = 0,001 mm).

Sporulation

Wenn ungünstige Bedingungen eintreten, geht die Bakterienzelle in einen Ruhezustand über, der als Spore bezeichnet wird. Die Gründe für den Streit können sein:

• niedrige und hohe Temperaturen;
• Trockenheit;
• Mangel an Nahrung;
• lebensgefährliche Substanzen.

Der Übergang erfolgt schnell, innerhalb von 18 bis 20 Stunden, und die Zelle kann sich über Hunderte von Jahren im Sporenzustand befinden. Wenn die normalen Bedingungen wiederhergestellt sind, keimt das Bakterium innerhalb von 4 bis 5 Stunden aus der Spore und geht in die normale Lebensweise über.

Reis. 3. Das Schema der Sporenbildung.

Reproduktion

Bakterien vermehren sich durch Teilung. Der Zeitraum von der Geburt einer Zelle bis zu ihrer Teilung beträgt 20 bis 30 Minuten. Daher sind Bakterien auf der Erde weit verbreitet.

Was haben wir gelernt?

Wir haben gelernt, dass Bakterienzellen im Allgemeinen wie Pflanzen- und Tierzellen sind und eine Membran, ein Zytoplasma und eine DNA haben. Der Hauptunterschied zwischen Bakterienzellen ist das Fehlen eines gebildeten Zellkerns. Daher werden Bakterien als pränukleäre Organismen (Prokaryoten) bezeichnet.

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