Budowa bakterii PDF

Budowa bakterii, wielkość, forma    **Skład chemiczny komórki bakteryjnej ** Komórka bakteryjna zbudowana jest z różnych składników, ich zawartość ilościową przedstawia Tabela 1. **Tabela 1** Skład chemiczny komórki bakteryjnej. Woda 70-85,9% -------------...

Budowa bakterii, wielkość, forma    **Skład chemiczny komórki bakteryjnej ** Komórka bakteryjna zbudowana jest z różnych składników, ich zawartość ilościową przedstawia Tabela 1. **Tabela 1** Skład chemiczny komórki bakteryjnej. Woda 70-85,9% ----------------------------- ----------------- ------------- Sucha masa, w tym 14-30% węgiel 50,5-64,01% azot 6,8-12,28% Białka 42-63% w tym rybosomów 4-9% Kwasy rybonukleinowe ok 15-20% Kwasy dezoksyrybonukleinowy ok 2-3% Wielocukry ok 10%% Lipidy ok 10 Jak wskazują dane zawarte w tabeli składnikiem dominującym ilościowo w komórce bakteryjnej jest woda. Białka stanowią 40-60% suchej masy i pełnią rolę enzymów oraz elementów kurczliwych. Kolejnym ważnym elementem są kwasy nukleinowe zbudowane z łańcuchów nukleotydowych. Nukleotydy zbudowane są z zasady organicznej, cukru pięciowęglowego (pentozy) i reszty fosforanowej. Do kwasów nukleinowych należy: kwas deoksyrybonukleinowy (DNA - zawiera dezoksyrybozę) oraz kwas rybonukleinowy (RNA - zawiera rybozę). W DNA występują dwie zasady purynowe: adenina i guanina oraz dwie pirymidynowe tymina i cytozyna, w RNA zamiast tyminy obecny jest uracyl. Witaminy i czynniki wzrostu stanowią nieznaczną ilość masy komórkowej. **Wielkość** **komórki bakteryjnej**  Bakterie są najmniejszymi istotami żywymi. Wśród nich najmniejsze od 0,15 do 0,2 um (na granicy zdolności rozdzielczych najlepszych mikroskopów świetlnych) są *Mycoplasmatales* oraz tzw. ciałka elementarne form L bakterii. Do największych należą bakterie purpurowe (*Chromatium*) i siarkowe (*Beggiatoa*) osiągające wielkość kilkunastu mikrometrów i 50 um średnicy. Prawdziwi olbrzymi wśród bakterii to *Epulopiscium fishelsoni*, żyjąca w przewodzie pokarmowym pewnego gatunku ryby morskiej. **Rys. 1** Bakteria *Epulopiscium fishelsoni*. Zróżnicowanie form u bakterii jest niewielkie, najliczniejsze w przyrodzie bakterie właściwe występują w formie: kulistej (ziarenkowiec), cylindrycznej (pałeczka, laseczka), cylindra spiralnie skręconego (przecinkowiec) - gdy komórka stanowi małą cześć spirali, oraz jako śrubowiec - gdy bakteria jest wygięta w pełną spiralę.  Niekiedy bakterie właściwe po podziale nie oddzielają się od siebie zupełnie, lecz pozostają połączone w charakterystyczne układy: łańcuszków (paciorkowiec), nieregularnych skupień (gronkowiec), podwójnie ułożonych komórek (dwoinka), czworaczków lub sześcianek (czyli pakietów).     **Rys. 2** Formy bakterii właściwych.  **Struktury komórkowe **  Komórka bakteryjna składa się z:  - otoczki,  - rzęsek, fimbrii i pilusów,  - osłon komórkowych: błony zewnętrznej, ściany komórkowej, błony cytoplazmatycznej, -  materiału genetycznego, - organelli cytoplazmatycznych: rybosomy, ciałka chromatynowe. **Otoczki ** Najbardziej zewnętrzną część komórki bakteryjnej stanowi zwykle otoczka -- zbudowana z substancji śluzowej. Warstwa ta niekiedy jest tak cienka (10-30 nm), że jest niezauważalna w obserwacji mikroskopowej. U niektórych bakterii, zwłaszcza pasożytów i bakterii glebowych może stanowić dość grubą warstwę. Otoczki zbudowane są przeważnie z polimerów cukrów, aminocukrów lub kwasów uronowych. Skład śluzów otoczkowych jest bardzo różnorodny, poszczególne gatunki bakterii, a nawet odmiany tego samego gatunku tworzą śluz o innym składzie chemicznym. Z tego względu skład śluzu ma duże znaczenie jako pomoc w identyfikacji i klasyfikacji bakterii.  Rola otoczki to przede wszystkim ochrona: ułatwia bakterii przetrwanie suszy oraz chroni przed innymi czynnikami szkodliwymi np. bakteriofagami (wirusy atakujące bakterie), antybiotykami, metalami ciężkimi, fagocytozą, wchłonięciem i strawieniem przez komórki żerne krwi i tkanek. Bakterie pasożytnicze poprzez otoczki oddziaływują szkodliwie na organizm gospodarza. Z kolei tworzenie otoczek węglowodanowych może mieć znaczenie regulacyjne jako pewnego rodzaju namiastka wydalania. Bakterie hodowane w podłożu, w którym ilość związków węglowych jest duża często wytwarzają śluzy otoczkowe. Zbędna ilość zasymilowanych cukrów, nie zużyta na budowę protoplazmy lub w procesach oddechowych zostaje przerobiona na pozakomórkowy śluz, być może odgrywający rolę materiału zapasowego. Otoczka i warstwa śluzu nie są koniecznym składnikiem komórki i mogą być usunięte bez naruszenia jej funkcji życiowych. Na zewnątrz komórki, poza otoczką znajdują się: rzęski, fimbrie i pilusy. **Rzęski** Rzęski to spiralnie ułożone jednostki białkowe, tworzące coś na w rodzaju liny, ich grubość waha się między 10 a 20 nm. Białka, z których zbudowane są rzęski wykazują kurczliwość, a chemicznie są pokrewne z miozyną -- białkiem budującym mięśnie. U bakterii może występować jedna lub wiele różnie rozmieszczonych rzęsek. **Rys. 3** Budowa rzęski bakteryjnej. Bakterie wyposażone w rzęski poruszają się dość szybko, około 20 do 80 um na sekundę. Rzęski działają na tej samej zasadzie co śmigło helikoptera. Białko budujące rzęskę to flagelina, która występuje w postaci mikrotubul układających się w jedenaście skręconych rzędów. Tworzą one puste wewnątrz włókno o długości 10-20 um, które jest połączone z ciałem podstawowym za pośrednictwem krótkiego haka także zbudowanego z flageliny. Ciało podstawowe zbudowane jest zwykle z czterech pierścieni (L, P, S, M) przez który przechodzi pusty w środku centralny rdzeń (Rys 3 i 4). **Rys. 4** Ułożenie mikrotubul w rzęsce. Pierścienie kotwiczą rzęskę w osłonach bakterii. Dwa z nich S i M zakotwiczone są w błonie cytoplazmatycznej, pierścień L w błonie zewnętrznej. Najważniejszą rolę wydaje się pełnić pierścień P umocowany w warstwie mureiny. **Fimbrie oraz pilusy** Fimbrie to rurkowate wyrostki cytoplazmatyczne zbudowane z białek -- piliny o grubości od 1,5 do 4 nm i długości od kilku do 10 um. Rola fimbrii nie jest do końca znana. U niektórych gatunków uczestniczą w procesie adhezji (przylegania) do powierzchni komórek nabłonka. Proces adhezji poprzedza kolonizację i ewentualną inwazję lub pasożytnictwo bakterii w komórkach zwierzęcych. Pilusy spotykane są u męskich osobników płciowo zróżnicowanych bakterii. W porównaniu z fibrami są nieco grubsze (7-13,5 nm) i dłuższe (do 20 nm). Za pomocą pilusa rozpoznawane są komórki żeńskie i możliwy jest proces koniugacji zapewniają bowiem bezpośredni kontakt koniugujących komórek i przekazanie materiału genetycznego. **Osłony komórki** Komórki bakteryjne otoczone są błoną komórkową. Na zewnątrz błony komórkowej występuje ściana komórkowa. U większości bakterii gram-dodatnich na zewnątrz ściany komórkowej leży tzw. błona zewnętrzna.   **Ściana komórkowa** Ściana komórkowa to dość sztywna strukturą o różnej grubości. U bakterii gram-dodatnich ściana komórkowa jest dość gruba 15-50 nm, u bakterii gram-ujemnych cienka od 2 do 10 nm. Podstawowym składnikiem ściany komórkowej jest mureina (peptydoglikan). Mureina to polimer kwasu N-acetylomuraminowego i N-acetylo-glukozaminy połączonych w łańcuchy kilkudziesięcioczłonowe. Do reszt kwasu muraminowego dołączone są krótkie peptydy, wiążące ze sobą łańcuchy wielocukrowe Dzięki temu powstaje rodzaj ciągłej sieci, zbudowanej z mniej więcej równolegle ułożonych polimerów wielocukrowych związanych peptydami. Ściana komórkowa zbudowana jest inaczej u bakterii gram-ujemnych, a inaczej u gram-dodatnich. Z różnic w budowie wynikają różnice w właściwościach fizjologicznych ściany obu tych grup. (Rys 5.) **Rys. 5** Budowa ściany komórkowej. Ściana komórkowa bakterii gram-dodatnich różni się od ściany komórkowej bakterii gram-ujemnych, nie tylko grubością, lecz także składem. Ściana komórkowa bakterii gram-dodatnich połączona jest z innymi polimerami wielocukrowymi -- kwasami tejchojowymi stanowiącymi do 50% suchej masy ściany. Niektóre bakterie wytwarzają kwasy tejchuronowe. Kwasy tejchojowe i tejchuronowe poza funkcjami wzmacniania ściany mają zdolność „wychwytywania" i przechowywania dwuwartościowych metali. W ścianie wielu bakterii gram-dodatnich są też kwasy lipotejchojowe, najczęściej podobnie zbudowane jak kwasy tejchojowe, z tym, że nie są one związane z mureiną, lecz zakotwiczone częścią lipidową w błonie cytoplazmatycznej. U bakterii gram-ujemnych mureina jest zwykle jednowarstwowa. **Tabela 2** Różnice fizjologiczne wynikające z różnic w buddowie ściany komórkowej u bakterii gram-dodatnich i gram-ujemnych. Cecha Bakterie gram-dodatnie Bakterie gram-ujemne ------------------------------------------------------ -------------------------------------------------- ------------------------------------- Wrażliwość na lizozym ściana ulega rozpuszczeniu, powstają protoplasty ściana oporna na działanie lizozymu Wrażliwość na działanie barwników wrażliwe na eozynę i błękit metylenowy wrażliwe na safraninę Wrażliwość na sole kwasów tłuszczowych nienasyconych duża mała Wrażliwość na sole kwasów tłuszczowych nasyconych mała duża Wrażliwość na penicylinę na ogół duża często mała Wrażliwość na detergenty duża mniejsza Ścianę komórkową, którą posiadają bakterie można usunąć działając enzymem niszczącym wiązania między kwasem muraminowym a glukozaminą w mureinie. Do enzymów działających w ten sposób należy lizozym obecny w płynach ustrojowych np. łzach. Po usunięciu ściany komórkowej powstałe komórki -- protoplasty przyjmują kształt kulisty. Protoplasty są bardzo wrażliwe na wartość osmotyczną środowiska i w płynach izotonicznych (roztwór, który w kontakcie z innym roztworem przez błonę półprzepuszczalną pozostaje z nim w osmotycznej równowadze) pękają (tzw. plazmoptyza). **Błona zewnętrzna** Bakterie gram-ujemne, w których mureina stanowi cienką warstwę na jej powierzchni wytwarzają tzw. błonę zewnętrzną zbudowaną z białek, fosfolipidów oraz lipopolisacharydu (LPS). Taka budowa błony zewnętrznej powoduje, że jest ona słabo przepuszczalna dla lizozymu, detergentów, a także niektórych antybiotyków. W błonie zewnętrznej znajdują się też poryny -- białka tworzące kanały pochodzące przez błonę, które umożliwiają pobieranie i wydalanie określonych substancji. Przestrzeń między błoną, która umożliwi pobieranie i wydalania określonych substancją to przestrzeń peryplazmatyczna. **Błona cytoplazmatyczna** Obecna jest we wszystkich komórek bakteryjnych zbudowana z białek (60-70%) i lipidów, o grubości 3-8 nm. Błona ma budowę mozaikową (Rys. 6) **Rys. 6** Budowa błony cytoplazmatycznej (ciemne kółka -- hydrofilowe części lipidów, proste linie -hydrofobowe łańcuchy lipidów, spiralne linie -- cząstki białek). Rodzaj lipidów budujących błonę komórkową u prokariotów i eukariotów różni się. Bakteryjne błony nie posiadają cholesterolu, a cholina występuje bardzo rzadko. Podobna różnorodność dotyczy białek, z które stanowią większość w błonie komórkowej. Pełnią one rolę w przekazywaniu energii, w transporcie elektronów i protonów, w syntezie osłon, a także w rozpoznawaniu i transporcie substratów. W odróżnieniu od ściany komórkowej, błona cytoplazmatyczna jest integralnym składnikiem komórki pełniącym ważne funkcje, wśród których najważniejszą jest pobieranie pokarmu. **Materiał genetyczny** Nukleoid ma rozmiar około 100-200 nm zanurzony jest w cytoplazmie. Buduje go długa, podwójna, zamknięta koliście nić DNA o długości od 500 do 1400 um. DNA jest skręcone spiralnie i przynajmniej w jednym miejscu jest związane z błoną cytoplazmatyczną, przy której zaczynają się procesy replikacji. Poza nukleoidem w komórkach bakteryjnych występują koliście zamknięte struktury podwójnej nici DNA zwane plazmidami. **Organelle cytoplazmatyczne** **Rybosomy** Rybosomy zbudowane są z kwasu rybonukleinowego (35%) połączonego z białkami. Składają się z dwóch podjednostek tzw. 30S i 50S (S oznacza jednostkę Svedberga określającą sedymentację w ultrawirówce). Podjednostki zbudowane są z RNA i białek mniej więcej w jednakowych ilościach (podjednostka 30S -- 16S rRNA oraz 21 białek; podjednostka 50S -- 23S rRNA, 5S rRNA oraz 34 różne białka. Zasadniczą rolą rybosomów jest synteza białek. **Rys. 7** Budowa rybosomu. **Ciałka chromatoforowe** Występują u bakterii fotosyntetyzujących, mają kształt kulisty lub jajowaty. Zawierają chlorofil, barwniki karotenoidowe, białka oraz lipidy. **Postacie przetrwalne** Niektóre bakterie tworzą specjalne formy przetrwalne, które zapewniają przeżycie w obecności szkodliwych czynników środowiska. Do form tych należą przetrwalniki (endospory) laseczek, konidia u promieniowców i mikrospory bakterii śluzowych. Endosporu Endospory wytwarzane są przez np. bakterie z rodzaju *Bacillus* i *Clostridium.* Powstanie endospor jest procesem wieloetapowym i skomplikowanych. Należą one do najbardziej odpornych na wysoką temperaturę układów życiowych, znoszą bowiem temperaturę powyżej 100֯C. Ponadto cechują się dużą odpornością na suszę. Kiełkowanie endospor nie wymaga żadnych źródeł energii i pożywienia. Konidia Powstają przez przeżywanie i fragmentację promieniowca, często wytwarzane są na specjalnych nitkach. Nie są tak wytrzymałe na podwyższoną temperaturę jak endospory. Mikrospory To przetrwalna forma charakterystyczna dla bakterii śluzowych. Mikrospory mają kształt kulisty i powstają przez skracanie komórki i otaczanie grubą błoną. Cechują się opornością na wysuszanie, promieniowanie ultrafioletowe i są w miarę odporne na podwyższoną temperaturę.