Химический состав бактериальной клетки. Включения бактерий. Методы их выявления.

В состав микроорганизмов входят вода, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды,

минеральные вещества.

Вода. Основной компонент бактериальной клетки, составляющий около 80 % ее массы. Она

находится в свободном или связанном состоянии со структурными элементами клетки. В спорах количество воды уменьшается до 18.20 %. Вода является растворителем для многих веществ, а также выполняет механическую роль в обеспечении тургора. При плазмолизе. Потере клеткой воды в гипертоническом растворе. Происходит отслоение протоплазмы от клеточной оболочки. Удаление воды из клетки, высушивание приостанавливают процессы метаболизма. Большинство микроорганизмов хорошо переносят высушивание. При недостатке воды микроорганизмы не размножаются. Высушивание в вакууме из замороженного состояния (лиофилизация) прекращает размножение и способствует длительному сохранению микробных особей. Белки (40.80 % сухой массы) определяют важнейшие биологические свойства бактерий и состоят обычно из сочетаний 20 аминокислот. В состав бактерий входит диаминопимелиновая кислота (ДАП), отсутствующая в клетках человека и животных. Бактерии содержат более 2000 различных белков, находящихся в структурных компонентах и участвующих в процессах метаболизма. Большая часть белков обладает ферментативной активностью. Белки бактериальной клетки обусловливают антигенность и иммуногенность, вирулентность, видовую принадлежность бактерий. Нуклеиновые кислоты бактерий выполняют функции, аналогичные нуклеиновым кислотам эукариотических клеток: молекула ДНК в виде хромосомы отвечает за наследственность, рибонуклеиновые кислоты (информационная, или матричная, транспортная и рибосомная) участвуют в биосинтезе белка. Бактерии можно характеризовать (таксономически) по содержанию суммы гуанина и цитозина (ГЦ) в молярных процентах (М%) от общего количества оснований ДНК. Более точной характеристикой микроорганизмов является гибридизация их ДНК. Основа метода гибридизации ДНК. Способность денатурированной (однонитчатой) ДНК ренатурироваться, т.е. соединяться с комплементарной нитью ДНК и образовывать двухцепочечную молекулу ДНК. Углеводы бактерий представлены простыми веществами (моно- и дисахариды) и комплексными соединениями. Полисахариды часто входят в состав капсул. Некоторые внутриклеточные полисахариды (крахмал, гликоген и др.) являются запасными питательными веществами.Липиды в основном входят в состав цитоплазматической мембраны и ее производных, а также клеточной стенки бактерий, например наружной мембраны, где, кроме биомолекулярного слоя липидов, имеется ЛПС. Липиды могут выполнять в цитоплазме роль запасных питательных веществ. Липиды бактерий представлены фосфолипидами, жирными кислотами и гли-церидами.

Наибольшее количество липидов (до 40 %) содержат микобактерии туберкулеза. Минеральные вещества бактерий обнаруживают в золе после сжигания клеток. В большом количестве выявляются фосфор, калий, натрий, сера, железо, кальций, магний, а также микроэлементы (цинк, медь, кобальт, барий, марганец и др.). Они участвуют в регуляции осмотического давления, рН среды, окислительно-восстановительного потенциала, активируют ферменты, входят в состав ферментов, витаминов и структурных компонентов микробной клетки.

Включения – это не обязательный компонент бактериальной клетки. Они разнообразны по форме, химическому составу и назначению. Они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Принято различать 2 типа включений: ограниченные белковой мембраной и лишенные мембран.

Газовые вакуоли относятся к мембранным включениям. Это преимущественно полые цилиндры длиной до 1000 нм и диаметром около 80 нм. Состав газа в вакуолях соответствует газовому составу окружающей среды. Наиболее богата газовыми вакуолями цитоплазма водных бактерий.

Основная масса включений – это запасные питательные вещества. К таким образованиям относят полисахаридные, волютиновые, поли-бета-оксимасляные включения.

Полисахаридные включения бывают размером до 200 нм и лишены мембраны. Накопление полисахаридов обычно стимулируется недостатком азота и регулируется на уровне генома. Аккумулированный полисахарид служит источником энергии и углерода.

Накопление поли-бета-оксимасляной кислоты характерно только для прокариот. Гранулы этого вещества округлены в цитоплазме белковой мембраной. Образующиеся при распаде гранул вещества используются для роста бактериальной клетки.

Конгломераты волютина образованы преимущественно полифосфатами и выглядят в виде округлых телец размером до 1 мкм. Волютин способен раствориться в щелочах и горячей воде. Свое название волютин получил от названия бактерии Spirillum volutans, где, как считали раньше, это вещество способно накапливаться в виде зерен. Намного позже выяснили, что эти зерна состоят из поли-бета-оксимасляной кислоты, а не из волютина.

Основное назначение волютиновых зерен — источник фосфора и энергии.

Метод Нейссера

В цитоплазме бактерий могут находиться различные по своей природе включения, такие как липопротеидные тельца, гликоген, гранулеза, пигментные скопления, сера, кальций. У некоторых бактерий в цитоплазме встречаются зерна волютина. Включения волютина хорошо выражены у Spirillum volutans, по наименованию которых волютин получил название, у Bacillus subtilis, а также у возбудителей сибирской язвы и дифтерии. Гранулы волютина имеют относительно крупные размеры, окрашиваются различными красителями, изменяя цвет последних. Например, при окрашивании метилено-вым синим волютин окрашивается в ярко-красный цвет (например, при окраске по методу Леффлера). Такое явление получило название метахромазии. Гранулы волютина представлены полифосфатами — запасным веществом, которое служит источником фосфатных групп. Наличие гранул волютина учитывают при лабораторной диагностике дифтерии, так как для этого возбудителя характерно биполярное расположение зерен. Метод Нейесера, используемый для выявления зерен волютина, основан на избирательной фиксации зернами волютина уксусно-метиленовой синьки Нейесера. При последующем окрашивании везувином зерна волютина, прочно фиксировавшие метиленовую синьку, остаются темно-синего (почти черного) цвета, а цитоплазма приобретает желтый цвет.

 

5. Клеточная стенка микроорганизмов. Строение клеточной стенки грам-положительных и грам-отрицательных микроорганизмов. Механизм и принцип окраски по Грамму. Функции клеточной стенки. Протопласты, сферопласты, α -формы.

бактерий, специфическая по химич. составу оболочка, окружающая протопласт и тесно связанная структурно-функциональными взаимоотношениями с цитоплазматич. мембраной. Толщ. 10—50 нм. Составляет 10—50% сухой массы клеток. У большинства бактерий в состав К. с. входит опорный полимер пептидогликан (муреин). У грамположит. бактерий пептидогликан может составлять до 95%. Специфичность состава и строения пептидогликана у разл. видов бактерий — важный таксономич. признак. В небольшом кол-ве в К. с. грамположит. бактерий содержатся тейхоевые и тейхуроновые к-ты, полисахариды и белки. У микобактерий в состав К. с. входят липиды. Полисахариды и тейхоевые к-ты грамположит. бактерий обладают антигенными свойствами. К. с. грамотрицат. бактерий кроме тонкого (толщ. 3—8 нм, 5—10% от сухой массы К. с.) пептидогликанового слоя, обычно в виде однослойной сети, имеет снаружи трёхслойную липопротеидную мембрану (8 нм). Её компоненты (гликолипиды) обусловливают антигенные свойства клетки, а также их акцепторную специфичность по отношению к фагам и бактериоцинам. Пептидогликаны К. с. бактерий могут быть разрушены лизоцимом или автолитич. ферментами, что приводит к образованию сфероцластов и протопластов. У ми. видов грамположительных (снаружи от пептидогликанового слоя) и грамотрицательных (снаружи от липопротеидной мембраны К. с.) бактерий присутствуют дополнит, слои, состоящие из тетра- или гексагонально расположенных субъединиц белка (иногда гликопротеида). Стенки архебактерий не содержат муреина и состоят из особого пептидогликана, кислого гетерополисахарида или белка. Микоплазмы полностью лишены К. с. К. с. выполняет защитную, опорную функции, придаёт клеткам определ. форму, а у грамотрицат. бактерий дополнительно к цитоплазматич. мембране является барьером проницаемости.

Метод Грама — метод окраски микроорганизмов для исследования, позволяющий дифференцировать бактерии по биохимическим свойствам их клеточной стенки. Предложен в 1884 году датским врачом Г. К. Грамом.

По Граму бактерии окрашивают анилиновыми красителями — генциановым или метиловым фиолетовым и др., затем краситель фиксируют раствором йода. При последующем промывании окрашенного препарата спиртом те виды бактерий, которые оказываются прочно окрашенными, называют грамположительными бактериями (обозначаются Грам (+)), — в отличие от грамотрицательных (Грам (− )), которые при промывке обесцвечиваются.

На фиксированный мазок наливают один из осно́ вных красителей на 2—3 минуты. Во избежание осадков окрашивают через фильтровальную бумагу.

Сливают краску, аккуратно удаляют фильтровальную бумагу. Мазок заливают раствором Люголя или йодистым раствором по Граму (водный раствор йодида калия и кристаллического йода в соотношении 2: 1) на 1—2 минуты до почернения препарата.

Раствор сливают, мазок прополаскивают 96° этиловым спиртом или ацетоном, наливая и сливая его, пока мазок не обесцветится и стекающая жидкость не станет чистой (приблизительно 20—40—60 секунд).

Тщательно промывают стекла в проточной или дистиллированной воде 1—2 мин.

Для выявления грамотрицательной группы бактерий препараты дополнительно окрашивают фуксином или сафранином (2—5 мин).

Промывают в проточной воде и высушивают фильтровальной бумагой.

Функции КС:

1) Трансмембранный транспорт (т.е. через мембрану):

- Диффузия

- Пассивный транспорт = облегченная диффузия

- Активный = избирательный транспорт (с участием АТФ и ферментов).

2) Транспорт в мембранной упаковке:

- Экзоцитоз - выделение веществ из клетки

- Эндоцитоз (фаго- и пиноцитоз) - поглощение веществ клеткой

Транспортная функция обеспечивает избирательную регуляцию обмена веществ между клеткой и внешней средой, поступления веществ в клетку (за счет полупроницаемости мембраны), а также регуляцию водного баланса клетки

3) Рецепторная функция.

4) Опорная («скелет») - поддерживает форму клетки, придает прочность. Это, главным образом, функция клеточной стенки.

5) Изоляция клетки (ее живого содержимого) от окружающей среды.

6) Защитная функция.

7) Контакт с соседними клетками. Объединение клеток в ткани.

Протопласт — содержимое растительной или бактериальной клетки, за исключением внешней клеточной оболочки, однако при сохранении клеточноймембраны.

Протопласт включает:

цитоплазму,

ядро,

все органеллы

клеточную мембрану

То есть протоплазму + мембрану.Протопласты могут регенировать клеточную оболочку, что используется, в частности, для получения полноценных генетически измененных клеток.

После слияния протопласты образуют целые живые организмы — регенеранты. Таким путем могут быть получены соматические гибриды растений.

L-формы бактерий и микоплазмы изначально лишены клеточных стенок, по этому признаку их относят к протопластам.

Сферопласты

формы грам- бактерий, некоторых грибов и растений, лишенные части клеточной стенки. Образуются под действием пенициллина, лизоцима и др. веществ. Имеют сферическую или полусферическую форму. В обычных условиях погибают в результате осмотического лизиса. В условиях повышенного осмотического давления способны некоторое время переживать, расти и даже размножаться. Не утрачивают чувствительности к фагам. При удалении из среды индуцирующего агента в среде с желатиной часть С. реверсирует в исходную форму. Выявляют фазово-контрастной микроскопией.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: