БАКТЕРИАЛНА КЛЕТКА: ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТРУКТУРА (ЧАСТИ) - БИОЛОГИЯ - 2024

В бактериалната клетка е най-простият известна организация на жив организъм. Бактериите са едноклетъчни организми, които нямат ядро ​​или каквато и да е органела, отделена от цитозолното съдържание през мембрана (всички бактерии са класифицирани в прокариотичния домейн).

Научните изследвания показват, че въпреки факта, че бактериалните клетки нямат органели, те имат много контролирана и прецизна организация, регулация и вътрешна динамика. Те имат всички необходими механизми за оцеляване на враждебните и променящи се условия на средата, в която живеят.

Обща диаграма на бактерия и нейните части (Източник: Това векторно изображение е направено изцяло от Ali Zifan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) чрез Wikimedia Commons)

Подобна адаптивност означава за учените важен инструмент и идеален биологичен модел за изучаване на основните принципи на молекулярната биология; Основните знания за репликацията, транскрипцията и транслацията на ДНК са разбрани първо в бактериални клетки преди еукариотни клетки.

Всички бактериални клетки са микроскопични, тоест не могат да бъдат наблюдавани с просто око, без да се използва микроскоп, което представлява голямо предимство за изследването на тези микроорганизми, тъй като те могат да се поддържат и изучават в малко пространство и с малко хранителни ресурси. до милиони живи клетки.

В момента бактериалната клетка е едно от най-важните биотехнологични инструменти. Учените манипулират допълнителната хромозомна ДНК на бактериите, за да произвеждат синтетично почти всеки протеин от човешки интерес.

Обща характеристика на бактериалната клетка

Морфологично бактериалните клетки могат да бъдат силно променливи, но дори и така, всички те имат общи характеристики. Например:

- Всяка бактериална клетка има клетъчна стена, която я заобикаля и е съставена от комбинация от въглехидрати с пептиди, която се нарича "пептидогликан".

- Бактериалните клетки са едноклетъчни организми, тоест всяка клетка е цялостен организъм, който може да расте, да се храни, да се размножава и да умира.

- Генетичният материал на бактериите е "разпръснат" или разпръснат в голяма плетеница, потопена в клетъчния цитозол, в регион, известен като нуклеоиден регион.

- Много бактерии имат специализирани структури за локомоция, наречени "жълтеник", които са в най-отдалечените райони на телата им.

- Обичайно е да откриваме бактериални клетки, образуващи колонии или поддържащи симбиотична връзка с други организми и в допълнение, много бактерии са патогенни за хората.

- Повечето бактерии са почти 10 или 15 пъти по-малки от размера на която и да е животинска клетка (еукариотична), тъй като те не надвишават единица микрони по дължина.

- Те се намират във всички съществуващи среди на биосферата, тъй като има тези микроорганизми, адаптирани към практически всяко състояние на околната среда.

Структура на бактериалната клетка (части)

Много учени подразделят бактериалната клетка на три анатомични региона, за да улеснят изследването. Тези три региона, които са общи за всички наблюдавани бактериални клетки и са:

- Външната област, съставена от извънклетъчни структури (жлези, косми, реснички и др.)

- Клетъчният обхват, съставен от клетъчната стена и цитоплазмената мембрана

- Вътрешната област, образувана от цитозола и всички структури, окачени в него.

В зависимост от вида бактерии, който се изследва във всеки регион, се наблюдават някои структури и части, различни от „типичните“ за бактериална клетка. Въпреки това, най-често срещаните за всяка бактериална клетка се обясняват и класифицират според всеки регион, в който се намират.

Извънклетъчен регион

- Капсула: това е полимерна повърхност, която покрива цялата клетъчна стена на бактериите. Той е изграден от слуз и гликокаликс, които от своя страна са съставени от изобилни молекули въглехидрати, свързани с липиди и протеини. Капсулата изпълнява важна защитна функция за клетката.

- Филм: представлява повърхност, течност или вискозен матрикс, в който са потопени бактериалните клетки. Те са формирани от полизахариди, подобни по състав на полизахаридите на капсулата и като цяло изпълняват функции в защитата и изместването на клетките.

- Fimbriae: те са вид много многобройни нишковидни придатъци, които се намират прикрепени към клетъчната стена на бактериите. Те служат за мобилността и прилепването на бактериалните клетки към всяка повърхност. Те са съставени от хидрофобен протеин, наречен пилин.

Fimbriae от бактерии E. coli. Тя има приблизително 200. Източник: (Изображение: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Сексуални пили: някои фимбрии (няколко) са модифицирани, за да образуват своеобразна „тръба“, която се използва от бактерии за конюгиране (пренос на генетичен материал между различни бактерии), което е вид „сексуална репродукция“ примитивен.

- Джгутици: те са по-дълги нишки от фимбриите и са изградени от протеини; те имат "опашка" външен вид. Те изпълняват движещата функция за движението на клетките и са закотвени към клетъчната мембрана. В една и съща бактериална клетка могат да бъдат открити от една до стотици жгутици.

Бактерии Vibrio vulnificus с жлези. CDC / Janice Haney Carr / Public domain

Диаграма на бактериален джоб (Източник: LadyofHats / Public domain, via Wikimedia Commons)

Регион на покритие

Клетъчното покритие обикновено се състои от цитоплазмена мембрана и пептидогликанов слой, който се нарича „клетъчна стена“. Обвивката е съставена от комплекси от липиди, въглехидрати и протеини. Химическият състав на пептидогликановата обвивка се използва като класификация за разграничаване на два вида бактерии.

Грам положителни бактерии и Грам отрицателни бактерии. Грамположителните бактерии се характеризират с това, че имат дебел слой пептидогликан, без външна мембрана, която го покрива, докато грам отрицателните бактерии имат само тънък слой пептидогликан с външна мембрана, наложена върху него.

- Цитоплазмена мембрана: тя има подобна структура с клетъчната мембрана на еукариотните клетки. Това е фосфолипиден двуслоен със свързани протеини (интегрални или периферни). Тя обаче се различава от мембраната на еукариотните клетки по това, че не притежава ендогенно синтезирани стероли.

Цитоплазмената мембрана на бактериалните клетки е една от най-важните структури, тъй като именно там се осъществява клетъчното сливане, транспортът на електрон, секрецията на протеини, транспортирането на хранителни вещества и липидната биосинтеза и др.

Вътрешен регион

- Геном: за разлика от еукариотните клетки, геномът на бактериалните клетки не се съдържа в мембранно ядро. Вместо това тя съществува като плетеница от ДНК, която се уплътнява в повече или по-малко кръгла форма и се свързва с някои протеини и РНК. Този геном е много по-малък от еукариотния геном: той е с размери приблизително 3 до 5 MB и образува единична кръгова хромозома с топология.

- Плазмиди или екстрахромозомни молекули на ДНК: те са малки кръгли ДНК молекули, които са способни да се размножават независимо от клетъчната геномна ДНК. Обикновено плазмидните ДНК молекули се обменят по време на конюгиране, тъй като информацията, необходима за резистентност към антибиотици и / или токсини, е кодирана в тях.

Бактериална ДНК и плазмиди. Оригинален файл: Потребител: Spaully. Превод: Фибоначи. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Рибозоми: рибозомите участват в транслацията на РНК, която е била транскрибирана от последователността на ген, който кодира протеин. Всяка бактериална клетка има около 1500 активни рибозоми вътре. Рибозомните субединици на бактериалната клетка са 70-те, 30-те и 50-те години, докато еукариотните клетки имат 60-те и 40-те субединици.

Обичайно е антибиотиците да атакуват рибозомите на бактериите, блокирайки транслацията на протеините и причинявайки клетъчен лизис или смърт.

- Ендоспори: бактериите имат вътрешни спори, които са в латентно състояние и се използват за оцеляване, когато условията на околната среда са екстремни. Ендоспорите излизат от спящо състояние, когато различни рецептори на повърхността открият, че условията отново са благоприятни; Това създава нова, напълно функционална бактериална клетка.

Зелени ендоспори вътре в бактериалните клетки. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- Гранули или тела за включване: те функционират като вид резерв за въглехидрати, фосфатни съединения и други молекули. Съставът им варира според вида на бактериите и те лесно се виждат в цитоплазмата с помощта на оптични микроскопи.

Препратки

1. Cabeen, MT, & Jacobs-Wagner, C. (2005). Бактериална клетъчна форма. Nature Reviews Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP, & Smith, CJ (2007). Структура и състав на микробите.
3. Gitai, Z. (2005). Новата бактериална клетъчна биология: движещи се части и субклетъчна архитектура. Клетка, 120 (5), 577-586.
4. Silhavy, TJ, Kahne, D., & Walker, S. (2010). Бактериалната обвивка на клетките. Перспективи на студеното пролетно пристанище в биологията, 2 (5), a000414.
5. Willey, JM, Sherwood, L., & Woolverton, CJ (2009). Прескот принципи на микробиологията. Бостън (Масачузетс): McGraw-Hill Висше образование.