Функция нуклеотида в бактериальной клетке

К эукариотам относятся царства растений, животных, грибов.

Каково строение клетки бактерий? Схема, названия структур и краткое описание

Схема строения типичной бактериальной (прокариотической) клетки

Бактериальные клетки могут иметь следующие структуры и органеллы:

Каково строение клетки бактерий? Схема, названия структур и краткое описание
  • Капсула — дополнительная защитная оболочка у некоторых видов бактерий, состоящая из полисахаридов (сложных углеводов). Капсула выполняют несколько функций, но наиболее важной является предотвращение высыхания бактерий и их защита от фагоцитоза (поглощения) более крупными микроорганизмами. Также капсула выступает фактором вирулентности для основных видов болезнетворных бактерий, таких как Escherichia coli (кишечная палочка) и Streptococcus pneumoniae (пневмококк). Неинкапсулированные штаммы этих бактерий авирулентные, то есть не вызывают заболеваний.
  • Клеточная стенка — каждая бактерия окружена жесткой клеточной стенкой, состоящей из пептидогликана. Стенка придает клетке форму и окружает цитоплазматическую мембрану, защищая ее от внешний среды. Она также помогает закрепить придатки, такие как пили и жгутики, которые берут начало в цитоплазматической мембране и выступают через стенку наружу. Прочность стенки отвечает за предотвращение разрыва клетки при больших различиях осмотического давления между цитоплазмой и окружающей средой.
  • Цитоплазма — представляет собой гелеобразное вещество, состоящее в основном из воды, которое также содержит ферменты, соли, различные органические молекулы, клеточные структуры, такие как рибосомы, хромосомы и плазмиды.
  • Цитоплазматическая мембрана — слой фосфолипидов и белков, окружающий цитоплазму и регулирующий поток веществ в клетку и из нее.
  • Нуклеоид — это область цитоплазмы, в которой расположена хромосомная ДНК. У большинства бактерий есть одна кольцевая молекула ДНК (хромосома), отвечающая за репликацию, хотя у некоторых видов есть две или более. Меньшие вспомогательные молекулы ДНК, называемые плазмидами, также находятся в цитоплазме.
  • Рибосомы — это микроскопические «фабрики», обнаруженные во всех клетках, включая бактерии и отвечающие за биосинтез белков. Они переводят генетический код с молекулярного языка нуклеиновой кислоты на язык аминокислот — строительных блоков белков. Белки — высокомолекулярные органические вещества, которые участвуют во всех функциях клеток живых организмов.
  • Жгутики — представляют собой нитевидные структуры, которые служат для передвижения бактерий. Они располагаются на одном, или обоих концах бактериальной клетки, или по всей ее поверхности. Для передвижения бактерии попеременно вращают своими жгутиками по часовой стрелке и против неё.
  • Пили — небольшие нитевидные структуры, выступающие из внешней поверхности клетки. Эти наросты помогают бактериям прикрепляться к другим клеткам и поверхностям, таким как зубы, кишечник и камни. Без пилей многие болезнетворные бактерии теряют способность инфицировать, потому что они не могут закрепиться на тканях хозяина. Для конъюгации используются специализированные пили, в ходе которых две бактерии обмениваются фрагментами плазмидной ДНК.
Читайте также:  Многоклеточные организмы: признаки и развитие

Что такое цитоплазма

Цитоплазма представляет собой вязкое (желеподобное) прозрачное вещество, которое заполняет каждую клетку и ограничено клеточной мембраной. В ее состав входят вода, соли, белки и другие органические молекулы.

Все органоиды эукариотов, такие как ядро, эндоплазматический ретикулят и митохондрии, расположены в цитоплазме. Часть ее, которая не содержится в органоидах, называется цитосоль. Хотя может показаться, что цитоплазма не имеет ни формы, ни структуры на самом деле она представляет собой высокоорганизованное вещество, которое обеспечивается за счет так называемого цитоскелета (белковая структура). Открыта была цитоплазма в 1835 году Робертом Брауном и другими учеными.

Это интересно: к прокариотам относятся также бактерии, почему?

Отличия цитозоля у разных видов

Нередко можно столкнуться с вопросом – есть ли у бактерии цитоплазма. Ответ на этот вопрос, безусловно, утвердительный. Конечно, у всех микробов есть такой жизненно важный органоид, однако, он существенно отличается от цитозоля остальных организмов. Необходимо знать, что все микробы являются прокариотами, то есть в их клетке, а они представляют собой именно одноклеточные, отсутствует оформленное ядро. Этот факт говорит о том, что наследственная информация у одноклеточных (ДНК) расположена непосредственно в самом цитозоле и ничем не ограждена, в отличие от эукариотов, которыми, к примеру, являются растения.

Цитоплазма в растительной клетке отличается тем, что в ней ядро спрятано внутри специальной оболочки, которая называется ядерной оболочкой. Это является главным отличием цитоплазмы бактериальной клетки. ДНК (кольцевую хромосому) не принято считать составляющей частью цитозоля у одноклеточных.

Цитоплазма бактерий состоит из:

  • растворимых белков;
  • рибонуклеиновых кислот;
  • рибосом;
  • многочисленных включений в виде гранул (гликоген, полисахариды, полифосфаты);
  • пластидов.

Смотрите видео о том, что из себя представляет цитоплазма.

Помимо вышеуказанного, цитоплазма бактерий содержит большое количество воды, что обеспечивает ей динамичность, ведь именно жидкое состояние способствует транспортировке всех продуктов жизнедеятельности между жизненно важными органеллами. В цитозоле прокариотов содержится значительно меньше органелл, чем в цитозоле эукариотов, функции «недостающих» органелл выполняет ЦПМ – специальная мембрана, ограничивающая и регулирующая давление. Особенностью цитозоля микробов также считается то, что он способен к регенерации в случае повреждения или даже удаления большей его части, но нормальное функционирование возможно только при наличии ДНК.

Читайте также:  Грипп – симптомы, лечение и профилактика

Ядро. Строение и функции.

В клетке выделяют ядро и цитоплазму. Клеточное ядросостоит из оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Функциональная рольядерной оболочкизаключается в обособлении генетического материала (хромосом) эукариотической клетки от цитоплазмы с присущими ей многочисленными метаболическими реакциями, а также регуляции двусторонних взаимодействий ядра и цитоплазмы. Ядерная оболочка состоит из двух мембран, разделенных околоядерным (перинуклеарным) пространством. Последнее может сообщаться с канальцами цитоплазматической сети.

Ядерная оболочка пронизана порожу диаметром 80—90нм. Область поры или поровый комплекс с диаметром около 120нм имеет определенное строение, что указывает на сложный механизм регуляции ядерно-цитоплазматических перемещений веществ и структур. Количество пор зависит от функционального состояния клетки. Чем выше синтетическая активность в клетке, тем больше их число. Подсчитано, что у низших позвоночных животных в эритробластах, где интенсивно образуется и накапливается гемоглобин, на 1мкм2ядерной оболочки приходится около 30пор. В зрелых эритроцитах названных животных, сохраняющих ядра, на 1мк»г оболочки остается до пяти пор, т.е. в 6 раз меньше.

В области перового комплекса начинается так называемая плотная пластинка —белковый слой, подстилающий на всем протяжении внутреннюю мембрану ядерной оболочки. Эта структура выполняет прежде всего опорную функцию, так как при ее наличии форма ядра сохраняется даже в случае разрушения обеих мембран ядерной оболочки. Предполагают также, что закономерная связь с веществом плотной пластинки способствует упорядоченному расположению хромосом в интерфазном ядре.

Основу ядерного сока,илиматрикса,составляют белки. Ядерный сок образует внутреннюю среду ядра, в связи с чем он играет важную роль в обеспечении нормального функционирования генетического материала. В составе ядерного сока присутствуютнитчатые,илифибриллярные, белки, с которыми связано выполнение опорной функции: в матриксе находятся также первичные продукты транскрипции генетической информации — гетероядерные РНК (гя-РНК), которые здесь же подвергаются процессингу, превращаясь в м-РНК (см. 3.4.3.2).

Ядрышкопредставляет собой структуру, в которой происходит образование и созреваниерибосомальныхРНК (рРНК). Гены рРНК занимают определенные участки (в зависимости от вида животного) одной или нескольких хромосом (у человека 13—15и 21—22пары) — ядрышковые организаторы, в области которых и образуются ядрышки. Такие участки в метафазных хромосомах выглядят как сужения и называютсявторичными перетяжками. Спомощью электронного микроскопа в ядрышке выявляют нитчатый и зернистый компоненты. Нитчатый (фибриллярный) компонент представлен комплексами белка и гигантских молекул РНК-предшественниц, из которых затем образуются более мелкие молекулы зрелых рРНК. В процессе созревания фибриллы преобразуются в рибонуклеопротеиновые зерна (гранулы), которыми представлен зернистый компонент.

Читайте также:  Лечение токсокароза народными средствами у взрослых

Хроматиновые структуры в виде глыбок,рассеянных в нуклеоплазме, являются интерфазной формой существования хромосом клетки

Нуклеоид бактерий: функции и методы выявления

В отличие от эукариот бактерии не имеют оформленного ядра, однако их ДНК не разбросана по всей клетке, а сосредоточена в компактной структуре, которую называют нуклеоидом. В функциональном отношении он представляет собой функциональный аналог ядерного аппарата.

Способы обнаружения

Существует 3 способа визуального обнаружения нуклеоида в бактериях:

  • световая микроскопия;
  • фазово-контрастная микроскопия;
  • электронная микроскопия.

В зависимости от способа подготовки препарата и метода исследования нуклеоид может выглядеть по разному.

Световая микроскопия

Для выявления нуклеоида при помощи светового микроскопа бактерии предварительно окрашивают таким образом, чтобы нуклеоид имел цвет, отличный от остального клеточного содержимого, — иначе эта структура не будет видна. Также обязательна фиксация бактерий на предметном стекле (при этом микроорганизмы погибают).

Через объектив светового микроскопа нуклеоид выглядит как бобовидное образование с четкими границами, которое занимает центральную часть клетки.

Методы окраски

В большинстве случаев для визуализации нуклеоида методом световой микроскопии используют следующие способы окраски бактерий:

  • по Романовскому-Гимзе;
  • метод Фельгена.
Нуклеоид бактерий: функции и методы выявления

При окрашивании по Романовскому-Гимзе бактерии предварительно фиксируются на предметном стекле метиловым спиртом, а затем в течение 10-20 минут пропитываются красителем из равной смеси азура, эонина и метиленового синего, растворенных в метаноле. В результате нуклеоид становится фиолетовым, а цитоплазма – бледно-розовой. Перед микроскопией краска сливается, а препарат промывается дистиллятом и высушивается.

В методе Фельгена применяется слабо кислотный гидролиз. В результате освобожденная дезоксирибоза переходит в альдегидную форму и взаимодействует с фуксинсернистой кислотой реактива Шиффа. В итоге нуклеоид становится красным, а цитоплазма приобретает синий цвет.

Фазово-контрастная микроскопия

Фазово-контрастная микроскопия имеет большее разрешение, чем световая. Этот метод не требует фиксации и окраски препарата, — наблюдение происходит за живыми бактериями. Нуклеоид в таких клетках выглядит как светлая овальная область на фоне темной цитоплазмы. Более эффективным метод можно сделать, применив флюоресцентные красители.

Выявление нуклеоида при помощи электронного микроскопа

Существует 2 способа подготовки препарата для исследования нуклеоида под электронным микроскопом:

  • ультратонкий срез;
  • срез замороженной бактерии.

На электронных микрофотографиях ультратонкого среза бактерии нуклеоид имеет вид состоящей из тонких нитей плотной сетчатой структуры, которая выглядит светлее окружающей цитоплазмы.

На срезе замороженной бактерии после иммуноокрашивания нуклеоид выглядит как кораллоподобная структура с плотной сердцевиной и тонкими проникающими в цитоплазму выступами.

На электронных фотографиях нуклеоид бактерий чаще всего занимает центральную часть клетки и имеет меньший объем, нежели в живой клетке. Это связано с воздействием химических реактивов, используемых для фиксации препарата.