Бактериальная клетка что это
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
3.2. БАКТЕРИАЛЬНАЯ КЛЕТКА
Бактерии (прокариоты) — это большая группа микроорганизмов (около 1600 видов), большинство из которых одноклеточные (см. рис. 8). Основные формы бактерий — шаровидная, палочковидная и извитая. Размеры бактерий очень малы: от десятых долей микрометра до нескольких микрометров. В среднем размер большинства бактерий 0,5-1 мкм, а средняя длина палочковидных бактерий — 2-5 мкм. Встречаются бактерии, размеры которых значительно превышают среднюю величину, а некоторые находятся на грани видимости в обычных оптических микроскопах. Масса бактериальной клетки составляет приблизительно 4-10 13 г. Особенностью размножения бактерий является быстрота протекания процесса: некоторые виды делятся через каждые 15-20 мин, другие — через 5-10 ч. При таком делении число клеток бактерий за сутки достигает огромного количества. Это часто наблюдается на пищевых продуктах, например, быстрое скисание молока вследствие развития молочнокислых бактерий, быстрая порча мяса и рыбы за счет развития гнилостных бактерий. Другой отличительной характеристикой микроорганизмов является разнообразие их физиологических и биохимических свойств. Некоторые микроорганизмы могут расти в экстремальных условиях. Значительное число микроорганизмов могут жить при температуре — 196°С (температура жидкого азота). Другие виды микроорганизмов — термофильные, их рост наблюдается при температуре 80°С и выше. Многие микроорганизмы устойчивы к высокому гидростатическому давлению (в глубинах морей и океанов; месторождениях нефти). Также многие микроорганизмы сохраняют жизнедеятельность в условиях глубокого вакуума. Некоторые микроорганизмы выдерживают высокие дозы ультрафиолетовой или ионизирующей радиации.
Разнообразие бактерий
Основной (низшей) таксономической единицей является вид. Виды объединяются в роды, роды — в семейства, семейства— в порядки, порядки — в классы, классы — в отделы, отделы — в царства.
Вид — это совокупность популяций, имеющих общее происхождение и генотип, морфологические, физиологические и другие признаки, способные в определенных условиях вызывать одинаковые процессы.
Культура — микроорганизмы, полученные от животного, человека, растения или субстрата внешней среды и выращенные на питательной среде. Чистые культуры состоят из особей одного вида, смешанные представляют собой скопления клеток разных видов.
Штамм — это культура одного и того же вида, выделенная из разных сред и отличающаяся незначительными изменениями свойств: чувствительность к лекарственным препаратам, неодинаковая биохимическая активность и др. Например, кишечная палочка, выделенная от человека, и такая же палочка, выделенная от свиней, могут быть разными штаммами.
Клон — культура микроорганизмов, выделенная из одной клетки.
Клетка бактерии обладает принципиальными особенностями строения (см. рис. 9).
Схема строения бактериальной клетки:
1 — гранулы поли-β-оксимасляной кислоты; 2 — жировые капельки; 3 — включения серы;
4 — трубчатые тилакоиды; 5 — пластинчатые тилакоиды; 6 — пузырьки; 7— хроматофоры;
8 — ядро (нуклеоид); 9 — рибосомы; 10 — цитоплазма; 11 — базальное тельце; 12 — жгутики;
13 — капсула; 14 — клеточная стенка; 15 — цитоплазматическая мембрана; 16 — мезосома;
17 — газовые вакуоли; 18 — ламеллярные структуры; 19 — гранулы полисахарида;
20 — гранулы полифосфата.
Основные структуры бактериальной клетки представлены в верхней части рисунка; дополнительные, мембранные структуры, имеющиеся у фототрофных и нефототрофных бактерий, — в средней части; включения запасных веществ — в нижней.
Бактериальная клетка состоит из протопласта, окруженного наружной клеточной оболочкой, вакуолей, различных включений, имеющихся в составе протоплазмы.
Химическая природа ядерных веществ довольно сложная. Основное место занимает нуклеопротеидный комплекс, который состоит из двух основных компонентов — особого белка и тимонуклеиновой кислоты.
Клеточная стенка (оболочка) — важный структурный элемент большинства бактерий; плотная, бесцветная. На ее долю приходится от 5 до 20% сухих веществ клетки. Клеточная стенка обладает эластичностью, служит механическим барьером между протопластом и окружающей средой, придает клетке определенную форму. Оболочка проницаема для воды и низкомолекулярных веществ, имеет слоистое строение. Толщина клеточной стенки 10-35 нм.
Химический состав оболочки неоднороден, резко отличен от оболочек высших растений. В ее состав входят специфические полимерные комплексы. Главным компонентом клеточной стенки бактерии является особый, только им присущий гетерополимер — пептидогликан (муреин). Этот полимер состоит из параллельно чередующихся полисахаридных цепей, которые скреплены пептидными связями. Количественное содержание пептидогликана определяет характер окраски бактерий и других прокариот по Грамму. Те из них, которые содержат в клеточной стенке большое количество (около 90%) пептидогликана окрашиваются по Грамму в сине-фиолетовыйцвет, и их называют грамположительными, все другие, содержащие в оболочке 5-20% пептидогликана, — в розовый цвет, и их называют грамотрицательными. Толщина слоя пептидогликана в клеточной стенке грамположительных бактерий в несколько раз больше, чем у грамотрицательных.
Из азотистых веществ в состав бактериальных оболочек входят белковые вещества, аминокислоты. Соотношение веществ варьирует.
Оболочка у некоторых бактерий может подвергаться разбуханию и ослизнению. Слизистый слой бывает очень тонким, но может достигать и значительной толщины, образуя капсулу. Размер капсулы может превышать величину бактериальной клетки. Капсулы легко обнаруживаются при окраске фуксином. Капсула защищает клетку от механических повреждений и высыхания, создает дополнительный осмотический барьер, служит препятствием для проникновения фагов, антител, иногда она является источником запасных питательных веществ.
Химический состав слизей различен у отдельных видов. В составе бактериальных слизей обнаружены полисахариды, азотсодержащие вещества.
При попадании в неблагоприятные условия у многих бактерий усиливается слизеобразование. Ослизнению подвергаются мясо, колбасы, творог; наблюдается тягучесть молока, сахарного сиропа, рассолов, квашеных овощей, пива, вина.
Цитоплазматическая мембрана толщиной 7-10 нм отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. На ее долю приходится 8-15% сухого вещества клетки и 70-90% липидов клетки. Мембрана полупроницаема, играет важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. Цитоплазматическая мембрана состоит из трех слоев: одного липидного и двух, примыкающих к нему с обеих сторон, белковых. Содержит 60-65% белка и 35-40% липидов, в ней локализованы ферменты.
Цитоплазма бактериальной клетки представляет собой полужидкую, вязкую, коллоидную систему. Имеет сложный изменяющийся химический состав. Основными химическими соединениями являются белки, нуклеиновые кислоты, липиды, Н20.
Местами цитоплазма пронизана мембранными структурами — мезосомами, которые произошли от цитоплазматической мембраны и сохранили с ней связь. В мезосомах содержатся ферменты, участвующие в снабжении бактериальной клетки энергией.
Рибосомы рассеяны в цитоплазме в виде гранул размером 20-30 нм. Они состоят примерно на 60% из РНК и на 40% из белка. Основная функция рибосом — синтез белка клетки. В бактериальной клетке в зависимости от ее возраста и условий жизни может быть 5- 50 тыс. рибосом.
Цитоплазматические включения бактериальной клетки разнообразны, в основном это запасные питательные вещества, которые откладываются в клетках, развивающихся в условиях избытка питательных веществ, и потребляются, когда клетки попадают в условия голодания. В клетках откладываются полисахариды (гликоген, крахмалоподобное вещество гранулеза), липиды, полифосфаты, молекулярная сера.
При хранении сырья и продуктов в охлажденном состоянии рост микроорганизмов на них не исключается, а лишь замедляется. Поэтому сроки хранения охлажденных продуктов непродолжительны и зависят от температуры хранения, относительной влажности воздуха в помещении, исходной степени обсеменения продукта психрофильными микроорганизмами: чем их больше, тем меньше срок хранения.
Жгутики — это органы движения бактерий. Представляют собой вращающиеся полужесткие спирально изогнутые нити из белка флагеллина, который обладает способностью сокращаться. Длина жгутиков больше самих бактерий и колеблется от 5 до 10 мкм. По типу расположения и числу жгутиков бактерии делят на четыре группы: монотрихи — имеют один жгутик на полюсе клетки; лофотрихи — с пучком жгутиков на одном из концов палочки; амфитрихи — с двумя пучками жгутиков на полюсах; перитрихи — с множеством жгутиков вокруг бактерии. Жгутикование характерно, например, для кишечных бактерий, столбняка и ботулизма, холерного вибриона. Характер и скорость движения неодинаковы у отдельных видов бактерий. Подвижность бактерий может быть утрачена под влиянием неблагоприятных условий жизни, при старении клеток и механических воздействиях.
Многие микроорганизмы при попадании в неблагоприятные условия не погибают и сохраняют жизнеспособность длительное время, переходя в анабиотическое состояние. При этом бактериальная клетка из вегетативного состояния переходит в споровое, позволяющее сохранять жизнеспособность в течение длительного времени.
Споры — это покоящиеся клетки, обладающие устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды, служащие для сохранения вида. Спорообразование происходит почти исключительно у палочковидных бактерий. В клетке бактерий образуется только одна спора.
Спорообразование обычно наступает при обеднении среды питательными веществами или при накоплении в ней продуктов обмена. Перед спорообразованием в клетке накапливаются запасные питательные вещества (белки, липиды), образуются специфическое для спор вещество — дипиколиновая кислота.
Спора развивается из части протопласта (цитоплазмы с ядерным материалом) материнской вегетативной клетки. По мере развития и созревания закладываются ее оболочки, число и толщина которых варьирует у разных бактерий. Поверхность наружной оболочки может быть гладкой либо иметь выросты. Процесс спорообразования происходит в течение нескольких часов.
Обычно споры имеют круглую или овальную форму, располагаются в центре клетки, ближе к концу и на самом конце клетки. Диаметр спор может превышать ширину клетки.
После созревания споры материнская вегетативная клетка отмирает, оболочка ее разрушается и спора высвобождается. Плотная оболочка, малое содержание свободной воды, наличие дипиколиновой кислоты создают большую устойчивость спор к физико-химическим воздействиям. Так, споры некоторых бактерий выдерживают кипячение в течение нескольких часов, могут длительное время сохраняться (десятки и сотни лет) в сухом состоянии, более устойчивы по отношению к действию химических ядов, радиации и других факторов внешней среды.
В благоприятных условиях споры прорастают в вегетативные клетки. При этом они набухают вследствие поглощения воды, активизируются их ферменты, усиливаются биохимические процессы, приводящие к росту. Затем происходит растворение внешней оболочки и через образовавшееся отверстие молодая бактериальная клетка выходит наружу.
Порчу пищевых продуктов вызывают лишь вегетативные клетки. Знание факторов, способствующих образованию спор у бактерий, и факторов, которые вызывают их прорастание в вегетативные клетки, имеет значение в выборе способа обработки продуктов с целью предотвращения их микробиальной порчи.
К спорообразующим аэробным и факультативно-анаэробным