Морфология бактерий

1. Морфология бактерий

2. План:

1.Морфология бактерий
2. Особенности строения бактериальной клетки:
3. Рост и размножение бактерий.

3. Размеры микроорганизмов

4. Морфология бактерий.

1. Кокки – шаровидные клетки
размером 0,5 – 1,0 мкм.
Микрококки – отдельно расположенные клетки;
Диплококки – парные кокки
(пневмококк – возбудитель пневмонии
(ланцетовидный,)
гонококк – возбудитель гонореи, менингококк –
возбудитель эпидемического менингита
(бобовидные)

5.

Стрептококки – клетки округлой или вытянутой
формы, составляющие цепочку.
Сарцины – имеют вид пакетиков из 8 и более кокков.
Стафилококки – кокки, расположенные в виде грозди
винограда. Такое расположение характерно для
чистой культуры, в мазках возможно в виде
единичных кокков.

6.

7.

2. Палочковидные формы называются
бактериями. Размеры: 1 – 6 мкм в длину и 0,5 –
2 мкм в толщину.
Имеют закругленные концы – кишечная палочка;
Имеют обрубленные концы – возбудитель
сибирской язвы;
Имеют заостренные концы – возбудитель чумы;
Имеют утолщенные концы – возбудитель
дифтерии;

8.

9.

Палочковидные бактерии
Истинные
спор не
образуют
Спорообразующие
Бациллы
Клостридии
образуют споры в
образуют споры в
присутствие кислорода, присутствие
кислорода, но
прорастают в
прорастают в
вегетативные формы в
вегетативные формы
кислородной среде
возбудитель сибирской в бескислородной
среде (столбняк,
язвы
ботулизм, газовая
гангрена)

10.

3. Извитые формы:
Вирионы – в форме запятой, возбудитель холеры;
Спириллы. Большинство не болезнетворны;
Спирохеты – от 6 до 18 завитков.

11. Основные формы бактерий

(Вершигора и др., 1988)

12. Особенности строения бактериальной клетки

Не имеют обособленного ядра
В клеточной стенке бактерий содержится
особый пептидогликан – муреин.
Единственными органоидами являются
рибосомы.
Роль митохондрий выполняют мезосомы –
выросты цитоплазматической мембраны.
Могут иметь специальные органеллы движения
– жгутики.
Размеры – от 0,3-0,5 до 5-10 мкм.

13.

14. Строение бактериальной клетки

(по Schlegel, 1972)
1 – гранулы поли-βоксибутирата;
2 – жировые капельки;
3 – включения серы;
4 – трубчатые
тилакоиды;
5 – пластинчатые
тилакоиды;
6 – хлоросомы;
7 – хроматофоры;
8 – нуклеоид;
9 – рибосомы; 10 – цитоплазма; 11 – базальное тельце; 12 – жгутики;
13 – капсула; 14 – клеточная стенка; 15 – ЦПМ; 16 – мезосома;
17 – газовые вакуоли; 18 – ламеллярные структуры; 19 – гранулы
полисахарида; 20 – гранулы полифосфата; 21 – карбоксисомы

15.

Органеллы бактериальной клетки
Основные:
Дополнительные:
Нуклеоид
Споры
Цитоплазма
Капсулы
Рибосомы
Ворсинки
Цитоплазматическая
Жгутики
мембрана
Клеточная стенка

16. Клеточная стенка

Значение:
сохраняет и придает форму;
регулирует осмотическое давление внутри
клетки;
обеспечивает взаимосвязь с внешней средой;
участвует в регуляции обмена веществ;
антигенная функция;
рецепторная функция;
косвенно участвует в регуляции роста и
деления;

17. Бактерии

Грамположительные
Граморицательные
(грам +) бактерии
(грам -) бактерии
Муреиновый слой
Муреиновый слой
составляет 80% от
составляет 20% от
массы клеточной стенки. массы клеточной стенки.
По Грамму они
По Грамму они
окрашиваются в синий
окрашиваются в красный
цвет.
цвет. Клеточная стенка
Клеточная стенка четко выглядит аморфно.
выражена.

18. Окраска по Граму (Ch. Gram, 1884)

Окраска генцианвиолетом
Окраска йодом
Образование окрашенного комплекса
Обработка спиртом
Грамположительные –
фиолетовые
Грамотрицательные –
обесцвечиваются
Окраска фуксином
Окраска фуксином

19.

20.

Структура пептидогликана
1, 2 – полимеризация
гликанового остова
молекулы;
3 – присоединение
тейхоевой кислоты;
4, 5 – связывание между
цепями с помощью
пептидных мостиков;
6 – связывание
с липопротеином
наружной мембраны;
7 – место действия
лизоцима

21. Клеточная стенка грамположительных бактерий

www.unb.br
21

22.

Тейхоевые кислоты –
обнаружены у
грамположительных
бактерий.
Функции:
• являются антигенами;
• определяют
поверхностный заряд
клетки;
• рецепторы для фагов.
Структура
глицеринтейхоевой
кислоты
22

23. Клеточная стенка грамотрицательных бактерий

www.unb.br
23

24.

Липополисахариды – обнаружены
у грамотрицательных бактерий.
www.unb.br
Содержат три участка: липид А,
сердцевинную часть и О-специфическую
полисахаридную цепь.
Являются антигенами бактерий.
Лекция № 3. Строение и химический состав прокариотов
24

25. Необычные клеточные стенки прокариот

• Скользящие бактерии – клеточная стенка
эластичная, позволяет менять форму клеток
при движении.
• Архебактерии – клеточные стенки могут
содержать:
– псевдомуреин;
– кислый гетерополисахарид;
– только белок (не окрашиваются по Граму).
25

26. Прокариоты без клеточной стенки

Протопласты
Сферопласты
L-формы бактерий
Протопласты – бактерии, лишенные клеточной стенки.
Свойства протопластов:
• всегда приобретают сферическую форму;
• могут расти;
• не способны ресинтезировать клеточную стенку;
• редко делятся;
• не адсорбируют фаги.
26

27. Сферопласты – бактерии, частично лишенные клеточной стенки.

Отличия сферопластов от протопластов:
• адсорбируют фаги;
• могут размножаться;
• реверсируют в исходную форму.
Общие свойства:
• большие размеры;
• отсутствие мезосом;
• чувствительность к осмотическим условиям.
27

28.

L-формы бактерий –
полностью или частично
лишены пептидогликана.
Образуются при
антибиотикотерапии.
Стадии образования L-форм
у Bacillus subtilis
Колонии L-форм
бактерий (яичница)
28

29.

Свойства L-форм бактерий:
• нарушается функция размножения;
• сохраняется функции роста;
• способны к делению и слиянию их элементов;
• медленно растут в виде характерных колоний
(яичница);
• L-формы болезнетворных бактерий патогенны;
• способны продуцировать токсины.
29

30. Функции клеточной стенки

Пептидогликан:
• Поддержание внешней формы клетки.
• Защита от воздействий окружающей среды.
• Защита от внутреннего осмотического давления.
Наружная мембрана:
• Транспорт веществ и ионов, необходимых клетке.
• Препятствует проникновению в клетку токсических
веществ и антибиотиков.
Периплазматическое пространство:
• Содержит транспортные белки и гидролитические
ферменты.
Липополисахариды и другие макромолекулы:
• Специфические рецепторы и антигены.
• Обеспечивают межклеточные взаимодействия.
30

31.

32. Капсула

– дополнительная поверхностная оболочка.
Образуется при попадании бактерий в
макроорганизм.
Капсула защищает микробную клетку:
-от фагоцитоза
- от антител

33. Бактерии

Истинно капсульные
Ложно капсульные –
–
сохраняют
капсулообразование и
при росте на
питательных средах, а
не только в
макроорганизме
(род Klebsiella);
образуют капсулу только
при попадании в
макроорганизм
(возбудители пневмонии,
сибирской язвы);

34.

• Капсулы – аморфные слизистые образования.
Состоят из полисахаридов.
Сохраняют связь с клеточной стенкой.
• Слизистые слои – легко отделяются
от поверхности клетки.
Бактерии рода Thiocapsa
vietsciences.free.fr
microbewiki.kenyon.edu
34

35.

• Чехлы – имеют тонкую
структуру, часто
многослойные.
instruct1.cit.cornell.edu
Бактерии рода Leptothrix
Чехлы могут быть
инкрустированы
окислами металлов.
microbewiki.kenyon.edu
Бактерии рода Sphaerotilus
35

36. Функции капсул и чехлов

• защита от механических повреждений и
высыхания;
• дополнительный осмотический барьер;
• препятствие для проникновения фагов;
• источник запасных питательных веществ;
• связь между соседними клетками;
• прикрепление клеток к различным
поверхностям.
36

37.

38. Жгутики и механизмы движения

Размеры:
• толщина 10–20 нм,
• длина 3–15 мкм.
Расположение:
1 – полярное;
2 – латеральное.
Количество:
1 – монополярный
монотрих;
3 – монополярный
политрих (лофотрих);
4 – биполярный
политрих (амфитрих);
5 – перирих.
38

39.

Escherichia
100.empas.com
Аquaspirillum
guvercin.blogcuzade.com
Spirillum
microbewiki.kenyon.edu
Helicobacter
microbewiki.kenyon.edu
39

40. Строение жгутика грамотрицательных бактерий

(по Гусеву, Минеевой, 2001)
Б
В
А – нить; Б – крюк;
В – базальное тело
А
1 – стержень;
2 – M-кольцо;
3 – S-кольцо;
4 – P-кольцо;
5 – L-кольцо;
6 – ЦПМ;
7 – периплазматическое
пространство;
8 – пептидогликан;
9 – наружная мембрана
40

41. Особенности движения спирохет

(по Гусеву, Минеевой, 2001)
А
Клетка спирохеты
в продольном (А)
и
поперечном (Б)
разрезе
Б
1 – протоплазматический цилиндр; 2 – наружный чехол;
3 – аксиальные фибриллы;
4 – места прикрепления аксиальных фибрилл;
5 – пептидогликановый слой; 6 – ЦПМ
41

42.

www.portalesmedicos.com
Морфология спирохет
Leptospira sp.
molbiol.ru
Строение спирохет:
Treponema sp.
в поперечном разрезе
42

43.

Таксис – направленное перемещение бактерий.
Хемотаксис – движение относительно источника
химического вещества.
Химические вещества
Инертные
Эффекторы
Аттрактанты
Сахара
Аминокислоты
Витамины
Репелленты
Спирты
Фенолы
Неорганические ионы
43

44.

• Аэротаксис – движение относительно
концентрации кислорода.
• Фототаксис – движение к свету или от него.
• Магнитотаксис – способность перемещаться
по силовым линиям магнитного поля.
• Термотаксис – движение относительно
источника тепла.
• Вискозитаксис – способность реагировать
на изменение вязкости раствора.
44

45. Ворсинки (фимбрии, пили) – поверхностные структуры клетки.

• Состоят из белка – пилина.
• Диаметр – 5–10 нм, длина – 0,2–2,0 мкм.
• Расположение – перитрихиальное или
полярное.
Функции:
• придают свойство гидрофобности;
• обеспечивают прикрепление к поверхностям;
• участвуют в транспорте метаболитов;
• способствуют проникновению вирусов
в клетку;
• участвуют в конъюгации бактерий (F-пили).
45

46.

Процесс конъюгации бактерий
• F-пили необходимы
клетке-донору для
обеспечения контакта
между ней и
реципиентом.
• По конъюгационному
тоннелю происходит
передача ДНК.
molbiol.ru
46

47. Пили (фимбрии)

– белковые выросты расположенные на
поверхности клеточной стенки.

48. Цитоплазматическая мембрана

имеет обычное строение: билипидный слой и 2 слоя
белков. Она обладает избирательной
проницаемостью, принимает участие в транспорте
веществ, выведении экзотоксинов, энергетическом
обмене клетки, является осмотическим барьером,
участвует в регуляции роста и деления, репликации
ДНК, является стабилизатором хромосом.

49.

Цитоплазматическая мембрана
ЦПМ – обязательный структурный элемент любой
клетки.
На долю ЦПМ приходится 8–15 % сухого
вещества клеток.
• По химическому составу ЦПМ – белковолипидный комплекс:
– белки – от 50 до 75 %,
– липиды – от 15 до 45 %.
– углеводы – около 5 %
49

50. Модель строения элементарной биологической мембраны

(по Гусеву, Минеевой, 2001)
Молекулы липидов:
1 – гидрофильная
"голова";
2 – гидрофобный
"хвост";
Молекулы белков:
3 – периферическая;
4 – интегральная;
5 – поверхностная
50

51. Функции ЦПМ прокариот

• Барьерная;
• ферментная;
• энергетическая;
• участие в репликации;
• интегрирующая роль в организме;
• транспортная.
Типы транспортных систем:
– пассивная диффузия;
– облегченная диффузия;
– активный транспорт;
– перенос химически модифицированных
молекул.
51

52. Внутрицитоплазматические мембраны

Мезосомы – локальные
впячивания ЦПМ:
– ламеллярные;
– везикулярные;
– тубулярные.
Methylomonas
template.bio.warwick.ac.uk
52

53.

Фотосинтетические мембраны – место
локализации фотосинтетического аппарата.
– Тилакоиды.
– Хроматофоры.
– Хлоросомы.
– Фикобилисомы.
www.emc.maricopa.edu
Prochloron
53

54.

• Карбоксисомы – содержат фермент фиксации
СО2 – рибулозодифосфаткарбоксилазу.
• Газовые вакуоли (аэросомы) – являются
регуляторами плавучести бактерий.
• Магнитосомы –
частицы Fe3O4,
окруженные
мембраной.
www.uni-marburg.de
54

55.

Цитоплазма и ее содержимое
коллоидная, полужидкая система, состоящая из воды
(75%), минеральных соединений, белков
• Цитозоль – фракция цитоплазмы, имеющая гомогенную
консистенцию.
Цитозоль содержит:
– набор растворимых РНК;
– ферментные белки;
– продукты и субстраты метаболизма.
• Структурные элементы:
– внутрицитоплазматические мембраны;
– генетический аппарат;
– рибосомы;
– включения.
55

56.

Рибосомы – рибонуклеопротеиновые
частицы. Размер – 15–20 нм.
• Количество – от 5000 до 90 000.
• Функция – синтез белка.
• Полирибосомы (полисомы) – состоят
из рибосом, и-РНК, т-РНК.
56

57.

57

58. Запасные вещества прокариот

• полисахариды;
• углеводородные гранулы;
• липиды;
• поли- -оксимасляная кислота;
• полифосфаты;
• сера;
• карбонат кальция (известковые тельца);
• кристаллоподобные (параспоральные
тельца).
58

59. Нуклеоид

– ядерное вещество, распыленное в цитоплазме
клетки. не имеет ядерной мембраны, ядрышек. В нем
локализуется кольцевая двухнитевая молекула ДНК.
Функции нуклеоида:
контролирует признаки и свойства клетки,
участвует в передаче генетической информации.
Внехромосомные участки ДНК называются
плазмидами.

60. Генетический аппарат прокариот

ДНК прокариот –
«нуклеоид» или
«бактериальная
хромосома»
molbiol.ru
0,2µm
molbiol.ru
• Длина молекулы – 1 мм и более.
• Диаметр нитей ДНК – около 2 нм.
• Молекулярная масса – 1–3 × 109 Да.
60

61. Генетический аппарат прокариот

• Каждая прокариотная клетка содержит,
как правило, 1 хромосому.
• При действии на клетку определенных
факторов происходит образование множества
копий хромосомы.
• Нейтрализация зарядов осуществляется
взаимодействием ДНК с полиаминами и
ионами Mg2+.
• Содержание пар оснований А+Т и Г+Ц
является постоянным для вида.
61

62. Репликация бактериальной хромосомы

(по Гусеву, Минеевой, 2001)
А
Б
В
1 – точка начала репликации;
А – родительская молекула ДНК;
Б – промежуточные репликативные формы;
В – дочерние молекулы ДНК
62

63. Внехромосомные элементы

• Плазмиды – кольцевые молекулы ДНК, способные
к независимой репликации.
Содержат дополнительные гены:
– устойчивости к антибиотикам,
– устойчивости к тяжелым металлам,
– разрушения пестицидов,
– nif-гены и т. д.
• Транспозоны – мобильные сегменты ДНК, могут
перемещаться из одной части хромосомы
в другую, или в плазмиды.
Неспособны к автономной репликации.
63

64.

www.membrana.ru/
• Плазмиды,
визуализированные
с помощью электронного
микроскопа
zhurnal.lib.ru
• Плазмида pBR322
64

65. Споры и морфологическая дифференцировка

– это особые формы существования некоторых
бактерий при неблагоприятных условиях внешней
среды.
При попадании споры в благоприятные условия она
прорастает в вегетативную форму.
Спорообразующие аэробные бактерии –
бациллы, а анаэробные – клостридии.

66. Морфологическая дифференцировка

Направлена на повышение выживаемости
видов.
Функции специализированных клеток:
• обеспечивают переживание вида
в неблагоприятных условиях;
• участвуют в размножении;
• осуществляют фиксацию молекулярного
азота из атмосферы.
66

67. Морфологически дифференцированные клетки бактерий

Специализированные клетки
Эндоспоры
Экзоспоры
Цисты
Бактероиды
Гетероцисты;
акинеты; баеоциты;
гормогонии
Представители, у которых они
обнаружены
Bacillus, Clostridium, некоторые
актиномицеты
Rhodomicrobium, многие
актиномицеты
Миксобактерии, скользящие
бактерии, Azotobacter
Клубеньковые бактерии
Цианобактерии
67

68.

Условия, способствующие образованию
покоящихся клеток
• Наличие или отсутствие определенных
питательных веществ (метаболитов) в среде;
• температура;
• кислотность среды;
• условия аэрирования;
• специфические вещества – индукторы
спорообразования.
68

69. Покоящиеся клетки: эндоспоры

• Образование эндоспор происходит только
в мире прокариот.
• Все спорообразующие бактерии –
грамположительные.
• Эндоспоры формируются
внутри материнской клетки.
Clostridium
molbiol.ru
69

70.

Эндоспоры обладают специфическими
структурами:
– внутренняя мембрана;
– кортекс;
– наружная мембрана;
– многослойные белковые
покровы;
– экзоспориум.
Bacillus
wwwuser.gwdg.de
70

71.

Формирование эндоспоры
(Гусев, Минеева, 2001)
1 – нуклеоид;
2 – цитоплазма;
3 – ЦПМ;
4 – клеточная стенка;
5 – споровая
перегородка;
6 – наружная
мембрана;
7 – внутренняя
мембрана;
8 – кортекс;
9 – покровы
71

72.

73. Расположение спор:

центральное - возбудитель сибирской язвы. Размер
споры не превышает поперечника клетки;
субтерминальное – ближе к концу клетки и
превышает ширину клетки – возбудитель ботулизма;
терминальное – на конце клетки – возбудитель
столбняка.

74. Отличия спор от вегетативных клеток

1. Белки эндоспор богаты цистеином и
гидрофобными аминокислотами.
2. Содержание ДНК и РНК в споре ниже, чем
в вегетативной клетке.
3. Споры накапливают дипиколиновую кислоту
и ионы кальция.
4. Содержат повышенное количество катионов
Mg2+, Mn2+, K+.
5. Устойчивы к неблагоприятным факторам
среды, летальным для вегетативных клеток.
74

75. Факторы, обеспечивающие устойчивость эндоспор

• Дегидратация цитоплазмы.
• Термостойкость ферментов.
• Наличие дипиколиновой кислоты.
• Большое количество катионов (Ca2+, Mg2+,
Mn2+, K+).
• Особые поверхностные структуры
(мембраны, кортекс, покровы).
75

76. Покоящиеся клетки: экзоспоры

Формируются у
актиномицетов путем
деления гифы на участки.
www0.nih.go.jp
Streptomyces
• У экзоспор отсутствуют дипиколиновая кислота
и поверхностные структуры (кортекс,
экзоспориум).
• Стенка многослойная, значительно толще, чем
у вегетативной клетки.
76

77. Покоящиеся клетки: цисты

Отличия цист
азотобактера от
вегетативных клеток:
commtechlab.msu.edu
Azotobacter
• сферическая форма
клетки;
• отсутствуют жгутики;
• накапливается поли- оксимасляная кислота;
• синтезируются
дополнительные
клеточные покровы.
77

78. Клетки, участвующие в фиксации азота

www.rdg.ac.uk
www.ibvf.cartuja.csic.es
• Бактероиды в
клубеньках бобовых
растений
• Гетероцисты
цианобактерий
78

79. Клетки, участвующие в размножении

Гормогонии, баеоциты –
образуются у
цианобактерий.
www.ibvf.cartuja.csic.es
Баеоциты – мелкие
клетки, образуются
в результате
множественного
деления.
Dermocapsa
79