Лекция 3. Прокариоты. Строение бактериальной клетки. Характеристика отдельных групп бактерий и их свойств презентация

ИХ СВОЙСТВ

название было предложено канадским учёным Мюрреем в 1968 г.
В настоящее время все прокариоты делят на четыре группы (GRACILICUTES, FIRMICUTES, TENERICUTES, MENDOSICUTES ) по признаку строения наружных покровов клетки:
грамотрицательные эубактерии,
грамположительные эубактерии,
микоплазмы, лишённые клеточных стенок
архебактерии, или археи
В составе наружных покровов архей отсутствует характерный для истинных бактерий муреин. Три первые группы объединяются как эубактерии, архебактерии представляют собой обособленную (на уровне домена - империи) группу организмов, отличающихся от других строением молекул рибосомальных и транспортных РНК, РНК-полимеразами, липидами, строением клеточной стенки.

функциях клетки: адгезии, рецепции, транспорте веществ. Основными структурными компонентами мембраны являются белки и фосфолипиды.

1 – полисахариды,
2 – липидный слой,
3 – пронизывающая молекула белка,
4 – полярные головки молекул липидов,
5 – погружённые белки,
6 – неполярные хвосты липидов,
7 – неполярный слой мембраны

ЦМ представляет собой ансамбль липидных и белковых молекул, удерживаемых с помощью нековалентных взаимодействий. В электронном микроскопе мембраны имеют вид листков, толщиной около 7 нм, с выраженной трёхслойной структурой. Двойной слой липидных молекул определяет структурные особенности мембраны, белки же ответственны за большинство мембранных функций. Строение мембран у прокариот и эукариот одинаково.

протонной помпой. Этот транспорт требует затрат энергии АТФ.

Транспорт крупных молекул через поры в мембране, обеспечиваемый белками - поринами

отсутствия последнего) - контактирует с окружающей средой. Клеточная стенка служит механическим барьером между протопластом и внешней средой и придаёт клетке определённую присущую ей форму - ригидность. Состав и строение клеточной стенки – важный систематический признак.

из воды, белков, жиров, углеводов, минеральных соединений и других веществ. В цитоплазме могут находиться включения (мезосомы, газовые вакуоли) и запасные вещества (β-гидроксибутират, гранулы гликогена и серы, карбоксисомы, пароспоральные тельца). Некоторые из включений просто лежат в цитоплазме, другие окружены тонкой мембраной (2-4 нм).
В цитоплазме прокариот очень много рибосом. Их количество составляет от 1000 до 15000 на клетку. Масса каждой бактериальной рибосомы составляет 2-7 х 106 дальтон, а состав определяется 65% рибосомной РНК и 35% белками.

Две субъединицы рибосомы

Клетки Bacillus megaterium с капельками жира

Клетки метилотрофных бактерий с включениями полифосфата

помощи просто устроенных жгутиков, отличающихся от сложных жгутиков эукариот, либо скользят, выделяя слизь и перемещаясь по поверхности плотного субстрата. Несколько модифицированный тип движения наблюдается у спирохет, которые обладают «аксиальной нитью».
Бактериальные жгутики располагаются по полюсам или по разным сторонам клетки. В зависимости от числа и расположения жгутиков различают монотрихи (один полярный жгутик), амфитрихи (жгутики на двух полюсах), лофотрихи (пучок жгутиков) и перетрихи (жгутики по всей поверхности клетки). Жгутики построены иначе, чем у эукариот (9+2) и состоят из белка флагеллина. Жгутик вращается благодаря особой молекулярной структуре, встроенной в клеточную стенку и работающей по принципу электрического мотора. Энергию для вращения жгутика поставляют молекулы АТФ.

Аксиальная нить спирохеты

«реактивный двигатель» миксобактерий

устойчивая к высушиванию и перепадам температур. Цисты характеризуются состоянием покоя со значительно сниженной метаболической активностью. Функции: защищают от вредных воздействий окружающей среды, служат способом сохранения ДНК, способ передачи информационного начала от хозяина к хозяину (у патогенов). Прорастание стимулируется благоприятными внешними условиями.

Споры бактерий обладают уникальной устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Устойчивость спор связана с наличием у них особого слоя в клеточной стенке - кортекса. Тип спосрообразования (бациллярный, клостридиальный и плектридиальный) часто помогает идентифицировать культуру.

практические моменты и служит для распознавания описанных форм. Под классификацией понимают распределение единиц по группам более высокого порядка. Она осуществляется по иерархической системе. Основной единицей является чистая культура выделенной бактерии - "штамм".
штаммы объединяются в виды (species),
виды в роды (genus, мн. числ. genera),
роды в семейства.
Основой для классификации служит адекватное описание штаммов, в соответствии с которым и проводят сравнение и разграничение рассматриваемых единиц. Установлением соподчинения отдельных групп организмов занимается таксономия.

бактерий, составляющих группу первичных продуцентов как в наземных, так и в водных экосистемах. Они осуществляют фотосинтез с выделением кислорода. Раньше эти организмы называли синезелёные водоросли.
По строению клетки цианобактерии - типичные прокариоты с фотосинтетическими мембранами, собранными в тилакоиды. В них располагается хлорофилл а, как у зелёных растений, но отсутствует хлорофилл b. В качестве дополнительного пигмента присутствуют фикобилины. Многие цианобактерии способны к азотфиксации, особенно в отсутствие кислорода. В аэробных условиях азотфиксация осуществляется в гетероцистах.

бактерий, разнообразную по числу видов и физиологическим функциям, включающую фототрофные и хемотрофные бактерии.

.

Протеобактерии — наиболее многочисленная группа бактерий — 1534 видов или примерно треть от всех известных видов бактерий.

Протеобактерии является весьма неоднородной группой, в эту группу включены как симбионты эукариот, так и большое число патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, так и фото- и хемотрофные виды бактерий, как автотрофы, так и гетеротрофы. Все протеобактерии грамотрицательны, внешняя мембрана построена из липополисахарида. Группа включает как облигатно, так и факультативно аэробные и анаэробные бактерии. Также отличны типы движения, в группу входят как бактерии, имеющие жгутики, так и неподвижные бактерии и бактерии, имеющие т. н. «скользящий» тип движения.
Морфологически группа также неоднородна: сюда входят и палочковидные бактерии, и кокки, и спиралевидные бактерии.
Группа была выделена на основании анализа нуклеотидных последовательностей 16S рРНК, названа в честь древнегреческого бога Протея, умевшего менять форму по собственному желанию (в названии протеобактерий отражено большое разнообразие биохимических, физиологических и морфологических свойств, присущих этой группе).
На основании правил номенклатуры бактерий, таксон протеобактерии является нелигитимным ввиду отсутствия определённого типового нижнего таксона.

Wolbachia

колонии Burkholderia pseudomallei

название псевдомонады по форме клеток с полярным жгутиком - мелкие, одиночные, подвижные бактерии, не образующие спор. Аэробы, иногда факультативные анаэробы. Типичными родами служат Pseudomonas, Alcaligens, Xanthomonas.

Pseudomonas aeruginosa

Helicobacter pylori

Desulfovibrio vulgaris,

неподвижные кокки. Клетки имеют слизистые капсулы, при старении превращаются в покоящиеся формы - цисты, устойчивые к высушиванию, но не к нагреванию. В кислых почвах - бейеринкии.

Симбиотические азотфиксаторы клубеньковые бактерии с типовым родом Rhizobium. Подвижные палочки, не образующие спор. Они живут в свободном состоянии в почве, но способны внедряться через корневые волоски в корни бобовых растений и, размножаясь в клетках растения-хозяина, превращаются в неподвижные искривлённые палочки - бактероиды. На этой стадии они фиксируют азот атмосферы. Под их влиянием на корнях бобовых образуются клубеньки.

палочковидные бактерии с перитрихиальными жгутиками или неподвижные жгутиков. Экологически они разделяются на три группы: представители кишечной флоры млекопитающих (например Escherichia coli) и возбудители кишечных инфекций (Salmonella, Shigella); эпифитные и патогенные для растений бактерии (Erwinia herbicola), обитатели воды и почв (Serratia, Proteus).

Escherichia coli

Бактериальные ожоги листьев и плодов, вызываемые бактериями родов Pseudomonas, Xanthomonas, Erwinia.

образования почек. Простекобактерии обладают характерным выростом - простекой - в виде стебелька. Типичный представитель Caulobacter отличается уникальным жизненным циклом. У клетки сначала появляется жгутик , а на противоположном полюсе образуется простека, с помощью которой она прикрепляется к другим бактериям. При делении клетки образуются две - одна с простекой, которая может делиться, другая со жгутиком, которая плавает до тех пор. пока не потеряет жгутик и не образуется простека. Тогда она тоже начинает делиться. Плоская бактерия рода Stella имеет вид шестиугольной звезды. Встречается в илах и торфах.

образующие слизь. Передвигаются по субстрату с образованием плотных слизистых тяжей. Имеют сложный цикл развития с образованием плодовых тел разной формы и цвета. которые формируются при агрегации клеток и слизи. Клетки в созревших плодовых телах превращаются в миксоспоры, которые способны на свежем субстрате прорастать в новые вегетативные палочки.

а по многим свойствам они близки к псевдомонадам. Настоящие спириллы имеют один пучок жгутиков на полюсах и очень подвижны. Среди них есть патогенные виды, сапротрофы и автотрофы, окисляющие водород. На корнях некоторых трав, главным образом злаковых, обитают спириллы с высокой азотфиксирующей активностью, за что они и получили родовое название Azospirillum.

формой. Протоплазматический цилиндр навёрнут на центральную ось из осевых жгутиков, и в результате клетка имеет вид длинной подвижной спирали, способной сворачиваться и развёртываться. Тонкие и длинные клетки передвигаются винтообразно благодаря сократительной деятельности осевой нити клетки. Распространены в загрязнённых водоёмах, иловых отложения, реже в почве. Среди спирохет есть паразиты, например Treponema -возбудитель сифилиса.

образовании длинных перетяжек. Два рода - Cytophaga и Sporocytophaga - различаются тем, что последние образуют микроцисты, сходные с микроспорами бактерий рода Myxococcus. Цитофаги - наиболее активные разлагатели целлюлозы в почве в аэробных условиях. Они способны также гидролизовать и другие полисахариды, например, хитин. Хитинофаги - тонкие изгибающиеся палочки длиной до 40 мкм. Они разлагают хитин, но не целлюлозу.

Цитофаги

в процессах аэробного или анаэробного дыхания, либо брожения. Общий признак - способность образовывать покоящиеся клетки, эндоспоры, которые обладают уникальной устойчивостью к нагреванию, токсическим веществам, ультрафиолетовому облучению и ионизирующей радиации. Вегетативные клетки спорообразующих бактерий обычно подвижны, размножаются поперечным делением. В большинстве это палочки, редко - кокки. Есть аэробы (Bacillus) и анаэробы (Сlostridium, Desulfotomaculum).

Препарат грамположительной бактерии Bacillus subtilis

Bacillus subtilis

Образующие эндоспоры Г+ организмы

брожения. Это было боьшое открытие в биологии - обнаружение жизни без участия свободного кислорода. Позже анаэробы были найдены среди других бактерий.
Спорообразующие анаэробы представлены в почвах родами Clostridium, Anaerobacter. Среди спорообразующих анаэробов можно выделить несколько групп по физиологическим функциям.
Среди спорообразующих анаэробов обнаружено два вида грамотрицательных бактерий, отнесённых к новому роду Sporomusa. Это единственное исключение из общего правила, что эндогенные споры образуют только грамположительные бактерии.

и фотогетеротрофы, содержащие в клетках уникальный бактериохлорофилл g. Они являются активными азотфиксаторами, встречаются в почвах и содовых озёрах.

Гелиобактерии

форме агрегаты клеток. Среди них много патогенных форм – Micrococcus, Staphylococcus, Streptococcus. К анаэробным коккам, осуществляющим разные брожения, относятся молочнокислые стрептококки, Sarcina ventriculi -обитатель желудка при крайне низком рН, обитатели рубца – разнообразные Ruminococcus, а также сбраживающие азотистые соединения Peptococcus.

Ruminococcus albus

неправильной формы. Представлены группой родов, характеризующихся плеоморфным ростом с жизненным циклом кокк-палочка – кокк и специфическим способом деления клеток. Приводящим к образованию Т-Х-V-Y форм. У многих представителей коринеподобных бактерий клетка претерпевает дробление. При котором одновременно образуется несколько нерегулярных септ. Группа не имеет определённого таксономического статуса. Среди коринеподобных бактерий в почве наиболее распространены артробактерии, по Виноградскому - представители собственно почвенной, автохтонной микрофлоры. Встречаются патогены.

.

Corynebacterium diphtheriae

продуцировать внеклеточные ферменты – гидролазы, разлагающие сложные полимеры. Мицелий актиномицетов очень тонкий (диаметром 0.5-1,0мкм). При росте на плотных средах часть мицелия проникает в питательный субстрат (субстратный мицелий), а часть развивается над субстратом (воздушный мицелий). Размножаются актиномицеты фрагментами мицелия и спорами, которые образуются на мицелии.

Порядок Actinomycetales включает более 100 родов и входит в класс актинобактерий.
Некоторые представители – патогены человека, животных и растений. Образуют симбиотические азотфиксирующие ассоциации с растениями, являются продуцентами примерно половины всех известных антибиотиков.

цитоплазматической мембраной и не способны к синтезу пептидогликана. Они не чувствительны к пенициллину и его аналогам.
Микоплазмы – гетеротрофы со сложными пищевыми потребностями, что затрудняет их культивирование на искусственных средах. Большинство видов – факультативные анаэробы. Колонии на плотных средах очень мелкие. Микоплазмы часто проникают внутрь среды, врастая в неё. В подходящих условиях образуют характерные колонии, похожие на яичницу-глазунью.
Размножаются неправильным делением, в связи с чем в культуре наблюдаются клетки разной формы и размеров. Клетки имеют форму кокков, палочек, дисков, спирально закрученных нитей, грушеобразную, иногда с нитевидными отростками. Образуют также мелкие клетки, которые нельзя увидеть в световой микроскоп (менее 0.2 мкм). Они фильтруются через бактериальные фильтры. Микоплазмы можно считать самыми мелкими клеточными микроорганизмами из всех известных.

Mycoplasma mycoides

Mycoplasma gallinarum

Микоплазмы могут вызывать заболевания у человека – микоплазмозы, пневмонию, болезни у растений. Свободноживущие микоплазмы найдены в горячих источниках. В почве имеют существенное значение Gallionella, Metallogenium, Siderococcuc, участвуют в процессах превращения железа и марганца.

отличаются от других бактерий и сходны с эукариотами, что в 90-е годы их было решено выделить в отдельное надцарство - Archaea. Согласно филогенетической классификации, архебактерии составляют отдельный домен. Это открытие является крупнейшим достижением современной систематики.

«Чёрные курильщики» на дне океана

Встречаются в анаэробных условиях, гиперсолёных или геотермально нагретых средах, как симбионты в пищеварительном тракте животных. Некоторые виды способны расти при температуре выше 1000 С. Многие из них являются экстремофилами.
Рибосомальная РНК архебактерий отличается от всех других прокариот, только они способны к образованию метана.
По форме и размерам клеток, общим принципам их организации и характеру деления археи сходны с эубактериями.
Многие археи подвижны и имеют жгутики, похожие на бактериальные, но несколько отличающиеся деталями организации. Покровы клеток у разных архей могут иметь разное строение и химический состав.

и наиболее тесно связаны с эндогенными процессами в геосфере. Обитают исключительно в горячих источниках, на поверхности земли или на дне океана, обычно в зонах вулканической деятельности - Sulfolobus acidocaldarius. Метаболизируют серу.

Метаногены Биологическое образование метана осуществляется только архебактериями. Метаногены относятся к строгим анаэробам. Метанообразование происходит в почве. Некоторые метанобразующие археи входят в состав кишечной микрофлоры, живут в рубцах жвачных. Образуют витамин В12 и снабжают им хозяев. Метанобразующие бактерии часто являются симбионтами простейших и человека.
Экстремальные галлофилы представлены небольшой группой архебактерий(галобактерий), развивающихся в рассолах при содержании соли не менее 10%. К ним относятся Halococcus, Haloarcula, Halobacterium.

Существуют экстремально термофильные формы, развивающиеся в зонах горячих источников. Это, например, Methanothermus fervidus, растущий при температурах 65-970 С.

Pyrococcus furiosus ("яростные огненные шарики") развиваются при отсутствии молекулярного кислорода за счет использования органического вещества при температурах 70-1030 С.

– 464 с.

Пиневич А.В. Микробиология. Биология прокариотов: учебник. В 3 т. Т.1 СПб. Изд-во СПбГУ 2007г. 352 с.

Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология: Учебник для студентов высших учебных заведений - 3-е изд., испр. – М., Академия. 2009. 352 с.

Современная микробиология. Прокариоты (в 2-х тт.). – М.: Мир, 2005. – т.1 – 643 с., т.2 – 449 с.

Определитель бактерий Берджи. – Под ред. Дж. Хоулта, в 2-х томах. - М.: Мир, 1997