Прокариотическая клетка
План лекции:
-
Клеточная стенка, форма, строение, функции -
Окраска бактерий по методу Грамма -
Наружная мембрана, капсула, жгутики, пили и фимбии
1.Клеточная стенка защищает бактерии от внешних воздействий, придаёт им характерную форму, поддерживает постоянство внутренней среды и участвует в делении. Через клеточную стенку бактерий осуществляется транспорт питательных веществ и выделение метаболитов. На поверхности клеточной стенки располагаются рецепторы для бактериофагов, бактериоци-нов и различных химических веществ. Структура и состав элементов клеточной стенки определяет антигенную характеристику бактерий (по структуре О- и Vi-Аг). Клеточная стенка способна по-разному воспринимать красители; на этом основаны тинкториальные свойства бактерий. Нарушение синтеза компонентов клеточной стенки приводит к гибели бактерии или образованию 1-форм.
Рис.1. Структура пептидогликана (муреина) Escherichia coll. Гетерополимерные цепочки, состоящие из чередующихся остатков N-ацитилглюкозамина (N-АцГлю) и N-ацетилмурамовой кислоты (N-АцМур), связаны между собой аминокислотными мостиками. Слева— детальное строение фрагмента пептидогликана. Справа — схематическое изображение структуры однослойного муреи-нового мешка.
2.Метод Грама является универсальным методом окраски и рекомендуется для окраски прокариотических клеток. Все бактерии по отношении к этому методу делятся на две группы: грамположительные (стафилококки, стрептококки, сарцины, коринебактерии, клостридии, бациллы и другие, окрашивающиеся в фиолетовый цвет) и грам отрицательные (эшерихии, псевдомонады, нейссерии, сальмонеллы, клебсиеллы, протеи и другие, окрашивающиеся в розовый цвет).
У грам положительных бактерий основным веществом клеточной стенки (до 90%) является муреин (пептидогликан), в соединении с тейхоевой кислотой и рубонуклеатом магния. Он располагается в три слоя.
У грамотрицательных бактерий пептидогликан однослойный, его меньше в клеточной стенке (около 10%), а основной компонент представлен липополисахаридами. Тейхоевых кислот нет.
Проницаемость клеточной стенки у грам положительных бактерий меньше, чем у грамотрицательных. Поэтому образовавшийся комплекс: генииан в полета, йода и пептидогликана у грамположительных бактерий удерживается в клеточной стенке при обработке этиловым спиртом, тогда как грамотрицательные бактерии теряют этот комплекс, обесцвечиваются спиртом и затем докрашиваются водным фуксином в розовый цвет.
Бактерии, потерявшие клеточную стенку частично или полностью, называются протопластами, сферопластами, L-формами. Метод Грама не может быть применен для их идентификации.
3.Опорный каркас клеточной стенки бактерий — пептидогликан (муреин) — гетерополимер, состоящий из повторяющихся дисахаридных групп, соединённых поперечными и боковыми цепочками (рис.2.). Остов молекулы пептидогликана — дисахарид. Его образуют N-ацетилглюкозамин и N-ацетилмурамовая кислота, соединённые через р-гликозидные связи. К молекуле N-ацетилмурамовой кислоты присоединяются олигопептиды, образующие боковые цепочки. Связывание фрагментов пептидогликана заключается в образовании пептидной связи между терминальным остатком аминокислотного мостика (D-аланином) с предпоследним остатком примыкающего аминокислотного мостика (L-лизином или диаминопимелиновой кислотой в зависимости от вида бактерии). Боковые мостики образуют четыре аминокислоты, поперечные (вертикально связывающие слои пептидогликана) — пять аминокислот. В состав боковых мостиков также входят уникальные аминокислоты, присутствующие только у прокариотов, например диаминопимелиновая кислота (у большинства грамотрицательных бактерий) и D-изомеры глутаминовой кислоты и аланина. Эти соединения — «ахиллесова пята» бактерий, так как препараты, ингибирующие синтез компонентов клеточной стенки, обычно безвредны для растений и животных. Пептидогликан лабилен к действию различных агентов. В частности, лизоцим гидролизует пептидогликан, расщепляя гликозидные связи между N-ацетилглюкозамином и N-ацетилмурамовой кислотой, то есть лизоцим действует как N-ацетилмурамидаза. Пептидазы расщепляют межпептидные связи, амидазы — связи между N-ацетилмурамовой кислотой и боковым пептидом (L-аланином). Лизостафин разрушает поперечные мостики пептидогликанов стафилококков. В-Лактамные антибиотики нарушают связывание боковых мостиков.
Рис.2. Клеточная стенка грамотрицательных (А) и грамположительных (Б) бактерий.
Гетерополимерные пептидогликановые цепочки, соединённые пептидными связями, образуют гигантскую мешковидную макромолекулу («муреиновый мешок»), покрывающую всё тело бактерии. На поверхности «муреинового мешка» и в его толще располагаются различные вещества, характер и содержание которых лежит в основе разделения бактерий на грамположительные и грамотрицателъные (рис.2).