Бактерии относятся к прокариотам, устроенным более примитивно, чем эукариоты (растительные и животные клетки).
Сходства в строении клеток эукариот и прокариот:
Ø Клеточное строение;
Ø Наличие цитоплазматической мембраны;
Ø Наличие цитоплазмы;
Ø Единая форма наследственности – ДНК.
Различия в строении клеток эукариот и прокариот:
| Эукариоты | Прокариоты |
| Дифференцированное ядро (ядерная мембрана, ядрышки, гистонные белки) | Недифференцированное ядро (нуклеоид, неотделенный от цитоплазмы мембраной, не содержат гистоны) |
| Диплоидный набор хромосом | Гаплоидный набор хромосом |
| Линейная ДНК | Циркулярная ДНК |
| Размножение путем митоза | Бинарное деление |
| Мембранные органеллы (ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии) | Не имеют мембранных органелл |
| Рибосомы 2-х видов: 80S – в цитоплазме и 70S – в органеллах | Только 70S рибосомы |
| Клеточная стенка не содержит пептидогликан | Клеточная стенка содержит пептидогликан |
| Внехромосомные факторы наследственности (ДНК) содержатся в митохондриях и хлоропластах | Внехромосомные факторы наследственности (плазмиды) содержатся в цитоплазме |
Ультраструктуру бактериальной клетки удалось изучить с помощью электронного микроскопа, а также благодаря биохимическим, цитохимическим и иммунологическим методам.
Различают обязательные компоненты бактериальной клетки (имеющиеся у всех бактерий и постоянно) и необязательные (встречаются лишь у некоторых микроорганизмов и непостоянно). К обязательным элементам относятся: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, нуклеоид, рибосомы, мезосомы, пили 1-го порядка. К необязательным – капсула, споры, жгутики, плазмиды, пили 2-го порядка, включения.
| Компоненты бактериальной клетки | Основные функции | |
| о б я з а т е л ь н ы е | Клеточная стенка | Формообразующая; Защитная; Участие в обменных процессах; Участие в процессах деления и спорообразования; Рецепторная; Антигенная |
| Цитоплазматическая мембрана | Регуляция осмотического давления; Транспортная; Участие в процессах дыхания, питания и деления | |
| Цитоплазма | Интегративная; Транспортная; Место локализации органоидов и включений | |
| Нуклеоид | Хранение, воспроизведение и передача наследственной информации | |
| Рибосомы | Синтез белка | |
| Мезосомы | Энергетический метаболизм; Место локализации окислительно-восстановительных ферментов; Участие в процессах деления и спорообразования | |
| Пили I типа | Адгезивная |
Оболочка бактериальной клетки состоит из 3-х основных слоев: слизистый, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана.
Слизистый слой представляет собой аморфное слизистое образование. Некоторые бактерии имеют помимо этого легко отделяемого слизистого слоя, капсулу, отличающуюся упорядоченным фибриллярным строением. Образование капсулы зависит от среды, в которой находятся бактерии. Некоторые из них (пневмококки), образуют капсулу только в организме человека или животного, другие – в организме и на питательных средах с добавлением крови (возбудитель чумы). Функцией капсул является защита микроорганизмов от фагоцитоза, от действия антител и других барьерных факторов организма.
| Н Е О Б Я З А Т Е Л Ь Н Ы Е | Капсула | Защитная; Антигенная |
| Споры | Сохранение наследственной информации при неблагоприятных условиях внешней среды | |
| Жгутики | Двигательная | |
| Пили II типа | Участие в процессе конъюгации – переносе генетического материала от клетки-донора к клетке-акцептору | |
| Плазмиды | Внехромосомное хранение генетической информации | |
| Включения | Запас питательных веществ и продуктов метаболизма |
Клеточная стенка – прочная эластичная стенка, окружающая бактериальную клетку снаружи. Клеточная стенка имеет сложную структуру, ее химический состав и строение постоянны, что используется для определения вида микроорганизмов. В состав клеточной стенки почти всех прокариот обязательно входит пептидогликан (или муреин), обеспечивающий эластичность и ригидность. Это полисахарид, состоящий из чередующихся звеньев N-ацетилглюкозамина и N- ацетилмураловой кислоты. С каждым остатком данной кислоты ковалентно связан тетрапептид, в состав которого входят 4 аминокислоты: аланин, глутамин, лизин и диаминопимелиновая кислота, встречающаяся только у бактерий.
В 1885 г. датский врач Христан Грам предложил метод окраски бактерий, при котором одни бактерии окрашивались в фиолетовый цвет (их назвали грамположительными); другие – в красный (грамотрицательные). Сам автор не смог объяснить механизм такого окрашивания. Позже было установлено, что характер окраски бактерий зависит от особенностей строения клеточной стенки. Ее структура и химический состав различны у грам+ и грам- бактерий.
Грамположительные бактерии имеют сравнительно просто построенную, но мощную клеточную стенку. Она состоит преимущественно из множества слоев пептидогликана, составляющего до 95% его сухой массы. Часто вместо диаминопимелиновой кислоты содержится лизин, тейхоевые и липотейхоевые кислоты – на них приходится до 50% сухого веса клеточной стенки. Стенка эта не содержит липополисахаридов, но может включать различные белки, содержание которых вариабельно.
Грамотрицательные бактерии имеют сравнительно тонкую клеточную стенку, в ней выделяют 2 слоя – пластичный и ригидный. Последний образован одним слоем пептидогликана, составляющего не более 10% сухой массы клеточной стенки. На пептидогликановом каркасе расположены фосфолипиды, липополисахариды и белки, образующие пластичный слой. Толщина пластичного слоя значительно превышает размеры монослоя пептидогликана.
Различия в строении клеточной стенки Грам+ и Грам- бактерий.
| Признаки | Грам+ | Грам− |
| Толщина клеточной стенки (нм) | 10-25 | 9-10 |
| Структура клеточной стенки | однородная | неоднородная |
| Компоненты клеточной стенки: Ø пептидогликан | 95% многослойный | 5-10% однослойный |
| Ø тейхоевые кислоты | + | − |
| Ø белки | небольшое количество | много |
| Ø липиды | 2,5% | 25% |
| Ø липополисахариды | − | много |
| Ø рибонуклеат магния | + | − |
Грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы.
| Грам+ | Грам- |
| Ø Все кокки, за исключением гонококков и менингококков Ø Все бациллы и клостридии Ø Палочки, не образующих споры: дифтерийная, туберкулезная и молочно-кислые бактерии | Ø Из кокков – гонококки и менингококки Ø Большинство палочковидных, не образующих спор Ø Все извитые формы |
Цитоплазматическая мембрана расположена под клеточной стенкой и отделяет ее от цитоплазмы, представляет собой эластичный фосфолипидный бислой, в который погружены молекулы белков, толщина – 8-10 нм. Цитоплазма – коллоидная система, состоящая из воды (70-80%), протеинов, жиров, углеводов, минеральных веществ, содержит органеллы (нуклеоид, рибосомы, мезосомы) и включения (гранулы, содержащие крахмал, гликоген, серу, волютин и т.д.).
Нуклеоид представляет собой кольцевую двунитевую молекулу ДНК и в отличие от ядер эукариот, не имеет мембраны и гистонных белков. Рибосомы представляют собой одноцепочечные молекулы РНК (40%), связанные с белком (60%), разбросанные по цитоплазме (от 500 до 5000 на одну бактериальную клетку). Мезосомы – производные ЦПМ, образуются путем инвагинации в цитоплазму, могут быть пластинчатыми (ламинарными), трубчатыми (тубулярными), везикулярными (пузырными), смешанными.
Пили 1-го порядка (фимбрии, ворсинки, реснички) покрывают поверхность бактериальной клетки в количестве от нескольких сотен до нескольких тысяч, размеры – 0,3-12 нм длиной и 3-10 нм шириной. Пили 2-го порядка (коньюгативные, половые) участвуют в коньюгации бактерий, имеются только у бактерий-доноров 1-4 на клетку.