Elektronenmikroskopische Struktur einer typischen Bakterienzelle

Elektronenmikroskopische Struktur einer typischen Bakterienzelle!

Dies sind im Wesentlichen Einhüllungssysteme, die aus zentralem Kernmaterial bestehen, das von Zytoplasma umgeben ist.

Die gesamte Masse des Protoplasten ist nur in einer Plasmamembran eingeschlossen.

Die Bakterienzellen zeigen eine typische prokaryotische Struktur. Es ist von drei Schichten umgeben, der äußersten Schleimbedeckung, der mittleren Zellwand und der innersten Plasmamembran.

[I] Schleimschicht, Kapsel, Glykokalyx:

Es ist eine gelatinöse Schicht, die sich auf der äußeren Oberfläche der Zellwand befindet und normalerweise aus Polysacchariden (z. B. Dextran, Dextrin, Levan) und / oder Polypeptidketten von Aminosäuren besteht. Wenn die Bestandteile dieser Schicht nur Polysaccharide sind, die eine viskose Schicht bilden, wird dies als Schleimschicht bezeichnet. Wenn jedoch neben Polysacchariden auch stickstoffhaltige Substanzen (dh Aminosäuren) vorhanden sind, spricht man von Kapsel.

Die Produktion / Bildung der Kapsel hängt von Umwelt- und Ernährungsfaktoren ab. Verschiedene Stämme derselben Spezies können Kapseln mit mehreren verschiedenen stammspezifischen Polysacchariden aufweisen. Eine andere Struktur, der Glycocalyx, ist eine verhedderte Masse dünner Polysaccharidfasern, die sich von der Bakterienoberfläche aus erstrecken. Die Kapsel oder Glykokalyx kann mehrere Hauptrollen spielen.

1. Eine dicke Kapsel schützt die Zelle vor Austrocknung. Es verhindert jedoch nicht den Durchtritt wasserlöslicher Nährstoffe und Abfallprodukte.

2. Die Kapsel schützt einige Krankheitserreger vor Verschlingung und Zerstörung durch die weißen Blutkörperchen des Körpers und trägt so dazu bei, dass der Organismus Krankheiten auslösen kann.

3. Im Gegensatz zur Kapsel kann der Glykokalyx eine einzelne Zelle nicht vor der Zerstörung schützen. Es kann jedoch dazu beitragen, dass Bakterienzellen aneinander haften und ein bakterielles Aggregat bilden, das die Blutzellen möglicherweise nur schwer einnehmen können.

4. Das Polysaccharid von Glykokalyx ist dafür verantwortlich, dass sich einige Bakterien an Oberflächen anlagern können.

Scheiden:

Einige Bakterienarten, insbesondere solche aus Süßwasser und Meeresumgebungen, sind in einer Hülle oder einem Tubulus eingeschlossen. Die Hüllen bestehen aus unlöslichen Metallverbindungen, wie Eisen- und Manganoxiden, die als Produkte ihrer metabolischen Aktivität um die Zellen ausgeschieden werden. Die Hülle ist kein lebenswichtiger Teil der Zelle.

Stiele:

Bestimmte Bakterienarten zeichnen sich durch die Bildung eines halbstarren Anhängsel aus, der Stiel genannt wird, der sich von der Zelle aus erstreckt. Dadurch kann sich die Zelle mit Hilfe einer am distalen Ende hergestellten Haftsubstanz an festen Oberflächen anbringen.

[II] Zellwand:

Die bakterielle Zellwand ist die Struktur, die die Zellmembran unmittelbar umgibt. Die Zellwand ist eine komplexe Struktur, die aus mehreren Substanzen besteht. Die Starrheit der Struktur der Zellwand beruht hauptsächlich auf Peptidoglycan (auch bekannt als Murein oder Mukopeptid), einer Substanz, die nur in Prokaryoten vorkommt.

Diese sehr großen Polymere bestehen aus drei Arten von Bausteinen:

1. N-Accetylglucosamin (NAG)

2. N-Accetyl muramic und (NAM) und

3. ein aus vier oder fünf Aminosäuren bestehendes Peptid, nämlich L-Alanin, D-Alanin, D-Glutaminsäure und entweder Lysin oder Diaminopimelinsäure.

Die Zucker NAG und NAM alternieren, um lange parallele Ketten zu bilden. An den NAM-Molekülen sind kurze Seitenketten mit vier oder fünf Aminosäuren befestigt. Eine einzelne Peptidoglycan-Schicht ist ein Netzwerk aus benachbarten Zuckerketten, die über die Aminosäureseitenketten miteinander verbunden sind, wodurch eine vernetzte Struktur entsteht, die die gesamte Zelle bedeckt.

Einige Bakterien können mehrere Peptidoglycan-Schichten aufweisen. Penicillin- und Cephalosporin-Antibiotika verursachen den Tod von Bakterienzellen, indem sie die Peptidoglycan-Synthese stören. Peptidoglykane sind zusammen mit zwei anderen Zellwandbestandteilen, Diaminopimelinsäure und Teichoinsäure, einzigartig bei Prokaryoten. Es ist wichtig zu beachten, dass die Aminosäuren im Peptid in Peptidoglykanen in D-Konfiguration vorliegen.

Grampositive und gramnegative Bakterien zeigen Unterschiede in ihrer Zellwandzusammensetzung. Die Färbungseigenschaften dieser Bakterien hängen von ihrer Zellwandzusammensetzung ab. Die Antibiotikaresistenz einiger Stämme hängt auch von der Zusammensetzung der Zellwand ab.

[III] Cytoplasmamembran:

Auf die Zellwand folgt die Lipoprotein-Plasmamembran oder die Zytoplasmamembran. Es kontrolliert den Durchtritt von chemischen Substanzen in Lösung in und aus der Zelle. Es stellt auch die biochemische Maschinerie bereit, um Mineralionen, Zucker, Aminosäuren, Elektronen und andere Metaboliten durch die Membran zu bewegen. Die Cytoplasmamembran ist eine Phospholipid-Protein-Doppelschicht, ähnlich der in pflanzlichen und tierischen Zellen vorhandenen.

Der Hauptunterschied besteht jedoch darin, dass es in Prokaryoten keine Sterine gibt. Die respiratorischen Enzyme (Cytochrome, Enzyme des Krebs-Zyklus, NADH usw.) werden nicht wie in den Eukaryoten getrennt durch Membranen gebunden: Die innere Oberfläche der Cytoplasmamembran selbst bietet Anknüpfungspunkte für diese Enzyme.

Zellmembran ist der Ort vieler Funktionen, zu denen gehören:

1. Transport von Molekülen in und aus der Zelle

2. Sekretion extrazellulärer Enzyme

3. Atmung und Photosynthese

4. Regulierung der Reproduktion und

5. Zellwandsynthese.

[IV] Cytoplasma und zytoplasmatische Einschlüsse:

Das bakterielle Zytoplasma ist eine komplexe Mischung aus Kohlenhydraten, Proteinen, Lipiden, Mineralien, Nukleinsäure und Wasser. Es speichert organisches Material in Form von Glykogen, Volutin und Poly-P-hydroxybutyrat. Einige photosynthetische und nicht photosynthetische Bakterien sammeln in ihrem Zytoplasma auch Schwefel und Eisen an.

Blaugrüne Algen können CO ₂ und H ₂ O nutzen, wobei die Sonnenenergie durch die Anwesenheit von photosynthetischen Pigmenten bereitgestellt wird, die zusammen als "Phycobiline" bezeichnet werden, die aus Phycocyanin (blau) und Phycoerythrin (rot) bestehen. . Die photosynthetischen Bakterien wie Rhodospirillum sp. und Chromatium sp. Ihre autotrophe Angewohnheit verdanken sie einem besonderen Typ von Chlorophyll, Bakterio-Chlorophyll.

Das Bakterien-Zytoplasma enthält neben Flüssigkeitsanteil und Speicherpartikeln auch einen chromatischen oder nuklearen Bereich und einige andere Einschlüsse. Die Bakterienzelle enthält keine Mitochondrien, endoplasmatisches Retikulum, Zentrosom und Golgi-Körper.

1. Kernmaterial:

Charakteristisch für einen bakteriellen Kern ist das Fehlen von Kernmembran, Nukleolus, Chromonemata und Kernsaft. Ein solcher Kern wird als Nukleoid oder Genophor bezeichnet. Unter dem Elektronenmikroskop scheint das Nukleoid fibrillär zu sein und besteht aus einer doppelsträngigen oder einzelsträngigen DNA. Es hat ungefähr 5 × 10 ⁶ Basenpaare und ein Molekulargewicht von ungefähr 3 × 10 ⁹ .

Das DNA-Molekül ist ungefähr 1000 um lang und bildet normalerweise eine ringartige Struktur oder bleibt manchmal im gesamten Zytoplasma der Zelle diffundiert. Das Nukloid von Escherichia coli hat einen zentralen RNA-Kern, der von 12-82-DNA-Superspiralen umgeben ist. Einige Proteinmoleküle sind auch mit DNA assoziiert.

Die bakterielle DNA enthält keine Histone und kann daher nicht mit Chromosomen eukaryotischer Zellen verglichen werden.

2. Plasmide:

Bakterienzellen enthalten auch einige extra-chromosomale erbliche Determinanten, die entweder unabhängig von bakteriellen Chromosomen sind oder in diese integriert sind. Lederberg (1952) prägte den Begriff Plasmide für solche extra-chromosomalen erblichen Determinanten. Plasmide tragen nur nicht essentielle Gene und spielen keine Rolle für die Lebensfähigkeit und das Wachstum von Bakterien. Daher werden sie auch als überflüssige autonome Elemente definiert.

Plasmide sind doppelsträngige, geschlossene kreisförmige DNA-Moleküle, deren Größe von 1 Kb (Kilobase-1000-Basen) bis zu mehr als 200 Kb reicht. Oft kodieren Plasmidgene für Enzyme, die unter Umständen für den bakteriellen Wirt vorteilhaft sind.

Zu den Phänotypen, die von verschiedenen Plasmiden verliehen werden, gehören:

ein. Resistenz gegen Antibiotika

b. Produktion von Antibiotika

c. Abbau von komplexen organischen Verbindungen

d. Produktion von Colicinen

e. Produktion von Enterotoxinen.

f. Herstellung von Restriktions- und Modifikationsenzymen

Unter natürlichen Bedingungen werden viele Plasmide durch einen der Konjugation ähnlichen Prozess auf neue Wirte übertragen. Die Replikation der Plasmid-DNA wird größtenteils mit dem gleichen Satz von Enzymen durchgeführt, die zum Duplizieren des bakteriellen Chromosoms verwendet werden. Einige Plasmide unterliegen einer "strengen Kontrolle", was bedeutet, dass ihre Replikation mit der des Wirts gekoppelt ist, so dass nur eine oder höchstens wenige Kopien des Plasmids in jeder Bakterienzelle vorhanden sind.

Andererseits haben Plasmide unter "entspannter Kontrolle" Kopienzahlen von 10-200, die auf mehrere Tausend pro Zelle erhöht werden können, wenn die Wirtsproteinsynthese gestoppt wird. In Abwesenheit der Proteinsynthese wird die Replikation von entspanntem Plasmid fortgesetzt, während die Replikation von chromosomaler DNA und von "stringenten" Plasmiden aufhört.

3. Ribosomen:

Im Zytoplasma sind zahlreiche Ribosomen verstreut, die aus RNA bestehen. Diese Partikel sind Orte für die Proteinsynthese und werden in Gruppen, die als "Polyribosomen" oder "Polysomen" bezeichnet werden, gefunden und bestehen aus großen und kleinen Untereinheiten. Bakterielle Ribosomen sind vom Typ 70 S und bestehen aus zwei Untereinheiten.

Die Sedimentationskonstante der größeren Untereinheit beträgt 50 S und die der kleineren Einheit beträgt 30 S. Die erstere besitzt zwei Moleküle RNA und 35 Aminosäuren und die letztere ein Molekül RNA und 21 verschiedene Aminosäuren.

4. Mesosomen:

Hierbei handelt es sich um komplexe lokalisierte Infektionen der Zytoplasmamembran. In einer Zelle können 2 bis 4 Mesosomen vorhanden sein, und die Anzahl ist normalerweise höher bei Bakterien, die eine hohe Atmungsaktivität zeigen, wie nitrifizierende Bakterien.

Es wird häufig festgestellt, dass sie an einem Punkt entstehen, an dem die Membran vor der Zellteilung mit der Invagination beginnt, und sie haften an der „Kernregion“. Es wird angenommen, dass Mesosomen bei der Zellwandsynthese und der Teilung von Kernmaterial funktionieren.

[V] Flagella:

Das bakterielle Flagellum ist ein langes, filamentöses, peitschenähnliches, protoplasmatisches Anhängsel, das in der Zellhülle entsteht und sich über die Zelloberfläche hinaus erstreckt. Die Struktur und Zusammensetzung bakterieller Flagellen unterscheidet sich völlig von denen eukaryotischer Flagellen. Anstelle der 9 + 2-Anordnung von Tubulin enthaltenden Mikrotubuli gibt es einfach ein einzelnes Filament aus globulärem Protein, das als Flagellin bezeichnet wird.

Es ist eine nackte Proteinstruktur, der Mikrotubuli fehlen. Flagellen sind für die Fortbewegung der Bakterienzellen verantwortlich und beteiligen sich an der Chemotaxis und wirken als Sinnesorgan eines Bakteriums. Die Länge der Geißel reicht von 10 µm bis 20 µm und sie ist etwa 0, 2 µm dick. Eine Geißel besteht aus drei Teilen.

(a) Basalkörper oder Basalkörnchen

(b) Hakenartige Struktur und

(c) Filament

Nicht alle Bakterien besitzen Flagellen wie in den atrichösen Bakterien (zB Pasteurella, Lactobacillus). Bakterielle Flagellen sind starr und peitschen nicht hin und her. Stattdessen drehen sie sich wie ein Propeller eines Bootes.

[VI] Pili (Singular-Pilus):

Diese Fimbrien (Singular-Fimbrien) sind nur in einer elektronenmikroskopischen Aufnahme zu sehen. Sie sind zahlreicher als Flagellen. Dies sind kleine, gerade, dünne filamentöse Anhänge, die nicht mit der Beweglichkeit des Organismus zusammenhängen. Es besteht aus einem Protein namens Pilin, das spiralförmig um einen zentralen Kern angeordnet ist. Ihre bekannten Funktionen umfassen:

1. Eine spezielle Pilusart, genannt F. pilus (Geschlechtspilus), dient als Eintrittsstelle für genetisches Material während der Paarung von Bakterien (Konjugation).

2. Dienen als Mittel zur Befestigung an verschiedenen Oberflächen, dh sie tragen zur Etablierung einer Infektion bei, indem sie Bakterien an Zelloberflächen von Tieren und Pflanzen binden, von denen sie Nährstoffe erhalten können.

Mykoplasmen:

Mykoplasmen sind die kleinsten bekannten aeroben Prokaryoten ohne Zellwand, die zuerst von Pasteur (1843) entdeckt wurden, als er den Erreger der Pleuropneumonie bei Rindern untersuchte. Sie wurden als PPLO (Pleuropneumonie-ähnliche Organismen) bezeichnet. Im Jahr 1898 gelang es Nocard und Roux, Reinkulturen dieser Mikroorganismen in serumhaltigen Medien zu erhalten.

Mycoplasmen sind häufige Verunreinigungen in Gewebekulturen, die reich an organischen Stoffen sind. Sie wurden auch in Warmwasserquellen gefunden. Sie kommen in Böden, Abwasser und verschiedenen Substraten sowie in Menschen, Tieren und Pflanzen vor.

Diese pleuromorphen Mikroorganismen wurden von Borrel et al. Als Asterococcus mycoides bezeichnet. (1910). Nowak (1929) stellte diesen Organismus in die Gattung Mycoplasma, die zur Klasse Mollicutes der Ordnung Mycoplasmatales gehört. Mycoplasma kann auf zellfreien Medien kultiviert werden.

Struktur von Mykoplasmen:

Durch das Fehlen einer echten Zellwand sind diese Organismen hochgradig plastisch und leicht verformbar, daher sind Mykoplasmen unregelmäßig und von unterschiedlicher Form. Die Zellen können coccoid, körnig, birnenförmig, clusterartig, ringförmig oder filamentös sein.

Diese Organismen sind mit einer 7, 5 - 10 µm dicken Lipoprotein-Membranmembran bedeckt. Das Zytoplasma enthält Ribosomen und eine nukleoplasmatische Struktur. Obwohl genetisches Material sowohl aus DNA als auch aus RNA besteht, ist es in anderen Prokaryoten normalerweise weniger als die Hälfte und möglicherweise die niedrigste Grenze, die für den Zellorganismus erforderlich ist. Die DNA-Menge beträgt bis zu 4 Prozent und die RNA etwa 8 Prozent. Der G + C-Gehalt in DNA liegt zwischen 23 und 40 Prozent.

Die PPLO-Zellen haben mehrere Enzyme, die bei der DNA-Replikation, der Transkription und Translation, die an der Proteinsynthese beteiligt sind, und der ATP-Erzeugung aus Zucker anaerob nützlich sind.