KOMÓRKA BAKTERYJNA: CHARAKTERYSTYKA I STRUKTURA (CZĘŚCI) - BIOLOGIA - 2025

Komórka bakteryjna jest najprostsza znana organizacja żywego organizmu. Bakterie to organizmy jednokomórkowe, które nie mają jądra ani żadnej organelli oddzielonej od zawartości cytozolowej przez błonę (wszystkie bakterie są klasyfikowane w domenie prokariotycznej).

Badania naukowe wykazały, że chociaż komórkom bakteryjnym brakuje organelli, to mają one bardzo kontrolowaną i precyzyjną organizację, regulację i wewnętrzną dynamikę. Posiadają wszystkie niezbędne mechanizmy, aby przetrwać we wrogich i zmieniających się warunkach środowiska, w którym żyją.

Ogólny schemat bakterii i jej części (Źródło: ta grafika wektorowa jest w całości wykonana przez Ali Zifan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Taka zdolność adaptacji oznacza dla naukowców ważne narzędzie i idealny model biologiczny do badania podstawowych zasad biologii molekularnej; Podstawową wiedzę na temat replikacji, transkrypcji i translacji DNA zrozumiano najpierw w komórkach bakteryjnych, a dopiero w komórkach eukariotycznych.

Wszystkie komórki bakteryjne są mikroskopijne, to znaczy nie można ich obserwować gołym okiem bez użycia mikroskopu, co stanowi wielką zaletę w badaniu tych mikroorganizmów, ponieważ można je przechowywać i badać na małej przestrzeni i przy niewielkich zasobach odżywczych. do milionów żywych komórek.

Obecnie komórka bakteryjna jest jednym z najważniejszych narzędzi biotechnologicznych. Naukowcy manipulują dodatkowym chromosomalnym DNA bakterii, aby syntetycznie wytworzyć prawie każde białko, które może zainteresować człowieka.

Ogólna charakterystyka komórki bakteryjnej

Morfologicznie komórki bakteryjne mogą być bardzo zmienne, ale mimo to wszystkie mają wspólne cechy. Na przykład:

- Każda komórka bakteryjna ma ścianę komórkową, która ją otacza i składa się z kombinacji węglowodanów z peptydami, które nazywa się „peptydoglikanem”.

- Komórki bakteryjne to organizmy jednokomórkowe, to znaczy każda komórka jest kompletnym organizmem, który może rosnąć, odżywiać się, rozmnażać się i umierać.

- Materiał genetyczny bakterii jest „rozproszony” lub rozdęty w dużej plątaninie zanurzonej w cytozolu komórki, w regionie znanym jako region nukleoidowy.

- Wiele bakterii posiada wyspecjalizowane struktury lokomocyjne zwane „wici”, które znajdują się w najbardziej oddalonych obszarach ich ciał.

- Często spotyka się komórki bakteryjne tworzące kolonie lub utrzymujące symbiotyczny związek z innymi organizmami, a ponadto wiele bakterii jest patogennych dla ludzi.

- Większość bakterii jest prawie 10 lub 15 razy mniejsza niż wielkość jakiejkolwiek komórki zwierzęcej (eukariotycznej), ponieważ ich długość nie przekracza jednostki mikrona.

- Występują we wszystkich istniejących środowiskach w biosferze, ponieważ są to mikroorganizmy przystosowane praktycznie do wszystkich warunków środowiskowych.

Struktura komórki bakteryjnej (części)

Wielu naukowców dzieli komórkę bakteryjną na trzy obszary anatomiczne, aby ułatwić badanie. Te trzy regiony, które są wspólne dla dowolnego typu obserwowanych komórek bakteryjnych, to:

- Obszar zewnętrzny , na który składają się struktury zewnątrzkomórkowe (m.in. wici, włosy, rzęski)

- Obszar pokrycia komórkowego , złożony ze ściany komórkowej i błony cytoplazmatycznej

- Obszar wewnętrzny , utworzony przez cytozol i wszystkie struktury w nim zawieszone.

W zależności od gatunku bakterii, które są badane w każdym regionie, obserwuje się pewne struktury i części różniące się od „typowych” dla komórki bakteryjnej. Jednak najbardziej powszechne dla dowolnej komórki bakteryjnej są wyjaśnione i sklasyfikowane według każdego regionu, w którym się znajdują.

Region pozakomórkowy

- Kapsułka : jest to powierzchnia polimerowa, która pokrywa całą ścianę komórkową bakterii. Składa się ze szlamu i glikokaliksu, które z kolei składają się z obfitych cząsteczek węglowodanów związanych z lipidami i białkami. Kapsułka pełni ważną funkcję ochronną dla komórki.

- Film : jest to powierzchnia, płyn lub lepka matryca, w której zanurzone są komórki bakteryjne. Są one utworzone z polisacharydów o podobnym składzie do polisacharydów otoczki i generalnie pełnią funkcje ochrony i przemieszczania komórek.

- Fimbrie : są rodzajem bardzo licznych nitkowatych wyrostków przyczepionych do ściany komórkowej bakterii. Służą one do mobilności i przylegania komórek bakteryjnych do dowolnej powierzchni. Składają się z hydrofobowego białka zwanego piliną.

Fimbrie bakterii E. coli. Ma około 200. Źródło: (Zdjęcie: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Pili płciowe: niektóre fimbrie (nieliczne) są modyfikowane, aby utworzyć rodzaj „fajki”, która jest wykorzystywana przez bakterie do koniugacji (przenoszenia materiału genetycznego między różnymi bakteriami), co jest rodzajem „rozmnażania płciowego” prymitywny.

- wici : są dłuższymi włóknami niż fimbrie i zbudowane z białek; mają wygląd „ogona”. Pełnią funkcję napędzającą ruch komórek i są zakotwiczone w błonie komórkowej. W tej samej komórce bakteryjnej można znaleźć od jednej do setek wici.

Bakterie Vibrio vulnificus z wici. CDC / Janice Haney Carr / domena publiczna

Schemat wici bakteryjnej (źródło: LadyofHats / domena publiczna, za Wikimedia Commons)

Region zasięgu

Powłoka komórkowa na ogół składa się z błony cytoplazmatycznej i warstwy peptydoglikanu, zwanej „ścianą komórkową”. Otoczka składa się z kompleksów lipidów, węglowodanów i białek. Skład chemiczny otoczki peptydoglikanu służy do klasyfikacji w celu rozróżnienia dwóch typów bakterii.

Bakterie Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Bakterie Gram-dodatnie charakteryzują się grubą warstwą peptydoglikanu, bez pokrywającej ją błony zewnętrznej, podczas gdy bakterie Gram-ujemne mają tylko cienką warstwę peptydoglikanu z nałożoną na nią zewnętrzną błoną.

- Błona cytoplazmatyczna : ma podobną budowę do błony komórkowej komórek eukariotycznych. Jest to dwuwarstwowa fosfolipidowa z towarzyszącymi białkami (integralnymi lub obwodowymi). Jednak różni się od błony komórek eukariotycznych tym, że nie posiada endogennie syntetyzowanych steroli.

Błona cytoplazmatyczna komórek bakteryjnych jest jedną z najważniejszych struktur, ponieważ to tam zachodzi fuzja komórek, transport elektronów, wydzielanie białek, transport składników odżywczych, biosynteza lipidów itp.

Region wewnętrzny

- Genom : w przeciwieństwie do komórek eukariotycznych, genom komórek bakteryjnych nie jest zawarty w błoniastym jądrze. Zamiast tego istnieje jako plątanina DNA, która jest zagęszczona w mniej lub bardziej okrągłym kształcie i łączy się z niektórymi białkami i RNA. Ten genom jest znacznie mniejszy niż genom eukariotyczny: ma około 3 do 5 MB i tworzy pojedynczy chromosom o topologii kołowej.

- Plazmidy lub cząsteczki pozachromosomalnego DNA : są to małe okrągłe cząsteczki DNA, które są zdolne do replikacji niezależnie od komórkowego DNA genomowego. Generalnie cząsteczki plazmidowego DNA są wymieniane podczas koniugacji, ponieważ zakodowane są w nich informacje niezbędne do odporności na antybiotyki i / lub toksyny.

Bakteryjne DNA i plazmidy. Oryginalny plik: Użytkownik: Spaully. Tłumaczenie: Fibonacci. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Rybosomy : rybosomy uczestniczą w translacji RNA, który został transkrybowany z sekwencji genu kodującego białko. Każda komórka bakteryjna ma wewnątrz około 1500 aktywnych rybosomów. Podjednostki rybosomów komórki bakteryjnej mają lata 70., 30. i 50., podczas gdy komórki eukariotyczne mają podjednostki 60 i 40.

Antybiotyki często atakują rybosomy bakterii, blokując translację białek i powodując lizę lub śmierć komórek.

- Przetrwalniki : bakterie mają wewnętrzne zarodniki, które są w stanie uśpienia i są wykorzystywane do przetrwania w ekstremalnych warunkach środowiskowych. Przetrwalniki wychodzą ze stanu uśpienia, gdy różne receptory na powierzchni wykryją, że warunki znów są sprzyjające; Tworzy to nową, w pełni funkcjonalną komórkę bakteryjną.

Zielone przetrwalniki wewnątrz komórek bakteryjnych. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- Granulki lub ciałka inkluzyjne : pełnią one funkcję rezerwy węglowodanów, związków fosforanowych i innych cząsteczek. Ich skład różni się w zależności od gatunku bakterii i są one łatwo widoczne w cytoplazmie za pomocą mikroskopów optycznych.

Bibliografia

1. Cabeen, MT, & Jacobs-Wagner, C. (2005). Kształt komórki bakteryjnej. Nature Reviews Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP i Smith, CJ (2007). Struktura i skład drobnoustrojów.
3. Gitai, Z. (2005). Nowa biologia komórki bakteryjnej: ruchome części i architektura subkomórkowa. Celi, 120 (5), 577-586.
4. Silhavy, TJ, Kahne, D. i Walker, S. (2010). Otoczka komórki bakteryjnej. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, 2 (5), a000414.
5. Willey, JM, Sherwood, L. i Woolverton, CJ (2009). Zasady mikrobiologii Prescotta. Boston (MA): McGraw-Hill Higher Education.