BAKTERIJSKA CELICA: ZNAČILNOSTI IN ZGRADBA (DELI) - BIOLOGIJA - 2024

Bakterijska celica je najpreprostejši znana organizacija živ organizem. Bakterije so enocelični organizmi, ki nimajo jedra ali nobene organele, ločene od vsebnosti citosolov skozi membrano (vse bakterije so razvrščene znotraj prokariotske domene).

Znanstvene študije so pokazale, da kljub dejstvu, da bakterijskim celicam primanjkuje organelov, imajo zelo nadzorovano in natančno organizacijo, regulacijo in notranjo dinamiko. Imajo vse potrebne mehanizme za preživetje sovražnih in spreminjajočih se razmer v okolju, kjer živijo.

Splošni diagram bakterije in njenih delov (Vir: To vektorsko sliko je v celoti ustvaril Ali Zifan / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prek Wikimedia Commons)

Takšna prilagodljivost je za znanstvenike pomenila pomembno orodje in idealen biološki model za preučevanje osnovnih načel molekularne biologije; Osnovno znanje o podvajanju, prepisovanju in prevajanju DNK smo najprej razumeli v bakterijskih celicah pred evkariontskimi celicami.

Vse bakterijske celice so mikroskopske, torej jih ni mogoče opazovati s prostim očesom brez uporabe mikroskopa, kar predstavlja veliko prednost za preučevanje teh mikroorganizmov, saj jih je v majhnem prostoru in z malo prehranskih virov mogoče vzdrževati in preučevati na milijone živih celic.

Trenutno je bakterijska celica eno najpomembnejših biotehnoloških orodij. Znanstveniki manipulirajo z dodatnim kromosomskim DNK bakterij, da sintetično proizvajajo skoraj katerikoli protein, ki ga zanima človek.

Splošne značilnosti bakterijske celice

Morfološko so bakterijske celice lahko zelo spremenljive, a kljub temu imajo vse skupne značilnosti. Na primer:

- Vsaka bakterijska celica ima celično steno, ki jo obdaja in je sestavljena iz kombinacije ogljikovih hidratov s peptidi, imenovanimi "peptidoglikan".

- Bakterijske celice so enocelični organizmi, torej vsaka celica je popoln organizem, ki lahko raste, se hrani, razmnožuje in umre.

- Genska snov bakterij je "raztresena" ali razpršena v velikem zapletu, potopljenem v celični citosol, na območju, ki je znano kot nukleoidno območje.

- Mnoge bakterije imajo specializirane strukture za premikanje, imenovane "flagellum", ki so na najbolj oddaljenih območjih njihovih teles.

- Pogosto najdemo bakterijske celice, ki tvorijo kolonije ali ohranjajo simbiotični odnos z drugimi organizmi, poleg tega pa so številne bakterije patogene za človeka.

- Večina bakterij je skoraj 10 ali 15-krat manjša od velikosti katere koli živalske celice (evkariontske), saj po dolžini ne presega enote mikronov.

- Najdemo jih v vseh obstoječih okoljih na biosferi, saj obstajajo ti mikroorganizmi, ki so prilagojeni tako rekoč vsem okoliškim razmeram.

Struktura bakterijske celice (deli)

Številni znanstveniki bakterijsko celico razdelijo na tri anatomske regije, da olajšajo študij. Te tri regije, ki so skupne za katero koli opaženo bakterijsko celico in so:

- zunanja regija , sestavljena iz zunajceličnih struktur (flagele, dlake, cilija, med drugim)

- Območje celične pokritosti , sestavljeno iz celične stene in citoplazemske membrane

- Notranje območje , ki ga tvorita citosol in vse strukture, ki so v njem suspendirane.

Glede na vrsto bakterij, ki jih preučujemo v vsaki regiji, opazimo nekatere strukture in dele, ki se razlikujejo od "tipičnih" bakterijskih celic. Vendar se najpogostejše za katero koli bakterijsko celico razložijo in razvrstijo glede na regijo, v kateri se nahajajo.

Zunajcelična regija

- Kapsula : je polimerna površina, ki pokriva celotno celično steno bakterij. Sestavljajo ga sluz in glikokaliks, ki ga sestavljajo obilne molekule ogljikovih hidratov, vezane na lipide in beljakovine. Kapsula izpolnjuje pomembno zaščitno funkcijo za celico.

- Film : je površina, tekočina ali viskozna matrica, v katero so potopljene bakterijske celice. Oblikujejo jih polisaharidi, ki so po sestavi podobni polisaharidom kapsule in na splošno izpolnjujejo funkcije zaščite in premestitve celic.

- Fimbrije : so vrsta zelo številnih filamentnih prilog, ki jih najdemo pritrjene na celično steno bakterij. Te služijo mobilnosti in naklonjenosti bakterijskih celic na katero koli površino. Sestavljajo jih hidrofobni protein, imenovan pilin.

Fimbrije bakterije E. coli. Ima približno 200. Vir: (Slika: Manu Forero) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)

- Spolni pili: nekatere fimbrije (nekaj) so spremenjene tako, da tvorijo nekakšno "cev", ki jo bakterije uporabljajo za konjugacijo (prenos genetskega materiala med različnimi bakterijami), kar je neke vrste "spolna reprodukcija" primitivno.

- flagele : so daljše nitke kot fimbrije in so sestavljene iz beljakovin; imajo "rep" videz. Izpolnjujejo pogonsko funkcijo za gibanje celic in so zasidrane na celični membrani. V isti bakterijski celici najdemo od ene do sto flagelov.

Bakterije Vibrio vulnificus z flageli. CDC / Janice Haney Carr / Javna last

Diagram bakterijskega flagelluma (Vir: LadyofHats / Public domain, via Wikimedia Commons)

Območje pokritosti

Prekrivanje celic na splošno sestoji iz citoplazemske membrane in peptidoglikanske plasti, ki se imenuje "celična stena". Ovojnico sestavljajo kompleksi lipidov, ogljikovih hidratov in beljakovin. Kemična sestava ovojnice s peptidoglikanom se uporablja kot razvrstitev za razlikovanje med dvema vrstama bakterij.

Gram pozitivne bakterije in gram negativne bakterije. Za gram-pozitivne bakterije je značilno, da ima debela plast peptidoglikana brez zunanje membrane, medtem ko ima gram negativne bakterije le tanko plast peptidoglikana z zunanjo membrano.

- Citoplazmatska membrana : ima podobno strukturo kot celična membrana evkariontskih celic. To je fosfolipidni dvoplast s pripadajočimi proteini (integralni ali periferni). Vendar se od membrane evkariontskih celic razlikuje po tem, da nima endogeno sintetiziranih sterolov.

Citoplazmatska membrana bakterijskih celic je ena najpomembnejših struktur, saj se tam dogaja fuzija celic, transport elektronov, izločanje beljakovin, transport hranil in biosinteza lipidov itd.

Notranja regija

- Genom : za razliko od evkariontskih celic genom bakterijskih celic ni v membranskem jedru. Namesto tega obstaja kot zaplet DNK, ki je zgoščen v bolj ali manj krožni obliki in se povezuje z nekaterimi proteini in RNA. Ta genom je veliko manjši od evkariontskega genoma: velik je približno 3 do 5 MB in tvori en sam krožni topološki kromosom.

- Plazmidi ali ekstrahromosomske molekule DNK : so majhne krožne molekule DNK, ki se lahko razmnožujejo neodvisno od celične genomske DNK. Na splošno se molekule plazmidne DNA izmenjujejo med konjugacijo, saj so v njih kodirane informacije, potrebne za odpornost na antibiotike in / ali toksine.

Bakterijska DNA in plazmidi. Izvirna datoteka: Uporabnik: Spaully. Prevod: Fibonaccije. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

- Ribosomi : ribosomi sodelujejo pri prevajanju RNA, ki je bila prepisana iz zaporedja gena, ki kodira protein. Vsaka bakterijska celica ima okoli 1500 aktivnih ribosomov v sebi. Ribosomske podenote bakterijske celice so 70-ih, 30-ih in 50-ih, medtem ko imajo evkariontske celice podenote 60-ih in 40-ih.

Za antibiotike je običajno, da napadajo ribosome bakterij in blokirajo prevod beljakovin ter povzročijo lizo ali smrt celic.

- Endospore : bakterije imajo notranje spore, ki so v stanju mirovanja in se uporabljajo za preživetje, kadar so okoljske razmere ekstremne. Endospore izhajajo iz mirujočega stanja, ko različni receptorji na površini zaznajo, da so razmere spet ugodne; Tako nastane nova, popolnoma funkcionalna bakterijska celica.

Zelene endospore znotraj bakterijskih celic. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

- granule ali inkluzijska telesa : delujejo kot nekakšna rezerva za ogljikove hidrate, fosfatne spojine in druge molekule. Njihova sestava se razlikuje glede na vrsto bakterij in jih v citoplazmi zlahka opazimo z optičnimi mikroskopi.

Reference

1. Cabeen, MT, & Jacobs-Wagner, C. (2005). Oblika bakterijskih celic. Nature Reviews Microbiology, 3 (8), 601-610.
2. Coleman, JP, Smith, CJ (2007). Struktura in sestava mikrobov.
3. Gitai, Z. (2005). Nova biološka celična biologija: gibljivi deli in podcelična arhitektura. Celica, 120 (5), 577–586.
4. Silhavy, TJ, Kahne, D., & Walker, S. (2010). Ovoj bakterijske celice. Perspektive hladne pomladne luke v biologiji, 2 (5), a000414.
5. Willey, JM, Sherwood, L., & Woolverton, CJ (2009). Prescottova načela mikrobiologije. Boston (MA): McGraw-Hill visoko šolstvo.